Цистерна пожарного автомобиля, предназначенная для тушения в холодных климатических зонах

Полезная модель относится к области пожарной техники и может быть использована при изготовлении пожарных автомобилей. Конструкция пожарных автомобилей включает такие основные элементы как, базовое шасси с кабиной, цистерну (сосуд) для огнетушащих средств, насосную установку с лафетным стволом, кузов для размещения пожарно-технического вооружения, а также систему выпуска отработавших газов [Безбородько М.Д. Пожарная техника. Учебник. М.: АГПС МЧС России. 2004].
Пожарные автомобили предназначены для:
1. Доставки в требуемый район боевых расчетов, огнетушащих средств и пожарного оборудования.
2. Подачи в необходимом количестве огнетушащих средств в очаги горения.
3. Выполнения ряда специальных работ перед началом и во время тушения пожара.
Пожарный автомобиль оборудуется баком для пенообразователя (пеннобаком), лафетным стволом, напорными и всасывающими рукавами, ручными стволами, пожарной лестницей, аварийно- спасательным инструментом, огнетушителями и другим оборудованием.
Пожарные автомобили для тушения пожаров водой называются автоцистернами.
В качестве огнетушащего средства в основном используется вода. К основным недостаткам воды относятся высокая температура замерзания и электропроводимость. При отсутствии пожара, автомобиль находится в пожарном боксе с температурой не менее 16°С. В условиях возникновения пожара автомобиль в зимнее время выезжает к очагу возгорания. Время прибытия пожарного автомобиля установлено Федеральным законом и составляет в городе 10 минут, а в сельской местности 20 минут [Федеральный закон №123 от 22.07. 2008 года. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности]. В условиях низких температур в период движения пожарного автомобиля и тушения огня вода в цистерне может замерзнуть.
Поэтому проблема доставки в район пожара воды как огнетушащего средства и подачи в необходимом количестве воды в очаги горения в условиях низких температур является актуальной задачей.
Известенсеверный пожарный автомобиль [3. Емельянов Е.А. Северный пожарный автомобиль. Патент на полезную модель 85827 от 20.08.2009. М.: ВНИИГПЭ].
Данный автомобиль включает автомобильное шасси с кабиной водителя, салон боевого расчета, кузов для размещения пожарно-технического вооружения и специального оборудования, водопенные коммуникации, цистерну, пенобак, стационарный лафетный ствол с системой управления, насосную установку, которая включает насос с системой управления.
Шасси автомобиля оснащено выхлопной трубой системы выпуска отработавших газов двигателя, которая направлена в сторону от рабочих зон.
Система выпуска отработавших газов включает газоотборники, приемные трубы глушителя, глушитель, выпускную трубу, заслонки, компенсаторы и другие элементы.
Крыша кузова или ее часть, предназначенная для работы, имеет поверхность или покрытие, препятствующее скольжению обуви, по периметру рабочих площадок, а на крыше кузова и цистерны установлено ограждение высотой не менее 100 мм.
3
Цистерна для воды пожарного автомобилявыполнена из углеродистой или коррозионно-стойкой стали, на внутреннюю и наружную поверхности цистерны из углеродистой стали нанесено водостойкое лакокрасочное покрытие. Цистерна оснащена люком диаметром не менее 450 мм, она оборудована устройством для непрерывного или дискретного контроля уровня жидкости. Внутри цистерны установлены поперечные и продольные перегородки (волноломы), а внутренний ее объем разделен перегородками на сообщающиеся отсеки объемом не более 1,5 м
Автомобиль оснащен системой подогрева, которая связана с цистерной для воды, пожарным насосом, всасывающим рукавом и рабочей рукавной линией.
Пожарная машина также оборудована системой дополнительного отопления салона боевого расчета, насосного отделения, кузова с пожарно-техническим вооружением, причем расчетная температура в зимнее время в салоне в зоне ног не менее 18°С как при движении, так и при работе на стационарном режиме.
Автомобиль имеет теплогенератор для просушки обуви, одежды и снаряжения и оснащен энергетической установкой для нагрева воды и обогрева отсеков с пожарно-техническим вооружением.
Нагрев воды в цистерне осуществляется с помощью энергетической установки и специальных нагревательных элементов. Энергетическая установка приводится в работу от двигателя внутреннего сгорания с помощью раздаточной коробки.
Недостатками северного пожарного автомобиля являются:
1. Высокая стоимость и большие габариты энергетической установки, теплогенератора,трансмиссии.
2. Повышенный расход бензина при работе энергетической установки.
3. Недостаточная эффективность сохранения тепла в цистерне для воды при работе системы подогрева.
Также известна пожарная надстройкапожарно-спасательного автомобиля северного, выполненная в климатическом исполнении ХЛ (для холодного климата) (варианты) [Алешков М.В. и др. Пожарная надстройка пожарно-спасательного автомобиля северного, выполненная в климатическом исполнении ХЛ (для холодного климата) (варианты). Патент на полезную модель 108980 от 10.10.2011. М.: ВНИИГПЭ]. Пожарная надстройка пожарно-спасательного автомобиля северного, выполненная в климатическом исполнении ХЛ (для холодного климата), содержащая кузов, кабину боевого расчета, электрооборудование, цистерну для воды, бак для пенообразователя, водопенные коммуникации в составе пожарного насоса, запорной и соединительной арматуры и стационарного лафетного ствола, оборудована автономным устройством с электрическими нагревательными элементами (тэнами) для нагрева воды от установленной на автомобиле электростанции или от внешнего источника электроснабжения.
Пожарная надстройка пожарно-спасательного автомобиля северного, оснащена автономным двигателем с собственным насосом - вихревым теплогенератором и последовательно включенным с ним теплообменником.
Пожарно-спасательный автомобиль северный, применяемый в климатическом исполнении ХЛ (для холодного климата), оснащен теплообменником, выполненным с возможностью использования энергии выхлопных газов и устройством разогрева теплоносителя систем отопления при аварийных ситуациях, а кузов автомобиля изолирован от кабины боевого расчета.
Теплообменник использует энергию выхлопных газов. Выхлопные газы имеют высокую температуру более 300°С. Использование высокой температуры выхлопных газов для подогрева воды в цистерне экономически эффективно и не связано с установкой габаритных и дорогостоящих электростанций и других агрегатов.
Недостатками пожарной надстройкипожарно-спасательного автомобиля северного, выполненной в климатическом исполнении ХЛ (для холодного климата) (варианты) являются:
1. Высокая стоимость автономного устройств с электрическими нагревательными элементами (тэнами) для нагрева воды от установленной на автомобиле электростанции.
2. Повышенный расход бензина при работе электростанции.
3. Недостаточная эффективность сохранения тепла в цистерне для воды при работе теплообменника с использованием энергии выхлопных газов и нагревательных элементов.
4. Недостаточная эффективность нагрева воды в цистерне в условиях низких температур.
Также известен пожарный автомобиль, предназначенный для тушения при низких температурах. Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель №160860 от 10.04.2016 г. М. ФИПС.
На пожарный автомобиль, имеющий шасси с колесами, кабину для личного состава, цистерну для воды с люком, пожарный насос с приводом от двигателя внутреннего сгорания, бак для пенообразователя, стационарный лафетный ствол, кузов для размещения пожарно-технического вооружения и специального оборудования, лестницу, систему выпуска отработавших газов оборудуется теплообменник змеевикового типа.
Внутри цистерны, оснащенной теплообменником, установлены поперечные и продольные перегородки (волноломы) для предотвращения гидравлического удара. Цистерна выполнена с двумя стенами, при этом межстенное пространство заполнено воздухом, который имеет низкий коэффициент теплопроводности. Данная конструкция предназначена для уменьшения отвода тепла из цистерны с водой.
Система выпуска отработавших газов включает газоотборники, приемные трубы, глушитель, выпускную трубу и другие элементы.
От выпускной трубы отводится дополнительный газопровод, который связывается с теплообменником. Дополнительный газопровод оборудуется вентилями для открытия и закрытия. После прохождения цистерны теплообменник связывается участком газопровода с выпускной трубой.
Пожарный автомобиль работает следующим образом.
Вода заливается в цистерну автомобиля, который находится в пожарной части. При возникновении пожара автомобиль выезжает из пожарного депо. Температура воды в цистерне составляет не менее 16°С. В условиях низких температур водитель открывает соответствующий вентиль дополнительного газопровода для поступления горячих выхлопных газов в теплообменник. Затем водитель закрывает соответствующий вентиль для недопущения прохода газов по основной системе выпуска выхлопных (отработавших) газов. При движении автомобиля горячие выхлопные газы поступают в теплообменник внутри цистерны и нагревают воду. Скорость охлаждения воды в цистерне значительно снижается за счет межстенного пространства, заполненного воздухом, имеющим низкий коэффициент теплопроводности. При температуре окружающей среды выше 0°С водитель закрывает соответствующие вентили 20, и выхлопные газы проходят через основную систему выпуска отработавших газов в атмосферу, не поступая в теплообменник.
Недостатками пожарного автомобиля, предназначенный для тушения при низких температурах являются:
1. Недостаточная эффективность сохранения тепла в цистерне для воды при работе теплообменника с использованием энергии выхлопных газов.
2. Недостаточная эффективность применения межстенного пространства цистерны для сохранения плюсовой температуры воды в цистерне.
3. Недостаточная эффективность нагрева воды в цистерне в условиях низких температур.
Наиболее близкой к указанной проблеме является пожарный автомобиль, предназначенный для тушения в зимних условиях. Матвеев Ю.А. и др. Патент на полезную модель 172534 от 11.07.2017 г. М. ФИПС.
На пожарный автомобиль, имеющий шасси с колесами, кабину для личного состава, цистерну для воды с люком, пожарный насос с приводом от двигателя внутреннего сгорания, бак для пенообразователя, стационарный лафетный ствол, кузов для размещения пожарно-технического вооружения и специального оборудования, лестницу, систему выпуска отработавших газов оборудуется теплообменник змеевикового типа.
Цистерна выполнена с двумя стенами, при этом межстенное пространство заполнено воздухом.
От выпускной трубы отводится дополнительный газопровод, который связывается с теплообменником. Дополнительный газопровод оборудуется вентилями для открытия и закрытия. После прохождения цистерны теплообменник связывается участком газопровода с выпускной трубой.
Для увеличения температуры воздуха в межстенном пространстве цистерны устанавливаются дополнительные трубопроводы для подачи газа, которые привариваются к теплообменнику с возможностью поступления и выхода выхлопных газов. При этом дополнительные трубопроводы привариваются в начале и в конце теплообменника, и имеют меньший диаметр по сравнению с теплообменником.
Пожарный автомобиль работает следующим образом.
В условиях низких температур водитель открывает соответствующий вентиль дополнительного газопровода для поступления горячих выхлопных газов в теплообменник. Затем водитель закрывает соответствующий вентиль для недопущения прохода газов по основной системе выпуска выхлопных (отработавших) газов. При движении автомобиля горячие выхлопные газы поступают в теплообменник внутри цистерны и нагревают воду. Также горячие выхлопные газы поступают в дополнительные трубопроводы для подачи газа и нагревают воздух в межстенном пространстве. Скорость охлаждения воды в цистерне значительно снижается за счет межстенного пространства, заполненного нагретым воздухом. При температуре окружающей среды выше 0°С водитель закрывает соответствующие вентили, и выхлопные газы проходят через основную систему выпуска отработавших газов в атмосферу, не поступая в теплообменник.
Предлагаемая полезная модель позволяет решить задачу повышения эффективности доставки огнетушащих средств (воды) в район пожара в условиях очень низких температур с меньшими финансовыми затратами. Достаточно оборудовать цистерну автомобиля двумя теплообменниками, использующими тепловую энергию выхлопных газов. Также цистерну для воды необходимо оснастить нагревательными элементами для нагрева воды от установленной на автомобиле электростанции или от внешнего источника электроснабжения.
Решение указанной задачи достигается тем, что цистерна для воды автомобиля оборудована двумя теплообменниками змеевикового типа, соединенными с выпускной трубой системы выпуска отработавших газов, а также оснащена нагревательными элементами для нагрева воды от установленной на автомобиле электростанции или от внешнего источника электроснабжения.
Сущность полезной модели пояснена чертежами (фиг. 1, фиг. 2.) на которых изображены: разрез цистерны для воды с теплообменниками змеевикового типа и разрез вида сверху цистерны для воды с теплообменниками и дополнительными трубопроводами для подачи газа.
Цистерна для воды 1 с люком 2 оборудуется двумя теплообменниками змеевикового типа 3 с вентилями 4.
Внутри цистерны 1, оснащенной верхним и нижним теплообменниками 3, установлены поперечные перегородки (волноломы) 5 для предотвращения гидравлического удара. Цистерна выполнена с двумя стенами 6, при этом межстенное пространство заполнено воздухом 7, который имеет низкий коэффициент теплопроводности. Данная конструкция предназначена для уменьшения отвода тепла из цистерны с водой.
Для увеличения температуры воздуха 7 в межстенном пространстве цистерны 1 устанавливаются дополнительные трубопроводы 8 для подачи отработавших (выхлопных) газов, которые привариваются к теплообменнику с возможностью поступления и выхода выхлопных газов. При этом дополнительные трубопроводы привариваются в начале и в конце теплообменника, и имеют меньший диаметр по сравнению с теплообменником.
Для крепления верхнего теплообменника 3 используются пластины 9, которые жестко связаны с внутренней стенкой цистерны и теплообменником.
Также внутри цистерны установлены нагревательные элементы (тэны) 10 для нагрева воды 11 от установленной на автомобиле электростанции или от внешнего источника электроснабжения. Нагрев воды в цистерне нагревательными элементами позволяет не допустить замерзания воды при выходе из строя системы подачи выхлопных газов в теплообменник, а также при очень низких температурах, менее минус 30°С.
Полезная модель работает следующим образом.
Вода 11 заливается в цистерну 1 автомобиля, который находится в пожарной части. При возникновении пожара автомобиль выезжает из пожарного депо. В условиях очень низких температур, водитель открывает соответствующий вентиль 4 для поступления горячих отработавших газов 12 в верхний и нижний теплообменники 3. Затем водитель включает нагревательные элементы 10. При движении автомобиля выхлопные газы поступают в теплообменники внутри цистерны и нагревают воду. При этом горячие отработавшие газы поступают в дополнительные трубопроводы для подачи газа 8 и нагревают воздух в межстенном пространстве. Также нагрев воды происходит с помощью нагревательных элементов. Скорость охлаждения воды в цистерне значительно снижается за счет межстенного пространства, заполненного нагретым воздухом. При температуре окружающей среды выше 0°С водитель закрывает соответствующие вентили 4, и выхлопные газы проходят через основную систему выпуска отработавших газов в атмосферу, не поступая в теплообменники.
В случае поломки автомобиля и не поступления выхлопных газов в цистерну, а также отсутствия отопления в пожарном боксе вода в цистерне может нагреваться от внешнего источника электроснабжения нагревательными элементами.
Предложенное устройство цистерны пожарного автомобиля с нагревательными элементами, двумя теплообменниками и дополнительными трубопроводами для подачи отработавших газов в межстенное пространство просто в эксплуатации и позволяет доставить воду в очаг пожара при очень низких температурах окружающей среды с наименьшими экономическими затратами и изменениями конструкции автомобиля.