RU224265U1 - Устройство тепловой подготовки силового агрегата пожарного автомобиля в депо для его эффективной эксплуатации в низкотемпературных условиях - Google Patents

Abstract

Предлагаемая полезная модель относится к инженерному оборудованию пожарных депо, в частности к техническому средству, повышающему эффективность тушения и проведения АСР в осенне-зимний период, поскольку объективно немедленно после пуска двигателя обеспечивает более высокие тягово-динамические качества пожарного автомобиля (ПА) при следовании к месту вызова. Технической задачей заявляемой полезной модели является разработка конструкции эффективного, безопасного и экономичного «Устройства тепловой подготовки силового агрегата пожарного автомобиля в депо для его эффективной эксплуатации в низкотемпературных условиях» для сокращения времени прибытия ПА, что важно для минимизации количества жертв, убытков от пожаров и других ЧС. Для решения этой задачи предлагается весь отопительный сезон года при несении службы ПА в депо в режиме ожидания осуществлять локальный подогрев его двигателя и коробки перемены передач посредством естественной термоконвекции и теплового излучения. Задача решается тем, что под пожарным автомобилем, в бетонированном приямке, который имеет трапециевидную форму типа корыта, смонтирован стационарный отопительный прибор в виде регистра водяного отопления секционного типа. Регистр изготовлен из четырех профильных прямоугольных стальных труб, которые вмещают и большие объемы теплоносителя и обладают большими наружными площадями поверхностей теплоотдачи, чем у круглых труб, что в совокупности повышает эффективность подогрева. Кроме того, для увеличения эффективности теплопередачи лучистым теплообменом (радиацией), трубы регистра обладают гладкой наружной поверхностью нагрева и окрашены супербелой эмалью для радиаторов отопления термостойкостью до 100°С, а стенки приямка обшиты листом оцинкованной стали для отражения тепловых потоков вверх, на двигатель и коробку перемены передач ПА. Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение микроклиматических условий содержания силового агрегата ПА. 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Предлагаемая полезная модель относится к противопожарной технике, в частности к техническим средствам, повышающим эффективность эксплуатации пожарных автомобилей в низкотемпературных условиях.

Эксплуатация пожарных автомобилей (ПА) существенно отличается от эксплуатации автомобильных транспортных средств (АТС) на базе которых они сконструированы, весьма специфична и заключается в неопределенной частоте и продолжительности выездов, форсированных скоростных и нагрузочных режимах работы основных агрегатов, их неоптимальном тепловом состоянии.

В источнике [см. Файбишенко А.Д., Мартьянов И.М. Эксплуатация пожарной техники в зимних условиях. М.: Изд. МКХ РСФСР, 1960. 104 с.] указываются на следующие различия режимов работы ПА в сравнении с АТС общегражданского назначения:

- грузовые АТС не всегда загружены полностью, часто совершают холостые пробеги;

- ПА не имеют "холостых" (ненагруженных) пробегов и при движении к месту пожара должны обеспечить высокую среднюю скорость;

- у ПА, выезжающего по вызову, при непрогретом двигателе внутреннего сгорания (ДВС) и «холодной» трансмиссии мощность, подводимая к ведущим колесам ПА существенно меньше, чем при прогретых агрегатах. Это приводит к уменьшению примерно на 15…25 % средней скорости движения ПА в зимний период по сравнению с летним в регионах с холодным климатом и на 10…15 % в регионах с умеренным [см. Яковенко Ю.Ф. Россия: пожарная охрана на рубеже веков. Тверь: Сивер, 2004. 208 с.], а также к потере мощности, перерасходу топлива, усиленному износу деталей.

Действительно, при выезде по тревоге «холодные» ДВС разных типов и моделей развивают лишь 60…80 % номинальной мощности [см. Савин М.А. Хафизов Ф.Ш. Пути и способы повышения приспособленности специальной мобильной техники к низкотемпературным условиям для их эффективной эксплуатации [Электронный ресурс] // Нефтегазовое дело. - Уфа: 2014. - № тома 6/2014. с. 606-633 - Режим доступа: http://ogbus.ru/issues/6_2014/ogbus_6_2014_p606-633_SavinMA_ru.pdf]. Основные субъективные причины этого известны [см. Боровских А.М. Исследование возможности облегчения пуска дизелей лесотранспортных машин в условиях низких температур: монография. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т. 2008. 257 с.]:

- искажение фаз газораспределения ДВС и обратный выброс свежего заряда (до 10 %) через не успевающий закрыться впускной клапан;

- плохая испаряемость топлива и обеднение горючей смеси приводит к тому, что уменьшаются крутящий момент и эффективная мощность, снимаемые с коленчатого вала ДВС;

- компрессия падает еще и от того, что у непрогретого ДВС вязкость масла велика, т.е. имеет место запаздывание поступления смазки к парам трения. Вследствие увеличенных зазоров в цилиндро-поршневой группе и режима полусухого трения, в тактах сжатия происходит прорыв до 20…45 % свежего заряда в поддон картера через сопряжение поршень - цилиндр.

Объективной причиной увеличения продолжительности послепускового прогрева ДВС и трансмиссии зимой, является возрастание плотности воздуха при охлаждении с +20 °С до минус 40 °С более чем на ¼, и уменьшение наполовину его кинематической вязкости [см. Исаченко В.П., Осипова В.А. и др. Теплопередача. М.: Энергоиздат, 1981. 416 с.]. Вследствие этого способность холодного воздуха "затекать" через неплотности и отбирать теплоту у нагретых узлов ДВС и других агрегатов ПА значительно возрастает, а продолжительность их послепускового прогрева - увеличивается. В результате уменьшается скорость следования ПА, увеличивается время прибытия первого оперативного эшелона пожарных-спасателей к месту вызова, соответственно возрастает время подачи первого ствола на решающем направлении [см. Об утверждении Боевого устава подразделений пожарной охраны, определяющего порядок организации тушения пожаров и проведения аварийно-спасательных работ. Приказ МЧС России от 16.10.2017 г. № 444] и время обслуживания пожара в целом.

Между тем каждая минута среднестатистического пожара, к примеру, в 2018 году обошлась российскому обществу более чем в 13 000 руб. полного ущерба (а одна секунда - свыше 200 руб.) и гибелью 0,001882 человек, т.е. порядка 6 жертв на каждые 100 пожаров [см. В.И. Веттегрень, В.Н. Ложкин, М.А. Савин Эффективная эксплуатация основных пожарных автомобилей при низких температурах: монография - 2-е изд., перераб. и доп. - Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России. 2019. 357 с.].

Также известно [см. В.И. Веттегрень, В.Н. Ложкин, М.А. Савин Эффективная эксплуатация основных пожарных автомобилей при низких температурах: монография - 2-е изд., перераб. и доп. - Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России. 2019. 357 с.], что современные отечественные ПА исполнения У (для умеренного климата) к работе в условиях низких температур приспособлены недостаточно.

Согласно нормативам [см. Методические рекомендации по пожарно-строевой подготовке. Утверждены Заместителем Министра МЧС России Серебренниковым Е.А. 30.06.2005 г.] после получения сигнала о пожаре реагирующее подразделение должно в течение одной минуты выехать из пожарного депо. Однако за одну минуту после пуска двигатель ПА не успевает прогреться до оптимальной температуры. Поэтому в начальный период следования силовой агрегат и трансмиссия ПА работают в режиме прогрева и не обеспечивают подведение полной мощности к ведущим колесам.

Таким образом, при несении службы в гараже в режиме ожидания постоянный подогрев ДВС и агрегатов силовой передачи ПА исполнения У для сокращения времени следования по вызову особенно в течение всего осенне-зимнего периода объективно является весьма актуальной задачей. Ситуация становится еще более очевидной поскольку парк ПА страны физически и морально весьма стар и обладает малым остаточным ресурсом [см. Шкунов С.А. Информационно-аналитическая поддержка управления переоснащением парка пожарных автомобилей / автореф. дисс. канд. техн. наук. М., 2018. 24 с.].

Между тем ни в нормативных документах Нормах пожарной безопасности [см. СП 380.1325800.2018. Здания пожарных депо. Правила проектирования. - М.: Стандартинформ. 2018 - 20 с.], ни в типовых объемно-планировочных и конструктивных решениях зданий пожарных депо [см. Каталог типовых проектов зданий и сооружений для учреждений МВД СССР на 1986 и последующие годы / Т.З. Объекты пожарной охраны. - Л.: ГСПИ, 1986.] не отражены какие -либо функционально-технологические и архитектурно-строительные решения по тепловой подготовке силовых агрегатов пожарных автомобилей в низкотемпературных условиях.

Поэтому лишь в некоторых подразделениях в инициативном порядке используются различные подогреватели двигателей.

Так, в источнике [см. Новопашин Л.А., Денежко Л.В. и др. Исследование пусковых свойств автотракторных дизелей при отрицательных температурах. Монография. - Екатеринбург: УрГАУ; Уральское из-во. 2018. - 204 с.] показана эффективность подогрева блока, картерных масел, коробки перемены передач (КПП) и ведущего моста посредством применения газовых горелок инфракрасного излучения (ИК). Однако очевидно, что способ подогрева ИК-подогревателями на газовом топливе является неприемлемым исходя из нормативных требований к содержанию ПА в гаражах пожарно-спасательных подразделений.

Из работы [см. Исхаков Х.И., Верзилин М.М. и др. Пути и способы обеспечения боеготовности пожарных автомобилей в пожарном депо. // Пожаровзрывобезопасность, 2006. № 1. С. 65…69.] известно другое техническое решение. Согласно нему, в частности, предлагалось установить непосредственно под поддоном картера ДВС трубчатый электронагреватель (ТЭН), работающий от электросети, для подогрева моторного масла до нужной температуры. Недостатком указанной системы тепловой подготовки ДВС является отсутствие какой-либо автоматики (т.е. обратной связи, дистанционного контроля). В случае выхода из строя либо халатного отношения персонала такая система длительное время может быть вообще не подключена для подогрева ДВС. Кроме того, при выезде подразделения на пожар ответственное лицо, отвечающее за эксплуатацию электронагревателя, может забыть о необходимости его отключения, вследствие чего может произойти короткое замыкание или травмироваться личный состав. Таким образом, данная разработка не является надежной и безопасной.

Именно данное техническое решение заявитель считает прототипом.

В источнике [см. Жевлаков Е.М. Обеспечение технической готовности и работоспособности пожарных автоцистерн объектовых пожарных частей в условиях низких температур: автореф. дисс. канд. техн. наук М.: АГПС МВД России. 2002. 24 с.] обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность поддержания зимой в условиях гаража температур охлаждающей жидкости и моторного масла ДВС + 50 °С, что является одним из условий более быстрого выхода на номинальную мощность ДВС после пуска и масла в КПП +40 °С, по критериям минимизации времени следования ПА к месту вызова, минимальной величины износов и потерь мощности на трение, снижения среднего расхода топлива зимой, уменьшения содержания вредных веществ в отработавших газах ДВС.

Из закона Стефана-Больцмана [см. Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справочное пособие. М.: Энергоатомиздат, 1990. 367 с.] следует, что достаточно большая разница величин требуемых температур агрегатов и расчетной температуры воздуха +16 °С в гараже пожарно-спасательного подразделения [см. Свод правил СП 380.1325800.2018 Здания пожарных депо. Правила проектирования] указывает на то, что любой способ тепловой подготовки ПА является достаточно энергоемким и, соответственно, затратным особенно в объектовых подразделениях, а также в небольших гарнизонах, где пожары и соответственно выезды на них случаются весьма редко.

Технической задачей заявляемой полезной модели является разработка конструкции эффективного, безопасного и экономичного «Устройства тепловой подготовки силового агрегата пожарного автомобиля в депо для его эффективной эксплуатации в низкотемпературных условиях» для повышения тягово-динамических качеств ПА, что важно для минимизации количества жертв, убытков от пожаров и других ЧС.

Для решения этой задачи весьма целесообразно в отопительный сезон года постоянно осуществлять локальный подогрев двигателя и коробки перемены передач при несении службы пожарным автомобилем в депо в режиме ожидания посредством естественной термоконвекции и теплового излучения. (При этом разумеется, что предлагаемым техническим решением достичь температур агрегатов ПА, обоснованных Е.М. Жевлаковым, не удастся даже если применить паровое отопление с температурой теплоносителя - от 130°C до 200°C).

Задача решается тем, что под пожарным автомобилем в бетонированном приямке, который имеет трапециевидную форму типа корыта, смонтирован стационарный отопительный прибор в виде регистра водяного либо парового отопления секционного типа [см. ГОСТ 31311-2005 Приборы отопительные. Общие технические условия]. Регистры отопления надежны, неприхотливы, обладают большим ресурсом и потому получили широкое применение в отопительных системах [см. Свистунов В.М., Пушняков Н.К. Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха объектов агропромышленного комплекса и жилищно-коммунального хозяйства: учебник для вузов. - 2-е изд. - СПб.: Политехника, 2007. - 423 с.].

Регистры по конструкции подразделяются на змеевиковые (S-образные) и секционного типа. Они изготовлены из гладких стальных круглых, а лучше профильных труб. Профильные трубы обладают большими наружными площадями поверхностей теплоотдачи, что необходимо для повышения эффективности подогрева. Далее, увеличение объема теплоносителя в таких трубах регистра также будет обеспечивать их увеличенную теплоотдачу. Кроме того, у регистров легко поддерживать внешнюю чистоту труб. Регистры отопления обладают гладкой наружной поверхностью нагрева и должны быть окрашены супербелой эмалью для радиаторов отопления термостойкостью до 100 °С.

Техническое решение поясняется следующими чертежами.

На фиг. 1 и фиг. 2 представлена одна из возможных принципиальных схем Устройства, а также его расположение в депо подразделения относительно ПА - 7. Под ДВС и коробкой перемены передач (КПП), т.е. вдоль продольной оси ПА подготовлен и забетонирован приямок - 1 трапециевидной формы по типу корыта размерами длина × ширина × глубина (м): 1,5×1,0×0,3. В приямке горизонтально расположен секционный регистр из четырех стальных профильных прямоугольных труб - 2 каждая сечением 180×100 мм (см. ГОСТ 8645-68 Трубы стальные прямоугольные сортамент). Профильные трубы, для эффективности естественной термоконвекции, смонтированы в регистре таким образом, что их сечения расположены не параллельно плоскости пола депо, т.е. плашмя, а перпендикулярно ему - вертикально, т.е. «на ребро». Другими словами, длинные оси их сечений располагаются перпендикулярно поверхности пола депо. Кроме того, верх труб регистра расположен на одном уровне, т.е. заподлицо с поверхностью пола гаража. Далее, для повышения радиационной составляющей суммарного коэффициента теплоотдачи регистра, стенки приямка обшиты оцинкованным стальным листом - 3 таким образом, что фокусы отраженных им тепловых потоков приходятся на ДВС и КПП. Практически по верхним кромкам периметра приямка смонтированы, выполняющие функции бордюра, т.е. колесоотбойного устройства - 4, стальные трубы диаметром ∅ 140 мм либо ∅ 165 мм [см. ГОСТ 3262-75 Группа В62. Межгосударственный стандарт. Трубы стальные водогазопроводные Технические условия.] для защиты от наезда на приямок колес ПА. Исключение травмирования личного состава в приямке на период отсутствия ПА в подразделении (пожар, техобслуживание, ремонт) достигается применением трех поперечно расположенных профильных труб сечением 90×60 мм (либо 100×50 мм) - 5, которые, для жесткости конструкции, смонтированы «на ребро», т.е. длинная ось их сечения располагается вертикально и они жестко соединены электросваркой с профильными трубами регистра, а их концы опираются на края приямка. Таким образом конструкция из профильных труб собственно регистра и поперечных профильных труб остановятся не только самонесущей, но и безопасной с точки зрения охраны труда при передвижениях личного состава внутри депо, т.к. одновременно является мостиком над приямком. Для незамедлительного отвода воды из приямка предусмотрена система канавок - 6 с гидравлическим уклоном для ее стока в канализацию. Примечание. На фиг. 1, фиг. 2 и в описании конструкции Устройства условно не изображена и не приведена сантехническая арматура, в том числе краны запорные, краны для выпуска воздуха, клапаны, патрубки для подвода / отвода теплоносителя и т.п.

Сравнение заявляемого решения с прототипом показывает, что оно отличается следующим техническим признаком:

применением электронезависимого пожаробезопасного подогревательного прибора - стального регистра водяного отопления.

Таким образом, можно предположить, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Полезная модель содержит в основном стандартные и типовые элементы, может быть реализована специалистами средней квалификации, а общестроительные и монтажные работы осуществлены на основе известных технологических процессов и оборудования, поэтому она соответствует критерию «промышленная применимость».

Устройство для тепловой подготовки силового агрегата пожарного автомобиля в депо для его эффективной эксплуатации в низкотемпературных условиях работает следующим образом.

После сварки регистр опрессовывают испытательным давлением с последующим визуальным осмотром, выявляют и устраняют негерметичности. Затем прибор окрашивают и выполняют остальные строительно-монтажные работы по Устройству.

С наступлением отопительного сезона открытием соответствующих кранов и вентилей в Устройство подается теплоноситель. Воздух, попавший в систему, удаляют с помощью 6-и воздухоотводчиков типа крана Маевского, размещенных в верхних точках заглушек торцов профильных труб регистра. Техническое обслуживание Устройства сводится к его очищению от грязи струями воды под давлением, своевременной промывкой, дезинфекцией, опрессовкой, а летом также производится подкраска наружных поверхностей регистра. После окончания отопительного периода подача теплоносителя в регистр Устройства прекращается. Однако теплоноситель при этом из прибора не удаляется.

Пожарный автомобиль занимает штатное место в депо и, таким образом силовой агрегат, включающий ДВС и коробку перемены передач, зимой локально дополнительно подогревается естественной термоконвекцией и излучением от Устройства.

Таким образом, техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение микроклиматических условий содержания силового агрегата ПА в депо подразделения постоянно в течение всего отопительного сезона, что существенно облегчает принятие им нагрузки сразу после объявления сигнала тревоги, следствием чего является повышение тягово-динамических качеств ПА, что гарантированно сокращает время прибытия пожарно-спасательного подразделения к месту вызова и подачи первого ствола на решающем направлении, тем самым повышается эффективность действий расчетов при проведении АСР и тушения пожаров в осенне-зимние месяцы года, т.е. сокращаются величины потерь от пожаров и других ЧС, при одновременном снижении расхода топлива, эмиссии вредных веществ, уменьшении износов деталей двигателя, коробки перемены передач и связанных с ними затрат на ремонт и техническое обслуживание ПА.

Кроме того, наличие дополнительных отопительных приборов способствует повышению комфортности условий для личного состава дежурных смен, т.к. в суровых климатических условиях повышают температуру воздуха во всем объеме гаража боевых машин пожарного депо.

Данное техническое решение конструктивно и технологически просто, сравнительно дешево и может легко быть реализовано в подразделениях пожарно-спасательных гарнизонов 29 северных регионов страны.

Claims (12)

1. Устройство тепловой подготовки силового агрегата пожарного автомобиля в депо для его эффективной эксплуатации в низкотемпературных условиях в виде отопительного прибора, выполненное с возможностью расположения в пожарном депо, на штатном месте автомобиля, под двигателем и коробкой перемены передач, вдоль его продольной оси в приямке, отличающееся тем, что отопительный прибор представляет собой регистр водяного отопления, расположенный в приямке горизонтально.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что бетонированный приямок имеет трапециевидную форму типа корыта с размерами (м) порядка: длина х ширина х глубина 1,5 х 1,0 х 0,3.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регистр водяного отопления может быть змеевикового либо секционного типа.

4. Устройство по п.1 или 3, отличающееся тем, что регистр секционного типа изготовлен из четырех стальных профильных прямоугольных труб, каждая сечением 180х100 мм и причем смонтированных «на ребро», т.е. длинные оси их сечений располагаются вертикально, перпендикулярно поверхности пола депо.

5. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что верх труб регистра расположен на одном уровне с поверхностью пола депо.

6. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что воздух, попавший в систему, удаляют 6-ю воздухоотводчиками типа крана Маевского, размещенными в верхних точках заглушек торцов профильных труб регистра.

7. Устройство по п.1 или 4, отличающееся тем, что трубы регистра обладают гладкой наружной поверхностью нагрева и окрашены супербелой эмалью для радиаторов отопления термостойкостью до 100°С.

8. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что стенки приямка обшиты листом оцинкованной стали для отражения тепловых лучистых потоков таким образом, что в их фокусах находятся двигатель и коробка перемены передач.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что по верхним кромкам периметра приямка смонтированы стальные трубы наружным диаметром ∅ 165 мм, выполняющие функции колесоотбойного устройства.

10. Устройство по п.1 или 9, отличающееся тем, что в его конструкции, кроме того, также применяются три поперечно расположенные профильные трубы сечением 90х60 мм, которые для жесткости конструкции смонтированы «на ребро», т.е. длинные оси их сечений располагаются вертикально, и жестко соединены сваркой с профильными трубами регистра, а их концы опираются на края приямка, и, таким образом, имеет место сварная самонесущая травмобезопасная конструкция, в которой профильные трубы собственно регистра одновременно являются мостиком над приямком.

11. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что для отвода воды из приямка предусмотрена система канавок с гидравлическим уклоном для стока воды в канализацию.

12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что подвод теплоносителя к нему осуществляется постоянно в течение всего отопительного сезона года нормативного для данного региона.