Przetłaczanie wody autopompami pojazdów ratowniczych.

Wstęp

Podczas remontu pojazdu ratowniczego zastanawiamy się nad pewnymi zmianami. Sprawdzamy różne ogłoszenia i oferty z pompami strażackimi. Wybieramy takie, by pasowały do naszych węży strażackich. Przegląda się wtedy oferty różnych firm, takich jak Strzelczyk czy Rosenbauer. Nie zastanawiamy się jednak jakie zmiany mogłaby przynieść zmiana metody pracy układu wodnego.

Od lat badane są działania strażackie w naszym kraju. Jednym z ich zagadnień są systemy autopomp pożarniczych. Wnioskiem z nich płynącym jest powszechne przepuszczanie wody przez zbiornik pojazdu gaśniczego.  Jednakże doświadczenie strażackie wskazuje, że wspomniany sposób obarczony jest wieloma barierami oraz problemami taktycznymi. Pierwszym jest ograniczona przepustowość, będąca efektem rozwiązań stosowanych przez producentów pojazdów. Jednym z przykładów tego jest brak możliwości pełnego użycia wydajności stosowanych pomp. Do tego mamy niską rentowność tych urządzeń. Na uwagę zasługuje również fakt braku pełnej kontroli nad stosunkiem ilości wody pobranej do oddanej. To może skutkować czasowymi przerwami w jej podawaniu na linie gaśnicze. Sytuacja taka może skutkować zagrożeniem dla ratowników lub innych osób, którzy zostaną bez osłony prądów gaśniczych.

Podobna sytuacja może wystąpić również w przypadku akcji ratownictwa chemicznego. W jej trakcie stosowane są prądy rozproszone i kurtyny wodne. Te wykorzystywane są w wielu przypadkach do wiązania substancji niebezpiecznych w postaci gazowej. Należy zwrócić uwagę na ewentualność braku wody w zbiorniku pojazdu. Wtedy odzyskanie sprawności przez układ może nastąpić dopiero po jego częściowym napełnieniu, co wydłuża czas przerwy. Często w takim przypadku zdarzają się również przypadki zapowietrzenia pomp. Te wymuszają kolejne zabierające nam czas czynności naprawcze. Mając na uwadze powyższe, w tym tekście dokonano oceny obu systemów. Zarówno pod względem wad i zalet, jak i przydatności ich do stosowania podczas działań strażackich.

Przepompowywanie, a przetłaczanie

Przepompowywanie a przetłaczanie. Porównanie metody pracy układu wodnego w pojeździe strażackim.

Do dalszych rozważań, by były one na przykładzie, powinniśmy przyjąć jakiś pojazd. Najlepiej do testów nadaje się jeden z najczęściej używanych samochodów ratowniczo-gaśniczych w Polsce. Czy wiecie jaki? Jest to MAN TGM 13.280 GBA 2, 5/20. Posiada on dwustopniową pompę pożarniczą Stolarczyk S 20 HP.

Jako pierwsze zostało stworzone miejsce pomiaru.  Miało ono za zadanie dostarczenie nam danych pomiarowych. Pozwoliło nam to na stworzenie charakterystyki działania pompy w układzie pobierania wody ze zbiornika pojazdu. Zasilanie układu stanowił hydrant nadziemny o wydajności 1300 l/min przy 2 bar. Podłączony był on do nasady zasilającej zbiornik. W celu dokonania pomiarów od nasad autopompy po stronie tłocznej wyprowadzono dwie linie W75. Zakończone one były przyrządami pomiarowymi FloMaster 250. Ich zakres pomiarowy, to 30-3000 l/min przy ciśnieniach roboczych 0-25 bar. Mieściło się to w przewidywanych parametrach pracy układu. Zastosowanie techniki pomiaru elektromagnetycznego pozwoliło na zwiększenie precyzji. Dzięki temu przyrządy gwarantowały dużą dokładność pomiaru i brak strat wynikających z zastosowania ruchomych elementów roboczych.

 

Układ pomiarowy przepompowywania przez zbiornik pojazdu

 

Układ pomiaru badający pompowanie przez zbiorniki pojazdu.

Pomiar zrobiono dla wybranych prędkości obrotu silnika, które ustawiane były w kabinie pojazdu. Podkreślić należy brak wskaźnika obrotów pompy na tablicy sterującej jej pracą. Najpewniej przełożenie na przystawce odbioru mocy skrzyni biegów pojazdu wynosiło 1:1,65.  Udało się uzyskać zakładaną szybkość obrotową. Wtedy za pomocą zaworów po stronie tłocznej, wytwarzano oczekiwane ciśnienie. Zostało ono zmierzone na manometrze autopompy pożarniczej, a z przyrządów spisano dane. Następnie wprowadzając je do wcześniej przygotowanej tabeli.

Charakterystyka napędu autopompy strażackiej Stolarczyk S 20 HP

Charakterystyka pompy Stolarczyk S 20 HP. Podczas pobierania wody ze zbiornika pojazdu MAN TGM 13.280 GBA 2,5/20

Charakterystyka autopompy pożarniczej. Oś pionowa przepływ w litrach na minutę, oś pozioma przedstawia ciśnienie w setkach tysięcy Pascali. 

Na podstawie uzyskanych danych stworzono wykres charakterystyki wydajności pompy. Obrazuje on zależność od obrotów i wytwarzanego ciśnienia po stronie tłocznej.

Można zauważyć, że przy niższych prędkościach pompa nie mogła wytworzyć ciśnienia 8 barów. Nastąpiło to nawet przy praktycznie znikomym przepływie. Było to możliwe dopiero przy wyższych prędkościach obrotowych.  Wydajność ponad 2000 l/min przy 8 bar osiągnięto dopiero przy maksymalnych dopuszczalnych obrotach. Granica ta została zaprogramowana w komputerze silnika pojazdu. Powstała ona dla czasu pracy z załączoną przystawką odbioru mocy autopompy pożarniczej.  Było to 1850 prm, czyli ok. 3000 obr/min napędu autopompy. Niestety nie udało się w rozmowie z serwisem firmy ustalić, z jakiego przełożenia korzysta ten pojazd. Z tego powodu przyjęto szacowane dane. Z tego powodu opieramy się we wszystkich tabelach i wykresach na obrotach silnika.

Nie udało się również potwierdzić tezy o płaskiej charakterystyce pompy dla poszczególnych ciśnień i wydajności. Ma ona miejsce jedynie dla niższych ciśnień, czyli od 2 do 3 barów. Występuje również przy pracy z pełną dopuszczalną prędkością obrotową.

Pojazd ratowniczy MAN TGM 13.280 GBA 2,5/20 firmy Stolarczyk ma pewne niedogodności techniczne. Jedną z nich jest zwężka zmniejszająca przepływ na nasadzie zasilającej zbiornik do 800 l/min. To z powodu tych problemów nie kontynuowano wyznaczania pełnej charakterystyki dla najwyższych prędkości obrotowych napędu autopompy. Zwłaszcza uwagę przykuwa brak możliwości wyregulowania układu w czasie 60 s przy wydajności 2300 l/min. Ma to miejsce, gdy dostępny jest zapas wody w zbiorniku pojazdu. Wynika to z tego, że układ zasilania nie pozwala na jego szybkie dostarczenie wody.

W założeniach pomiarów były dwa cele. Pierwszym było wyznaczenie rzeczywistych charakterystyk autopompy pożarniczej. Drugim ocena skutków ekonomicznych dla różnych sposobów pracy układu wodnego pojazdu. Głównym miernikiem jest tu zużycie paliwa pojazdu, które w tym samym czasie odczytywano z komputera samochodu. Pozwoliło to na stworzenie wykresu zużycia paliwa w stosunku do osiąganych przez silnik obrotów. Produkt MAN TGM 13.280 ma takie spalanie przy zamontowanej pompie Stolarczyk S 20 HP:

 

Spalanie paliwa MAN TGM 13.280 dla autopompa Stolarczyk S 20 HP wyrażone w l/godz. oleju napędowego w zależności od prędkości obrotowej silnika

Spalanie pojazdu MAN TGM 13.280 z pompą S 20 HP. Wartości spalania podane są w litrach na godzinę.

Pompa Rosenbauer

Dla wyznaczenia charakterystyki pompy stworzono nowe stanowisko badawcze. Oparto je dodatkowo o dostępny samochód JELCZ 014 GCBA 5/24 z autopompą Rosenbauer NH 30. Dla uzyskania odpowiedniej wydajności źródła użyto w tym przypadku, układ przetłaczania wody z hydrantu. Dodatkowo wykorzystano zbiornik wodny pojazdu, jako naczynie wyrównawcze poziomu wody.  Zagwarantowało to uzyskanie przez ten układ najwyższych wydajności. Źródło połączono z nasadą ssącą pompy Rosenbauer. Badano ją przy użyciu podwójnej linii zasilającej W75 oraz zbieracza prądów wodnych. Sam układ pomiarowy pozostał bez zmian.

 

Układ pomiarowy dla przetłaczania w JELCZ, 014 GCBA 5/24 z autopompą Rosenbauer NH 30

Tak wygląda układ pomiaru, kiedy mogliśmy przetłaczać wodę.

Dla wszystkich testów wybrano niskie obroty silnika równe 1400 prm.  W układzie przepompowywania przez zbiornik wodny pojazdu pompa uzyskiwała bardzo słabe wyniki. Maksymalne ciśnienie pracy wynosiło 6 barów przy wydajności 960 l/min. Pompa tak została skonfigurowana, by utrzymać ciśnienie i obroty.  Rozpoczęto podawanie wody pod ciśnieniem do nasady ssącej. Charakterystykę, która została zdjęta z przyrządów pomiarowych, przedstawiono na wykresie:

 

Charakterystyka autopompy. Ciśnienie po stronie tłocznej 6 bar i 1400 prm

Wydajność na wykresie wzrasta wraz ze wzrostem ciśnienia. 

Stałe obroty silnika to stała moc wytwarzana przez silnik, co równa się również stałemu zużyciu paliwa.  Wykres obrazuje nam, że przy takich obrotach, kiedy wykorzystamy energię wody, mamy trzykrotny wzrost wydajności. Wodę dostarczamy do pompy, a wzrost wydajności zgodny jest z proporcją i zachowaniem oczekiwanych parametrów. Metodą najczęściej używaną w Polsce jest takie przepompowywanie wody. Pozwala to na to, aby energia została wytracona w zbiorniku wodnym pojazdu.

Niskie, czyli bezpieczne, obroty równe są ok. 2300 obr/min, to jest 1400 prm x 1: 65 jako przełożenie przystawki odbioru mocy. Pompa przy takich obrotach i najwyższym ciśnieniu uzyskała po stronie ssącej ciśnienie 6 barów. Ważniejsze było przekroczenie o ponad 75% wydajności maksymalnej zakładanej przez producenta. Taka wydajność nie jest osiągalna podczas standardowej pracy w układach pobierania wody ze zbiornika pojazdu. Informacja ta jest szczególnie przydatna przy budowie dużych układów zaopatrzenia wodnego.  Wykorzystuje się w nich pompy pożarnicze dla podnoszenia ciśnienia w magistralach zasilający na dużych dystansach. Przetłaczanie jest również metodą na osiąganie dużych przepływów dla wydajnych odbiorników. Przykładem takich są działka wodno-pianowe w tym zamontowane na wysięgnikach i drabinach.

Podobne do tych rezultaty były praktycznie niepublikowane w żadnych polskich materiałach. Z powodu bardzo obiecujących wyników pomiarów, przeprowadzono kolejną próbę. W niej przeprowadzono serię pomiarów dla różnych ciśnień, zarówno po stronie ssącej, jak i tłocznej. Pozwala to nam stworzyć praktyczną charakterystykę wydajności pompy w przetłaczaniu.  Możliwości źródła wody (CCBA, 5/24) dla maksymalnych parametrów wydawały się, być zbyt małe. Z tego powodu pomiary prowadzono dla takich samych jak dotychczas niskich obrotów silnika pojazdu (1400 prm).

 

Wykres charakterystyki autopompy. W zależności od ciśnień

Zależność stosunku ciśnienia strony tłocznej do ciśnienia po stronie ssącej.

 Przy równych ciśnieniach po stronie ssącej i tłocznej pompa osiągała parametry maksymalne 3500 l/min. Wynik ten można potraktować jednak, jako mało znaczący. Zwłaszcza nie jest on ważny dla systemów zaopatrzenia wodnego i dostarczania wody do pożaru. Należy go tak rozumieć, ze względu na to, że nie wprowadza zmiany jakości parametrów. Staje się on jedynie wynikiem kolejnych pomiarów. Co za tym idzie jakość zasilania, jest równoznaczna z parametrami oczekiwanymi. Mając większą różnicę pomiędzy ciśnieniami po stronie ssącej i tłocznej mamy większą skuteczność. Metoda przetłaczania pozwala również, wymiernie podnieć ciśnienie po stronie tłocznej do parametrów oczekiwanych. Zapewnia tym samym znacznie większą wydajność pompy w porównaniu z przepompowywaniem.

 

Dlaczego przetłaczać? Argumenty praktyczno-ekonomiczne

Często spotykanym ciśnieniem linii zasilającej w sieciach hydrantowych są 3 bary. Weźmy je i obroty silnika pompy 1400 prm. Wtedy przy uzyskiwanym ciśnieniu po stronie tłocznej wielkości 6 barów pompa uzyskuje wydajność 2400 l/min. Dla porównania w układzie przepompowywania było to jednie 960 l/min.
Porównajmy również skutki ekonomiczne stosowania metody przetłaczania w stosunku do przepompowywania przez zbiornik pojazdu.  Wydajność 2000 l/min przy 8 barach jest równa: 4 prądom gaśniczym na wysokości 20 m lub stałemu zasilaniu działka wodno-pianowego.  Dla tej wielkości w przypadku przepompowywania konieczne są obroty silnika na poziomie 1800 prm. Jest to równe zużyciu 17 litrów Oleju Napędowego (ON) na godzinę. Stosując metodę przetłaczania identyczne parametry można uzyskać już przy 1400 prm. A przy wyższym ciśnieniu zasilania możemy zmniejszyć obroty do nawet 1300 prm. To równa się zużyciu ON na poziomie od 8 do 9 litrów. Stanowi to różnicę 50% w stosunku do zużycia przy wykorzystaniu metody przepompowywania. Dla godziny akcji jednego zastępu jest to oszczędność w wysokości ok. 50 zł. Załóżmy, że sto zastępów dziennie przez tylko jedną godzinę przetłaczałoby, zamiast przepompowywać. Jest to już kwota 5 tys. zł. Razy 365 dni uzyskujemy oszczędności w wysokości 1 825 000 zł rocznie. To stanowi solidny argument na rzecz rozpowszechniania wyżej wymienionej metody.

Za powszechnym użyciem w Polsce metody przetłaczania przemawia również inna rzecz. Dzięki niemu uzyskujemy możliwości pełnego wykorzystania parametrów pomp stosowanych w pojazdach gaśniczych. Większość Polskich producentów w obawie o zbiorniki pojazdów, za zgodą CNBOP, ogranicza możliwość ich szybkiego tankowania. W przypadku pojazdu, na którym prowadzono pomiary, wartość ta wynosi ok. 800 l/min. Powoduje to, że w praktyce równa się to możliwości ciągłego zasilania maksymalnie dwóch prądów wody. Tą samą wielkością przepływu zasilimy jedną kurtynę wodną, natomiast samo działko stanie się bezużyteczne. Zastosowanie metody przetłaczania praktycznie eliminuje wyżej wymieniony problem. Umożliwia to pełne użycie źródła wody w ramach parametrów autopompy. W praktyce dla opisywanego pojazdu możliwe jest ciągłe użycie 6 prądów wody. Każdy z nich zachowuje parametry wydajności 500 l/min.

Z punktu taktycznego punktu widzenia, porównanie wyżej wymienionych metod pozwala nam wysnuć wiele wniosków.  Na szczególne podkreślenie zasługuje fakt zwiększenia bezpieczeństwa ratowników poprzez zapewnienie ciągłości podawania środków gaśniczych. Pozostawienie na pewien czas, często powyżej 1 min, rot bez osłony wodnej jest szczególnym zagrożeniem. Sytuacja taka może mieć również znaczący wpływ na rozwój pożaru i jego obszar. W przypadku zastosowania metody przetłaczania zawsze oddajemy maksymalnie tyle wody, ile posiadamy. Zwiększa ona jedynie jej parametry jakościowe, głównie ciśnienie.  Przepompowywanie obarczone jest ryzykiem oddania większej ilości wody w stosunku do pobranej.  Wraz z postępem akcji w takiej sytuacji może nastąpić konieczność odzyskania sprawności przez układ. Związane jest to ze wzrostem poziomu wody w zbiorniku, innym problemem może być potrzeba odpowietrzenia pompy. Biorąc to wszystko pod uwagę, zmiana nawyków Polskich ratowników wydaje się szczególnie ważna.

System przetłaczania, zwłaszcza przy naszych realiach sprzętowych, obarczony jest również jedną wadą. Można zauważyć częsty brak zaworu klapowego lub trójdrożnego na nasadzie ssącej pompy w pojazdach. Przez ich brak ważnym momentem jest przejście z pobierania wody ze zbiornika na przetłaczanie z zewnątrz. Wymaga to przerwy w podawaniu wody na czas podłączenia zasilania do nasady ssącej.  Związane jest z tym możliwość chwilowego pozostawienia ratowników bez osłony prądami wody. Problem ten jest wynikiem braku wśród polskiej kadry wiedzy w tym zakresie. Dodatkowym czynnikiem są przyzwyczajenia strażaków. Wszyscy czołowi producenci w Europie w swoich konstrukcjach pomp lub układów wodnych pojazdów stosują takie zawory. Jest to podyktowane tym, że przetłaczanie jest elementem zasad wykorzystania sprzętu oraz taktyki zaopatrzenia wodnego. Rozwiązanie tego problemu jest możliwe. Wystarczy dodać do pojazdu zawór klapowy, który może być włożony na stałe lub dołączany podczas akcji.


Dawanie wody z wąż strażacki i armatek przy przetłaczanej wodzie.

 

Podsumowanie

Przetłaczanie, może być użyte jako główna metoda pracy pompy pojazdu gaśniczego. Ten wniosek nasunął się sam po analizie wyników pomiarów. Potwierdza go również wiele lat naszego doświadczenia w zakresie przetłaczania. Należy zauważyć bezsporną wyższość wyżej wymienionej metody nad ogólnie stosowanym przepompowywaniem. Jest ono obaczone wieloma ograniczeniami oraz niską efektywnością taktyczną, jak i ekonomiczną.


Warto nakreślić niezwykle ważny argument przemawiający za przetłaczaniem. Jest nim bezpieczeństwo rot gaśniczych. Osiąga się je poprzez zachowanie ciągłości podawania środków gaśniczych. Wbrew mitom metoda ta jest również niezwykle prosta w wykonaniu. W trakcie pracy układu nie wymaga on praktycznie żadnych dodatkowych czynności obsługowych. Dlatego warto porównać go z przepompowywaniem, w którym nie jest to tak oczywiste. Ponieważ podczas niego układ pracuje na skraju swoich możliwości.

 
Dzięki naszym doświadczeniom praktycznym możemy dodać jeszcze jedną rzecz. Istnieje skuteczniejsza metoda pracy układu wodnego pojazdu. Polega ona na przetłaczaniu z użyciem zbiornika pojazdu, jako naczynia wyrównawczego. Niweluje ona zmienność zapotrzebowania rot na wodę. Pozwala również wykorzystać maksymalnie źródło zaopatrzenia wodnego w tym w przypadku systemu dowożenia wody lub mieszanego. Należy nadmienić pewne zagrożenia dla sprzętu. Takim jest możliwość zatankowania pojazdu z szybkością przekraczającą nawet 3000 l/min. Niesie ono zagrożenie uszkodzenia zbiornika z uwagi na małe średnice stosowanych przelewów. Z tego powodu wymaga ona prezentacji w odrębnym opracowaniu. Należy również właściwie przeszkolić operatorów pomp.

Opracowanie: Michał Kołodziejczak

Komentarze (0)

Brak komentarzy w tym momencie.
Nowy komentarz
Korzystając z naszej strony wyrażasz zgodę na wykorzystywanie przez nas plików cookies. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce. Akceptuj Więcej informacji Odrzuć