НАСОС ПОЖАРНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ ЗИМНИХ УСЛОВИЙ

Предполагаемое изобретение относится к противопожарной технике, в частности к техническим средствам для предотвращения обледенения и замерзания магистральных пожарных напорных рукавных линий.
Изобретение может быть использовано в насосных установках пожарных автомобилей при работах в экстремальных условиях низких температур, поскольку бесперебойная подача огнегасящей жидкости (воды или пенообразующего раствора) к месту работы оперативных расчетов является одним из важных условий успешного тушения пожара [см. Боевой устав пожарной охраны - БУПО-95. Объявлен приказом МВД России от 05.07.1995 г. №257]. В суровых зимних условиях это сопряжено со значительными трудностями, особенно в Северных и Северо-восточных регионах страны, где температура воды в водопроводе снижается до 0,5°С, а в открытых водоемах, реках и озерах - до 0,3°С [см. Алешков М.В. Повышение работоспособности напорных рукавных линий при тушении пожаров в условиях низких температур. Дисс. канд. техн. наук - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990. - 293 с.].
Оперативному составу пожарной охраны известны случаи замерзания воды в рукавных линиях при тушении пожара. Происходит это потому, что вода, подаваемая по рукавной линии, отдает тепло в окружающее пространство. Количество теряемого тепла пропорционально разности температур воды и окружающего воздуха и возрастает с уменьшением скорости движения воды. Таким образом, по мере движения воды по рукавной линии температура ее понижается. При этом исследованием установлено, что увеличение температуры воды на каждые 0,1°С позволяет удлинить магистральную пожарную напорную рукавную линию на 50 метров [см. Алешков М.В. Повышение работоспособности напорных рукавных линий при тушении пожаров
в условиях низких температур. Дисс. канд. техн. наук - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990. - 293 с.].
Особенно велика опасность замерзания воды в рукавной линии в начальный период работы насосно-рукавной системы. При низкой наружной температуре температура стенок рукавов близка к температуре окружающего воздуха и поступающая в них вода быстро охлаждается, превращаясь иногда в пастообразную ледяную массу («шугу»), которая закупоривает пожарный ствол, а затем и рукавную линию. В результате реально возможен срыв выполнения боевой задачи. Замерзшие рукавные линии сложно разобрать, и, соответственно, убрать в скатки. Попытки загибов замерзших рукавов в ходе сворачивания сил и средств после окончания тушения пожара приводят к их механическим повреждениям (порывам). Это является одной из причин того, что в регионах с низкими температурами значительная доля напорных пожарных рукавов списывается ранее установленного срока.
Известны технические возможности уменьшить интенсивность образования льда в рукавах, увеличить длину магистральной пожарной напорной рукавной линии посредством подогрева воды, например, непосредственно насосом. Это связано с относительно низким КПД центробежных пожарных насосов. Так, величина КПД центробежного пожарного насоса марки НЦПН-40/100 изменяется от 60% - при номинальной подаче до нуля при отсутствии подачи воды [см. Справочное пособие водителя пожарного автомобиля. - М.: ВНИИПО МВД России. 1997. - 126 с.]. Таким образом, работающий центробежный насос нагревается. И, к примеру, при работе насоса на режиме холостого хода вся мощность, получаемая спецагрегатом от двигателя в результате трения воды о вращающееся рабочее колесо и стенки корпуса насоса трансформируется в тепло и диссипируется.
Степень нагрева воды в насосе, как это установлено испытаниями [см. Шебеко Н. О работе насосов при низких температурах / Пожарное дело. 1960. - №10, 24-25 с.], зависит от количества воды, подаваемой насосом в
рукавную линию, напора, развиваемого насосом, температуры воздуха, а также от интенсивности рассеивания тепла от его наружных поверхностей в окружающую среду.
Известно также, что для уменьшения, диссипации тепла от наружных поверхностей пожарного насоса в окружающий холодный воздух нормативные документы [см. Рекомендации по практической работе со специальными агрегатами пожарных автомобилей. - М.: ВНИИПО МВД России. 1994. - 54 с.] обязывают водителя после установки соответствующего режима работы насоса, закрыть дверь насосного отсека и наблюдать за показанием приборов через окно в указанной двери. Однако такие действия далеко не всегда реально осуществимы, поскольку далеко не во всех дверях насосных отсеков предусмотрены конструкцией стеклянные окна. И потому водители пожарных автомобилей вынуждены держать двери насосных отсеков зимой, как и летом, открытыми.
В условиях низких температур, обогрев насосного отсека пожарной автомобиля, кроме того, осуществляется теплотой отработавших газов двигателя внутреннего сгорания базового шасси, посредством удлиненной выхлопной трубы и специального радиатора отопления смонтированного в насосном отсеке непосредственно под насосом пожарного автомобиля [см. Автоцистерна пожарная АЦ-4,0-40 (4331) модель 8 ВР. Руководство по эксплуатации. - Варгаши: 1999. - 19 с.].
Недостатком такого технического решения является весьма низкий КПД обогрева насоса, поскольку насосный отсек пожарной автоцистерны расположен в хвостовой части автомобиля и отработавшие газы двигателя базового шасси успевают существенно охладиться, а между радиатором отопления и насосом отсутствует непосредственный механический контакт - зазор составляет до 150 мм.
Известно другое техническое решение по обогреву насоса пожарного автомобиля. Особенностью данного технического решения [см. Пожарная
автоцистерна АЦ-6,0 - 40/4 (53211) модель 1-ДД. Инструкция по эксплуатации. ОАО «Давыдово». 1997. - 34 с.] является то, что в корпусе пожарного насоса (тип НХ-30, изготовитель - австрийская фирма ROSENBAUER), имеется полость - рубашка обогрева, в которой циркулирует жидкость из системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания базового шасси.
Недостатком данного технического решения являются наличие дополнительных коммуникаций и увеличение количества, а, следовательно, и теплоемкости охлаждающей жидкости в системе двигателя базового шасси, что удлиняет послепусковой прогрев силового агрегата и, тем самым, приводит к ухудшению динамических характеристик пожарного автомобиля.
Задачей изобретения является обеспечение усиленного подогрева огнетушащей жидкости, находящейся в пожарном центробежном насосе теплотой, выделяющейся при его работе для предотвращения обледенения и замерзания воды в магистральных напорных рукавных линиях в условиях низких температур окружающего воздуха при минимальных доработках конструкций агрегатов пожарных машин. Данное техническое решение, таким образом, также позволит эффективнее проводить работы по размораживанию гидрантов в зимний период [см. Рекомендации по практической работе со специальными агрегатами пожарных автомобилей. - М.: ВНИИПО МВД России. 1994. - 54 с.].
Для решения этой задачи подогрев огнетушащей жидкости производят посредством эффективной теплоизоляции пожарного центробежного насоса собственно и его напорного коллектора для максимального сохранения теплоты, выделяющейся при работе пожарного насоса и ее последующей передачи потоку огнетушащей жидкости, обеспечивающей увеличения длины магистральных пожарных напорных рукавных линий.
Задача решается тем, что при эксплуатации в условиях низких температур окружающего воздуха, пожарный насос в сборе с напорным коллектором и перекрывными задвижками капсулируют т.е. их наружные поверхности полностью покрывают утеплительным гибким теплоизолирующим съемным
покрытием - чехлом, закрепленным на насосе, при этом сторона чехла, обращенная к насосу имеет теплоотражающее покрытие, например металлизированное, в виде напыленной алюминиевой пленки, причем гибкий чехол состоит из пяти частей: одной, закрывающей лицевую сторону насоса, отдельно от двух закрывающих тыльную, еще одного фрагмента чехла, экранирующих масляную ванну насоса с его подшипниками, а также фрагмента чехла, закрывающего всасывающий патрубок насоса.
На фиг.1 представлена схема пожарного насоса с покрытием для работы в условиях низких температур, изготовленным в виде съемного чехла-пакета из двух теплоизолирующего и теплоотражательного слоев. Где 1 - коллектор с перекрывными задвижками, 2 - насос собственно, 3 - теплоотражательный слой, 4 и 5 - теплоизолирующие слои, 6 - элементы крепления.
На фиг.2 представлен местный вид на конструкцию.
Теплоизолирующее покрытие выполнено съемным и представляет собой пакет из двух теплоизолирующих и одного теплоотражательного слоев. Сочетание металлизированной полульняной ткани (эластоискожа-Т теплоотражательная), и 2-х слоев теплоизолирующего материала например, из войлока тонкошерстяного АТИМ-9 или холсто-прошивного ватина, используемых в комплектах теплозащитной одежды для пожарных (см. Простов Н.И., Аверин Ю.Ф., Логинов В.И. Техническое описание и инструкция по эксплуатации комплекта теплозащитной одежды для пожарных ТК-800. - М.: ВНИИПО МВД СССР, 1987. с.3; 6; 7), либо из термостойких волокон из ароматических полиамидов (см. Политехнический словарь / ред. Ишлинский А.Ю. - М.: Советская энциклопедия, 1989. с.398) и т.п. Кроме того, такое гибкое трехслойное утеплительное покрытие для лучшей теплоизоляции выполнено в виде пакета т.е. с воздушным промежутком между слоями.
Пожарная машина с насосом в сборе с напорным коллектором капсулированным таким гибким трехслойным утеплительным покрытием-чехлом
в условиях низких температур окружающего воздуха работает следующим образом.
После забора воды из водоисточника и запуска насоса отдача тепла от наружных поверхностей насоса и его напорного коллектора в окружающую среду практически не происходит т.к. они снаружи теплоизолированы. В сильные морозы, перед подачей воды в рукавную линию воду рекомендуется предварительно нагреть работой насоса на больших оборотах при этом перекрывные задвижки должны быть полностью закрыты, что позволяет ускорить прогрев насоса и огнетушащей жидкости в нем. [см. Рекомендации по практической работе со специальными агрегатами пожарных автомобилей. - М.: ВНИИПО МВД России. 1994. - 54 с.]. После чего подать воду из насоса в свободный напорный патрубок и только при устойчивой работе насоса подавать воду в рукавную линию.
При необходимости временного прекращения подачи воды на тушение насос не останавливать, а закрыть напорные задвижки насоса и снизить обороты двигателя. При этом насос постепенно нагревается. Об интенсивности прогрева насоса свидетельствуют следующие научные данные: при нулевой подаче и работе пожарного центробежного насоса марки ПН-40УВ на номинальной частоте вращения вала рабочего колеса 2700 об/мин потребляемая им мощность составляет порядка 22 кВт [Пожарная техника. Учебник / Под ред. Безбородько М.Д. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2004 - 550 с.]. При достижении температуры воды в насосе 75°С загорается предупредительная лампочка - на тех насосах, которые оснащены такой теплоизмерительной системой [см. Пожарная автоцистерна АЦ-6,0 - 40/4 (53211) модель 1-ДД. Инструкция по эксплуатации. ОАО «Давыдово». 1997. - 34 с]. Для предотвращения дальнейшего повышения температуры насоса и обрыва столба жидкости во всасывающей линии, или перемерзания последней необходимо предусматривать ручной или автоматический сброс воды на слив в водоем, например: открыть на короткое время свободный патрубок насоса или сливной
краник в его корпусе [см. Рекомендации по практической работе со специальными агрегатами пожарных автомобилей. - М.: ВНИИПО МВД России. 1994. - 54 с.].
Перед остановкой насоса необходимо открыть сливной краник и убедиться в прохождении через него воды, Разборку магистральных напорных рукавных линий производить сразу же по окончании тушения пожара. Если имеется достаточное количество личного состава пожарных чтобы одновременно рассоединить каждую пару соединительных головок, то дается команда остановки насоса и одновременно рассоединяются все рукава. Необходимо сразу же слить из них воду. Если личного состава для этого недостаточно, то при уборке линий подача воды не прекращается. Уборка производится со стороны пожарного ствола при уменьшенном напоре [см. Рекомендации по практической работе со специальными агрегатами пожарных автомобилей. - М.: ВНИИПО МВД России. 1994. - 54 с.]. Затем остановить насос. После этого возможно отсоединить всасывающий рукав и полностью удалить воду из полости насоса.
Наличие теплоизолирующего покрытия на пожарном насосе в условиях низких температур, гарантирует более полное удаление через сливной краник на корпусе насоса воды, оставшейся после его работы на пожаре, что позволяет исключить примерзание рабочего колеса к корпусу, а также клапанов перекрывных задвижек на коллекторе насоса к их седлам.
При положительных температурах окружающего воздуха (в летнее время) теплоизолирующее покрытие снимается и насос работает в штатном режиме.
Практическую проверку предложенной конструкции теплоизолирующего покрытия-чехла провели в ГУ «Учебный центр ФПС Свердловской област». Для предварительной оценки предложенного технического решения была спланирована и поставлена серия поисковых экспериментов. Пожарная автоцистерна марки АЦ-3,2-40(433114), оборудованная малоизношенным
центробежным пожарным насосом ПН-40УВ (наработка которого составила 186 часа при ресурсе спецагрегата 1100 часов) заднего расположения, была закрыта с трех сторон сплошными экранами, что обеспечивало полный штиль. Напоры на коллекторе насоса измерялись манометром МТП-160 класса точности 1,5; с пределами измерений 1-16 атм, а разрежение - мановакууметром класса точности 1,5; с пределами измерений от минус 1 до 6 атм. Частота оборотов вала рабочего колеса насоса ПН-40УВ определялась посредством штатного тахометра. Хронометраж осуществлялся механическим секундомером марки «Слава» ГОСТ 5072-79 с ценой деления 0,1 с.
ν
Температура окружающего воздуха в экспериментах составляла 5±1°С. Динамика прогрева воды определялась термометрами манометрического типа ТКП-60/3М с пределами измерений 0-120°С класса точности 2,5. Один датчик измерял температуру во всасывающем патрубке насоса, а другой - в его напорном коллекторе. Среднеобъемная температура Т определялась как среднее арифметическое от показаний этих приборов.
Всего было проведено три поисковых эксперимента, в каждом из которых измерения температур проводили как с предложенным средством теплоизоляции - чехлом насоса, так и без него.
Так в первом из поисковых экспериментов воду в насосе прогревали при номинальной частоте вращения вала рабочего колеса 2700 об/мин с начальной температурой 20°С до среднеобъемной температуры 60°С.
Условия второго эксперимента предусматривали определение динамики охлаждения опорожненного насоса с температуры 60°С до 30°С.
Аналогично в третьем эксперименте также определялась динамика охлаждения насоса, но уже в случае, если по каким-либо причинам из него не была слита вода.
Проведенными опытами установлено, что вода в корпусе насоса при номинальной частоте вращения вала рабочего колеса нагревается от 20°С до
60°С на одну минуту быстрее в случае, если насос теплоизолирован чехлом предложенной конструкции.
Имеет место также замедление темпов охлаждения теплоизолированного насоса в сравнении с не теплоизолированным как заполненного водой (см. Фиг 3), так и порожнего (Фиг 4). Таким образом, данное техническое решение обеспечило уменьшение суммарного коэффициента теплоотдачи при этом на 10% и в 1,5 раза соответственно.
Проведенное практическое испытание предложенного технического решения позволяет сделать вывод об эффективности теплоизоляции пожарного насоса: оно технически осуществимо и не требует больших материальных затрат.
Применение предложенного технического решения по теплоизоляции пожарного насоса в условиях низких температур изменяет тепловой баланс пожарного насоса в сторону уменьшения рассеивания тепла, выделяющегося при его работе и позволяет этим теплом интенсивнее подогревать воду внутри пожарного насоса без привлечения каких-либо внешних теплоисточников, исключить операции по розжигу последних, их техобслуживанию и т.п. При использовании теплоизолирующего покрытия насоса уменьшатся износ и увеличится долговечность пожарных напорных рукавов зимой, т.к. указанные показатели во многом зависят от температуры потока огнетушащей жидкости в них. Все это в целом повышает надежность насосно-рукавных систем и эффективность тушения пожаров в условиях низких температур окружающего воздуха, т.е. обеспечит уменьшение количества жертв и материальных потерь от пожаров при обеспечении пожарных машин зимним комплектом теплоизоляции-чехлом для насоса.