Влияние природно-климатических условий на эксплуатацию ПА

Природно-климатические условия характеризуются состоянием дорог и рельефом местности, а также климатом в районах дислокации ПА.

Природные условия – дорожные условия и рельеф местности определяют режимы движения ПА. Дорожные условия характеризуются технической категорией дорог. Вид и качество дорожных покрытий неодинаковы в городах с различной численностью населения, в пригородных зонах и за их пределами. Важным является и рельеф местности, т.е. высота над уровнем моря. Сочетание дорожных условий и рельефа местности характеризуют категорию условий эксплуатации ПА.

В нашей стране различают пять таких категорий. Их классификация дана в табл.13.4.

Таблица 13.4

Примечание.

Дорожные покрытия:

Д₁ – цементобетон, асфальтобетон, брусчатка, мозаика;

Д₂ –битумоминеральные смеси (щебень или гравий, обработанные битумом);

Д₃ – щебень (гравий) без обработки, дегтебетон;

Д₄–булыжник, колотый камень, грунт и малопрочный камень, обработанные вяжущими материалами, зимники;

Д₅ – грунт, укрепленный или улучшенный местными материалами; лежневое и бревенчатое покрытия;

Д₆ – естественные грунтовые дороги, временные внутрикарьерные и отвальные дороги, подъездные пути, не имеющие твердого покрытия.

Тип рельефа местности (определяется высотой над уровнем моря):

Р₁ – равнинный (до 200 м);

Р₂ – слабохолмистый (свыше 200 до 300 м);

Р₃ – холмистый (свыше 300 до 1000 м);

Р₄ – гористый (свыше 1000 до 2000 м);

Р₅ – горный (свыше 2000 м).

Состояние дорожного покрытия характеризуется сцеплением jколеса с дорогой и сопротивлением f его качению.

Сила тяги на колесах , как известно, может быть реализована при условии

j Gg ≥ P_к ≥ f Gg (13.14)

при движении по горизонтальной дороге.

Величина j изменяется в широких пределах от 0,8 для асфальтобетонных дорог в сухом состоянии до 0,1, когда эта дорога обледенелая. При движении по асфальтовой дороге f = 0,015, а по песчаному грунту f = 0,3.

Следовательно, для реализации скоростных возможностей ПА необходимо тщательно обосновывать маршруты их следования по вызову, специально обучать водителей.

Категория условий эксплуатации оказывает большое влияние на режимы работы механизмов и систем ПА. Эти условия сказываются на интенсивности изнашивания рабочих поверхностей деталей, надежности их работы. В более тяжелых дорожных условиях потребуется уменьшение периодичности обслуживания, уменьшится пробег ПА до капитального ремонта и т.д.

Все нормативы по эксплуатации установлены для ПА, применяемых в третьей категории условий эксплуатации и умеренном климате в районе дислокации ПЧ.

Поэтому на практике корректируют периодичность проведения ТО-2, пробега до капитального ремонта, трудоемкость ТР. Значения коэффициентов корректировки К₁ приведены в табл. 13.5.

Таблица 13.5

Примечание. В числителе пробег до капитального ремонта и расход запасных частей, а в знаменателе коэффициенты К для двигателей.

Рассмотрим процедуру корректировки периодичности Т_ТО-2 для четвертой категории эксплуатации. Для этого обозначим для заданной категории условий эксплуатации , а для третьей и нормативную периодичность – . Тогда запишем , км.

Аналогично осуществляется корректировка всех нормативов, указанных в табл. 13.5, тогда:

, (13.15)

где i – категория условий эксплуатации; j – нормативы из табл. 13.5.

Необходимо полученные результаты округлять до сотен километров или целых единиц для запасных частей.

Климатические условия. Климат – многолетний режим погоды, свойственный данной местности. Вся территория страны разделена на 6 климатических районов от очень холодного до умеренного климата (табл. 13.6).

Таблица 13.6

Примечания:

1. Субъекты Российской Федерации, не указанные в данной таблице, относить к конкретному климатическому району согласно действующим на их территории правительственным документам.

2. К – зональный коэффициент корректирования трудоемкости.

Основными климатическими факторами, влияющими на эксплуатацию ПА, являются температура воздуха, его относительная влажность, скорость ветра. В определенных районах важным является мощность осадков, например, снега. Они оказывают влияние на оперативную обстановку в регионе, продолжительность следования по вызову, тушение пожаров, техническое обслуживание и ремонт ПА.

Оперативная обстановка. Очень холодный и холодный климатические районы занимают более 80 % территории России; здесь проживает около 30 % всего населения. В ряде районов с холодным климатом более 30 % пожаров приходится на зимний период. Гибель людей на пожарах в зимние месяцы почти в два раза больше, чем в летние месяцы. Большое количество крупных пожаров приходится на районы с очень холодным и холодным климатом. Так, на каждые 10000 человек, проживающих в этих районах, в год приходится 0,55 крупных пожаров. В районах с умеренным климатом – только 0,026. Таким образом, в районах с холодным и очень холодным климатом на каждые 10000 человек приходится в 20 раз больше пожаров, чем в районах с умеренным климатом.

Следование на пожар. Продолжительность следования по вызову увеличивается зимой по двум причинам. Во-первых, зимой может уменьшаться φ и увеличивается f, особенно при вызовах в пригороды или за их пределы. Во-вторых, при низких температурах воздуха увеличивается время прогрева двигателя до номинальных температур охлаждающей жидкости, и следовательно, как показано на рис. 13.21, если температура охлаждающей жидкости t_о.ж= 70 – 75 ºС, то можно полностью нагружать двигатель. Это можно осуществить через 3,5 – 4 мин при начальной температуре t_о.ж= 50 ºС и через 6 – 7 мин – при t_о.ж = 20 ºС.

Рис. 13.21. Прогрев двигателя при движении АЦ-40(130)63Б:

летом: 1 – t_о.ж = 50 ^оС; 2 – t_о.ж = 20 ^оС; зимой: 3 – t_о.ж = 50 ^оС; 4 – t_о.ж = 10 ^оС

Обычно температура воздуха в гаражах не ниже 12 ºС. Такой же будет и температура охлаждающей жидкости в двигателе. Единственным путем увеличения скорости движения ПА будет содержание ПА на электроподогреве, например, при 50 ºС. В этом случае прогрев двигателя улучшится, а скорость движения ПА увеличится. В случае, если ПА содержатся в гаражах, имея более высокие температуры охлаждающей жидкости, то после их пуска расход топлива на прогрев уменьшается почти на 30 %. Кроме этого, почти на 40 % будут уменьшены пусковые износы двигателя, следовательно, увеличится его долговечность.

Пожарные автомобили выезжают на пожары в загородную зону, на тушение крупных пожаров в другие районы. В объектовых пожарных частях они могут продолжительное время находиться на открытых площадках, где производятся какие-либо технологические или, например, ремонтные работы. В этих случаях охлаждаются огнетушащие вещества и через несколько часов начнется замерзание воды и кристаллизация пенообразователя. Только в случае теплоизолированной цистерны (прямая 4 на рис. 13.22) снижение температуры воды будет небольшим.

Рис. 13.22. Охлаждение огнетушащих веществ в АЦ-40(130)63Б:

(t₀ = -27 ºС; скорость ветра 4 – 6 м/с)

А – стационарный режим; Б – транспортный режим

1 – вода в цистерне; 2 – пенообразователь ПО-6К в баке; 2А₁ – свежий
пенообразователь; 2А₂ – пересыщенный пенообразователь; 3 – вода при скорости
ветра 1 м/с; 4 – теплоизолированная цистерна

Приняв предельно допустимую температуру охлаждающей воды в цистерне, равной 2 ºС, холодоустойчивость ее в транспортном режиме будет равна 2 ч. В стационарном режиме холодоустойчивость достигает 4 ч, а при уменьшении скорости ветра до 1 м/с она увеличивается до 6 ч. В этих условиях следует, если предоставляется возможность, производить замену воды.

Температура воды в цистернах, как следует из анализа кривых 1 и 3 на рис. 13.23, не достигает температуры воздуха в гараже в течение десятков часов.

Особо следует рассмотреть процесс охлаждения воды в цистернах объектовых пожарных частей. В этих пожарных частях автоцистерны ежедневно выполняют функции подвижного целевого дозора. Нередко это осуществляется 2-3 раза в сутки. При этом вне гаража АЦ находятся
от 1,5 до 2 ч. Зимой в течение этого времени произойдет охлаждение воды, как показано кривой 2. По прибытии в гараж, в течение определенного времени, как показано отрезком 2а, вода в цистерне будет нагреваться. Затем цикл охлаждения – нагрева воды будет повторяться, пока температура воды достигнет 2 ºС. В рассматриваемом случае холодоустойчивость цистерны равна около 70 ч. После этого воду в цистерне необходимо заменять.

Рис. 13.23. Нагрев воды в цистерне АЦ-40(130)63Б в гараже:

1 – нагрев в гараже; 2 – выезд из гаража; 2а – нагрев воды в гараже;
3 – нагрев при наличии ледяной корки 2 – 3 мм

Тушение пожара. Низкие температуры воздуха оказывают большое воздействие на организацию и тушение пожаров. Они влияют во многих случаях на обеспечение забора воды как из открытых водоемов, так и из пожарной водопроводной сети. Возможны также отказы насосов в системе забора воды. Кроме того, особенно при тушении крупных пожаров, уменьшается подача воды по рукавным линиям. Возможны отказы в работе систем насоса.

Сказываются зимние условия и на техническом обслуживании ПА.

Трудности забора воды происходят по различным причинам. Если при постановке АЦ в боевой расчет после тушения пожара не были полностью удалены остатки воды в вакуумном кране и трубке, соединяющей его с газоструйным вакуумным аппаратом, то при следовании на пожар уже через 5-8 мин образуются ледяные пробки. Вакуумная система не обеспечит забор воды. Для предотвращения этого отказа необходимо при возвращении в пожарную часть после тушения пожара, слив воду из насоса, на 3 – 5 с включить газоструйный вакуумный кран. При этом сконденсировавшаяся влага в трубопроводе будет удалена.

Перед наступлением зимы следует предусмотреть возможные подъезды к естественным водоисточникам, а также образовать незамерзающие проруби. Для этого на льду делается прорубь, стенки которой могут быть армированы досками. В образовавшуюся полынью забрасывают торф, мелкие древесные отходы и т.д. Они облегчат разрушение образовавшегося в полынье льда.

При наличии в регионе водопроводной пожарной сети должны утепляться гидранты: торфом, стекловатой и т.д. В пожарных частях должны быть предусмотрены устройства для очистки гидрантов от образовавшегося льда. В этих целях могут быть использованы отработавшие газы двигателя АЦ или вода, подаваемая в колодец гидранта от пожарного насоса. Это может осуществляться приспособлениями, показанными на рис. 13.24 и 13.25.

На рис. 13.24 представлена конструкция из труб для подвода воды из насоса АЦ в гидрант. Для создания мощной струи в наконечнике 1 закреплена вставка 2 с отверстием 5 мм. Труба полугайкой 3 соединена с напорным рукавом длиной 5 – 10 м, который соединяется напорным патрубком АЦ.

Рис. 13.24. Трубчатая конструкция для подачи воды из насоса в колодец гидранта:

1 – наконечник; 2 – вставка; 3 – полугайка

На рис. 13.25 показано устройство для размораживания гидрантов отработавшими газами. В нем имеется искрогасительное устройство 2, состоящее из трех латунных сеток с ячейками размером 2 – 3 мм.

Забор воды из открытых водоисточников затрудняется зимой еще и потому, что снижение температуры воздуха сопровождается уменьшением его вязкости. Следовательно, чем ниже температура воздуха, тем большим будет приток его в систему всасывания при создании в ней разрежения для забора воды. При создании разрежения газоструйным вакуумным аппаратом в насосе ПН-40УВ падение вакуума при температурах окружающего воздуха при +15 и –30 ºС было неодинаковым (рис. 13.26). Следовательно, вероятность забора воды будет уменьшаться с понижением температуры воздуха. С увеличением глубины всасывания возрастает продолжительность создания вакуума в насосе.

После забора воды важным является обеспечение ее постоянной подачи по рукавным линиям.

Подача воды по рукавным линиям при низких температурах не остается постоянной. Она постепенно уменьшается. При продолжительной подаче воды по рукавным линиям в условиях низких температур происходит обледенение внутренней поверхности рукавной арматуры и частично рукавов. Скорость формирования льда зависит от диаметра рукавов, расхода протекающей воды, ее температуры, теплофизических параметров.

Наиболее тяжелые условия подачи воды возникают при ее заборе из естественных водоисточников (рек, озер). Температура воды под льдом близка к 0 ºС. Поступая во всасывающую линию, поток воды подвергается интенсивному охлаждению. Оно оценивается снижением температуры воды на 100 м напорной линии.

В естественном водоисточнике А температуру воды обозначим t_вод. В насосе вода в зависимости от расхода нагревается на 0,2 – 0,6 ^оС. Это происходит за счет трения жидкости о рабочее колесо и стенки корпуса насоса и ее перемешивание. Количество тепла, потерянное потоком воды во всасывающей линии, примерно равно приобретенному при прохождении через насос пожарного автомобиля.

Далее вода с начальной температурой t_н (рис. 13.27) поступает в напорную линию и по мере удаления от насоса постепенно охлаждается до 0 ºС (t₀).

Рис. 13.27. Критические длины рукавных линий при замерзании воды

В рукавной линии можно выделить три характерных участка. Первый участок представляет собой часть рукавной линии, на котором вода охлаждается до 0 ºС. Обозначим его длину как критическую L_кр.

Второй участок (длиной L₀) характеризуется тем, что хотя вода и охлаждена до 0 ºС, но лед на внутренней поверхности рукавной арматуры еще не образуется.

Наконец, третий участок длиной L_облд, где при течении воды на внутренней поверхности рукавной арматуры и рукавов образуется лед. Это наиболее опасный участок, так как интенсивное образование льда на арматуре приводит к уменьшению проходных сечений и, следовательно, к снижению интенсивности подачи воды.

Для прогнозирования работоспособности насосно-рукавной системы введем такое понятие, как предельная длина линии по началу обледенения L_пр.д, которая определяется

L_пр.д = L_кр + L₀. (13.16)

Если выполняется условие L_кр > L_р.л, где L_р.л – длина рукавной
линии, м, то насосно-рукавная система по фактору обледенения может функционировать неограниченный период времени. Температура воды по длине не охлаждается до 0 ºС и обледенение такой насосно-рукавной системы возможно только при экстремальных ситуациях.

Если же данное условие не выполняется, то с течением времени рукавная линия насосно-рукавной системы будет подвержена обледенению.

В первую очередь, лед в рукавной линии образуется на рукавных головках, разветвлениях, стволах, а также на внутренних поверхностях рукавов вблизи рукавной арматуры. Образование льда приводит к увеличению сопротивления потоку воды и, следовательно, к уменьшению напора на стволах. Подаваемого количества воды может быть недостаточно для локализации и тушения пожара.

Для определения критического показателя L_кр используем следующее выражение:

, (13.17)

где Δt_подогр – подогрев воды в линии за счет использования различных источников энергии, ºС; Δt /100 – интенсивность охлаждения. Δt может принимать значения в зависимости от гидравлических характеристик рукавных линий и метеорологических условий от 0,1 до 3 ºС.

Из выражения 13.17 следует, что подогревая воду, подаваемую в рукавную линию, можно значительно увеличить L_кр.

Подтверждение изложенному было получено при эксплуатации автоцистерны зимой. Опыты проводились при t = -27 ºС, скорости ветра
v = 1,5м/с и подаче воды 10,6 л/с. Рукавная линия была собрана так, как показано на рис. 13.28. В нее был вставлен подогреватель воды (А). Вода вблизи поверхности льда имела температуру около 0,2 ºС. В насосе в зависимости от развиваемого им напора и величины подачи воды она может нагреваться от 0,4 – 0,6 ºС. В дальнейшем, как показано прямой 1 на рис. 13.28, вода охлаждается, достигая 0 ºС на каком-то расстоянии от насоса. Интенсивность охлаждения увеличивается с понижением температуры окружающего воздуха и увеличением скорости ветра. В пределах точек а и б температура воды не изменяется. Ледообразование начнется после точки б. Лед будет образовываться на металлических деталях арматуры. При этом будут уменьшаться проходные сечения в стволах, разветвлениях (если они находятся в зоне ледообразования), что приводит к уменьшению подачи воды в 1,5 – 2 раза, через 1 – 2 ч работы насоса.

Для уменьшения охлаждения воды на практике, при тушении крупных пожаров, рукавные линии укрывают снегом, разветвления могут обогреваться паяльными лампами.

1 – вода из естественного водоисточника; 2 – вода подогретая

На пожарах возможно замораживание напорных рукавов при разборке рукавных линий. Для его предотвращения следует разбирать рукавную линию, не прекращая протекания воды. Рукава, скатанные в скатку, меньше подвержены разрушению, чем в случае, когда они замерзнут и их необходимо транспортировать в нескатанном состоянии.

Подача воды насосом при тушении пожаров в летних условиях может ограничиваться вследствие перегрева охлаждающей жидкости двигателя. Ее температура t_о.ж зависит от ряда факторов

t_о.ж = 35,8 + 0, 575 t_ос + 0,363 Н + 0,45 Q, (13.18)

где t_ос – температура окружающего воздуха, ºС; Н – напор, развиваемый насосом, м; Q – подача насоса, л/с.

Зависимость нагрева охлаждающей жидкости двигателя от величины Н и Q представлена на рис. 13.29. Из его рассмотрения следует, что практически при максимальных подачах воды насосом до t_ос < 40 ºС перегрева двигателя не должно быть.

Техническое обслуживание и ремонт ПА во многом зависят от природно-климатических условий.

Климатические факторы оказывают большое влияние как на долговечность и надежность пожарной техники, так и на работоспособность личного состава, обслуживаю-
щего ее. При переходе от умеренного к очень холодному климату увеличивается интенсивность изнашивания механизмов, снижается надежность их работы. Поэтому нормативные показатели эксплуатации ПА, установленные для умеренного климата, корректируются в других климатических районах. Как правило, значительно уменьшается периодичность технического обслуживания и пробег до капитального ремонта и увеличиваются трудоемкость текущего ремонта и расход запасных частей. Коэффициенты корректирования и особенности их использования приводятся в табл. 13.7.

Таблица 13.7

Примечания:

1. Корректирование нормативов производится для серийных моделей автомобилей, в конструкции которых не учтены специфические особенности работы в других районах.

2. Районирование территории России по природно-климатическим условиям приведено в табл. 13.6.

3. Для районов, не указанных в табл. 13.6, коэффициент корректирования К'₃ равен 1,0.

4. Агрессивность окружающей среды учитывается при постоянном использовании автомобилей в районах, указанных в табл. 13.6, и при перевозках химических грузов, вызывающих интенсивную коррозию деталей.

Таким образом, с учетом корректирования нормативов по условиям эксплуатации К₃ и в зависимости от природно-климатических условий К'₃ общий коэффициент корректирования нормативов определяется их произведением

К = К_iК'₃, (13.19)

где: К_i – коэффициент по условиям эксплуатации (см. табл. 13.4); К'₃– коэффициент корректирования в зависимости от природно-климатических условий.

В случае районов с высокой агрессивностью окружающей среды вводится и коэффициент К"₃(см. табл. 13.7), таким образом,

К = К_iК₁К'₃К"₃. (13.20)

В итоге необходимые периодичность ТО или Р должны корректироваться по природно-климатическим условиям

Т_i = K_i Т_jК = Т_j К₁К'₃К"₃. (13.21)

Производится корректировка трудоемкости технического обслуживания ТО-2, а также всех ремонтов. Эти нормативы разработаны для умеренного климатического района. В районах с другими климатическими условиями осуществляется корректировка трудоемкости t_чел.-ч проведения ТО-2 и всех видов ремонта введением зонального коэффициента К_з. Его значения приведены в табл. 13.6. Тогда скорректированные значения трудоемкостей технических воздействий будут равны

, (13.22)

где t_j – скорректированная трудоемкость ТО-2, КР и т.д.; t_jн– нормативные значения трудоемкости.

Трудоемкость ТО и Р возрастает с увеличением срока службы ПА. Это учитывается коэффициентом эксплуатации К_э, зависящим от срока службы машин (табл. 13.8).

Таблица 13.8

С учетом табл.13.8 определим

. (13.23)

Скорректированные значения Т_i и t_j должны утверждаться начальниками УГПС (ОГПС).