CC BY
9
УДК 614.846
О ВОЗМОЖНОСТИ ЗАПРАВКИ ПЕНОБАКА ПОЖАРНОГО АВТОМОБИЛЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СТАЦИОНАРНОГО ВАКУУМНОГО НАСОСА
А. Д. СЕМЕНОВ, И. В. САРАЕВ, А. Г. БУБНОВ
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново E-mail: sad8_3@mail.ru, saraev-i-v@mail.ru, bubag@mail.ru
В работе проведена оценка возможности реализации технического решения по заправке емкости под пенообразователь с использованием стационарного вакуумного насоса автоцистерны или пожарного автомобиля. Технические параметры пенобаков, установленных на пожарных автоцистернах, не позволяют реализовать возможность заполнения с применением вакуумного насоса вследствие невозможности обеспечения конструкцией требуемого напряжения при создании разряжения в 1 кгс/см2. Показано, что усиление конструкции емкостей под пенообразователь вертикальными укрепляющими стойками из стали марки Ст3 и легированной стали, а также ребрами жесткости из полиэтилена, позволит сохранить геометрические параметры толщины стенки пенобака при производстве.
Ключевые слова: пенобак; пожарная автоцистерна; емкость под пенообразователь; конструкция.
ABOUT THE POSSIBILITY OF REFUELING THE FOAM TANK OF A FIRE TRUCK USING A STATIONARY VACUUM PUMP
A. D. SEMENOV, I. V. SARAEV, A. G. BUBNOV
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education
«Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo E-mail: sad8_3@mail.ru, saraev-i-v@mail.ru, bubag@mail.ru
The paper assesses the possibility of implementing a technical solution for filling a container for a foaming agent using a stationary vacuum pump of a tank truck or a fire truck. The technical parameters of the foam tanks installed on fire trucks do not allow for the possibility of filling using a vacuum pump due to the impossibility of providing the required voltage by the design when creating a vacuum of 1 kgf/cm2. It is shown that the strengthening of the structure of containers for the foaming agent with vertical reinforcing posts made of St3 steel and alloy steel, as well as stiffening ribs made of polyethylene, will allow maintaining the geometric parameters of the foam tank wall thickness during production.
Key words: foam tank; fire tanker truck; container for foaming agent; construction.
Анализ статистических данных по по-
1
жарам показал, что интенсивность их возникновения возрастает, а материальный ущерб остается на высоком уровне и составляет порядка 20,876 млрд. рублей. Общеизвестно, что применение современной пожранной техники для тушения пожара позволяет повысить
© Семенов А. Д., Сараев И. В., Бубнов А. Г., 2022
Государственный доклад «О состоянии защиты населения и территорий Российской Федерации от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2020 году». М.: МЧС России. ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ), 2021. 264 с.
эффективность его тушения. Основной пожарной техникой, применяемой при тушении пожара, являются пожарные автоцистерны от эффективной эксплуатации которых зависит успешность и временные показатели тушения пожара.
Вероятность успешного тушения пожара пожарно-спасательными подразделениями можно охарактеризовать зависимостью 1.
рут t^t min ~ рлс-рпр-рн (1)
где Рлс — вероятность того, что личный состав достаточно хорошо подготовлен; Рпр — вероятность прибытия и боевого развертывания в минимальное время; Рн — вероятность
того, что механизмы и оборудование ПА будут надежно работать.
Таким образом, рассматриваемые показатели эффективности тушения пожара носят вероятностный характер, а временные параметры восстановления боевой готовности техники в подразделении являются определяющими при реагировании.
Восстановление боевой готовности под-
-2
разделения складывается из мероприятий по:
- заправке пожарных автомобилей (ПА) горюче-смазочными материалами и огнетуша-щими веществам;
- замене неисправного имущества, оборудования и снаряжения, средств связи, обмундирования (боевой одежды, формы одежды);
- техническому обслуживанию ПА;
- мойке ПА.
В работе [1] показано, что наиболее затратной, по времени, является заправка ПА пенообразователем. Обусловлено это высокой пенообразующей способностью пенообразователя при перемешивании, что требует поиска технических решений, позволяющих уменьшить временные интервалы отдельных мероприятий по восстановлению технической готовности пожарной техники в подразделении.
Анализ технических возможностей по заправке пенобака ПА показал, что на практике реализовано два способа. Первый подразумевает заполнение емкости через горловину, что требует значительных временных затрат в виду вспенивания пенообразователя. Второй
подразумевает использование промежуточного насоса для заполнения пенобака. Второй способ является более универсальным, но требует дополнительных затрат на приобретение промежуточного насоса для перекачки пенообразователя. В [1] рассмотрена возможность использования стационарного вакуумного насоса пожарного автомобиля для заполнения емкости пенобака через стационарные водо-пенные коммуникации. Реализация такой возможности, заполнения емкости пенообразователем, позволяет унифицировать процесс заправки пенобака как в подразделении, так и в полевых условиях. Однако при реализации возможности применения стационарного вакуумного агрегата для заправки пенообразователя требуется обеспечить устойчивость емкости пенобака к деформации при создании в его полости разряжения.
Цель работы - оценка прочностных характеристик конструкционного материала емкости под пенообразователь при заправке с использованием стационарного вакуумного насоса.
Рассмотрим распределение пожарных автомобилей (рис. 1) в зависимости от преимущественного использования и направлений оперативной деятельности. Наибольший интерес представляют пожарные автомобили основного применения в связи с тем, что они используются для тушения пожара в городах и населенных пунктах, а также оборудованы сосудами для ог-нетушащих веществ - цистерной для воды, и емкость под пенообразователь.
Общеее количество ПА Южный федеральный округ Уральский федеральный округ Сибирский федеральный округ Северо-Западный федеральный округ Северо-Кавказский федеральный округ ^12 Приволжский федеральный округ Дальневосточный федеральный округ Центральный федеральный округ
497
87 301
63
■ 356
55 445
91
■ 367
7 -12 ■ 55
-IIS
^■ ЙПЙ
59 289
20 tfll7
Специальные
I Целевого применения ■ Общего применения
Рис. 1. Распределение пожарных автомобилей по федеральным округам от преимущественного использования и направлений оперативной деятельности-
2 Приказ МЧС России от 16.10.2017 № 444 «Об утверждении Боевого устава подразделений пожарной охраны, определяющего порядок организации тушения пожаров и проведения аварийно-спасательных работ».
Статистические данные (рис. 1) показывают, что на долю основных пожарных автомобилей приходится до 78 % от всего парка пожарной техники. Анализ оснащения пожарно-спасательных гарнизонов пожарными автомобилями показал, что основные шасси, применяемые при производстве IVECO-AMT, Урал NEXT, КамАЗ, ЗиЛ-130 и ЗиЛ-131.
Расчет прочностных характеристик емкостей проводится на прочность и устойчивость с целью оценки их работоспособности при создании рабочих условий. Оценку прочности и устойчивости сосудов проводят на основе данных о типе материала из которого сделан резервуар и рабочих условий. Таки образом, необходимо определить тип материала из которого производятся пенобаки пожарных автомобилей.
Рассмотрим распределение пожарных автомобилей по поколению выпуска их с конвейера. На рис. 2 представлено распределение ПА в зависимости от поколения выпуска, причем в новые модификации ПА включены автомобили, выпущенные после 2000 года, а к старым модификациям отнесены ПА, произведенные до 2000 года.
Анализ данных по оснащению пожарно-спасательных гарнизонов пожарной техникой показал, что качественный состав парка пожарных автомобилей физически и морально устарел. Так, более 33 % оснащенности подразделений приходится на долю АЦ-40(130)63Б и АЦ-40(131)137А на базе ЗиЛ-130 и ЗиЛ-131, производства Прилукского завода «Пожмашина». Пенобаки на таких автомобилях изготавливаются из стали Ст3, подвержены коррозии и требуют частого ремонта. В литературе [2, 3] показано, что при создании пожарных автомобилей современной генерации преобладают такие конструктивные материалы, как сплавы алюминия, нержавеющая сталь, полимерные материалы. В настоящее время емкости под пенообразователь на пожарных автомобилях, применяемых подразделениями пожарной охраны изготовлены из стали марки Ст3, нержавеющей (легированной) стали, полиэтилена. Таким образом, расчет пенобака на прочность и устойчивость необходимо проводить в зависимости от типа конструктивного материала, применяемого в изготовлении (сталь, нержавеющая сталь, полиэтилен).
Общеее количество ПА Южный федеральный округ Уральский федеральный округ Сибирский федеральный округ Северо-Западный федеральный округ Северо-Кавказский федеральный округ Приволжский федеральный округ Дальневосточный федеральный округ Центральный федеральный округ
■ 1060
315
118
Н 327
■ 106
34:
181
^Ш 381
™ 106 ■ 62 12
^Ш 549
215
■ 43 ШШШ 275
Ш 102 47
2172
О 500
I Новой модификации
1000 1500
Старой модификации
2000
2500
Рис. 2. Распределение пожарных автомобилей по федеральным округам в зависимости от поколения
Рассмотрим особенности заправки пе-нобака ПА с применением стационарного вакуумного агрегата (шиберного насоса).
Авторами [1] предлагается возможность использования стационарного вакуумного агрегата для заполнения пенобака пожарной автоцистерны по схемам рис. 3 рис. 4.
Конструкция водопенных коммуникаций пожарной автоцистерны имеет замкнутый, герметичный контур. Исходя из схемы (рис. 3) видно, что подачу пенообразователя в пенос-меситель можно осуществить из сторонней емкости через патрубок 3. Для этого требуется подсоединить к 3 кислотно-щелочной (КЩ)
шланг диаметром 32 мм от внешней емкости с пенообразователем. Исходя из этого, было предложено техническое решение по заполнению пенобака пожарного автомобиля с использованием стационарного вакуумного насоса 22 (рис. 4). Для реализации данного способа требуется создание дополнительного трубопровода коммуникаций с шаровым краном 21. Разряжение в пенобаке создается вакуумным насосом 22 (рис. 4), который соединяется с пенобаком трубопроводом через шаровой кран
21. Пенообразователь через патрубок 3 от внешней емкости с пенообразователем по кислотно-щелочному шлангу поступает по трубопроводу с краном 6 в пенобак. Во избежание попадания пенообразователя в рабочую полость шиберного насоса в пенобаке требуется установка датчика, соединенного с блоком управления вакуумного агрегата, для автоматического отключения двигателя вакуумного насоса при заполнении емкости бака пенообразователя.
Рис. 3. Схема водопенных Рис. 4. Схема водопенных коммуникаций
коммуникаций забора пенообразователя
пожарной автоцистерны: с использованием АВС:
1 - масленка; 2 - пеносмеситель; 3 - патрубок забора пенообразователя из сторонней емкости;
4 - крестовина; 5 - вентиль; 6, 21 - кран; 13 - клапан; 7 - пенобак; 8 - вакуумный кран; 9 - коллектор; 10 - цистерна; 11 - смотровой люк; 12 - заливная горловина; 14, 15 - задвижки; 16 - напорная труба; 17, 20 - заглушка;18 - пожарный насос; 19 - всасывающий патрубок;
22 - шиберный насос (вакуумный агрегат)
Классическая схема водопенных коммуникаций пожарной автоцистерны представлена на рис. 3.
Рассмотрим конструктивные особенности пенобака пожарной автоцистерны и материалы из которых он изготавливается. На АЦ нового поколения баки в поперечном сечении имеют форму квадрата с закругленными углами (рис. 5). На верхней части бака 4 установлена заливная горловина 5 с присоединенной к ней рукавной головкой 6. Внизу закреплен вентиль 7 для поступления пенообразователя к насосу. Бак крепится хомутами 3 гайкой 2 к подрамнику. Пенобаки размещают, как правило, в насосном отсеке.
Таким образом, пенобак пожарной автоцистерны является сосудом, который при его заправке, с применением вакуумного насоса, будет находится под внешним давлением 1 кгс/см2. Длительная и бесперебойная работа оборудования, работающего под давлением, является одним из важных условий, которое зависит от механической надежности. Механическая надежность определяется такими техническими показателями как прочность, жесткость, герметичность, устойчивость и долговечность, которые необходимо учитывать при расчете емкостей, работающих под вакуумом. Расчётные значения по толщине стенок емкости для хранения пенообразователя на ПА позволят разрабо-
тать рекомендации заводам-изготовителям по реализации предлагаемого подхода по заправке пенобака пенообразователем.
Расчет толщины стенок пенобака проводился по методике [5], путем сравнения максимального напряжения в прямоугольной пластине с допускаемым напряжением для рассматриваемого материала (Ст3, легированная сталь, полиэтилен) из которого изготовлена емкость под пенообразователь.
а=с'Р ©2=с т ©2<a-
ДОП>
(2)
(3)
где: p - среднее давление, действующее на пластину, кгс/см2; a - короткая сторона стенки между укрепляющими элементами, см; Ь -длинная сторона стенки между укрепляющими элементами, см; s - толщина стенки, см; Y -удельный вес жидкости, кг/см3; c - коэффициент, зависящий от отношения Ь^.
Рис. 5. Общее устройство пенобака пожарного автомобиля: 1 - подрамники; 2 - гайка; 3 - хомут; 4 - бак; 5 - заливная горловина; 6 - рукавная головка; 7 - вентиль
В работе проводился расчет емкости под пенообразователь с геометрическими размерами 0,5x0,8x0,5 м объемом 200 л., для АЦ - АЦ-3,2-40/4(43253), модель 001-МС3. Результаты расчета толщины стенки емкости под пенообразователь на АЦ в зависимости от типа конструктивного материала представлены в таблице.
Таблица. Результаты расчета толщины стенки емкости под пенообразователь на АЦ в зависимости от типа конструктивного материала
Толщина стенки пенобака, мм Сталь Ст3, мм Легированная (нержавеющая) сталь, мм Полиэтилен, мм
Установленные на АЦ 4 4 7
Расчетные значения без укрепления стенок 8 8 20
Расчетные значения с укреплением стенок 4 4 7
Анализ результатов расчета толщины стенки емкости под пенообразователь на АЦ, в зависимости от типа конструктивного материала, показал, что пенобаки установленные на ПА имеют толщину стенок от 4 до 7 мм. Прочностные характеристики такой конструкции не обеспечивают условия выражения (2) по допустимому напряжению адоп=1600 кгс/см2 для стали марки Ст3 и легированной стали и адоп=280 кгс/см2 для полиэтилена марок 27673, 276-83, 276-84.
Таким образом, при создании разряжения в 1 кгс/см2 в прямоугольной емкости 0,5x0,8x0,5 м напряжение на стенки для стали марки Ст3 и легированной стали толщиной 4 мм составляет а = 5857 кгс/см2, для полиэтилена марок 276-73, 276-83, 276-84 а=1913 кгс/см2, что требует усиливать конструкцию вертикальными укрепляющими стойками. Выполнение условий соответствия по выражению
(2) достигается при увеличении толщины стенок емкости в 2-2,5 раза, что повышает себестоимость пенобаков при изготовлении.
Таким образом, для усиления конструкции пенобака, по полученным значениям создаваемого напряжения в конструкционном материале, при создании разряжения в 1 кгс/см2 требуется две вертикальные укрепляющие стойки для емкостей из стали марки Ст3 и легированной стали, а для емкостей из полиэтилена марок 276-73, 276-83, 276-84 требуется три вертикальные укрепляющие стойки. Целесообразно использовать усиление из того же материала, что и емкость под пенообразователь, причем для емкостей из полиэтилена
3 Пожарная автоцистерна АЦ-3,2-40/4(43253) модель 001 -МС. Руководство по эксплуатации. М: ЗАО «ПО «Спецтехника пожаротушения», 2011. 162 с.
можно увеличить количество ребер жесткости при формовке. Такое конструктивное решение позволяет сохранить себестоимость производства емкостей под пенообразователь и расширяет функционал при осуществлении заправки пенообразователем. Использование вертикальных укрепляющих стоек и ребер жесткости позволит сохранить геометрические параметры толщины стенки пенобака при производстве.
Выводы
В работе показано, что эффективность тушения пожара носит вероятностный характер, а временные параметры восстановления боевой готовности техники в подразделении являются определяющими при реагировании на тушение пожара.
Определено, что наиболее затратной, по времени, является заправка ПА пенообразователем.
Установлено, что на долю основных ПА приходится до 78 % от всего парка пожарной техники, а более 33 % оснащенности подраз-
Список литературы
1. Семенов А. Д., Бочкарев А. Н., Кнутов М. С. Влияние способа заправки пенобака на время приведения пожарного автомобиля в готовность после пожара // Современные проблемы гражданской защиты. 2020. № 4 (37). С.143-150.
2. Яковенко Ю. Ф. Пожарные автомобили нового поколения. Современная ситуация и перспективы // Системы и безопасность. 2015. C. 82-86. http://secuteck.ru.
3. Яковенко Ю. Ф. Современные пожарные автомобили: модельные ряды, эффективные решения и технологии // Системы и безопасность. 2016. С. 124-128. http://secuteck.ru.
4. Домашнев А. Д. Конструирование и расчет химических аппаратов. М.: Машгиз, 1961. 621 с.
делений приходится на долю техники, произведенной до 2000 года. Емкости под пенообразователь на ПА, применяемых подразделениями пожарной охраны, изготовлены из стали марки Ст3, нержавеющей (легированной) стали и полиэтилена.
Проведена оценка возможности реализации технического решения по заправке емкости под пенообразователь с использованием стационарного вакуумного насоса. Технические параметры пенобаков, установленных на АЦ, не позволяют реализовать возможность заполнения с применением вакуумного насоса в следствии невозможности обеспечения конструкцией требуемого напряжения при создании разряжения в 1 кгс/см2. Усиление конструкции емкостей под пенообразователь вертикальными укрепляющими стойками из стали марки Ст3 и легированной стали, а также ребрами жесткости из полиэтилена, позволит сохранить геометрические параметры толщины стенки пенобака при производстве.
References
1. Semenov A. D., Bochkarev A. N., Knu-tov M. S. Vliyanie sposoba zapravki penobaka na vremya privedeniya pozharnogo avtomobilya v gotovnost' posle pozhara [The influence of the method of filling the gas tank on the time of bringing the fire truck into readiness after a fire]. Sov-remennye problemy grazhdanskoj zashchity, 2020, vol. 4 (37), pp. 143-150.
2. Yakovenko Yu. F. Pozharnye avtomo-bili novogo pokoleniya. Sovremennaya situaciya i perspektivy [New generation fire trucks. Current situation and prospects]. Sistemy i bezopasnost'. 2015. pp. 82-86. http://secuteck.ru.
3. Yakovenko Yu. F. Sovremennye pozharnye avtomobili: model'nye ryady, effek-tivnye resheniya i tekhnologii [Modern fire trucks: model ranges, effective solutions and technologies]. Sistemy i bezopasnost', 2016, pp. 124-128. http://secuteck.ru.
4. Domashnev A. D. Konstruirovanie i raschet himicheskih apparatov [Design and calculation of chemical devices]. M.: Mashgiz, 1961. 621 p.
Семенов Андрей Дмитриевич
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново
кандидат технических наук, заместитель начальника кафедры E-mail: sad8_3@mail.ru,
Semenov Andrey Dmitrievich
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of
State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination
of Consequences of Natural Disasters»,
Russian Federation, Ivanovo
candidate of technical sciences, deputy chief of chair
E-mail: sad8_3@mail.ru.
Сараев Иван Витальевич
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
кандидат технических наук, преподаватель кафедры
E-mail: sad8_3@mail.ru,
Saraev Ivan Vitalievich
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo
candidate of technical sciences, teacher of the department E-mail: saraev-i-v@mail.ru.
Бубнов Андрей Германович
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
доктор химических наук, профессор
E-mail: bubag@mail.ru.
Bubnov Andrey Germanovich
Federal State Budget Educational Establishment of Higher Education «Ivanovo Fire Rescue Academy of State Firefighting Service of Ministry of Russian Federation for Civil Defense, Emergencies and Elimination of Consequences of Natural Disasters», Russian Federation, Ivanovo Professor
E-mail: bubag@mail.ru.
