RU2182833C1

RU2182833C1 - Device for delivering fireman to the upper stocks of a building

Info

Publication number: RU2182833C1
Application number: RU2001101041A
Authority: RU
Inventors: С.М. Ковшов; А.В. Петров; С.А. Дмитриев
Original assignee: Муниципальное образовательное учреждение дополнительного образования аэрокосмическая школа
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2002-05-27

Abstract

FIELD: fire protection engineering. SUBSTANCE: method involves using jet propellant force generated by continuous action device utilizing ultrasonic shock wave, changing combustion fuel by water and using traditional fire protection appliances. The device has jet engine and instruments for controlling maneuverability and engine thrust. Jet engine casing is manufactured as nozzle which open end is directed downward, its upper part being connected with hose for supplying water inside the casing through metal tube electrically insulated from the casing. The engine has two coaxial electrode one of which is tube edge positioned inside of the casing, the other one being border disposed along the internal perimeter of the engine casing. The electrodes are connected to the main power supply source. Magnetic system is coaxially arranged relative to the electrodes on the external surface of the casing and is connected to power supply source of the magnetic system. Water is working medium. Voltage enough for creating electric discharge arch between the electrodes is supplied to the electrodes for initiating electric hydraulic discharge generating shock wave that is focused with reflector in the outlet opening and pushes water from the engine creating propulsion force. Interaction of magnetic field of the arch and the external magnetic field of windings invokes arch rotation in the interelectrode space. Arch rotation velocity being greater than sound propagation speed in water, direct contact of the arch with water is provided to produce continuous shock wave. EFFECT: enhanced effectiveness in extinguishing fire. 4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам, используемым для доставки пожарного и средств тушения пожара на верхние этажи здания. Кроме того, предлагаемое устройство может быть использовано в различных других областях, где требуется оперативно и быстро доставить человека на сравнительно большую высоту для проведения каких-либо действий, например оказания медицинской помощи, спасения, оперативной доставки груза, осмотра здания, местности с целью контроля, и т.д. The invention relates to devices used to deliver a firefighter and fire extinguishing means to the upper floors of a building. In addition, the proposed device can be used in various other areas where it is required to quickly and quickly deliver a person to a relatively high height for any action, for example, providing medical assistance, rescue, expeditious cargo delivery, examining a building, or area for the purpose of monitoring, etc.

Известна пожарная лестница, включающая телескопически соединенные неподвижные и подвижные звенья, привод выдвижения звеньев, состоящий из гидроцилиндров и полиспастов, закрепленных на обеих сторонах неподвижного звена, причем каждый полиспаст выполнен в виде неподвижной двухблочной обоймы, установленной на неподвижном звене, и подвижной одноблочной обоймы, установленной на штоке гидроцилиндра с возможностью перемещения вдоль продольной оси, при этом свободные концы каната полиспаста закреплены на неподвижном звене, а канат полиспаста средней частью закреплен на подвижном звене (авт. св. СССР 1281661, МПК Е 06 С 5/00 - аналог). A fire escape is known, including telescopically connected fixed and movable links, a link extension drive consisting of hydraulic cylinders and chain hoists mounted on both sides of the fixed link, each chain hoist made in the form of a fixed two-block clip mounted on a fixed link and a movable single-block clip installed on the hydraulic cylinder rod with the ability to move along the longitudinal axis, while the free ends of the chain hoist are fixed on a fixed link, and the chain hoist that the middle part is fixed on the movable member (automatic communication USSR 1281661, IPC C 06 E 5/00 -.. analogue).

Недостатками пожарной лестницы являются ограниченные возможности - лестницы достают, как правило, до 10 этажа и выдвигаются на высоту порядка 30 метров, кроме того, не совсем удобно, взбираясь по лестнице на большую высоту, дополнительно нести с собой и средства тушения пожара. The disadvantages of the fire escape are limited possibilities - the stairs reach, as a rule, up to 10 floors and extend to a height of about 30 meters, in addition, it is not very convenient, climbing the stairs to a great height, additionally carry fire extinguishing means.

Известно устройство для обслуживания здания при пожаре, содержащее телескопическую опору с приводным органом для вертикального перемещения кабины, причем телескопическая опора имеет две пространственные рамы с зубчатыми рейками и захватами для фиксации ее в проемах стены здания, а приводной орган состоит из установленной на внешней раме тележки с электродвигателем и связанными с ним зубчатыми колесами для зацепления с зубчатыми рейками, при этом кабина снабжена стыковочным узлом для поочередной фиксации ее с торцом рам ( авт. св. СССР 1036330, МПК А 62 В 5/00 - аналог). A device for servicing a building in case of fire is known, comprising a telescopic support with a drive body for vertical movement of the cabin, the telescopic support having two spatial frames with gear racks and grips for fixing it in the openings of the wall of the building, and the drive body consists of a cart mounted on an external frame with an electric motor and gears connected with it for engagement with gear racks, while the cabin is equipped with a docking unit for alternately fixing it with the end of the frames (ed. St. USSR 1 036330, IPC A 62 V 5/00 - analog).

Недостатками этого устройства являются необходимость иметь специализированный автотранспорт для доставки устройства к месту пожара, сложность механической конструкции, возможность повисания устройства в оконном проеме не каждого этажа, а через этаж, ограниченная маневренность устройства в горизонтальном и вертикальном направлении, ограниченная высота подъема, связанная с конструкцией устройства. Известно также индивидуальное средство для свободного полета в воздушном пространстве, представляющее собой реактивный ранцевый аппарат, содержащий два прозрачных бака для бензина, реактивный двигатель, расположенный вертикально ( воздух засасывается снизу вверх), две трубки, выбрасывающие сжатый газ наружу, приборы ручного управления, причем правой рукояткой регулируют подачу топлива в камеру сгорания, а левой - маневренность двигателем (ж. "Техника-молодежи", 3, 1971 г., с. 15,16). The disadvantages of this device are the need to have specialized vehicles for delivering the device to a fire place, the complexity of the mechanical structure, the ability to hang the device in the window opening of not every floor, but across the floor, limited device maneuverability in the horizontal and vertical direction, limited lift height associated with the device design . An individual means for free flight in airspace is also known, which is a jet knapsack containing two transparent tanks for gasoline, a jet engine located vertically (air is sucked in from the bottom up), two tubes that discharge compressed gas outward, manual control devices, with the right the handle controls the fuel supply to the combustion chamber, and the left - engine maneuverability (f. "Technique-youth", 3, 1971, p. 15.16).

Недостатком устройства является высокая пожароопасность, связанная с использованием в качестве топлива бензина - горючего вещества. The disadvantage of this device is the high fire hazard associated with the use of gasoline as a fuel - a combustible substance.

Наиболее близким аналогом изобретения является устройство для доставки пожарного на верхние этажи здания, содержащее двигатель, систему электропитания и систему подачи и распределения воды (патент РФ 2130893, кл. В 66 F 11/04, 27.05.1999). The closest analogue of the invention is a device for delivering a fireman to the upper floors of a building containing an engine, power supply system and a water supply and distribution system (RF patent 2130893, class B 66 F 11/04, 05/27/1999).

Недостатком известного устройства является недостаточная оперативность и пожаробезопасность. A disadvantage of the known device is the lack of efficiency and fire safety.

Задача изобретения - обеспечение оперативной доставки пожарного на верхние этажи здания и пожаробезопасности устройства, расширение области его применения. The objective of the invention is the provision of prompt delivery of a firefighter to the upper floors of the building and the fire safety of the device, expanding its scope.

Технический результат изобретения при ликвидации пожара достигается за счет подъемной реактивной силы предлагаемого устройства непрерывного действия, использующего сверхзвуковую ударную волну, замены горючего топлива на воду и использования ресурсов традиционной пожарной техники. The technical result of the invention when eliminating a fire is achieved due to the lifting reactive power of the proposed continuous device using a supersonic shock wave, replacing combustible fuel with water and using the resources of traditional fire fighting equipment.

Это обеспечивается тем, что в устройстве для доставки пожарного на верхние этажи здания, содержащем двигатель и систему электропитания и систему подачи и распределения воды, согласно изобретению двигатель выполнен реактивным и содержит подсоединенные к основному источнику питания два коаксиальных электрода, одним из которых является кромка трубы, расположенная внутри корпуса, а другой электрод выполнен в виде бортика по внутреннему периметру корпуса двигателя, и магнитную систему, коаксиально расположенную относительно электродов с внешней стороны корпуса и подключенную к источнику питания магнитной системы, а корпус реактивного двигателя выполнен в виде сопла, открытый конец которого направлен вниз, а его верхняя часть соединена со шлангом для подвода воды внутрь корпуса через металлическую трубу, электрически изолированную от корпуса, внутренняя поверхность которого, расположенная между электродами, является отражателем, при этом устройство снабжено приборами управления, один из которых управляет маневренностью двигателя, а другой регулирует величину реактивной тяги. This is ensured by the fact that in the device for delivering a fireman to the upper floors of a building containing an engine and a power supply system and a water supply and distribution system, according to the invention, the engine is reactive and comprises two coaxial electrodes connected to the main power source, one of which is the pipe edge, located inside the housing, and the other electrode is made in the form of a rim along the inner perimeter of the engine housing, and a magnetic system coaxially located relative to the electrodes with the outer side of the casing and connected to the power source of the magnetic system, and the casing of the jet engine is made in the form of a nozzle, the open end of which is directed downward, and its upper part is connected to a hose for supplying water into the casing through a metal pipe electrically isolated from the casing, the inner surface of which located between the electrodes is a reflector, while the device is equipped with control devices, one of which controls the maneuverability of the engine, and the other controls the magnitude of the reagent Noah traction.

Помимо этого, устройство содержит три и более двигателей, система подачи и распределения воды содержит шланг, насос, емкость с водой, распределительный коллектор, а система электропитания содержит генератор пожарной машины, электрические кабели, коммутационное распределительное оборудование. In addition, the device contains three or more engines, the water supply and distribution system contains a hose, a pump, a water tank, a distribution manifold, and the power supply system contains a fire engine generator, electrical cables, switching distribution equipment.

На фиг.1 представлено устройство для доставки пожарного на верхние этажи здания, рабочий момент; на фиг.2 - пожарник с устройством для доставки на верхние этажи здания, вид спереди; на фиг.3 - то же, вид сверху; на фиг.4 - схема устройства. Figure 1 shows a device for delivering a fireman to the upper floors of a building, working moment; figure 2 - fireman with a device for delivery to the upper floors of the building, front view; figure 3 is the same, a top view; figure 4 - diagram of the device.

Устройство содержит корпус 1 с выходным отверстием 2. К корпусу 1 подведена металлическая проводящая труба 3 для подвода воды, изолированная от него изолятором 4. Кромка трубы 3, расположенная внутри корпуса, одновременно является анодом 5. Внутри корпуса имеется бортик, он же катод 6, расположенный коаксиально аноду 5. Коаксиально электродной системе снаружи корпуса установлена магнитная система 7. Основной источник питания 8 обеспечивает напряжение на электродах 5 и 6. Источник питания 9 магнитной системы обеспечивает напряжение магнитной системы 7. Во внутреннем пространстве 10 корпуса 1 в верхней части коаксиально расположен собирающий отражатель 11. К металлической трубе 3 подсоединен пожарный шланг 12. Приборы управления и распределительный коллектор на чертежах не показаны. The device comprises a housing 1 with an outlet 2. A metal conductive pipe 3 for supplying water, insulated from it by an insulator 4, is connected to the housing 1. The edge of the pipe 3 located inside the housing is simultaneously anode 5. Inside the housing there is a side, also known as cathode 6, located coaxially to the anode 5. Coaxially to the electrode system, a magnetic system is installed outside the casing 7. The main power supply 8 provides voltage to the electrodes 5 and 6. The power supply 9 of the magnetic system provides voltage to the magnetic threads 7. In the internal space 10 of the housing 1 in the upper part located coaxially collecting reflector 11. By the metal pipe 3 is connected fire hose 12. Controls and manifold not shown in the drawings.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Во внутреннее пространство 10 корпуса 1 двигателя по трубе 3 от шланга 12, соединенного с бочкой с водой, насосом, установленным в пожарной машине, под напором подается вода. Одновременно от источника питания 8 на электроды 5 и 6 подается напряжение, достаточное для создания электрической дуги между электродами и инициирования электрогидравлического разряда. При разряде в воде появляется ударная волна, которая фокусируется отражателем 11 в выходное отверстие 2 и выталкивает воду из двигателя. Для создания непрерывной струи воды необходимо обеспечить плотный и непрерывный контакт электрической дуги (области разряда) с водой. Если заставить дугу вращаться с линейной скоростью, большей скорости звука в воде, то получим непрерывную ударную волну. Электрическая дуга обладает мощным магнитным полем. Если с помощью магнитных катушек 7 наложить на дугу достаточной величины внешнее постоянное магнитное поле, то дуга будет вращаться в межэлектродном пространстве. При скорости вращения дуги большей, чем скорость звука в воде, будет обеспечен епосредственный контакт дуги с водой. В результате получим непрерывную ударную волну как от сверхзвукового самолета. Электродная система находится в фокусной области собирающего отражателя 11. Распространяющаяся от электродной системы ударная волна собирается в выходном отверстии 2. Вода выталкивается из выходного отверстия 2, создавая реактивную силу. Into the inner space 10 of the engine housing 1 through a pipe 3 from a hose 12 connected to a water barrel, a pump installed in a fire engine is supplied with water under pressure. Simultaneously, a sufficient voltage is supplied to the electrodes 5 and 6 from the power supply 8 to create an electric arc between the electrodes and initiate an electro-hydraulic discharge. When discharged in water, a shock wave appears, which is focused by the reflector 11 into the outlet 2 and pushes the water out of the engine. To create a continuous stream of water, it is necessary to ensure a dense and continuous contact of the electric arc (discharge region) with water. If we make the arc rotate at a linear speed greater than the speed of sound in water, then we get a continuous shock wave. The electric arc has a powerful magnetic field. If, using magnetic coils 7, an external constant magnetic field is applied to an arc of sufficient magnitude, then the arc will rotate in the interelectrode space. When the speed of rotation of the arc is greater than the speed of sound in water, direct contact of the arc with water will be ensured. As a result, we get a continuous shock wave from both a supersonic plane. The electrode system is located in the focal region of the collecting reflector 11. A shock wave propagating from the electrode system is collected in the outlet 2. Water is pushed out of the outlet 2, creating a reactive force.

Расчеты грузоподъемности одного двигателя. Payload calculations of one engine.

1. Данные: масса воды в цистерне пожарной машины - 5000 кг, масса пожарного m_n=150 кг, заданное время полета t≥40 минут (2400 с).1. Data: the mass of water in the tank of the fire engine is 5000 kg, the weight of the fireman is m _n = 150 kg, the specified flight time is t≥40 minutes (2400 s).

2. Планируемый расход воды не более:

где: q - расход, m - запас воды, t - время полета.2. Planned water consumption no more:

where: q - flow rate, m - water supply, t - flight time.

3. Сила тяжести:
P = gm_n≈9.81м/c²•150кг≈1500H,
где: Р-сила тяжести, g≈9.81 м/с²- ускорение свободного падения.3. Gravity:
P = gm _n ≈9.81m / s ² • 150kg≈1500H,
where: P-gravity, g≈9.81 m / s ² - acceleration of gravity.

4. Реактивная сила: F=qv,
где: F-реактивная сила, q-расход, v-скорость струи.4. Reactive force: F = qv,
where: F-reactive force, q-flow, v-jet velocity.

5. Необходимая реактивная сила равна весу пожарного: F=P. 5. The required reactive force is equal to the weight of the fireman: F = P.

6. Скорость струи:

7. Площадь выходного отверстия:

где: S - площадь, q_{объемный} - объемный расход воды, p=1000 кг/м³- плотность воды.6. Jet speed:

7. The area of the outlet:

where: S - area, q _volumetric - volumetric flow rate of water, p = 1000 kg / m ³ - water density.

Диаметр отверстия:

где d - диаметр, S - площадь отверстия, π≈3,1415926.
8. Необходимое давление перед отверстием: p=F/S≈500 МПа≈5000 атм, где: р - давление, F - реактивная сила.Hole diameter:

where d is the diameter, S is the area of the hole, π≈3.1415926.
8. The necessary pressure in front of the hole: p = F / S≈500 MPa≈5000 atm, where: p is the pressure, F is the reactive force.

Вывод из расчетов: ресурса системы достаточно для создания реактивной струи воды и поднятия массы пожарного с грузом на планируемую высоту. Conclusion from the calculations: the resource of the system is sufficient to create a jet of water and raise the mass of the firefighter with the load to the planned height.

Устройство для доставки пожарного на верхние этажи здания может содержать три и более двигателей описанного принципа действия. В этом случае вода из шланга подается в двигатели через распределительный коллектор (не показан). В предлагаемом устройстве двигатели располагаются под углом 120 градусов в горизонтальной плоскости (см. фиг.2, 3) и имеют переменный угол в вертикальной плоскости для обеспечения устойчивости и управляемости полета. Ручное управление полетом осуществляется приборами управления (не показаны) путем управления маневренностью двигателей и реактивной тягой. Маневренность двигателя осуществляется за счет отклонения вытекающих струй воды из выходного отверстия в вертикальном и горизонтальном направлениях. Управление тягой двигателя осуществляется за счет изменения, регулирования силы тока основного источника питания 8 и источника питания 9 магнитной системы. Работа всех двигателей синхронизирована. A device for delivering a fireman to the upper floors of a building may contain three or more engines of the described principle of operation. In this case, water from the hose is supplied to the engines through a distribution manifold (not shown). In the proposed device, the engines are located at an angle of 120 degrees in the horizontal plane (see figure 2, 3) and have a variable angle in the vertical plane to ensure stability and controllability of the flight. Manual flight control is carried out by control devices (not shown) by controlling the maneuverability of the engines and jet propulsion. Maneuverability of the engine is carried out due to the deviation of the outgoing jets of water from the outlet in the vertical and horizontal directions. The engine thrust is controlled by changing, regulating the current strength of the main power source 8 and the power source 9 of the magnetic system. The operation of all engines is synchronized.

Система подачи и распределения воды для работы устройства включает шланг, насос, емкость с водой, распределительный коллектор, обеспечивающий подачу воды от шланга к трем двигателям (не показан). Система электропитания устройства включает генератор пожарной машины, электрические кабели, коммутационное распределительное оборудование. The water supply and distribution system for the operation of the device includes a hose, a pump, a water tank, a distribution manifold that provides water from the hose to three engines (not shown). The power supply system of the device includes a fire engine generator, electrical cables, switching distribution equipment.

Таким образом, предлагаемое устройство компактно, создает высокие давления, не содержит движущихся механических деталей, устройство обеспечит оперативную доставку пожарного на верхние этажи здания и пожаробезопасность, расширит область его применения за счет использования ресурсов пожарной техники и подъемной реактивной силы. Thus, the proposed device is compact, creates high pressures, does not contain moving mechanical parts, the device will ensure the prompt delivery of a fireman to the upper floors of the building and fire safety, will expand its field of application through the use of fire fighting equipment and lifting reactive forces.

По сравнению с прототипом КПД предлагаемого устройства будет выше за счет того, что реактивную струю создают не высокотемпературные продукты горения топлива в двигателе, а мало сжимаемая и холодная масса воды (это следует из законов термодинамики). Compared to the prototype, the efficiency of the proposed device will be higher due to the fact that the jet stream is created not by high-temperature products of fuel combustion in the engine, but by a slightly compressible and cold mass of water (this follows from the laws of thermodynamics).

Claims

1. A device for delivering a fireman to the upper floors of a building, comprising an engine, a power supply system and a water supply and distribution system, characterized in that the engine is reactive and contains two coaxial electrodes connected to the main power source, one of which is the pipe edge located inside the housing, and the other electrode is made in the form of a rim along the inner perimeter of the motor housing, and a magnetic system coaxially located relative to the electrodes on the outside of the housing and along connected to the power source of the magnetic system, and the jet engine housing is made in the form of a nozzle, the open end of which is directed downward, and its upper part is connected to a hose for supplying water into the housing through a metal pipe electrically isolated from the housing, the inner surface of which is located between the electrodes , is a reflector, while the device is equipped with control devices, one of which controls the maneuverability of the engine, and the other regulates the magnitude of the jet thrust.

2. The device according to p. 1, characterized in that it contains three or more engines.

3. The device according to claim 2, characterized in that the water supply and distribution system comprises a hose, a pump, a water tank, and a distribution manifold.

4. The device according to p. 3, characterized in that the power supply system includes a fire engine generator, electrical cables, switching distribution equipment.