История создания и развития систем водяного пожаротушения

Рис. 1.2. Стационарная установка пожаротушения конструкции Фролова, 1770 год

Впервые в 1806 году, система водяного пожаротушения была установлена в здании Королевского театра Друри-Лейн в Лондоне. Система включала в себя цилиндрический герметичный резервуар около 95 м³, питающий трубопровод 250 мм., который разветвлялся во все части здания. От распределительных труб отводились более тонкие, в которых были устроены отверстия диаметром 12 мм. в три ряда. Система была спроектирована Уильямом Конгривом, которого можно считать первым проектировщиком систем водяного пожаротушения. Резервуар заполнялся с помощью парового пожарного насоса водопроводной службы Лондона, с которой был заключен контракт «на приведение насоса в полную готовность для заполнения резервуара в течение 20 минут после подачи соответствующей тревоги». Управление системой производилось с помощью нескольких клапанов, которые было необходимо открывать вручную в случае обнаружения возгорания. Все здание было поделено на секции для того, чтобы подавать воду только в ту часть, где она необходима, обеспечивая необходимый напор и предотвращая лишние повреждения от воды.

В последующие годы было подано множество патентов, в которых предлагалось использовать напорные баки, размещаемые в верхней части здания и распределительные трубы.

При разработке конструкций систем пожаротушения зданий и кораблей впервые было применено основное свойство спринклерной системы – автоматическая активация во время пожара. Открытие управляющих клапанов или распылительных отверстий в трубах производилось в результате расплавления пробок, выполненных из гуттаперчи, легкоплавкого металла или других составов, например смеси воска, резины и стеарина, которые плавились при необходимой температуре. В некоторых патентах предлагались схемы с управлением клапанами с помощью веревок, которые сгорали в огне и автоматически открывали секционные клапаны (рис.1.3).

В США системы с перфорированными трубопроводами начали использоваться с 1852 года для защиты текстильных заводов. Легкая промышленность быстро развивалась, пожары на предприятиях были обычным явлением. Именно благодаря заказам от текстильных предприятий, спринклерные системы так быстро развивались. В поздних системах с перфорированными трубопроводами использовались отверстия диаметром 0,25 мм, размещенные на расстоянии в 220 мм. друг от друга на обращенной к потолку стороне трубы. Таким образом, когда управляющие клапаны системы открывались, вода разбрызгивалась вверх, на потолок, откуда уже распределялась на пол.

Существовало несколько типов систем с перфорированными трубопроводами: система Фрэнсиса, система Уайтинга, система Гриннелла и система Холла. Каждая из них имела собственные характерные недостатки, например распределительные трубопроводы с отверстиями системы Холла монтировались из оцинкованной листовой стали, подобно печным трубам. Использование таких материалов делало систему дешевой, однако плохо отражалось на способности противостоять коррозии и высокому давлению воды.

Не только система Холла, но и все системы с перфорированными трубопроводами в целом, обладали значительным недостатком. Они не могли обеспечить достаточную точность подачи воды на очаг пожара, вода подавалась по всей секции, и ущерб от тушения небольшого возгорания иногда превышал вероятный ущерб от самого пожара. Кроме того, отверстия быстро засорялись отходами текстильного производства, и требовали регулярной очистки, а испытания невозможно было провести, не заливая водой всю защищаемой секцией часть здания. Однако, несмотря на все недостатки, перфорированные трубы решали свою основную задачу по локализации и тушению возгораний, что давало уверенность, что автоматические противопожарные системы будут развиваться и дальше.

Изобретатели начали свои эксперименты с первыми автоматическими спринклерными оросителями в 1860-х годах. Первым был Барнабас Вуд из Нэшвилла, штат Теннесси, который запатентовал спринклер с лекгоплавкой паяной вставкой. Он вскрывался при температуре 165°F (74°С). По сей день эта температура остается одной из стандартных для спринклеров.

Рис. 1.4. Конструкция оросителя Стюарта Харрисона

Генри Пармели 

Генри Пармели из СЩА, считается изобретателем первого коммерчески успешного спринклерного оросителя. Пармели владел фабрикой по производству пианино. После разрушительных пожаров в Чикаго в 1871 и в Бостоне в 1872, страховые взносы от пожаров резко возросли, и он задумался над автоматическим устройством, которое самостоятельно тушило бы пожар. Предварительный дизайн устройства был довольно сложным и включал в себя запорные клапаны, пружины, сгораемые нити и прочее (рис.1.5).

Рис. 1.5. Конструкция спринклерного оросителя Генри Пармели. 1874 год (иллюстрация из патента)

Пармели оснастил спринклерами свою фабрику и провел испытания, которые показали, что спринклеры далеки от совершенства. В 1875 году, в конструкцию были внесены некоторые усовершенствования (рис.1.6), упростившие устройство и позволившие начать коммерческое использование. Первая партия оросителей была приобретена 1876 году для установки на двух мельницах в Фолл-Ривер, штат Массачусетс. Когда количество заказов возросло, была основана компания «ParmeleeSprinklerCompany».

Рис. 1.6. Усовершенствованная модель спринклера Пармели 1875 года (иллюстрация из патента)

Развитие шло в сторону дальнейшего упрощения, позднее был получен патент на простую модель оросителя, представлявшую собой полукруглую камеру с отверстиями, закрытую крышкой (рис.1.7). Крышка крепилась легкоплавким припоем с температурой плавления 160°F (72°С). Когда возникал пожар, припой плавился, крышка, закрывавшая отверстия, под действием давления воды откидывалась, и начиналось орошение. Как и следовало ожидать, время срабатывания спринклера занимало несколько минут, требовавшихся для нагрева массивной базы и воды, находившейся в оросительной камере.

Рис. 1.7. Спринклер Пармели с полукруглой оросительной камерой: 1 – полукруглая камера с отверстиями, 2- крышка на легкоплавком припое, 3 – трубопровод

Усовершенствованная версия оросителя 1878 года (рис.1.8) включала в себя вращающееся зубчатое колесо, которое разбрызгивало воду. Эта модель продавалась вплоть до 1882 года, к этому времени количество установленных спринклеров достигло величины в 200 000. Основным инсталлятором была компания Фредерика Гринелла, «ProvidenceSteamandGasPipeCompany».

Рис. 1.8. Спринклер Генри Пармели с распределительным колесом

Фредерик Гриннелль

Окончательные изменения в конструкцию спринклерного оросителя Пармели были внесены Фредериком Гриннеллом. Он изменил присоединительную резьбу на ½, а также перенес запорное отверстие к трубе, чтобы отделить воду и чувствительный к температуре элемент спринклера, тем самым уменьшив время срабатывания. Конструкция Фредерика Гриннеля считается первым спринклерным оросителем и именно этот принцип применяется во всех современных спринклерных оросителях. Это была самая удачная конструкция автоматического оросителя на тот момент, хотя она и имела свои недостатки)

В России установка спринклеров «Гриннель» началась с 1891 года. Работа по созданию автоматических установок водяного пожаротушения велась одновременно в нескольких направлениях. В 1882 году Ф. Баром из Варшавы разрабатывается аппарат для «автоматического тушения и указания пожара». В нем открытие клапанов для выпуска воды в виде дождя осуществлялось с помощью электричества. Сигнал на клапаны поступал от датчика, выполненного в виде проводов, покрытых изолирующей массой. При повышении температуры эта масса расплавлялась, и концы проволок, соприкасаясь, замыкали электрическую цепь. Одновременно с этим замыкалась цепь электрического звонка и подавался сигнал тревоги. В августе 1882 г. В. Ванкербергер из Брюсселя предложил использовать для тушения пожаров в фабричных помещениях пожаротушитель, чувствительным элементом которой являлась пластинка из набора металлов, обладающих различными коэффициентами расширения. При повышении температуры пластинка приводила в движение механическую тягу, посредством которой открывался кран паропроводной системы и включался звонок. По мнению автора, при высокой температуре в помещении можно было использовать стальную пластинку, удерживаемую в определенном положении с помощью легкосгораемой тесьмы или шнура, соединенных, в свою очередь, со шнуром, протянутым по всему помещению.

Месяцем раньше в Российское патентное ведомство поступило предложение от казанского купца Ю. Кюна, которое отличалось тем, что на водопроводных трубах крепились конические трубки с герметичными клапанами, соединенные с легковоспламеняющимся шнуром. 23 мая 1884 года, т.е. почти на месяц раньше Ф. Гриннеля, русский инженер Н.П. Зимин заявляет в патентное ведомство автоматический пожаротушитель, в котором сетка для разбрызгивания воды наглухо закрывалась стеклянным или фарфоровым колпаком. Этот колпак разрушался грузом, приводимым в движение при перегорании легковоспламеняющейся тесьмы, или при расплавлении легкоплавкого металла. Применение стеклянного колпака в качестве запорного устройства водопроводной сети давало возможность использовать автоматические установки водяного пожаротушения в агрессивных средах. Это было важным достижением, так как спринклеры «Гриннель» вследствие коррозии металла не всегда срабатывали в атмосфере, где имелись кислоты. Однако предложения Зимина, как и Федорова в свое время, так и остались лежать в архиве.

В 1893 году Ф. Гриннель получает в России новую привилегию на свой спринклер, главным усовершенствованием которого стало «устранение порчи подобных клапанов под действием воздуха, разъедающих газов и воды, влиянию которых клапан подвергается долгое время и вследствие этого может не открыться в нужный момент, или открыться, когда не надо». Он предлагает их делать из стекла, фарфора и других кремнистых соединений. Этот спринклер стал известен под названием «бульб-спринклер».

Кроме спринклеров «Гриннель», в конце прошлого века применялись и другие образцы. Среди них был спринклер австрийца X. Линзера, отличавшийся от известных двумя особенностями. Мостик из легкоплавкого металла находился не под клапаном, а был вынесен в сторону, вследствие чего на него действовало растяжение, а не сжатие. Второе отличие заключалось в том, что клапан упирался не в упругую диафрагму, а на металлическое седло. Сам же принцип действия был таким же, как у Гриннеля. Недостатком спринклера «Линзера», по мнению специалистов, было наличие в нем подвижных частей, что требовало более тщательного ухода.

Для защиты фабрик и заводов использовались также спринклеры Ньютона и А. Пашковского. Спринклеры русского изобретателя Пашковского по своей конструкции занимали среднее положение между спринклерами Гриннеля и Ньютона, с одной стороны, и спринклерами Линзера — с другой. По сравнению с названными, конструкции Пашковского позволяли быстро приводить в рабочее состояние вскрывшиеся спринклеры без замены головок. Достаточно было только вставить в старую головку новый мостик. Это было выгодно и экономически, так как спринклерные головки стоили дорого. Существенно облегчался и контроль за наличием в подводящих трубопроводах воды, поскольку ее отсутствие или малый напор в сети приводили к выделению воды из спринклера. И все-таки 90% всех установок составляли спринклеры «Гриннель».

Применение автоматических установок водяного пожаротушения для защиты помещений внесло существенный вклад в дело борьбы с огнем. В 1904 году страховой деятель Бэтлей провел анализ всех пожаров на спринклерованных фабриках Англии. Из 810 пожаров 734 (91%) погашено спринклерами.

В этих устройствах видели надежную защиту от огня, и уже к 1895 году во всем мире насчитывалось свыше 3 млн. 250 тыс. спринклеров «Гриннель», под защитой которых находилось свыше 12 тысяч зданий с имуществом на сумму свыше 1 млрд. руб. по ценам того времени. Уже в начале XX века с помощью спринклерных установок в мире было предотвращено 15 тысяч пожаров.

К середине 20-х началу 30-х годов XX века были созданы отечественные автоматические установки водяного и пенного пожаротушения. В их создании большая заслуга принадлежит Центральной научно-исследовательской пожарной лаборатории (ЦНИПЛ, 1930 г.), переименованной в Центральный научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ЦНИИПО, 1937 г.), а с 1968 года во Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ВНИИПО). В настоящее время — Федеральное государственное учреждение (ФГУ) Всероссийский научно-исследовательский институт противопожарной обороны (ВНИИПО) МЧС России.