CC BY
29Алешков М. В., двоенко О. В.
СОЗДАНИЕ ПОЖАРНОЙ И АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ ДЛЯ РАБОТЫ В ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
В статье указаны основные проблемы, возникающие при эксплуатации пожарной техники в условиях низких температур окружающей среды. Приведена схема определения критических показателей течения воды по рукавной линии. Даны тактико-технические характеристики и особенности современного пожарно-спасательного автомобиля ПСА-С-6,0-40 (6339) в климатическом исполнении ХЛ.
Ключевые слова: низкие температуры, критические показатели, пожарно-спасательный автомобиль.
Aleshkov M., Dvoenko O. CREATION OF THE FIRE AND RESCUE TECHNICS FOR WORK IN EXTREME WEATHER CONDITIONS
In article the basic problems arising at operation of fire technics in the conditions of low ambient temperatures are specified; the scheme of definition of critical indicators of a current of water on hose lines is resulted; tactical and technical characteristics and features of the modern fire-saving car PSA-S-6,0-40 (6339) in climatic modification HL.
Keywords: low temperatures, critical indicators, fire-saving car.
На территории России находятся пять климатических поясов, при этом районы с холодным климатом занимают более 85 % территории [1]. Наибольшей суровостью климата отличается северная климатическая зона России, к которой относятся районы Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. Так, в арктической области средняя температура воздуха в январе-марте на побережье -30 °C, абсолютный минимум достигает -53 °C, а в глубинных материковых районах Севера, например, Оймяконе, температура опускается до -60 °С.
Несмотря на суровость климата, освоение Крайнего Севера продолжается. Это вызывает необходимость совершенствования государственной системы предупреждения чрезвычайных ситуаций. В целях реализации государственной политики в Арктике МЧС России разработало проект комплексной системы мониторинга предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. До 2015 года в этом регионе планируется создать 10 комплексных аварийно-спасательных центров, один из них - в Дудинке. Все центры будут оснащены современной аварийно-спасательной техникой [2].
Необходимо подчеркнуть, что пожарная и аварийно-спасательная техника, находящаяся на вооружении подразделений в северной климатической зоне России, в основной своей массе рассчитана на работу в умеренном климате с годовым перепадом температур от +35 °С до -35 °С. Дело в том, что эксплуатация техники в районах с суровым климатом связана с интенсивным охлаждением механизмов, агрегатов, эксплуатационных материалов и потому имеет ряд особенностей. Понижение температуры воздуха до -30 °С и ниже становится серьёзным затруднением при использовании машин; так, при температуре окружающего воздуха -35 °С количество неисправностей возрастает в 10 раз по сравнению с эксплуатацией при нулевой температуре [3].
Для снижения количества аварий механизмов и машин некоторые пред-
приятия устанавливают температурные ограничения для использования отдельных видов техники. И если такие ограничения приемлемы для промышленной техники, то они совершенно недопустимы для пожарной и аварийно-спасательной техники, которая должна находиться в постоянной боевой готовности независимо от температуры окружающей среды.
С 1987 года, то есть на протяжении четверти века, на кафедре пожарной техники Академии ГПС МЧС России
ведутся исследовательские работы по обеспечению работоспособности пожарной и аварийно-спасательной техники при экстремально низких температурах окружающей среды. Прежде всего были исследованы условия эксплуатации пожарной и аварийно-спасательной техники в холодных климатических районах. Было определено, что, выезжая на пожар при отрицательной температуре окружающей среды, автомобиль значительное время следования работает с непрогретым
Рисунок 1. Пожарно-спасательный автомобиль ПСА-С-6,0-40 (6339)
двигателем. Условия функционирования пожарной техники таковы, что возможность предварительного прогрева двигателя автомобиля перед выездом из пожарного депо отсутствует. Переход из состояния ожидания в состояние следования по тревоге для пожарного автомобиля должен осуществляться не более чем за 50 секунд, что определено нормативом по пожарно-строевой подготовке. Поэтому двигатель пожарного автомобиля в большинстве случаев не успевает выходить на номинальный тепловой режим в 70-90 °С, что влечёт за собой потерю мощности двигателя, повышен-
ный износ узлов, перерасход топлива, загрязнение окружающей среды продуктами неполного сгорания.
Мощность, развиваемая двигателем, оказывает прямое влияние на динамические характеристики пожарного автомобиля, прежде всего на скорость движения. Проведённые исследования [5] показали, что средняя скорость движения пожарного автомобиля с непрогретым двигателем на 25 % меньше, чем у автомобиля с прогретым двигателем.
Статистические исследования и расчёты позволили установить, что разница в среднем времени следования к месту
вызова в летний и зимний периоды года составляет две минуты. Следовательно, в зимнее время года время следования пожарных подразделений к месту вызова возрастает, вместе с чем увеличивается вероятность развития пожара до крупных размеров и гибели людей. Эти данные подтверждают исследования [6].
При выезде пожарного автомобиля по тревоге его агрегаты, элементы пожарной надстройки, пожарно-техническое вооружение (далее ПТВ) почти всегда имеют температуру воздуха помещения пожарного депо. При температуре -20 °С и ниже температура в узлах и агрегатах пожарного автомобиля резко падает, и чем ниже температура окружающего воздуха и больше скорость автомобиля, тем интенсивнее происходит охлаждение. Исследования в этой области проводились в зимние периоды с 1997 по 2000 год на полигоне в Миассе. Учитывалась вся технологическая схема боевых действий пожарных подразделений, начиная с момента выезда пожарного автомобиля из депо до его возвращения и стабилизации температуры узлов и агрегатов.
Особое значение имеет герметичность задвижек на трубопроводе, соединяющем цистерну с насосом. Наличие влаги перед выездом автомобиля внутри насоса приводит к замерзанию вакуумного крана и всех задвижек. Времени следования пожарного автомобиля к месту пожара достаточно для образования ледяных пробок. При этом автомобиль не в состоянии обеспечить подачу воды к месту пожара.
Очень часто при воздействии низких температур окружающей среды возникают проблемы с насосом, водопенными коммуникациями пожарных автомобилей. Даже при временном прекращении подачи воды и остановке рабочего колеса насоса в его полости происходит замерзание оставшейся воды.
При длительной подаче воды по рукавным линиям в условиях низких температур происходит замерзание воды внутри рукавов. Скорость формирования льда зависит от диаметра рукавов, скорости движения воды, её температуры, а также температуры окружающей среды. Возникает ситуация, когда становится невозможным подавать воду для тушения пожара.
Для более детального изучения вопроса были исследованы 3,5 тысячи описаний крупных пожаров. Из описаний выбран массив данных об отказах и неисправностях пожарной техники, происшедших из-за низких температур (табл. 1).
Таблица 1
Отказы и неисправности пожарной техники
Распределение отказов
Элементы системы из-за воздействия
низких температур, %
Водоисточник 13,2
Всасывающая линия 5,7
Пожарный автомобиль 43,4
Напорные линии 37,7
Очевидно, что наибольшее количество отказов приходится на пожарный автомобиль и напорные линии. Дальнейшие исследования были сконцентрированы именно на этих двух направлениях: защите пожарного автомобиля от воздействия низких температур и его напорной рукавной линии.
Для установления особенностей течения воды в рукавных линиях под воздействием низких температур рассмотрим схему (рис. 2).
Рисунок 2. Схема критических показателей по длине рукавной линии:
п; 0 - количество рукавов и их диаметр; ^од - температура воды в естественном источнике; ^ - температура воды после прохождения насоса; Л^ - приращение температуры воды в насосе; 1яин - длина рукавной линии; 1пр - часть рукавной линии, на которой вода охлаждается до льдообразования; 1о6яд - часть рукавной линии, где при течении воды на внутренней поверхности рукава и рукавной арматуры образуется лёд
Непосредственно в рукавной линии можно выделить характерные участки:
Первый участок Ь0 - часть рукавной линии, на котором вода охлаждается до ноля градусов.
Второй участок Ь характери-
крст г г
зуется тем, что, хотя вода и охлаждена до ноля градусов, лёд на внутренней поверхности и арматуре ещё не образуется.
В сумме первый и второй участки формируют предельную длину магистральной линии до начала обледенения -Ьпр. Этот параметр выступает в качестве критерия оценки работоспособности насосно-рукавной системы в условиях низких температур. Если выполняется Ьлин < Ьпр, то по длине рукавной линии не создаются условия для формирования льда на внутренней поверхности рукавов и рукавной арматуры. Рукавная линия по фактору обледенения может функционировать неограниченный период времени.
При Ьлин > Ьпр рукавная линия подвергается обледенению, причём скорость формирования льда зависит от диаметра рукавов, скорости движения воды, её температуры, а также температуры окружающей среды и скорости ветра.
При течении воды в рукавной линии длиной Ь и температуре окружающего воздуха ¿в тепловой поток цс от жидкости рассчитывается
ттН2
где Срж - теплоёмкость жидкости, Дж/ (кг -град); рж - плотность жидкости, кг/ м3; шжр - средняя скорость потока, м/с; dl - внутренний диаметр рукава, м; ¿ж и - средние по сечению рукава температуры жидкости на входе и выходе исследуемого участка, °С.
Если использовать коэффициент теплопередачи от воды через стенки рукава к воздуху, то тепловой поток будет определяться изменением среднемассовой температуры жидкости, а также разностью среднемассовой температуры жидкости и температуры воздуха следующей зависимостью:
где К - коэффициент теплопередачи от воды к воздуху, Вт/(м2 -град); ¿в - температура воздуха, °С.
Известно, что значение К может быть
определено так:
*=. 1
1
- +
а.
/=1 ^-i а2
пературы воды по длине рукавной линии рассчитывается при помощи следующей зависимости:
t' -t м= ж в
0,5 +у
(1)
где а1 и а2 - коэффициенты теплоотдачи от воды к поверхности рукава и от поверхности рукава к воздуху, соответственно, Вт/(м2 -град); 5. - толщина /-го слоя стенки рукава, м; X. - коэффициент теплопроводности материала /-го слоя, Вт/(м -град).
В результате математических преобразований установлено, что снижение тем-
где у - составляющая, учитывающая физические параметры огнетушащего вещества, окружающей среды и материала рукавов.
Таким образом, формула (1) позволяет прогнозировать работоспособность рукавной линии в условиях низких температур.
Рисунок 3. ПСА-С на испытаниях. Справа - пожарный автомобиль «Урал 43-206». Якутия, 2011 год
Далее было необходимо разработать техническое решение, которое позволило бы, с одной стороны, обеспечить работоспособность рукавных линий в условиях низких температур, с другой - снять проблему защищённости пожарного автомобиля от отрицательного воздействия окружающей среды.
В 2011 году учёными Академии ГПС МЧС России совместно с инженерами Варгашинского завода противопожарного и специального оборудования (Курганская
область) был сконструирован и выпущен пожарно-спасательный автомобиль в климатическом исполнении Хл ПсА-с-6,0-40 (6339), модель 40Бр с температурой эксплуатации до -60 °C (рис. 1, 3).
Пожарно-спасательный автомобиль ПСА-С изготовлен на шасси «IVECO АМТ 6339» с четырёхтактным рядным шестицилиндровым дизельным двигателем с турбонаддувом «FIAT F3B E0681 » мощностью 420 л.с. жидкостного охлаждения, отвечающим требованиям «EURO-3».
Шасси имеет колесную формулу 6 х 6. Оно оборудовано механической трансмиссией с коробкой передач «ZF 16S 221 OD», раздаточной коробкой, системой межосевой и колесной блокировки, коробкой отбора мощности. Шасси имеет односкатную ошиновку с установленными шинами «КАМА 1260/1», оборудовано предпусковым подогревателем «WEBASTO 2016», независимым автономным отопителем «AIRTRONIK D2», защитной решёткой фар головного света, системой обогрева отсека АКБ, электроподогревом лобового стекла, топливным фильтром - сепаратором с подогревом.
Шасси отвечает требованиям эксплуатации от -60 до +40 °C с возможностью кратковременной работы при температуре окружающего воздуха до -70 °C.
Пожарная надстройка, установленная на шасси, состоит из нескольких основных узлов:
- кабина боевого расчёта (далее КБР);
- кузов;
- пожарный насос с коммуникациями;
- вихревой теплогенератор с коммуникациями;
- система управления;
- система вытеснения остатков воды из напорных пожарных рукавов;
- электросиловое оборудование.
В основу КБР была взята штатная кабина «IVECO АМТ 6339». Её доработка позволила дополнительно разместить четырёх человек боевого расчёта, бак для пенообразователя, аппараты для защиты органов дыхания и т. д. Была проведена работа по дополнительному утеплению: в КБР установлены два независимых автономных отопителя «ПЛАНАР 44D». Эластичное соединение между кабиной водителя и КБР позволяет начальнику караула, водителю связываться с боевым расчётом.
Кузов представляет собой единую утеплённую конструкцию с установленной внутри него цистерной для воды. Обогрев цистерны осуществляется двумя
независимыми автономными отопителями с суммарной мощностью 8 кВт.
Пожарный насос установлен непосредственно за кабиной водителя (под полом КБР) и приводится в действие через коробку отбора мощности. Водопенные коммуникации снабжены необходимым количеством кранов и задвижек с пневмоуправлением, что позволяет управлять водопенными коммуникациями с места водителя. Обогрев водопен-ных коммуникаций осуществляется за счёт двух батарей, использующих отработанные газы двигателя шасси. Сливные краны обогреваются при помощи электролент.
Технические особенности автомобиля ПСА-С заключаются в том, что он предназначен для работы при экстремально отрицательных температурах окружающей среды до -60 °С. Соответствующую температуру эксплуатации имеют базовое шасси, изготавливаемое в России, пожарная надстройка ПСА-С и насосно-рукавная система (см. табл. 2).
Таблица 2 Технические характеристики ПСА-С-6,0-40 (6339)
Характеристика Значение
Базовое шасси IVECO AMT 6339
Мощность двигателя, кВт (л/с) 309 (420)
Максимальная скорость, км/ч 90
Полная масса, кг 25 000
Мест для боевого расчёта 6
Насос НЦПН 40/100
Лафетный ствол ЛСД-С40У (т)
Вихревой теплогенератор: - теплопроизводительность, ккал/ч - частота вращения рабочего колеса, об/мин - максимальная температура теплоносителя на выходе, °С ВТГ-110 105000 3 000 + 100 115
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота 9 510 2 500 3 700
Пожарный автомобиль имеет компоновку с расположением насоса в модуле между кабинами водителя и боевого расчёта. Управление водопенными коммуникациями, лафетным стволом, мачтой освещения имеет дистанционный принцип: водитель управляет насосом и всеми системами из кабины. Для обеспечения работоспособности насосно-рукавной системы применяется кавитационный насос, который способен подогревать 2 литра воды в секунду до +70 °С. Для удаления воды из рукавных линий применяется продувка сжатым воздухом.
Автомобиль укомплектован современным ПТВ, способным работать в условиях низких температур (рис. 4).
В комплектацию автомобиля входит погружной насос, который позволяет забирать воду на удалении до 100 м. Автомобиль также укомплектован осветительной мачтой, генератором, пожарным и аварийно-спасательным оборудованием.
Впервые в России создан пожарный автомобиль в северном исполнении,
Рисунок4. Пожарно-техническое вооружение ПСА-С
который позволяет значительно улучшить ситуацию с отказами пожарной техники из-за влияния низких температур. Данный автомобиль предназначен для эксплуатации в северных районах России. В феврале 2011 года ПСА-С успешно прошёл климатические испытания в Якутске, государственное приёмочное испытание, после чего была начата его эксплуатация в Ханты-Мансийске.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 16350-80. Климат СССР. Районирование и статистические параметры климатических факторов для технических целей.
2. Защита населения и территорий Арктики // Спасатель. - 2011. - № 31 (10 ноября).
3. Кох П. Климат и надёжность машин. - М., 1981.
4. Пивоваров В. В. Совершенствование парка пожарных автомобилей России. - М.: ВНИИПО, 2006.
5. Яковенко Ю. Ф, Кузнецов Ю. С. Диагностирование технического состояния пожарных автомобилей. - М.: Стройиздат, 1983.
6. Алешков М. В., Коноваленко П. В. Статистический анализ тушения крупных пожаров и использования пожарной техники в различных климатических районах России // Материалы науч.-практ. конф. - М.: МИПБ МВД России, 1998. - С. 47-49.
7. Алешков М. В. Повышение работоспособности напорных рукавных линий при тушении пожаров в условиях низких температур. Дисс. ... канд. техн. наук. -М.: ВИПТШ МВД СССР, 1990.
