13.4. 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

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 «» колеса с дорогой и сопротивлением f его качению.

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

 Gg ≥ P_к ≥ f Gg , (13.14)

при движении по горизонтальной дороге.

Величина  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, эксплуатируемых 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 колонках пробег до капитального ремонта и расход запасных частей в правой части даны коэффициенты К для двигателей.

Рассмотрим процедуру корректировки на примере Т_ТО-2. Для этого обозначим для первой категории условий эксплуатации К₁ , а для третьей – К₃ и периодичность Т₃. Соответственно для других категорий условий эксплуатации К_i и Т_i . Тогда можно записать

, (13.15)

где: i – 1 – ТО-2; 2 – КР; 3 – СР.

Аналогично осуществляется корректировка всех параметров ТО и Р, указанных в табл.13.5. Необходимо только 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, как показано в табл.13.6.

Таблица 13.6

Примечание:

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 10 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 пределами. 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_ож = 70…75⁰С, то можно полностью нагружать двигатель. Это можно осуществить через 3,5…4 минуты при начальной температуре t_ож = 50⁰С и через 6…7 минут – при t_ож = 20⁰С.

Обычно температура воздуха в гаражах не ниже 12⁰С. Такой же будет и температура охлаждающей жидкости в двигателе. Единственным путем увеличения скорости движения ПА будет содержание ПА на электроподогреве, например при 50⁰С. В этом случае прогрев двигателя улучшится, а скорость движения ПА увеличится. В случае содержания ПА с более высокими температурами охлаждающей жидкости после его 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 вызываются на пожары в загородную зону, на тушение крупных пожаров в другие районы. В объектовых пожарных частях они могут продолжительное время находится 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 (кривая 4 на рис.13.22) снижение ее температуры будет небольшим.

Приняв предельно-допустимую температуру охлаждающей воды в цистерне, равной 2⁰С, холодоустойчивость ее в транспортном режиме будет равна 2 часам. В стационарном режиме холодоустойчивость достигает 4 часов, а при уменьшении скорости ветра до 1 м/с она увеличивается до 6 часов. 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 часов. Зимой в течение этого времени произойдет охлаждение воды, как показано отрезком 2. По прибытии в гараж, в течение определенного времени, как показано отрезком 2 а, вода в цистерне будет нагреваться. Затем цикл охлаждения – нагрева воды будет повторяться, пока температура воды достигнет 2⁰С. В рассматриваемом случае холодоустойчивость цистерны равна около 70 часов. После этого воду в цистерне необходимо заменять.

Тушение пожара. Низкие температуры воздуха оказывают большое влияние на организацию и тушение пожаров. Это выражается во многих случаях, в обеспечении забора воды как из открытых водоемов, так и из пожарной водопроводной сети. Возможны также отказы в системе забора воды насосами. 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, соединяющем его с газоструйным вакуумным аппаратом, то при следовании на пожар уже через 5-8 минут 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 в предвидении зимы должны утепляться гидранты: торфом, стекловатой и т.д. В пожарных частях должны быть предусмотрены устройства для очистки гидрантов от образовавшегося льда. Для этой цели могут быть использованы обработавшие 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.

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 вакуума газоструйным вакуумным аппаратом в насосе ПН-40УВ его падение при температурах окружающего воздуха +15 и –30⁰С было неодинаковым (рис.13.26). Следовательно, вероятность забора воды будет уменьшаться с понижением температуры воздуха и, естественно, глубины всасывания. Последнее обусловлено тем, что с ее увеличением 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 поды 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 подо льдом близка к 0⁰С. Поступая во всасывающую линию, поток воды подвергается интенсивному охлаждению. Оно сравнимо с потерей температуры воды на 100 м напорной линии.

В насосе вода в зависимости от расхода нагревается до 0,2…0,6 градусов. Это происходит за счет трения жидкости о рабочее колесо и стенки корпуса насоса. Количество тепла, потраченное потоком воды во всасывающей линии, примерно равно приобретенному при прохождении насоса пожарного автомобиля.

Далее вода с начальной температурой t_н (см. рис.13.27) поступает в напорную линию и по мере удаления от насоса постепенно охлаждается до 0⁰С (t₀).

В рукавной линии можно выделить три характерных участка. Первый участок представляет собой часть рукавной линии, на котором вода охлаждается до 0⁰С. Обозначим его длину как критическую L_кр .

Второй участок (длиной L₀) характеризуется тем, что хотя вода и охлаждена до 0⁰С, 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_прд, которая определяется

L_прд = 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 0⁰С 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 может быть недостаточно для локализации и тушения пожара.

Для определения критического показателя L_кр используем следующее выражение

, (13.17)

где: Δt_подг - подогрев воды в линии за счет использования различных источников энергии, град; Δt /100 – интенсивность охлаждения.

Из выражения 13.18 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 = -27⁰С, скорости ветра V = 1,5 м/с и подаче воды 10,6 л/с. Рукавная линия была собрана, как показано на рис.13.28. В нее был вставлен подогреватель воды (поз. А). Вода вблизи поверхности льда имела температуру около 0,2⁰С. В насосе в зависимости от развиваемого им напора и величины подачи воды она может нагреваться 0,4…0,6⁰С. В дальнейшем, как показано прямой 1 на рис.13.28. Она охлаждается, достигая 0⁰С, на каком-то расстоянии от насоса. Интенсивность охлаждения уменьшается 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 часа работы насоса.

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

Подогрев воды, подаваемой в рукавные линии, на 1,5…2,0⁰С обеспечит ее подачу стволами практически без ледообразования (прямая 2 на рис.13.28). Ее подогрев может осуществляться либо в АЦ северного исполнения, либо от других источников тепла.

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 не скатанном состоянии.

Подача воды насосом при тушении пожаров в летних условиях может ограничиваться по перегреву охлаждающей жидкости двигателя. Ее температура Т_ож зависит от ряда факторов

Т_ож = 35,8 + 0, 575 t_ос + 0,363 Н + 0,45 Q (13.18)

где: t_ос - температура окружающего воздуха, ⁰С; 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 < 40⁰С 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, обслуживающих 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, (Приложение 3) корректируются в других климатических районах. Как правило, значительно уменьшается периодичность технического обслуживания и пробег до капитального ремонта и увеличиваются трудоемкость текущего ремонт и расход запасных частей. Коэффициенты корректирования и особенности их использования приводятся в табл.13.7.

Таблица 13.7

Коэффициент корректирования нормативов в зависимости от природно-климатических условий (К'₃)

Примечание.

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 приложении 3.

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

4. Агрессивность окружающей среды учитывается и при постоянном использовании автомобилей в районах, указанных в приложении 3, 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_i· К'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 (табл. вводится и коэффициент К"₃ (см.табл.13.7), таким образом,

К = К₃ · К'₃ · К"₃ . (13.20)

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

Т_i = K_i · К = К_i · К'₃ · К"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. Их значения приводятся в 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).