1. История возникновения установок пожаротушения

История происхождения установок тушения пожаров тесно связана с развитием человечества. Упоминания о подобных устройствах присутствуют уже в древнейших летописях. Описания разнообразных установок для тушения пожаров можно встретить в работах Архимеда, греческого ученого-механика Ктесибия - изобретателя нагнетательного водоподъемного насоса, трактатах Герона Александрийского, Пифагора, римского архитектора Витрувия и других [9]. В работах Витрувия присутствует описание насоса Ктесибия (рисунок 1): "Она должна быть изготовлена из бронзы. В основе ее лежат два сосуда цилиндрической формы на небольшом расстоянии друг от друга, имеющих трубы вилообразной формы, симметрично сходящиеся в особый сосуд, размещенный между ними.

Данный сосуд должен быть оборудован клапанами, расположенными в верхней части труб, которые не позволяют выходить обратно тому, что было закачано в сосуд при помощи давления воздуха.

Цилиндрические сосуды вводятся в действие путем подъема штанг и рычагов. Поршни подают воздух, который будет находиться там вместе с водой; в силу закрытия нижних отверстий клапанами напорное давление сквозь верхние клапаны труб будет выдавливать воду в серединный сосуд, а из него колпак, получая толчки воды, нагнетает ее по своей трубе вверх.

И, в результате этого, из более низкого места с помощью устроенного резервуара вода нагнетается для того, чтобы быть фонтаном…

Насос начинается двигаться с помощью водяного колеса.

Рисунок 1 - Насос Ктесибия [4,c.5]

Конструкция поршневого насоса, приведенная выше, и по истечении тысячелетия мало поменялась (рисунок 2)

Рисунок 2 - Пожарные насосы [4,c.5]

а) Антона Платнера (1518 г.)

б) Яна ванн дер Гейде (1672 г.

Герон Старший усовершенствовал конструкцию насоса, а именно, он оборудовал его вертикальной трубой с насадкой, сквозь который происходил выброс воды. Данная новинка помогала менять высоту подачи водяной струи. Вместе с этим, был решен такой вопрос как подача воды в разных направлениях. Сам насос размещался в ящике, в который нагнеталась вода для функционирования насоса. Поэтому пожарные насосы чуть позже обзавелись другим названием - "заливные трубы", которое можно увидеть в литературе вплоть до 20 века.

Конец ХVII-начало XVIII веков ознаменованы разработками в сфере автоматизированных установок пожаротушения, оборудованных взрывателями, при активации которых из сосудов выкидывалось или распылялось специальное средство для тушения огня. К таким установкам можно отнести бочкообразные сосуды, изобретенные в 1708-1710 годах в России с участием Петра I, в 1715 году Захарием Грейлем (Германия), в 1723 году Годфреем (Англия), в 1770 году полковником артиллерии Ротом (Германия).

1769-1770 годы были отмечены созданием русским горным офицером К.Д. Фроловым проекта и рабочего макета прототипа современной установки водяного пожаротушения (рисунок 3).

В описании проекта изобретатель отметил, что его установка может быть применена в роли водопроводного устройства. Конструкция ее была несложной. Двигателем служило водоналивное колесо (1), которое приводило в движение кривошипно-шатунный механизм (2). Последний жестко крепился к поршням двух всасывающих насосов (3), нагнетающих воду в распределительную трубу (4), с перекрывными кранами. При пожаре, на концы стояков одевались "кожаные рукава со шприцами" (5) и открывался кран для нагнетания воды в место возгорания. В чердачные помещения вода нагнеталась по стоякам (6). Внутри данных помещений располагались горизонтальные трубы с отверстиями для распыления воды по всему помещению. Но эта разработка так и не была использована в реальных условиях.

Рисунок 3 - Установка К.Д. Фролова [4, с.6]

В 1806 году англичанин Джон Кэри разрабатывает подобное устройство и обзаводится на нее патентом. От конструкций Фролова и Кэри до полностью автоматизированной системы остается всего один шаг. И он был совершен в 1864 году англичанином Стюартом Гаррисоном, который оборудовал пожарную установку устройством, напоминающим современный спринклер.

В 1874 г. американская фирма "Пармели и К°" разработала конструкцию оросителя, который получил название спринклер (от английского "брызгать"). Через семь лет Пьер Ориоль из Канта (Франция) разрабатывает "автоматический пожаротушитель Ориоля". Принцип его работы не имел серьезных расхождений с уже известными системами, помимо конструкции оросителя. Для распыления воды конструктор применил сетчатый распылитель. В том же 1881 году Фридерик Гриннель из США сконструировал отражатель, который позволил нагнетать воду из спринклера во все стороны. Конструкция спринклера вышла настолько успешной, что буквально со следующего года данные установки перешли в промышленное производство.

Первые промышленные спринклерные установки выглядели как водопроводные системы с подсоединенными к ним спринклерными головками. Главной частью спринклеров являлся мостик из нескольких тонких металлических пластинок, спаянных друг с другом при помощи легкоплавкого металла с определенной температурой плавления. Повышение температуры воздуха способствовало тому, что происходила расплавка металла мостика, и в результате этого срабатывал сплинклер. Разбрызгивание воды прекращалось посредством закрытия крана системы водоснабжения.

К спринклерным системам уже в те времена предъявлялись довольно строгие требования: вода должна была равномерно и в нужном количестве подаваться на защищаемую площадь, в том числе на потолок помещения; легкоплавкий замок спринклера обязан был распадаться при нужной температуре и не препятствовать высвобождению пробки, закрывающей его отверстие. Данным условиям в наибольшей степени соответствовал спринклер "Гриннель", который получил распространение в Америке, а позднее и в других промышленно-развитых государствах [4, c. 5-6].

В Великобритании с 1882 по 1904 годы спринклеры были смонтированы на 2,5 тыс. фабриках и заводах. Данные устройства производились компанией "Матер и Платт". В инструкции к ним было указано, что данные спринклеры следует применять вместе с водопроводными трубами, подсоединенными к городскому водопроводу, или баку, который нужно монтировать на необходимой высоте над оберегаемым помещением. Под потолком размещают несколько параллельных рядов водопроводных труб с расстоянием друг от друга 2,5-3,0 м. Каждая труба с интервалом 3,0-3,5 м содержала спринклеры [8].

В России использование спринклерных устройств пожаротушения "Гриннель" началось с 1891 года.

Разработка автоматических установок водяного пожаротушения проводилась сразу по нескольким направлениям. В 1882 году Ф. Баром из Варшавы сконструировал прибор для "автоматического тушения и указания пожара". В данном устройстве, раскрытие спринклеров производится при помощи электрической энергии. Сигнал на клапаны приходил от датчика, который представлял собой провод, обволакиваемый изолирующей массой. В результате увеличения температуры, происходило расплавление этой массы, и концы проволок, соприкасались между собой, в результате чего происходило замыкание электрической цепи. В тот же момент происходило замыкание цепи электрического звонка, и срабатывал сигнал тревоги. В августе 1882 г.В. Ванкербергер из Брюсселя предложил использовать для тушения пожаров в фабричных помещениях пожаротушитель, чувствительным элементом, которого служила пластинка из набора металлов, с различными коэффициентами расширения. В результате увеличения температуры внутри помещения пластинка приводила в движение механическую тягу, при помощи которой происходило открытие крана системы паропровода, и активировался звонок.

По мнению конструктора установки, в результате увеличения температуры внутри помещения можно было применить пластинку из стали, которая удерживалась в нужном положении при помощи легкосгораемой тесьмы или шнура, которые соединяются со шнуром, протягиваемым через все помещение.

Месяцем ранее в Российское патентное ведомство казанский купец Ю Кюн прислал предложение, в котором указывалось что на водопроводных трубах закреплялись трубки в виде конуса с герметичными клапанами, которые соединяются друг с другом посредством легковоспламеняющегося шнура. 23 мая 1884 года, т.е. почти на месяц раньше Ф. Гриннеля, русский инженер Н.П. Зимин заявляет в патентное ведомство автоматический пожаротушитель, у которого сетка для рассеивания воды плотно закрывалась стеклянным или фарфоровым колпаком. Разрушение колпака производилось при помощи груза, приводимого в движение при перегорании легковоспламеняющейся тесьмы, или при расплавлении легкоплавкого металла. Использование колпака из стекла в роли запорного устройства водопроводной сети давало возможность эксплуатировать автоматические установки водяного пожаротушения в агрессивных средах. Это было весомым продвижением, так как спринклеры "Гриннель" в результате воздействия коррозии на металле всегда срабатывали в атмосфере, где присутствовали кислоты. Но изобретения Зимина, как и Федорова в свое время, так и не были реализованы на практике.

В 1893 году Ф. Гриннель обзаводится в России новой привилегией на свой спринклер, ключевым нововведением которого стало "устранение повреждения подобных клапанов под влиянием воздуха, разъедающих газов и воды, которых клапан подвергается длительный период времени и в результате этого может не сработать в критический момент, или раскрыться, когда не нужно". Он предлагает изготавливать их стеклянными или фарфоровыми, а также с применением других кремнистых материалов. Данный спринклер получил широкую известность под прозвищем "бульб-спринклер".

Помимо спринклеров "Гриннель", в конце предыдущего века использовались и другие образцы. В их числе был спринклер австрийца X. Линзера, имеющий отличие от известных двумя свойствами. Мостик из легкоплавкого металла располагается не под клапаном, а был вынесен в сторону, в результате чего на него действовало растяжение, а не сжатие. Второе отличие состояло в том, что клапан упирался не в упругую диафрагму, а на металлическое седло. Сам же принцип работы не отличался от спринклера Гриннеля. Минусом "Линзера", согласно мнению экспертов, было наличие в нем мобильных частей, которые требовали более прихотливого обслуживания.

Для защиты фабрик и заводов применялись также спринклеры Ньютона и А. Пашковского. Спринклеры русского изобретателя Пашковского по конструкции занимали промежуточное положение между спринклерами Гриннеля и Ньютона, с одной стороны, и спринклерами Линзера - с другой. По сравнению с названными, конструкции Пашковского могли быстро привести в рабочий открывшиеся спринклеры без смены головок. Хватало только вставить в старую головку новый мостик. Это был существенный плюс, в том числе в плане экономии финансов, ибо спринклерные головки имели высокую стоимость. Также стало проще контролировать наличие в подводящих трубопроводах воды, так как ее отсутствие или маленький напор в сети приводили к тому, что вода капала из спринклера. И все же, 90% всех установок составляли спринклеры "Гриннель".

Использование автоматических установок водяного пожаротушения для защиты помещений внесло ощутимый вклад в дело борьбы с огнем. В 1904 году страховой деятель Бэтлей проведя анализ всех возгораний на спринклерованных фабриках Великобритании сделал вывод, что из 810 пожаров 734 (91%) потушено спринклерами.

В данных установках видели отличную защиту от огня, и уже к 1895 году в мире эксплуатировалось свыше 3 млн. 250 тыс. спринклеров "Гриннель", под надежным прикрытием которых находилось более 12 тысяч зданий с имуществом на сумму более 1 млрд. руб. по ценам того времени. В начале XX века спринклерные установки предотвратили в мире 15 тысяч пожаров.

В начале XX века также был сделан ряд крупных разработок в сфере пожарной автоматики, а именно, были созданы автоматические извещатели, автоматические установки химического пенного тушения с тросовым пуском, автоматические порошковые огнетушители. Стимулом к изобретению в России и за границей установок пенного тушения стало изобретение в 1902 году русским инженером А.Г. Лораном вначале химической, а затем газомеханической пены.

К середине 20-х началу 30-х годов XX века были изготовлены отечественные автоматические системы пожарной сигнализации, установки водяного, пенного и газового пожаротушения [7].