Các loại vòi và vòi chữa cháy: Hướng dẫn đầy đủ cho lính cứu hỏa

Vòi và vòi chữa cháy là những công cụ chính trong kho vũ khí của lính cứu hỏa, đóng vai trò là mắt xích quan trọng giữa cấp nước và chữa cháy. Hiểu được các loại, cấu trúc và ứng dụng khác nhau của các thành phần thiết yếu này có thể mang lại sự khác biệt giữa việc kiểm soát hỏa hoạn thành công và kết quả thảm khốc. Hướng dẫn toàn diện này xem xét các cách phân loại khác nhau của vòi và vòi chữa cháy, cách sử dụng cụ thể của chúng và các yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn thiết bị cho các tình huống chữa cháy khác nhau.

Vật liệu và cấu tạo vòi chữa cháy

hiện đại vòi chữa cháy là những sản phẩm được thiết kế để chịu được áp lực, nhiệt độ và sự lạm dụng vật lý trong khi vẫn duy trì tính linh hoạt và độ tin cậy. Cấu trúc của vòi chữa cháy ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính hiệu suất, độ bền và sự phù hợp của nó cho các ứng dụng cụ thể. Việc hiểu rõ các phương pháp thi công này giúp lính cứu hỏa lựa chọn được thiết bị phù hợp cho từng tình huống.

Vòi chữa cháy thường bao gồm ba thành phần chính: lớp lót bên trong chứa nước, lớp gia cố mang lại sức mạnh và khả năng chịu áp lực, và lớp vỏ bên ngoài bảo vệ chống mài mòn, thời tiết và các mối nguy hiểm môi trường khác. Lớp lót bên trong thường được làm từ vật liệu cao su, nhựa nhiệt dẻo hoặc polyurethane có khả năng chống hấp thụ nước và duy trì tính linh hoạt trong phạm vi nhiệt độ rộng. Những vật liệu này phải không độc hại, có khả năng chống nấm mốc và mục nát, đồng thời có thể chịu được uốn cong nhiều lần mà không bị nứt hoặc rò rỉ.

Lớp gia cố xác định mức áp suất nổ và khả năng áp suất làm việc của ống. Ống áo khoác dệt truyền thống sử dụng sợi tổng hợp như polyester hoặc nylon dệt theo hình tròn xung quanh lớp lót. Cấu trúc này cung cấp khả năng chống xoắn và duy trì tính linh hoạt ngay cả khi chịu áp lực. Ống bọc cao su có nhiều lớp vải dệt được nhúng trong cao su, tạo ra kết cấu cứng hơn nhưng bền hơn, phù hợp với các ứng dụng áp suất cao và địa hình gồ ghề. Ống tổng hợp hiện đại kết hợp các vật liệu tiên tiến như sợi aramid hoặc polyester có độ bền cao mang lại tỷ lệ độ bền trên trọng lượng so với vật liệu truyền thống.

Vòi tấn công để chữa cháy trực tiếp

Vòi tấn công, còn được gọi là đường dây cầm tay, là công cụ chính mà lính cứu hỏa sử dụng để tấn công hỏa lực trực tiếp và các hoạt động bên trong. Các ống này phải cân bằng tính di động, khả năng lưu chuyển và khả năng chịu áp lực để có thể chữa cháy hiệu quả trong khi vẫn có thể quản lý được cho các đội chữa cháy. Việc lựa chọn kích thước vòi tấn công phụ thuộc vào tải trọng đám cháy, kết cấu công trình và mục tiêu chiến thuật của hoạt động.

Ống tấn công tiêu chuẩn 1,75 inch đại diện cho sự lựa chọn phổ biến để chữa cháy kết cấu trong các ứng dụng dân dụng và thương mại nhẹ. Kích thước này cung cấp tốc độ dòng chảy thích hợp trong khoảng 100-200 gallon mỗi phút trong khi vẫn đủ nhẹ để một hoặc hai lính cứu hỏa tiến lên và điều động hiệu quả. Vòi 1,75 inch mang lại tính linh hoạt, hoạt động tốt cho các đám cháy trong phòng và nội thất, cháy xe và kiểm soát hỏa hoạn ngoài trời. Trọng lượng tương đối thấp của nó khi được nạp nước cho phép thực hiện các hoạt động kéo dài mà không gây mệt mỏi quá mức cho lính cứu hỏa.

Đối với các đám cháy lớn hơn hoặc các tình huống cần tốc độ dòng chảy cao hơn, vòi tấn công 2,5 inch cung cấp 200-325 gallon mỗi phút, cung cấp thể tích cần thiết để kiểm soát các đám cháy đang phát triển nhanh chóng trong các công trình thương mại hoặc khu dân cư lớn. Tuy nhiên, khả năng lưu lượng tăng lên này đi kèm với trọng lượng tăng thêm đáng kể và khả năng cơ động giảm. Một vòi 2,5 inch đã tích điện cần có ba đến bốn lính cứu hỏa để tiến lên một cách hiệu quả, khiến nó ít phù hợp hơn với những không gian chật hẹp hoặc những khu vực có khả năng tiếp cận hạn chế. Nhiều sở cứu hỏa sử dụng các ống mềm 2,5 inch làm đường chuyển tiếp, thiết lập khả năng kiểm soát hỏa lực bên ngoài mạnh mẽ trước khi nâng cấp các đường ống nhỏ hơn cho các hoạt động bên trong.

Các ống có đường kính nhỏ hơn, thường từ 1,5 inch trở xuống, đóng vai trò đặc biệt trong việc chữa cháy. Những dây nhẹ này rất lý tưởng cho việc chữa cháy ở vùng đất hoang, nơi lính cứu hỏa phải mang thiết bị vượt qua địa hình gồ ghề trong khoảng cách xa. Trọng lượng giảm và tính di động được cải thiện khiến chúng trở nên hoàn hảo để triển khai nhanh chóng trong các đám cháy bụi rậm, cháy cỏ và các tình huống tấn công ban đầu trong đó hành động nhanh chóng có thể ngăn lửa lan rộng. Tuy nhiên, khả năng lưu chuyển hạn chế của chúng hạn chế việc sử dụng chúng trong các ứng dụng kết cấu đối với các đám cháy nhỏ hoặc hoạt động đại tu.

Ống cấp và đường kính lớn

Ống cấp, thường được gọi là ống có đường kính lớn (LDH), phục vụ chức năng quan trọng là di chuyển khối lượng lớn nước từ vòi hoặc nguồn nước đến máy bơm của thiết bị chữa cháy. Những ống này ưu tiên công suất dòng chảy hơn khả năng áp suất, sử dụng đường kính lớn hơn và kết cấu chuyên dụng để giảm thiểu tổn thất do ma sát và tối đa hóa hiệu quả cấp nước. Sự phát triển của công nghệ LDH đã cách mạng hóa hoạt động của lò sưởi bằng cách giảm số lượng đường cung cấp cần thiết và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống nước.

Kích thước LDH tiêu chuẩn bao gồm đường kính 4 inch, 5 inch và 6 inch, trong đó 5 inch là lựa chọn phổ biến cho các sở cứu hỏa thành phố. Một đường dây cấp nước 5 inch có thể cung cấp 1.000-1.500 gallon mỗi phút với tổn thất áp suất tối thiểu, thay thế nhiều đường dây cấp nước có đường kính nhỏ hơn và giảm thời gian cũng như nhân lực cần thiết để thiết lập nguồn cung cấp nước đầy đủ. Việc xây dựng LDH nhấn mạnh vào vật liệu nhẹ và tính linh hoạt để cho phép triển khai nhanh chóng từ thiết bị, thường sử dụng giường hoặc cuộn chuyên dụng được thiết kế để triển khai nhanh chóng cho một người.

Các ống cung cấp có đường kính trung bình, thường từ 2,5 đến 3,5 inch, chiếm vị trí trung gian giữa các đường tấn công và LDH. Những ống này hoạt động tốt cho các hoạt động chuyển tiếp trong đó nước phải được di chuyển một khoảng cách vừa phải, để bổ sung nguồn cung cấp vòi hoặc ở những khu vực mà việc triển khai LDH đầy đủ là không thực tế. Sở cứu hỏa nông thôn thường dựa vào các ống mềm 3 inch để thực hiện các hoạt động từ ao, sông hoặc bể chứa di động vì chúng cung cấp tốc độ dòng chảy tốt hơn so với các đường tấn công trong khi vẫn dễ quản lý hơn LDH kích thước đầy đủ ở những khu vực có khả năng tiếp cận hoặc nhân lực hạn chế.

Đầu phun có lỗ khoan trơn tru để thâm nhập và tiếp cận

Vòi phun có lỗ khoan trơn thể hiện cách tiếp cận truyền thống để cung cấp dòng lửa, sử dụng một ống côn đơn giản để chuyển đổi áp suất thành vận tốc, tạo ra dòng rắn, nhỏ gọn với tầm với và khả năng xuyên thấu. Những vòi phun này không chứa các bộ phận chuyển động, khiến chúng trở nên đáng tin cậy và hầu như không cần bảo trì. Thiết kế đơn giản cũng dẫn đến yêu cầu áp suất vòi phun thấp hơn so với vòi phun sương mù, thường hoạt động hiệu quả ở mức 50 pound mỗi inch vuông (psi) đối với dây cầm tay và 80 psi đối với luồng chính.

Ưu điểm chính của vòi phun có lỗ khoan trơn nằm ở khả năng tiếp cận và khả năng xuyên qua các đám cháy sâu. Dòng rắn duy trì sự gắn kết trên khoảng cách xa, giảm thiểu tác động của gió và điều kiện khí quyển có thể phá vỡ hoặc phân tán các loại dòng khác. Đặc điểm này làm cho vòi phun có lỗ khoan trơn lý tưởng cho các hoạt động bên ngoài, tấn công phòng thủ đối với các đám cháy lớn và các tình huống cần đưa nước vào các không gian không thể tiếp cận được. Dòng rắn cũng chiếm ít không khí hơn so với dạng sương mù, giảm nguy cơ làm xáo trộn các lớp nhiệt trong các đám cháy trong khoang.

Đầu khoan trơn có kích thước cố định từ 15/16 inch đến 1,75 inch cho đường dây cầm tay, với kích thước lớn hơn dành cho ứng dụng luồng chính. Kích thước đầu tip xác định tốc độ dòng chảy theo các công thức đã được thiết lập, với các đầu tip thông thường cung cấp tốc độ từ 150-185 gallon mỗi phút. Lính cứu hỏa phải chọn kích thước đầu phun dựa trên đường kính ống và khả năng áp suất của bơm để đảm bảo hoạt động tốt. Đầu quá khổ trên ống có đường kính nhỏ tạo ra phản ứng vòi phun quá mức và có thể vượt quá công suất bơm, trong khi đầu quá nhỏ sẽ gây lãng phí khả năng dòng chảy tiềm năng.

Ưu điểm của vòi phun trơn

• tiếp cận và truyền tải tính toàn vẹn trên khoảng cách xa so với mô hình sương mù
• Yêu cầu áp suất vận hành thấp hơn làm giảm biến dạng bơm và tổn thất ma sát
• Không có bộ phận chuyển động giúp loại bỏ lỗi cơ học và giảm nhu cầu bảo trì
• Ít bị ảnh hưởng bởi độ lệch gió và ảnh hưởng của môi trường
• Sự gián đoạn tối thiểu đối với việc phân lớp nhiệt trong các đám cháy trong khoang

Vòi phun sương mang lại tính linh hoạt và khả năng kiểm soát

Vòi phun sương mù, còn được gọi là vòi phun kết hợp, cung cấp các kiểu dòng khác nhau, từ dòng thẳng đến sương mù rộng, mang lại cho lính cứu hỏa sự linh hoạt về mặt chiến thuật để thích ứng với việc sử dụng nước với các điều kiện cháy thay đổi. Những vòi phun này sử dụng các vách ngăn, răng hoặc bộ làm lệch hướng bên trong để chia dòng rắn thành các giọt, tạo ra các mô hình giúp tăng cường khả năng hấp thụ nhiệt và cung cấp khả năng kiểm soát hỏa hoạn trong nhiều tình huống. Khả năng điều chỉnh độ rộng mẫu và loại luồng mà không cần thay đổi thiết bị khiến vòi phun sương trở thành lựa chọn ưu tiên của nhiều sở cứu hỏa hiện đại.

Vòi phun sương mù tự động duy trì áp suất vòi phun tương đối ổn định trong một phạm vi tốc độ dòng chảy thông qua cơ chế lò xo bên trong giúp điều chỉnh kích thước lỗ khi áp suất thay đổi. Khả năng tự điều chỉnh này cho phép vòi phun hoạt động hiệu quả ngay cả khi có nhiều đường ống rút ra từ cùng một máy bơm hoặc khi tổn thất ma sát thay đổi do thay đổi chiều dài ống. vòi phun tự động được thiết kế để hoạt động ở tốc độ 100 psi, với một số mẫu mới hơn hoạt động ở tốc độ 75 psi để giảm phản ứng vòi phun và sự mệt mỏi của lính cứu hỏa. Vòi phun sương mù tự động điển hình cung cấp phạm vi vận tốc như 95-200 gpm hoặc 125-300 gpm, tự động điều chỉnh để cung cấp luồng đã chọn trong các thông số này.

Vòi phun sương mù có lượng gallon không đổi duy trì tốc độ dòng chảy cố định bất kể áp suất vòi phun, đòi hỏi phải quản lý áp suất bơm cẩn thận để đảm bảo vận hành thích hợp. Những vòi phun này có tính năng điều khiển lưu lượng có thể điều chỉnh thủ công để đặt mức ga-lông mong muốn, thường cung cấp các cài đặt như 125, 150 hoặc 200 gpm. Sau khi được thiết lập, vòi phun sẽ cung cấp tốc độ dòng chảy này miễn là có đủ áp suất cung cấp. Vòi phun có thể tích gallon không đổi giúp tính toán thủy lực dễ dự đoán hơn và đảm bảo hiệu suất chiến thuật nhất quán, nhưng chúng yêu cầu người vận hành máy bơm được đào tạo để có thể tính toán chính xác và duy trì áp suất thích hợp.

Khả năng mô hình sương mù mang lại những lợi thế đáng kể cho các tình huống chữa cháy cụ thể. Các kiểu sương mù rộng tạo ra một lá chắn hiệu quả chống lại nhiệt bức xạ, bảo vệ lính cứu hỏa trong quá trình bảo vệ phơi nhiễm hoặc hoạt động cứu hộ. Diện tích bề mặt tăng lên của các giọt nước trong mô hình sương mù giúp tăng cường chuyển đổi hơi nước và hấp thụ nhiệt, khiến chúng có hiệu quả cao trong việc chữa cháy khoang bên trong, nơi cần giảm nhiệt nhanh chóng. Kiểu sương mù cũng hoạt động tốt trong việc hỗ trợ thông gió, ngăn chặn hơi nước khi xảy ra sự cố vật liệu nguy hiểm và tạo màn nước cho mục đích bảo vệ hoặc khử nhiễm.

Vòi phun chuyên dụng cho các ứng dụng độc đáo

Ngoài các vòi phun sương và nòng trơn tiêu chuẩn, các thiết kế vòi phun chuyên dụng còn đáp ứng các nhu cầu chiến thuật cụ thể và các tình huống chữa cháy đầy thách thức. Những công cụ được chế tạo có mục đích này mở rộng khả năng chữa cháy trong các tình huống mà vòi phun thông thường tỏ ra không hiệu quả hoặc không thực tế. Hiểu thời điểm và cách triển khai các vòi phun chuyên dụng sẽ nâng cao hiệu quả và an toàn chữa cháy tổng thể.

Vòi xuyên thấu, còn được gọi là vòi xuyên thấu, có các đầu cứng được thiết kế để xuyên qua tường, mái nhà hoặc sàn nhà, đưa nước trực tiếp vào các không gian kín đáo hoặc các khu vực cháy không thể tiếp cận. Những công cụ này tỏ ra vô giá trong việc chữa cháy trên tường, gác mái hoặc các không gian trống khác, nơi cách tiếp cận truyền thống tạo ra các mối nguy hiểm về an toàn hoặc hư hỏng cấu trúc. Đầu xuyên thấu bảo vệ cơ chế phân phối dòng nước trong khi vòi phun xuyên qua hàng rào, thường cung cấp dòng rắn hoặc dạng sương mù xoay khi được định vị. Một số kiểu máy tích hợp camera hoặc cảm biến nhiệt, cho phép lính cứu hỏa đánh giá các điều kiện bên trong không gian trước và trong khi phun nước.

Vòi phun dạng hầm phân phối nước theo hình tròn hoặc hình cầu, được thiết kế đặc biệt để chữa cháy ở tầng hầm hoặc các tình huống khác mà lính cứu hỏa không thể tiếp cận khu vực cháy một cách an toàn. Những vòi phun này có nhiều đầu ra được bố trí xung quanh thân trung tâm, tạo ra kiểu phun xoay bao phủ một khu vực rộng khi vòi phun quay do áp lực nước. Lính cứu hỏa hạ vòi phun hầm qua một lỗ trên sàn hoặc xuống cầu thang, cho phép nước tiếp cận khu vực cháy trong khi nhân viên vẫn ở vị trí an toàn. Hành động xoay giúp khắc phục những hạn chế về phương hướng chữa cháy từ xa.

Vòi phun bọt kết hợp các tính năng hút trộn không khí với dung dịch bọt, tạo ra bọt nở ra cần thiết để dập lửa loại B và ngăn hơi khi tràn nhiên liệu. Những vòi phun này yêu cầu phạm vi áp suất và tốc độ dòng chảy cụ thể để tạo ra chất lượng bọt và tỷ lệ giãn nở thích hợp. Vòi phun bọt có độ giãn nở thấp tạo ra bọt với tỷ lệ giãn nở từ 20:1 trở xuống, tạo ra một tấm chăn nặng giúp ngăn chặn hơi nước và loại trừ oxy khỏi bề mặt chất lỏng dễ cháy. Máy tạo bọt có độ giãn nở cao tạo ra tỷ lệ giãn nở từ 200:1 đến 1000:1, lấp đầy khối lượng lớn bằng bọt nhẹ cho các ứng dụng chống ngập tổng thể trong nhà kho, nhà chứa máy bay hoặc không gian rộng tương tự.

Các yếu tố lựa chọn vòi phun và cân nhắc hiệu suất

Việc lựa chọn vòi phun thích hợp cho các hoạt động chữa cháy cụ thể đòi hỏi phải hiểu rõ nhiều yếu tố bao gồm hành vi cháy, đặc điểm cấu trúc, hạn chế cấp nước và mục tiêu chiến thuật. Việc lựa chọn vòi phun sai có thể làm giảm hiệu quả chữa cháy, lãng phí nguồn nước hoặc tạo ra những mối nguy hiểm không đáng có cho nhân viên chữa cháy. Lựa chọn vòi phun hiệu quả kết hợp kiến ​​thức lý thuyết với kinh nghiệm thực tế và đánh giá tình huống.

Phản ứng của vòi phun, lực lùi được tạo ra khi nước tăng tốc qua vòi phun, ảnh hưởng đáng kể đến sự an toàn và hiệu quả hoạt động của lính cứu hỏa. Tốc độ dòng chảy và áp suất cao hơn làm tăng tương ứng phản ứng vòi phun, với lực phản ứng được tính toán dựa trên tốc độ dòng chảy và áp suất vòi phun. Một đường dây cầm tay 1,75 inch với vòi phun sương mù hoạt động ở tốc độ 150 gpm và 100 psi tạo ra lực phản ứng khoảng 90 pound, có thể quản lý được cho hai lính cứu hỏa. Việc tăng lên 200 gpm sẽ làm tăng phản lực lên khoảng 160 pound, tiến gần tới giới hạn trên của vận hành đường dây an toàn. Hiểu được các lực lượng này giúp các bộ phận lựa chọn loại vòi phun và tốc độ dòng chảy phù hợp với khả năng bố trí nhân sự và quy trình vận hành của họ.

Hiệu quả sử dụng nước thay đổi đáng kể giữa các loại vòi phun dựa trên kích thước giọt nước và đặc điểm mẫu. Các giọt nhỏ hơn hấp thụ nhiệt nhanh hơn do diện tích bề mặt tăng lên so với thể tích, làm cho mô hình sương mù hấp thụ nhiệt hiệu quả hơn trong nhiều tình huống. Tuy nhiên, những giọt nhỏ hơn cũng mất đà về phía trước nhanh hơn, làm giảm tầm với hiệu quả và tăng khả năng bị gió cản trở. Sự cân bằng tối ưu phụ thuộc vào việc ưu tiên chiến thuật có nhấn mạnh đến khả năng tiếp cận, xuyên thấu, hấp thụ nhiệt hay khả năng bảo vệ hay không. Cấu trúc chữa cháy bên trong thường được hưởng lợi từ khả năng hấp thụ nhiệt của vòi phun sương mù, trong khi các hoạt động bên ngoài hoặc điều kiện gió lớn tạo điều kiện thuận lợi cho khả năng tiếp cận và xâm nhập của các luồng khoan trơn tru.

Yêu cầu bảo trì và cân nhắc về độ tin cậy ảnh hưởng đến quyết định lựa chọn vòi phun dài hạn. Vòi phun sương chứa lò xo, van bi, răng và cơ cấu điều chỉnh cần được kiểm tra, vệ sinh thường xuyên và thỉnh thoảng thay thế. Các mảnh vụn trong nguồn nước có thể làm hỏng các bộ phận này hoặc ảnh hưởng đến hiệu suất. Cấu trúc đơn giản của vòi phun trơn tru giúp loại bỏ những lo ngại về bảo trì nhưng lại hy sinh tính linh hoạt. Các bộ phận phải cân bằng lợi thế chiến thuật của vòi phun có thể điều chỉnh với lợi ích về độ tin cậy và giảm việc bảo trì thiết bị có lỗ khoan trơn, thường xuyên bảo trì cả hai loại để cung cấp các phương án cho các tình huống khác nhau.

Hiểu rõ về các loại vòi và vòi chữa cháy hiện có, nguyên tắc cấu tạo và ứng dụng thích hợp của chúng cho phép lính cứu hỏa đưa ra những lựa chọn thiết bị sáng suốt nhằm nâng cao độ an toàn và hiệu quả vận hành. Sự phát triển không ngừng của vật liệu, thiết kế và công nghệ hứa hẹn sẽ mang đến những công cụ tốt hơn nữa cho các hoạt động chữa cháy trong tương lai, nhưng các nguyên tắc cơ bản về khả năng phù hợp của thiết bị với yêu cầu chiến thuật vẫn không thay đổi. Việc lựa chọn, triển khai và bảo trì đúng cách các vòi và vòi chữa cháy sẽ luôn tạo nền tảng cho các hoạt động chữa cháy thành công.