CC BY
25
УДК 614.846
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ЗАПРАВКИ ПЕНОБАКА НА ВРЕМЯ ПРИВЕДЕНИЯ ПОЖАРНОГО АВТОМОБИЛЯ В ГОТОВНОСТЬ ПОСЛЕ ПОЖАРА
А. Д. СЕМЕНОВ, А. Н. БОЧКАРЕВ, М. С. КНУТОВ
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, Российская Федерация, г. Иваново E-mail: sad8_3@mail.ru, knutov-vv@mail.ru, pogarnik1_artem@mail.ru
В работе показано, что временные показатели мероприятий по восстановлению готовности пожарных автомобилей и оборудования определяют готовность пожарной техники для тушения пожара и проведения аварийно-спасательных работ (АСР). Рассмотрены способы заполнения пенобака пожарного автомобиля. Показано, что наиболее перспективным способом заполнения является применение промежуточного насоса. Обосновано техническое решение по заполнению бака для хранения пенообразователя с использованием стационарного вакуумного агрегата пожарной автоцистерны.
Ключевые слова: восстановление готовности, пенообразователь, пенобак, время заполнения.
INFLUENCE OF THE METHOD OF FILLING THE FOAM TANK ON THE TIME OF BRINGING THE FIRE TRUCK TO READINESS AFTER A FIRE
A. D. SEMENOV, A. N. BOCHKAREV, M. S. KNUTOV
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, knutov-vv@mail.ru, pogarnik1_artem@mail.ru
The paper shows that the time indicators of measures to restore the readiness of fire trucks and equipment determine the readiness of fire equipment for fire extinguishing and emergency rescue operations. Discussed methods of filling the foam tank of a fire truck are considered. It is shown that the most promising filling method is the use of an intermediate pump. The technical solution for filling the storage tank for foaming agent using a stationary vacuum unit of a fire tanker is justified.
Key words: restoring readiness, foaming agent, foam tank, filling time.
Восстановление боеготовности подразделения пожарной охраны осуществляется непосредственно по прибытии в место постоянной дислокации и не должно превышать 40 минут1.
Основные мероприятия, проводимые в рамках восстановления готовности пожарных автомобилей и оборудования в подразделении пожарной охраны, направлены на:
© Семенов А. Д., Бочкарев А. Н., Кнутов М. С., 2020
1 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».
- заправку пожарных автомобилей (ПА) горюче-смазочными материалами и огнетуша-щими веществам;
- замену неисправного имущества, оборудования и снаряжения, средств связи, обмундирования (боевой одежды, формы одежды);
- техническое обслуживание ПА;
- мойку ПА.
Таким образом, временные показатели мероприятий по восстановлению готовности ПА и оборудования определяют готовность техники для тушения пожара и проведения аварийно-спасательных работ (АСР). О состоянии техники и завершении всех мероприятий диспетчеру гарнизона сообщается информация о готовности подразделения пожарной охраны к проведению боевых действий по ту-
шению пожаров и действий по проведению аварийно-спасательных работ.
Время приведения в готовность пожарной техники и оборудования ограничено (составляет 40 мин.), что диктует необходимость разработки технических средств и способов, повышающих эффективность мероприятий по приведению пожарной техники в боевую готовность. Анализ мероприятий по приведению ПА в готовность показал, что наиболее затратной, по времени, является заправка пожарного автомобиля пенообразователем.
Целью работы является разработка технического решения по заполнению пеноба-ка пожарного автомобиля на основе анализа временных показателей.
В подразделениях пожарной охраны заправку пенобака пожарного автомобиля осуществляют [1] с помощью перелива из одной емкости в другую; самодельных технических приспособлений - самотеком;насоса2.
Рассмотрим причины, которые влияют на временные показатели заполнения пластиковой канистры. Так при первом способе заполнения осуществлялось наполнение модельной емкости переливом из другой емкости (рис. 1). Установлено, что при реализации такого способа среднее время для заполнения канистры составляет более 30 минут.
Наблюдения по заполнению (способ 1) модельной емкости показали, что высокие значения времени наполнения связаны с процессом пенообразования (рис. 2). В литературе [2], описывается процесс пенообразования, который зависит от возникновения турбулентности на границе раздела фаз пенообразователь-воздух при контакте пенообразователя в емкости с его потоком, при переливе.
Автором [3] установлено, что пенообразователи являются коллоидными поверхностно-активными веществами, а время жизни
Оценку эффективности заполнения пе-нобака, при реализации рассматриваемых способов, проводили на базе Ивановской по-жарно-спасательной академии ГПС МЧС России. В качестве модельной емкости под пенообразователь выбрана пластиковая канистра объемом 10 л, так как она наиболее близка по конструкции к баку для хранения пенообразователя на пожарном автомобиле. Эксперимент заключался в фиксировании времени заполнения пенообразователем канистры объемом 10 л различными способами: перелив из емкости в емкость (способ 1); самотеком (способ 2) - с применением самодельных технических приспособлений; промежуточного насоса (способ 3). В качестве трубопровода для способов 2 и 3 применялся полимерный шланг с внутренним диаметром 25 мм. Полученные значения времени выполнения процедуры представлены в таблице.
пузырьков образовавшейся пены в таких системах может достигать несколько суток. Получающаяся пена заполняет 15-20 % от объема модельной емкости и препятствует дальнейшему заполнению, поэтому требуется дождаться осаждения пены, что занимает до 90 % времени заполнения. Процесс пенообразования при заправке пенообразователя оказывает большое влияние на боевую готовность ПА. Установлено, что при заполнении пенобака пенообразователем происходит пе-нообразование, которое выражается в снижении использования полезного объема бака, нарушении регламента обслуживания ПА при возвращении в пожарно-спасательную часть, увеличении потерь перекачиваемой жидкости, а также в неблагоприятном воздействии на элементы и оборудование пожарного автомобиля. Таким образом, полному заполнению модельной емкости препятствует образовавшаяся пена.
Таблица. Экспериментальные значения времени заполнения пенообразователем
модельной емкости объемом 10 л
Попытка Способ 1, мин. Способ 2, сек. Способ 3, сек.
1 32 29 15
2 28 30 13
3 30 26 14
4 34 27 15
5 29 26 14
Среднее значение 30,6 27 14
2 Пожарная автоцистерна АЦ-3,2-40/4(43253) модель 001 -МС. Руководство по эксплуатации. М: ЗАО «ПО «Спецтехника пожаротушения», 2011. 162 с.
Рис.1. Заправка пенобака пожарного автомобиля переливом из одной емкости в другую
Рис. 2. Образование пены при заполнении модельной емкости переливом из одной емкости в другую
Известно [4], что для борьбы с пенооб-разованием применяются химические и физические методы. Однако использовать химические методы, при осаждении образующейся пены, нецелесообразно в виду негативного влияния [2, 3], применяемых веществ (пенога-сителей), на свойства пенообразователя.
Анализ экспериментальных значений (таблица) показал, что время заполнения модельной емкости по способу 2, 3 значительно меньше, о чем свидетельствует среднее время заполнения, которое уменьшается с 30 мин. -1 способ, до 27 сек. - 2 способ и 14 сек. -3 способ.
Второй (рис. 3) и третий (рис. 4) способ заполнения модельной емкости технически схожи.
Рис. 3. Заправка пенобака с помощью самодельных технических приспособлений самотеком: 1 - пенобак, 2 - емкость с пенообразователем,3 - горловина пенобака, 4 - пенообразователь, 5 - патрубок, 6 - слой пены
Рис.4.Заполнение пенобака с использованием промежуточного насоса
Процесс заполнения состоит в том, что самотеком или с помощью насоса пенообразователь по гибким шлангам из емкости для хранения направляется в модельную. Вследствие того, что удается подобрать необходимую скорость подачи пенообразователя, устанавливается ламинарный режим истечения жидкости без образования границы раздела фаз потоков пенообразоваель - воздух. В результате установившегося истечения пенообразователя пена не образуется, и емкость заполняется полностью за экспериментально установленные значения времени.
Таким образом, для уменьшения вспенивания пенообразователя при наполнении пенобаков ПА наиболее эффективными и гибкими являются физические методы. Сравнительный анализ возможных способов заполнения показал, что использование промежуточных насосов для перекачки является эффективным. Известно [5], что в качестве насосов рекомендуется использовать насосы, создающие ламинарный поток жидкости при перекачке, к таким агрегатам относятся насосы объемного действия. Однако рассматриваемые
способы заправки требуют определенных технико-экономических решений. Так, при организации второго способа необходима реализация специально оборудованного места с емкостью уровень, которой находится выше уровня пенобака пожарного автомобиля. Это трудно реализуемо в связи с тем, что требует реконструкции помещений пожарно-спасательной части.
Наиболее предпочтительным является третий способ заполнения пенобака в виду его простоты и универсальности, но промежуточные насосы, применяемые для перекачки
а - Схема водопенных коммуникаций пожарной автоцистерны
вспенивающихся веществ, дорогостоящи. На ПА предусмотрена автоматическая вакуумная система (АВС) для заполнения рабочей полости пожарного насоса водой. Основным вакуумным агрегатом такой системы является шиберный насос [1]3.
Рассмотрим возможность использования стационарного вакуумного агрегата для заполнения пенобака пожарной автоцистерны. Классическая схема водопенных коммуникаций пожарной автоцистерны представлена на рис. 5.
б - Схема водопенных коммуникаций забора пенообразователя с использованием АВС
Рис. 5. Схема водопенных коммуникаций пожарной автоцистерны: 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)
Конструкция водопенных коммуникаций пожарной автоцистерны имеет замкнутый, герметичный контур. Исходя из схемы (рис. 5 а) видно, что подачу пенообразователя в пеносмеситель 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. 5 б). Для реализации данного способа требуется создание до-
полнительного трубопровода коммуникаций с шаровым краном 21. Разряжение в пенобаке создается вакуумным насосом 22 (рис. 5 б), 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
3
Вакуумный насос АВС-01Э. Руководство по эксплуатации. Миас: АО «Пожгидравлика», 2004. 25 с.
в пенобаке требуется установка датчика, соединенного с блоком управления вакуумного агрегата, для автоматического отключения двигателя вакуумного насоса при заполнении емкости бака пенообразователя.
Разработанное техническое решение по заполнению бака для хранения пенообразователя на пожарном автомобиле было реализовано в пожарной автоцистерне марки АЦ 2,5-40 (ЗИЛ-433362). Упрощенная схема заполнения пенобака пожарного автомобиля марки АЦ 2,5-40 (ЗИЛ-433362) с использованием вакуумного насоса представлена на рис. 6.
Согласно рис. 6 в водопенных коммуникациях вакуумным насосом 2 создается раз-
ряжение, из сторонней емкости 4, по кислотно-щелочному шлангу 3, пенообразователь всасывается по системе трубопроводов в пе-нобак 1. Таким образом, достигается автоматизация процесса заполнения бака пенообразователя на пожарном автомобиле.
Предварительная оценка применимости стационарного вакуумного насоса проведена в соответствии с [6, 7]. Исходные данные для расчета: бак для хранения пенообразователя в пожарном автомобиле объемом 165 л, высота размещения 2,5 м от уровня земли (рис. 7), создаваемое разряжение
0,8...0,9 атм., плотность пенообразователя р=1100 кг/м3.
Рис. 6. Упрощенная схема заполнения пенобака стационарным вакуумным насосом: 1 - пенобак; 2 - шиберный насос (вакуумный насос); 3 - кислотно-щелочной шланг диаметром 32 мм (КЩ 32); 4 - сторонняя емкость с пенообразователем
Для двух выбранных сечений составляем уравнение Бернули:
р. а<- v12 р, а2 ■ v22 1 p ■ g 2g 2 p ■ g 2g 12 ( )
где Z - высота на которой находиться емкость; p - давление в емкости; V - скорость потока; g - ускорение свободного падения (9,8 м/с2); р - плотность жидкости; Дh - потери напора.
Расчет показал, что при создании в пе-нобаке разряжения при помощи шиберного насоса - 0,85 атм., пенообразователь будет заполнять бак со скоростью 0,12 м/с, за время равное 241 сек = 4 мин.
Экспериментальные значения по наполнению бака для хранения пенообразователя на пожарном автомобиле при использовании стационарного вакуумного насоса показали, что среднее время заполнения равно 4,25 мин. Причем, при заполнении устанавливается равномерный ламинарный поток пенообразователя. В результате установившегося истечения пенообразователя пена не образуется, и емкость заполняется полностью за установленный промежуток времени. Анализ
времен заполнения, полученных расчетным и экспериментальным способом, показывает, что данные хорошо согласуются между собой, а применение стационарного вакуумного насоса для заполнения пенобака на пожарном автомобиле является целесообразным.
Сравнительный анализ способов заполнения модельной емкости пенообразователем показывает, что использование технических решений, по уменьшению пенообразо-вания при перекачке пенообразователя, позволяет сократить время заполнения пенобака. Так, на заполнение бака для пенообразователя объемом 200 л требуется: 2-3 часа - при переливе из емкости в емкость (способ 1); 9 мин - самотеком (способ 2) - с применением самодельных технических приспособлений; 4-5 мин с применением промежуточного насоса (способ 3). Однако рассматриваемые способы заправки требуют определенных технико-экономических решений, а зачастую трудно реализуемы и дорогостоящи.
Таким образом, наиболее эффективным является предлагаемый, в работе, способ заполнения пенобака с использованием стационарного вакуумного насоса, эффективность
его подтверждена экспериментально и техническим расчётом. Использование предлагаемых технических решений по заправке бака для хранения пенообразователя ПА, с применением стационарного вакуумного насоса, позволит сократить время приведения пожарной автоцистерны в готовность после пожара.
Выводы
В работе показано, что временные показатели мероприятий по восстановлению готовности ПА и оборудования определяют готовность пожарной техники для тушения пожара и проведения аварийно-спасательных работ (АСР).
Проведен анализ способов заполнения пенообразователем пенобака ПА, который показал, что для заполнения бака объемом 200 л требуется: 2-3 часа - при переливе из емкости в емкость (способ 1); 9 мин - самотеком (способ 2) - с применением самодельных технических приспособлений; 4-5 мин с применением промежуточного насоса (способ 3).
Операция по заправке пенобака является самой продолжительной и приводит к увеличению времени восстановления готовности ПА после пожара. Установлено, что при заполнении пенобака пенообразователем про-
исходит пенообразование, которое выражается в снижении использования полезного объема бака, нарушении регламента обслуживания ПА при возвращении в пожарно-спасательную часть, увеличении потерь перекачиваемой жидкости, а также в неблагоприятном воздействии на элементы и оборудования ПА.
Показано, что для уменьшения вспенивания пенообразователя при наполнении пе-нобаков ПА наиболее эффективными и гибкими являются физические методы. Сравнительный анализ возможных способов заполнения показал, что использование промежуточных насосов для перекачки является эффективным. Предлагается использовать насосы, создающие ламинарный поток жидкости при перекачке, к таким агрегатам относятся насосы объемного действия. Однако, применение
В работе обосновано техническое решение по заполнению бака для хранения пенообразователя с использованием стационарного вакуумного агрегата пожарных автомобилей. Экспериментальные значения по наполнению бака для хранения пенообразователя на ПА при использовании стационарного вакуумного насоса показали, что среднее время заполнения равно 4,25 мин.
Список литературы
1. Теребнев В. В. Ульянов Н. И., Грачев В. А. Пожарная техника. Кн. 1. Пожарно-техническое вооружение. Устройство и применение. М.: Центр Пропаганды, 2007. 328 с.
2. Шароварников А. Ф., Шароварни-ков С. А. Пенообразователи и пены для тушения пожаров. Состав, свойства, применение. М.: Пожнаука, 2005. 335 с.
3. Абрамзон А. А. Поверхностно-активные вещества: Свойства применение. 2-е изд., перераб. и доп. Л: Химия, 1981. 304 с.
4. Лутфуллина Г. Г., Зиннатулли-на З. А. О возможности регулирования пено-образующей способности композиций ПАВ // Вестник технологического университета, 2015. Т. 18. № 15. С. 197-199.
5. Ковалев В. Н., Петренко Д. С. Технология производства синтетических моющих средств. М. Химия, 1992. 272 с.
6. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод / Артемьева Т. В., Лысенко Т. М. [и др.]. М.: «Академия», 2008. 208 с.
7. Юрьева А. В. Расчёт вакуумных систем. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012.114 с.
References
1. Terebnev V. V. Ul'yanov N. I., Grachev V. A. Pozharnaya tekhnika [Fire engineering ]. Part 1. Pozharno-tekhnicheskoe vooruzhenie. Ustrojstvo i primenenie [Fire and technical weapons. Device and application]. Moscow: Centr Propagandy, 2007, 328 p.
2. Sharovarnikov A. F., Sharovar-nikov S. A. Penoobrazovateli i peny dlya tusheni-ya pozharov. Sostav, svojstva, primenenie [Foaming agents and fire fighting foams. Composition, properties, application]. Moscow.: Pozhnauka, 2005, 335 p.
3. Abramzon A. A. Poverhnostno-aktivnye veshchestva: Svojstva primenenie [Surfactants: Properties application]. 2-e izd., pererab. i dop. Leningrad: Himiya, 1981, 304 p.
4. Lutfullina G. G., Zinnatullina Z. A. O vozmozhnosti regulirovaniya penoobrazuyushchej sposobnosti kompozicij PAV [On the possibility of regulating the foaming capacity of surfactant compositions]. Vestnik tekhnologicheskogo uni-versiteta, 2015, vol.18, issue 15, pp. 197-199.
5. Kovalev V. N., Petrenko D. S. Tekhnologiya proizvodstva sinteticheskih moyushchih sredstv [Production technology of synthetic detergents]. Moscow: Himiya, 1992, 272 p.
6. Gidravlika, gidromashiny i gidropnevmoprivod [Hydraulics, hydraulic machines and hydraulic pneumatic drive] / T. V. Artem'eva, T. M. Lysenko [et al.]. Moscow: «Akademiya», 2008, 208 p.
7. Yur'eva A. V. Raschyot vakuumnyh system [Calculation of vacuum systems]. Tomsk: Izd-vo Tomskogo politekhnicheskogo universiteta, 2012, 114 p.
Семенов Андрей Дмитриевич
ФГБОУ ВО 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.
Бочкарев Артем Николаевич
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
старший преподаватель
E-mail: pogarnik1_artem@mail.ru.
Bochkarev Artem Nikolaevich
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 senior lecturer
E-mail: artem_bochkarev_82@bk.ru Кнутов Максим Сергеевич
ФГБОУ ВО Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России,
Российская Федерация, г. Иваново
преподаватель
E-mail: knutov-vv@mail.ru.
Knutov Maxim Sergeevich
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 lecturer
E-mail: knutov-vv@mail.ru
