Новое поколение пожарных роботов — авангардные достижения науки и техники ХХI века

Ю. И. Горбань, генеральный директор, главный конструктор ЗАО «Инженерный центр пожарной робототехники «ЭФЭР» – коллективного члена Национальной академии наук пожарной безопасности

Бурное развитие электроники и информационных технологий в наступившем ХХI веке, а также значительное снижение их стоимости в соотношении с «железом» оказывают значительное влияние на развитие всего технического прогресса. Значительные эволюционные изменения происходят и в пожарной автоматике, неотъемлемой частью которой являются пожарные роботы. В наш век компьютерных технологий приоритет должен быть за интеллектуальными системами, реагирующими на реальное развитие событий, обеспечивающими функции саморегулирования и гибко перепрограммируемыми.

Следует отметить, что Россия является первой страной мира, где законодательно и нормативно введен новый вид автоматических установок пожаротушения (АУП) – роботизированные установки пожаротушения. Они введены в федеральный закон страны, в ГОСТ и строительные нормы [1–3].

Пожарная робототехника уже прошла значительный путь эволюционного развития. В XX веке промышленные роботы широко внедрялись в производственные автоматизированные процессы. Разрабатывались также роботы для экстремальных сред, в частности пожарные роботы. Происходящие техногенные катастрофы ускорили разработку пожарных роботов для применения в экстремальных условиях. С появлением практического опыта использования пожарных роботов начались исследования новых технологий пожаротушения, проводимые во ВНИИПО МВД СССР и Институте физико-технических проблем (г. Москва), в ГПИ «Спецавтоматика» (г. Ленинград) и Лаборатории пожарных роботов (г. Петрозаводск). В этих работах определялись основные показатели пожарных роботов, вводились новые термины и определения, выполнялись практические исследования по баллистике струй для выработки рекомендаций по применению. Были разработаны и внедрены первые роботизированные пожарные комплексы (РПК) для защиты машинных залов на Ленинградской АЭС и Петрозаводской ТЭЦ, Лесозавода №3 в Архангельске.

С появлением серийно выпускаемых роботизированных установок пожаротушения область применения АУП значительно увеличилась. Их широкие технические возможности позволяют применять АУП там, где традиционные установки малоэффективны или неприемлемы. Это и высокопролетные здания и сооружения (ангары для самолетов, спортивные и выставочные комплексы с массовым пребыванием людей, тоннели, склады различного назначения), и наружные пожароопасные объекты нефтяной промышленности.

Основу роботизированных пожарных комплексов составляют пожарные роботы. Пожарный робот во многом соответствует мечтам пожарных о борьбе с огнем: он круглосуточно следит за доверенной ему зоной защиты и при загорании быстро и точно направляет на очаг огня мощный заряд воды или пены.

Среди известных типов пожарных роботов, включая андроидные и мобильные, стационарные пожарные роботы на базе лафетных стволов нашли наиболее широкое применение. Пожарный робот данного типа относится к виду специальных промышленных роботов, предназначенных для работы в экстремальных условиях, и согласно ГОСТ 25686–85 [4] представляет собой автоматическую машину стационарной установки, 2-й и 3-й степеней подвижности, манипулирующую в сферической системе координат рабочим органом – стволом и имеющую перепрограммируемое программное устройство. Технические требования на пожарные роботы данного типа определены в ГОСТ Р 53326–2009 [3].

Новое поколение пожарных роботов воплотило в себе авангардные достижения современной науки и техники. Рассмотрим основные конструктивные решения и технические характеристики пожарных роботов. На рис. 1 показан общий вид пожарного робота ПР-ЛСД-С60(8-80)Уш-ИК-ТВ.

Современный вид пожарным роботам придал новый дизайн, благодаря которому им стали присущи андроидные черты. И не только по форме, но и по содержанию: выделенная в этом роботе головная часть не бутафорская, а с интеллектом. Пожарный робот оснащен техническим зрением высокой чувствительности как в видимом спектре, так и в ИК-диапазоне, а также, по сути, кибернетическим центром с системой обработки информации с целью идентификации загорания и определения координат и площади загорания.

Рабочим органом пожарного робота является ствол-автомат, который автоматически поддерживает давление при расходе огнетушащего состава от 8 до 80 л/с, обеспечивая оптимальные параметры струй в этом диапазоне, и формирует целый спектр струй – от прямой сплошной до защитного экрана. Управление углом факела распыления струи осуществляется современными актуаторами с линейными двигателями и энкодерами.

На выходе ствола формируется поток полидисперсной распыленной массы JF (Jet Fog, или «летящий туман») с дисперсностью частиц от 50 до 400 мкм (рис. 2 и 3). Такая струя способна проникать через весь факел пламени до горящей поверхности благодаря высокой кинетической энергии крупных капель, а также доставлять мелкие капли тонкораспыленной воды (ТРВ), обладающие высокой степенью поглощения теплового излучения.

Для разгона струи использованы современные исследования гидродинамики XXI века — открытие Котоусова [5]. Эффект Котоусова в конструкции для формирования струи проявляется в получении дополнительной энергии от обжатия струи воздухом, которая тем больше, чем больше контактная площадь струи с воздухом. Этот эффект усиливается также благодаря оптимизированной конструктивной форме насадка на разгонном участке формирования струи.

Рис. 2. Jet Fog, или «летящий туман» Рис. 3. Вид А в увеличенном масштабе: выдержка – 1/1000 с, диаметр струны – 200 мкм, размер капли в фокусе – от 50 до 400 мкм

Для наведения струи применены электроприводы, снабженные энкодерами для организации следящих систем. Комплектно поставляемые контроллеры к блокам управления приводами позволяют отрабатывать движения по сложным траекториям.

Пульт дистанционного управления предназначен для подачи по радиоканалу управляющих команд на блок управления пожарным роботом в различных режимах — дистанционном, программного обучения, автоматизированном.

Основой ствольной части потоконаправляющей конструкции является шаровой шарнир в отличие от традиционных стволов с многоповоротными гнутыми трубами, что значительно уменьшает поворотную часть и снижает потери напора в стволе, а также существенно упрощает конструкцию, уменьшает габаритные размеры и массу.

Корпус пожарного робота, в котором компактно размещено все электрооборудование, имеет пылевлагозащищенное исполнение IP65 со встроенной системой микроклимата (по температуре и влажности). Подводка электропитания — внутренняя, по герметичному каналу, проходящему от основания по центру водопотока. Корпус обеспечивает: а) защиту электрооборудования от воздействия повышенных температур, кратковременного воздействия открытого пламени и различного вида механических воздействий; б) амортизацию удара энергией 50Дж; в) сопротивление прокалыванию при ударе энергией 30Дж; г) устойчивость к воздействию теплового излучения мощностью до 5 кВт/м2. Диапазон рабочих температур составляет от минус 40 до +150 °С.

Рабочая зона действия робота — все окружающее пространство в радиусе действия струи до 85 м. Робот способен поворачиваться на 360° в горизонтальной плоскости; имеет угол возвышения ствола от –15 до +75°. При использовании расширенной струи зона распыления в вертикальной плоскости составляет не менее 180°.

Пожарный робот предназначен для автоматического тушения или локализации пожара, для охлаждения оборудования и строительных конструкций, а также для замещения пожарного-ствольщика в местах, опасных для жизни.

Пожарные роботы в отличие от других установок пожаротушения позволяют защищать большие площади — от 5 до 15 тыс. м2 при расходе воды от 20 до 60 л/с соответственно. Водоснабжение производится только по магистральной сети — без паутины распределительных сетей, характерных для спринклерных и дренчерных систем. Адресная доставка воды и пены осуществляется по воздуху по всей защищаемой зоне непосредственно на очаг загорания, а не на расчетную площадь, определенную проектом раз и навсегда. При этом за счет дозированной подачи обеспечивается требуемая интенсивность орошения. Такие технические возможности роботизированных систем позволяют гибко реагировать на различные сценарии развития пожара.

Пожарные роботы, оснащенные ИК-детекторами с ТВ-камерами для автоматического обнаружения загорания и видеоконтроля, имеют чувствительность обнаружения очага загорания 0,1 м2, а их быстродействие составляет несколько секунд. При этом координаты размеров очага загорания определяются в трехмерной системе координат.

На базе пожарных роботов формируются роботизированные пожарные комплексы, в которых пожарные роботы объединяются магистралью RS-485 с сетевыми контроллерами и устройствами управления на базе ПЭВМ и образуют установки автоматического пожаротушения АУП РПК. Вся информация о пожаротушении регистрируется видеокамерами и электронным протоколом с регистрацией последовательности действий. В дежурное время система самотестируется и сообщает о необходимости коррекции по указанному адресу, благодаря чему поддерживается ее постоянная боевая готовность. АУП РПК отличаются высоким быстродействием, эффективностью, экономичностью. Уникальной особенностью данной системы является возможность концентрации максимальной мощности подачи огнетушащего вещества на очаг возгорания в начальной стадии его развития.

Весь комплекс оборудования АУП РПК серийно выпускается в России на Заводе пожарных роботов «ЭФЭР», который сертифицирован в Системе международного стандарта качества ИСО 9001:2008.

Продукция, выпускаемая предприятием, сертифицирована, соответствует требованиям ГОСТ Р, требованиям Российского морского регистра судоходства и требованиям норм по взрывозащите по условиям объекта защиты. Разработанные технические решения по технологии пожаротушения с применением робототехники не имеют аналогов в мире и являются российским «ноу-хау». Новизна технических решений подтверждена патентами [6, 7].

В настоящее время уже сотни объектов в России и СНГ оснащены пожарными роботами: ангары для самолетов в аэропортах «Шереметьево» и «Внуково», объекты Каспийского трубопроводного консорциума-Р (КТК-Р) в г. Новороссийске, резервуарный парк нефтепродуктов ТНК-ВР в г. Петрозаводске, киноконцертный зал МВЦ «Крокус Экспо» в г. Москве (рис. 4). РПК во взрывозащищенном исполнении установлены на объектах Роскосмоса (рис. 5), причальном комплексе для перегрузки нефти «Витино» в Мурманской обл., морском нефтепорте в г. Новороссийске, на складе серы в г. Усть-Луге и т. д.