НАСОС ПОЖАРНОЙ МАШИНЫ ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЙ

Предлагаемая полезная модель относится к противопожарной технике, в частности к техническим средствам для предотвращения обледенения и замерзания магистральных пожарных напорных рукавных линий.
Полезная модель может быть использована в насосных установках пожарных автомобилей при работах в экстремальных условиях низких температур, поскольку бесперебойная подача огнетушащей жидкости (воды или пенообразующего раствора) к месту работы оперативных расчетов является одним из важных условий успешного тушения пожара [см. Об утверждении Боевого устава подразделений пожарной охраны, определяющего порядок организации тушения пожаров и проведения аварийно-спасательных работ. Объявлен приказом МЧС России от 16.10.2017 г. №444.]. 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.].
Работникам пожарной охраны известны случаи замерзания воды в рукавных линиях при тушении пожара. Происходит это потому, что вода, подаваемая по рукавной линии, отдает теплоту в окружающую среду. Количество теряемой теплоты 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 исследованиями установлено, что увеличение температуры воды на каждые 0,1°С позволяет увеличить длину магистральной пожарной напорной рукавной линии 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.
Однако 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 трансформируется в теплоту 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 теплоты от его наружных поверхностей в окружающую среду.
Известно также, что для уменьшения диссипации теплоты 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. 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 BP. Руководство по эксплуатации. - Варгаши: 1999. - 19 с.].
Недостатком такого технического решения является весьма низкий КПД обогрева насоса, поскольку насосный отсек пожарной автоцистерны расположен в кормовой 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 двигателя базового шасси, что удлиняет послепусковой прогрев силового агрегата и, тем самым, ухудшает динамические характеристики пожарного автомобиля.
Также известно следующее техническое решение по теплоизоляции насоса пожарного автомобиля [см. Патент РФ на полезную модель №68324]. Спецагрегат собственно и его напорный коллектор с напорными задвижками покрыт снаружи съемной теплоизоляцией, причем теплоизолирующее двухслойное покрытие выполнено в виде гибкого чехла, имеющего теплоотражающее металлизированное покрытие на стороне, обращенной к корпусу пожарного насоса. Кроме того, для повышения эффективности между слоями теплоизоляции предусмотрен воздушный зазор.
Недостатком данного технического решения являются не полное покрытие всех наружных поверхностей корпусных деталей насоса и его напорного коллектора фрагментами теплоизоляционного чехла. В результате интенсивность самоподогрева воды в спецагрегате снижается вследствие повышения теплорассеивания обусловленного низкой величиной вязкости холодного воздуха.
Задачей полезной модели является обеспечение усиленного самоподогрева огнетушащей жидкости, находящейся в пожарном 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.
Для решения этой задачи самоподогрев огнетушащей жидкости производят посредством высокоэффективной теплоизоляции абсолютно всех наружных поверхностей 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 увеличение длины магистральных пожарных напорных рукавных линий без перемерзания.
Задача решается тем, что перед началом осенне-зимнего периода эксплуатации в ходе сезонного технического обслуживания, пожарный насос в сборе с коллектором и напорными задвижками капсулируют съемным теплоизолирующим покрытием. Указанное теплоизолирующее покрытие выполнено в виде чехла по типу кокона, полностью покрывающего все наружные поверхности насоса в сборе и изготовлено из водоневпитывающего, влагонепроницаемого материала. Чехол состоит из 2-х слоев синтетической растягивающейся ткани типа «стрейч», выполненных из полиэстера, капрона и имеющих элементы крепления к конструкциям насоса, при этом сторона слоя синтетической ткани, расположенного ближе к корпусам наcoca и коллектора имеет блестящее отражающее покрытие. Поверх обоих слоев синтетической ткани наносится слой толщиной 40-60 мм теплоизолирующего материала - твердеющей полиуретановой пены. В теплоизолирующем чехле в обоих слоях синтетической ткани и в теплоизолирующем слое выполнены отверстия для приборов контроля за работой насоса, для контроля уровня и слива масла, дренажного краника, приводного вала, а также всасывающего патрубка.
На фиг. 1 представлена одна из возможных схем продольного разреза пожарного насоса со съемным покрытием для работы в условиях низких температур. Здесь 1 - коллектор с напорными задвижками, 2 - насос, 3 - слой синтетической растягивающейся ткани типа «стрейч», например полиэстера, капрона и т.п., имеющего блестящее отражательное покрытие, 4 - слой синтетической растягивающейся ткани типа «стрейч», 5 - слой тепло-изолирующий, 6 - элементы крепления.
Пожарная машина с насосом в сборе с напорным коллектором капсулированным таким съемным трехслойным утеплительным покрытием-чехлом в условиях низких температур окружающего воздуха работает cледующим образом.
После забора воды из водоисточника и запуска насоса теплоотдача от наружных поверхностей насоса и его напорного коллектора в окружающую среду практически не происходит т.к. они снаружи эффективно теплоизолированы. В сильные морозы, перед подачей воды в рукавную линию воду рекомендуется предварительно нагреть работой насоса на больших оборотах при этом напорные 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 его потребление 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 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 всех поверхностей пожарного насоса 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 напорных задвижек на коллекторе насоса к их седлам.
Весной, при проведении сезонного технического обслуживания теплоизолирующее покрытие полностью легко демонтируется, поскольку два слоя синтетической ткани исключают высокий уровень адгезии слоя затвердевшей полиуретановой пены к металлу корпусов спецагрегата и коллектора. И пожарный насос готов работать в штатном режиме.
Техническим результатом предложенной эффективной теплоизоляции пожарного насоса в условиях низких температур является изменение теплового баланса пожарного насоса в сторону уменьшения рассеивания теплоты, выделяющейся при его работе. Это позволит интенсивнее подогревать воду, находящуюся в полости спецагрегата без привлечения каких-либо внешних теплоисточников, исключить операции по розжигу последних, их техническому обслуживанию и т.п. При использовании эффективного теплоизолирующего покрытия насоса уменьшается износ и увеличивается долговечность пожарных напорных рукавов зимой, т.к. указанные показатели во многом зависят от температуры огнетушащей жидкости в них. В конечном счете повышается надежность насосно-рукавных систем и эффективность тушения пожаров в условиях низких температур окружающего воздуха, что обеспечит уменьшение количества жертв и материальных потерь от пожаров и ЧС при оборудовании пожарных машин на осенне-зимний период эффективным теплоизолирующим чехлом-коконом для насоса.