Насосные установки для современных пожарных автомобилей
Насосные установки для современных пожарных автомобилей
А.М. Бурдин,
ЗАО «УСПТК-Пожгидравлика»
За последние несколько лет производство пожарных автомобилей (ПА) в России получило заметное развитие. Сегодня на вооружении пожарной охраны состоит весьма значительная номенклатура машин. И совершенно очевидно, что их эффективность во многом определяется качеством насосной установки, являющейся одним из главных агрегатов ПА
До недавнего времени большинство пожарных автоцистерн, используемых пожарной охраной России, оборудовались универсальным пожарным насосом типа ПН-40. Такая однотипность оборудования, несомненно, имеет свои преимущества. Упрощается организация ремонта и сервисного обслуживания на местах, а также процесс подготовки соответствующих специалистов. Унифицируются параметры и нормы положенности пожарно-технического вооружения (ПТВ), тактика пожаротушения, а также нормативы численности личного состава боевых расчетов. Однако использование такого принципа далеко не всегда ведет к получению эффективных результатов.
Тушение каждого пожара имеет свои особенности, которые зачастую определяют не только состав ПА, задействованных при тушении, но и требования к параметрам насосной установки и ПТВ. Например, для ликвидации огня на верхних этажах высотных зданий требуется насосная установка высокого давления, а при борьбе с крупным пожаром гораздо эффективнее использовать автомобиль с высокопроизводительной насосной установкой на 70. 100 л/с вместо двух машин с универсальным 40-литровым насосом.
Основной параметрический ряд пожарных насосов
Действующими российскими нормами НПБ176-98, определяющими технические требования к пожарным насосам, предусматривается довольно узкий параметрический ряд насосов по номинальной производительности: 20, 40, 70 и 100 л/с. Ведущие европейские фирмы (Rosenbauer, Magirus, Zigler) выпускают насосы в большем количестве типоразмеров. Однако указанное выше нормирование, проведенное еще в 1998 г. ФГУ ВНИИПО МЧС России, технически вполне обосновано, и в этом вопросе нет необходимости копировать традиции зарубежных фирм. Тем не менее упомянутый параметрический ряд в настоящее время все же требует дополнения. Для защиты крупных объектов нефтегазовых отраслей промышленности сегодня требуются насосы более мощные — на 140. 150 л/с. Созданием такого насоса уже заняты специализированные отечественные фирмы, поэтому необходимость в корректировке нормативной базы становится весьма актуальной.
Отдельного внимания заслуживает насосная техника высокого давления. Такие насосы по своему назначению можно условно разделить на 2 класса: насосы средней производительности (около 20 л/с), предназначенные для тушения высотных зданий, и насосы малой производительности (до 4 л/с), обеспечивающие в комплекте со специальными стволами-распылителями создание тонкораспыленных струй. К первому классу можно отнести лишь один отечественный насос, отвечающий всей совокупности технических требований: насос типа НЦПВ-20/200 с номинальной подачей 20 л/с и напором 200 м. Относительно же второго класса следует отметить: возросший в последнее время интерес к автомобилям первой помощи (АПП) привел к созданию весьма широкой (и зачастую технически неоправданной) номенклатуре насосных установок малой производительности .
Некоторые отечественные производители АПП применяют насосы, мало подходящие для целей пожаротушения: например, агрегаты с ничтожной производительностью (от 0,1 л/с) и чрезмерно высоким давлением (до 150.250 бар). В этом вопросе как раз следует обратиться к зарубежному опыту, а также к результатам специальных исследований, проведенных ВНИИПО еще в середине 1980-х гг. Откуда и становится ясно, что для формирования эффективных тонкораспыленных струй необходимо использовать насосы с подачей от 1,5 до 2,5 л/с (на один ствол) и давлением 30. 50 бар.
Анализируя конструкцию последних моделей пожарных насосов, выпускаемых мировыми лидерами данной отрасли, нетрудно заметить главные тенденции и направления модернизации этой техники. Отработанная и доведенная до определенного совершенства еще десятки лет назад гидравлическая часть (собственно центробежный насос) сегодня оснащается самыми современными системами управления и контроля. То есть в развитии конструкции делается явный упор на так называемую надстройку. Здесь мы можем увидеть и дистанционное управление (с электронного пульта) всеми органами и элементами насосной установки, и систему автоматического регулирования давления, и автоматические системы водозаполнения и дозирования пенообразователя, и приборную панель на едином жидкокристаллическом дисплее (рис. 1, 2).
Помимо богатой электронной «начинки» заметно усложняется и механическая часть. Так, многие известные фирмы комплектуют насосы встроенными приводными редукторами, различными рычагами и гидроцилиндрами управления и т.п. (рис. 3). И это непременно наталкивает на мысль: «А готов ли российский потребитель эксплуатировать технику такого уровня?» Дело здесь даже не столько в уровне подготовки технического персонала. Можно назвать целый ряд объективных факторов, препятствующих внедрению вышеуказанных технических решений в нашей пожарной технике. Например, вряд ли следует рассчитывать на надежную работу жидкокристаллического дисплея насосной установки, которая будет эксплуатироваться в климатических условиях Сибири. Излишне говорить и о проблемах ремонта и техобслуживания технически сложной техники.
Исходя из реалий отечественного рынка сегодня можно говорить лишь о частичном заимствовании передового зарубежного опыта, а главные акценты в новых разработках следует делать на простоту, надежность, взаимозаменяемость узлов и деталей. При этом важно стремиться к достижению привычной эргономики органов управления и контроля, чтобы оператор насосной установки мог осуществлять управление ею без заучивания сложных инструкций, на интуитивном уровне.
Основные элементы конструкции
Исходя из принципа максимальной простоты и надежности основную (центробежную) часть насоса целесообразно выполнять по одноступенчатой консольной схеме. Именно так спроектированы все основные модели фирм Sides (Франция), Godiva (Великобритания), «УСПТК-Пожги-дравлика» (Россия), а также известный насос ПН-40УВ Ливенского машзавода (Россия). Немецкие фирмы Zigler и Magirus, а также австрийская Rosenbauer традиционно придерживаются двухступенчатой схемы, имеющей как преимущества (в первую очередь, по габаритным характеристикам), так и недостатки (более крутая напорная характеристика, сложность конструкции).
Учитывая возрастающий интерес к насосам высокой подачи, следует отдельно коснуться особенностей этих изделий. Некоторые производители (в том числе и отечественные) выбрали упрощенный способ создания таких насосов: путем обычного форсирования режима по частоте вращения. Например, обычный 40-литровый насос «переделывают» на подачу 60 л/с, изменив лишь его номинальную частоту вращения. Для улучшения кавитационных качеств насоса во всасывающем патрубке также устанавливают так называемый предвключенный шнек. Этот известный в насосостроении прием не совсем подходит для пожарных насосов, работающих в широком диапазоне подач и частот вращения. Таким образом, эффективность шнека отмечается лишь в ограниченных условиях. Гораздо лучше для достижения высоких подач пожарных насосов обеспечить сбалансированные параметры потока на входных кромках лопастей рабочего колеса. И очень важно при этом обеспечить минимальные гидравлические потери во всасывающих магистралях.
Наиболее удобный способ снижения указанных гидравлических потерь — использование многопоточных рукавных линий. На рис. 4 показана насосная установка фирмы Zigler с многопоточным всасывающим коллектором. Подобный принцип уже внедряется и рядом отечественных производителей ПА.
Одним из элементов, оказывающих существенное влияние на надежность пожарного насоса, является уплотнительный узел вала. Проблема состоит в том, что это уплотнение работает в весьма жестких условиях (грязная вода с абразивными включениями, значительные перепады температуры, давления, частоты вращения). Известны различные варианты конструкции данного узла:
- блоки резиновых манжет, набиваемые пластической смазкой (как в насосе ПН-40);
- торцевые уплотнения, выполняемые на основе сверхтвердых композиционных материалов либо из специальных полимеров.
Хорошие перспективы применения имеет уплотнение сальникового типа, выполненное из материалов на основе терморасширенного графита. Данные материалы с необходимыми упругими свойствами отличаются высокой теплостойкостью и низким коэффициентом трения.
Вакуумные системы водозаполнения
Важным агрегатом насосной установки ПА является вакуумная система водозаполнения, которая необходима для работы от открытого водоема. Известно большое разнообразие вакуумных систем, различающихся и по способу управления (ручные и автоматические), и по типу вакуумного наcoca (поршневые, мембранные, шиберные, водокольцевые, газоструйные и др.). Оценивать достоинства и недостатки каждой из таких систем необходимо с учетом конкретных условий работы. Так, водокольцевой насос, применяемый французской фирмой Sides и являющийся, пожалуй, наиболее надежным и долговечным по своему принципу работы, не может работать при отрицательных температурах. А газоструйный вакуумный аппарат, функционирующий на выхлопных газах (наиболее распространенный в России), плохо «гармонирует» с современными дизельными двигателями, а также весьма ненадежен. Характерно, что практически все вакуумные системы напрямую связаны с работой приводного двигателя, их основные параметры (степень и скорость вакуумирования) зависят от оборотов двигателя. При техническом обслуживании ПА это создает вполне определенные неудобства (имеются в виду ежедневные проверки на «сухой вакуум»). Исключением являются вакуумные насосы типа АВС (автономная вакуумная система), разработанные несколько лет назад по заказу МЧС России. Это шиберные вакуум-насосы с автономным электроприводом, питающимся от аккумуляторной батареи ПА. Целый ряд преимуществ данных насосов обуславливается принципом их построения. В частности, управление насосом посредством электрических сигналов позволяет легко осуществлять автоматизацию процессов на любых логических принципах. На сегодняшний день вакуумные насосы типа АВС являются наиболее перспективной системой водозаполнения, что признается всеми ведущими производителями ПА в России.
Подводя итог данного краткого обзора, хочется отметить, что отечественное производство пожарных насосов не стоит на месте. На вооружении пожарной охраны уже имеется широкий спектр изделий достойного уровня. И еще множество перспективных идей и научных наработок ждут своего воплощения в ближайшем будущем.
Источник статьи: http://secuteck.ru/articles2/firesec/nasosn-ustanovki
Пожарные автоцистерны
Пожарная автоцистерна (АЦ) – автомобиль, предназначенный для доставки к месту пожара личного состава, огнетушащих веществ и оборудования для их подачи во время подавления огня и проведения аварийно-спасательных работ. По общепринятой классификации автоцистерны относятся к основным ПА и обязательно выезжают на место тушения пожара в числе остальной спецтехники.
Характеристики
Технически пожарные автоцистерны представляют собой автомобили на базовом грузовом шасси, дополненные насосом, емкостями для хранения ОТВ и средствами для их подачи. В качестве огнетушащих веществ они используют воду и пенообразователь. Автомобили категории АЦ выполняют следующие функции:
- Автономное тушение с использованием запаса воды собственного бака. В данном случае функции ограничиваются емкостью цистерны.
- Тушение посредством подключения к гидранту. Насос, установленный на автомобиле, усиливает напор воды при подаче ее к очагу возгорания.
- Забор воды из открытого водоема в условиях полного отсутствия или сниженной производительности водоснабжения с целью обеспечения ПА необходимым напором.
Автоцистерны разрабатываются на базе грузовых шасси. Пожарная надстройка размещается в кузовной части. Она включает в себя водяную цистерну, бак для пенообразователя, насос с собственной трансмиссией, водопенную коммуникацию и привод управления всеми механизмами. Независимо от базового шасси комплектация надстроек всегда одинакова. Различие между автоцистернами состоит во вместимости баков и производительности насосов.
Условно все автомобили типа АЦ делятся на три класса:
- легкие с цистерной до 2 м 3 ;
- средние вместимостью от 2 м 3 до 4 м 3 ;
- тяжелые, рассчитанные на объем воды более 4 м 3 .
Самыми распространенными считаются пожарные автоцистерны на шасси ГАЗ. Эти АЦ зарекомендовали себя как надежные и незатратные в обслуживании автомобили, эксплуатируемые во всех регионах страны.
Цистерна для воды
Эта часть надстройки представляет собой бак вместимостью от 0.8 до 9 м 3 . Основным материалом является углеродистая сталь. Внутри цистерны покрывают антикоррозийным составом. Чтобы предупредить промерзание бака зимой, его оборудуют автономным теплогенератором или системой электрообогрева. Некоторые производители предлагают АЦ с емкостями из стеклопластика. Этот материал не подвержен коррозии и отличается повышенными теплозащитными свойствами.
Независимо от объема все цистерны разрабатывают по единому стандарту. У них обязательно должен быть люк диаметром более 450 мм, чтобы специалисты при проведении техосмотра имели свободный доступ к внутренней части бака. Чтобы предупредить колебание жидкости во время движения, внутри устанавливаются волноломы. Обязательное условие для всех АЦ – наличие устройства снижения избыточного давления при заполнении. Оно должно работать на обеспечение дискретного контроля за заполнением и сливом.
По форме цистерны чаще всего делают эллиптической формы, благодаря чему производитель может использовать всю ширину шасси, одновременно снижая центр массы автомобиля. Второй вариант – форма квадрата с закругленными углами.
Пенобак
Эта часть надстройки должна занимать не менее 6% от вместимости цистерны. В зависимости от базового шасси и типа АЦ пенобаки делают объемом от 0.08 до 1 м 3 . Основной материал изготовления – нержавеющая сталь. Трубопроводы, подведенные к бакам, делают из устойчивого к пенообразователю материала. На современные АЦ ставят пенобаки, имеющие в поперечном сечении форму квадрата. Это позволяет снизить занимаемую площадь бака и исключить пролив пенообразователя во время движения. Подобно цистерне, эта надстройка подключается к системе дополнительного обогрева, что предупреждает ее промерзание во время эксплуатации при низких температурах.
Пожарный насос
Самой распространенной насосной установкой считается универсальный центробежный насос ПН-40УВ. Он зарекомендовал себя как надежное оборудование для подачи воды и пенообразователя при тушении пожаров на различных объектах. Его плюсом считается удержание давления в системе при перекрывании пожарного ствола или попадании мусора в рукав. Минус – необходимость предварительного заполнения водой. Для этого на автоцистернах устанавливают вспомогательные насосы кратковременного действия.
Новое поколение АЦ комплектуется усовершенствованными комбинированными насосами или насосами высокого давления. Отдельные виды автоцистерн работают через насосы, подключаемые к водопроводной сети.
Базовые автомобили
Сегодня при производстве автоцистерн используют шасси ГАЗ, ЗИЛ, МАЗ, КамАЗ, УРАЛ. При этом база может быть как моно-, так и полноприводной. Самой распространенной моделью считается АЦ-40. В зависимости от базы, эта модификация имеет свои особенности.
| ЗИЛ-131 | КамАЗ-43253 | УРАЛ-43206 | |
| Базовое шасси | ЗИЛ-131 6х6 | КамАЗ-43253 4х2 | УРАЛ-43206 4х4 |
| Мощность двигателя, л.с. | 150 | 180 | 230 |
| Вместимость цистерны, л | 2400 | 3200 | 3000 |
| Вместимость пенобака, л | 170 | 240 | 180 |
| Насосная установка | ПН-40УВ | ПН-40УВМ | НЦПН-40/100 |
| Производительность насоса в номинальном режиме, л/с | 40 | 40 | 40 |
| Напор в номинальном режиме, м | 100 | 100 | 100 |
| Количество мест боевого расчета | 1+6 | 4+2 | 6 |
Гибридом автоцистерн и пожарных автолестниц считаются автомобили типа АЦЛ. На вооружении ГПС стоят два типа такой техники: АЦЛ-3-40-17 и АЦЛ-3-40-20, отличающиеся друг от друга высотой подъема на метров 17 и 20 метров соответственно. Такие машины используются в городах с плотной застройкой при выезде на пожар в домах на 5-6 этажей. Автолестницы с цистернами производят на двухосных шасси КамАЗ-4925 и КамАЗ-4932.
Источник статьи: http://www.pozhmashina.ru/articles/articles-pozharnye-mashiny/pozharnye-avtoczisterny.html