Jak zaprojektowane są układy wodno-pianowe samochodów ?

Samochód gaśniczy GCBA 6/32 typu 004.

Schemat układu przedstawiony został na rysunku 1. Kolektor ssawny autopompy 3 połączony jest rurociągiem ssawnym 16 przez zawór klapowy 4 ze zbiornikiem wodnym 1. Z kolektora ssawnego wyprowadzone są dwa rurociągi ssawne 7 na obie strony samochodu i zakończone nasadami 5 wielkości 110 po dwie z ka*dej strony samochodu. kolektor tłoczny autopompy posiada dwa króćce tłoczne , do których podłączono część tłoczną układu wodno - pianowego. Z prawego króćca tłocznego zasilane są dwie nasady tłoczne 6 wielkości 75 umieszczone z prawej strony samochodu , jedna nasada 52 urządzenia szybkiego natarcia 14 , rurociąg tłoczny wody do napełniania zbiornika 6000 litrów z zaworem 9 wielkości 75 oraz działko gaśnicze 10. Z lewego króćca tłocznego zasilane są dwie nasady tłoczne 6 wielkości 75 wyprowadzone na lewą stronę samochodu. do układu autopompy , między kolektorami tłocznymi i ssawnym , włączono dwa automatyczne dozowniki środka pianotwórczego 11 , połączone ze zbiornikiem środka pianotwórczego 2 oraz nasadą 17 wielkości 52 , umożliwiają zassanie środka ze zbiornika zewnętrznego. Wszystkie nasady 75 , 52 , zawór 9 oraz działko wyposażone są w zawory kulowe. zbiornik środka pianotwórczego napełniany jest za pomocą ręcznej pompy skrzydełkowej , znajdującej się w przedniej części , z prawej strony samochodu , pomiędzy kabiną kierowcy a nadwoziem. W okresie zimy istnieje możliwość odwadniania zarówno poszczególnych podzespołów pożarniczych , jak i całej instalacji , a służą do tego zawory 23.

Samochód gaśniczy GBA 2,5/16 typu 005.

Schemat układu przedstawia rysunek 2. Kolektor ssawny autopompy 3 połączony jest rurociągiem ssawnym 16 , przez zawór kulowy 4 , ze zbiornikiem wodnym. Z kolektora ssawnego wyprowadzone są równie* dwa rurociągi ssawne 7 zakończone nasadami 5 wielkości 110: jeden na lewą stronę samochodu , drugi z tyłu samochodu. kolektor tłoczny autopompy stanowi króciec , do którego podłączono część tłoczną układu wodno - pianowego. Z króćca tego zasilane są dwie nasady tłoczne 6 wielkości 75 umieszczone z prawej strony samochodu , urządzenie szybkiego natarcia 13 i działko gaśnicze 9. Do układu włączono równie* automatyczny dozownik środka pianotwórczego 10 umieszczony między kolektorem tłocznym i ssawnym autopompy. Dozownik ten jest połączony ze zbiornikiem środka pianotwórczego 2 oraz nasadą 14 wielkości 52 umożliwiającą zassanie środka pianotwórczego ze zbiornika zewnętrznego. Zawór 12 przed działkiem , zawory 11 przed nasadami tłocznymi i zawór 4 na rurociągu ssawnym są zaworami szybko otwieralnymi kulowymi.

W okresie zimy , tj. użytkownika samochodu w temperaturach otoczenia

poniżej 0 , po zakończeniu akcji gaśniczej należy instalację odwodnić , otwiera się w tym celu zawory 17.

Rys1. Schemat układu wodno pianowego samochodu GCBA 6/32 typu 004 :

1- zbiornik wodny , 2-zbiornik środka pianotwórczego , 3-autopompy A32/8 , 4-zawór klapowy , 5-nasady ssawne , 6-nasady tłoczne , 7-rurociąg ssawny , 8-nasada 75 napełniania zbiornika , 9-zawór kulowy 75 napełniania zbiornika , 10-działko gaśnicze , 11-automatyczny dozownik środka pianotwórczego , 12-zawór kulowy 75 nasady tłocznej , 13-zawór kulowy działka , 14-urządzenie szybkiego natarcia , 15-zawór kulowy 52 urządzenia szybkiego natarcia , 16-rurociąg ssawny 130 , 17-nasada 52 ssania środka pianotwórczego z zewnątrz , 18-kurek dopływu wody do dozownika , 19-kurek trójdrożny zasilania środkiem pianotwórczym , 20-kurek ssania środka pianotwórczego , 21-kurek środka pianotwórczego zbiornika 6000dm³ , 22-kurek płukania pompki ręcznej , 23-kurki odwadniające , 24-pompka ręczna

Rys.2 Schemat układu wodno pianowego samochodu GBA2,5/16 typu 005 :

1-zbiornik wodny , 2-zbiornik środka pianotwórczego , 3-autopompa A16/8 , 4-zawór kulowy 110 , 5-nasada ssawna , 6-nasada tłoczna 75 , 7-rorociąg ssawny , 8-nasada 75 napełniania zbiornika , 9-działko gaśnicze , 10-dozownik środka pianotwórczego , 11-zawór kulowy 75 nasady tłocznej , 12-zawór kulowy działka , 13-urządzenie szybkiego natarcia , 14-nasada 52 ssania środka pianotwórczego z zewnątrz , 15-kurek trójdrożny zasilania środkiem pianotwórczym , 16-rorociąg ssawny 110 , 17-kurek odwadniający , 18-kurek trójdrożny do napełniania zbiornika i do urządzenia szybkiego natarcia , 19-zawór dopływu wody do mieszacza

Co to jest kawitacja i jakie powoduje skutki ?

Przyglądając się przebiegowi zmienności krzywych podstawowej charakterystyki pracy autopomp zauważyć można , *e ulegają one w pewnym miejscu dość wyraźnym zakrzywieniom. Zakrzywienia te , zwane kawitacyjnymi odznaczają się gwałtownym spadkiem ciśnienia podnoszenia przy minimalnym wzroście wydajności. Unikanie pracy autopompy w tych warunkach ma istotny wpływ na okres jej eksploatacji i dlatego konieczne jest zrozumienie istoty kawitacji.

Przez kawitację rozumie się tworzenie i znikanie w wodzie wypełniającej autopompę przestrzeni złożonych z pęcherzyków pary wodnej. Intensywność wytwarzania się pary wodnej uwarunkowana jest wielkością podciśnienia wytwarzanego przez pompę. Jeżeli w jakimś miejscu ciśnienie spadnie poniżej ciśnienia pary nasyconej przy danej temperaturze , wówczas zaczynają powstawać drobne pęcherzyki pary cieczy. Gdy wytworzona mieszanina wody i pęcherzyków pary przedostaje się w obszar autopompy , gdzie istnieje większe ciśnienie , następuje wtedy znikanie pęcherzyków pary wskutek skraplania się. Skraplanie to odbywa się w sposób gwałtowny w czasie mniejszym ni* 0,001 s. Zjawisku temu towarzyszy ogromny wzrost ciśnienia o charakterze implozji. Uderzenia następują szybko po sobie , przy czym pęcherzyki pary zanikają zarówno w najbliższym sąsiedztwie atakowanej powierzchni , jak i w jej wgłębieniach (porach , rysach , itp.) powodując wyrwy w miejscach najmniej odpornych. Bombardowanie powierzchni przez implodujące pęcherzyki pary powoduje drgania ściany przylegającej do obszaru kawitacji.

Praca autopompy w obszarze kawitacyjnym jest więc wyjątkowo niebezpieczna , gdy* nawet w przeciągu kilku godzin może spowodować zniszczenie niektórych jej części , zwłaszcza wirnika pierwszego stopnia , czyniąc autopompę niezdolną do dalszej pracy. Pracę autopompy przy całkowicie rozwiniętej kawitacji obrazują linie pionowe przedstawiające stałą wydajność mimo wyra*nego spadku ciśnienia. W obszarze tym autopompa wytwarza maksymalną próżnię przy pracy dla danej geometrycznej wysokości ssania , której powiększenie jest niemożliwe , gdy* suma trzech składowych podciśnień , tj. geometrycznej wysokości ssania , strat podciśnienia na tarcie w liniach ssawnych oraz strat podciśnienia na wlocie do wirnika powoduje , *e ciśnienie w pompie zrównuje się z ciśnieniem pary nasyconej przy danej temperaturze wody. W tych warunkach autopompa nie jest w stanie zwiększyć ilości zasysanej wody. Zjawisku kawitacji towarzyszą lekki szum i trzaski , a przy dużym natężeniu silny hałas spowodowany wibracjami pompy.

Co przyczynia się do powstawania kawitacji i w jaki sposób zapobiec temu zjawisku ?

Czynnikami wpływającymi na przyspieszenie powstawania kawitacji w autopompie jest zbyt duża wysokość ssania lub zbyt duża długość linni ssawnej zwiększająca straty ciśnienia wywołane oporami przepływu (tarciem) oraz nadmierne zwiększenie wydajności powodujące wzrost prędkości przepływu i związany z tym spadek ciśnienia.

Rozumiejąc zjawisko kawitacji i jej skutki oczywistą sprawą staje się niedopuszczenie do pracy autopompy w obszarze kawitacyjnym. Zapobiegać temu zjawisku można przez :

• Zmniejszenie obrotów autopompy , dzięki czemu obniża się wielkość spadku podciśnienia na wlocie do wirnika (polepszenie parametrów ssania autopompy) i wzrasta wydajność autopompy. W wyniku tego praca autopompy z obszaru kawitacyjnego przy ustalonych parametrach przechodzi na pracę o nowej charakterystyce przepływu w miejscu leżącym przed jej obszarem kawitacyjnym;

• Unikanie pracy autopompy przy wolnym wypływie wywołującym spadek wysokości podciśnienia. Wzrost wysokości podnoszenia wpływa hamująco na rozprzestrzenianie się we wnętrzu autopompy spienionej cieczy , przez co zmniejsza się możliwość pojawienia się zagrożeń kawitacyjnych;

• Unikanie nadmiernych oporów przepływu w linii ssawnej. Wzrost tej wielkości , wskazany na wakuometrze przy ustalonych parametrach pracy autopompy , powoduje automatycznie zmniejszenie wydajności po stronie tłocznej oraz wejście autopompy w kawitacyjny obszar pracy. Może to spowodować , np. uszkodzony wąż ssawny lub zanieczyszczony smok ssawny.

W jaki sposób odbywa się dozowanie środka pianotwórczego?

Każdy z omawianych samochodów ma możliwość wytwarzania piany gaśniczej z przygotowanego wodnego roztworu środka pianotwórczego. Do przygotowania roztworu o odpowiedniej wartości stężenia środka pianotwórczego w samochodach GCBA 6/32 typu 004 i GBA2,5/16 typu 005 służą dozowniki środka pianotwórczego.

W samochodach GBA 2,5/16 typu 005 zastosowano jeden , natomiast w samochodach GCBA 6/32 typu 004 dwa identyczne dozowniki środka pianotwórczego. Są to samoczynne dozowniku typu RVMA 200 austriackiej firmy Rosenbauer. Każdy z nich zapewnia automatyczne dozowanie środka pianotwórczego , zależne od wydajności wodnej autopompy w zakresie od 400 do 3200 l/min , w przedziale od 3 do 7% w zależności od ustawienia położenia dźwigni dozownika.

Na rysunku 13 przedstawiono schematycznie samoczynny dozownik środka pianotwórczego zastosowany w samochodzie GBA 2,5/16 typu 005. Głównymi elementami są :

inżektor 1 , przepustnica na wolnym kolektorze tłocznym 2 , przepustnica na rurociągu przeprowadzającym środek pianotwórczy 3 , układ dźwigni 4 , 5 i sprężyna powrotna 6. Działanie urządzenia następuje z chwilą otwarcia kurka 7 dopływu wody do mieszacza i kurka 8 dopływu środka pianotwórczego. Woda tłoczona przez autopompę dopływa rurociągiem tłocznym 9 do inżektora 1. Wytworzone w inżektorze podciśnienie zasysa środek pianotwórczy ze zbiornika poprzez rurociąg doprowadzający 10. Zasysany przez inżektor środek pianotwórczy , odpowiednio zmieszany z wodą , rurociągiem 11 dopływa do kolektora ssawnego autopompy i poddawany jest następnie do pozostałych podzespołów instalacji.

Precyzyjne dozowanie środka pianotwórczego zapewniają wbudowane w układ dwie przepustnice. odpowiednio do wydajności tłocznej wody otwiera się przepustnica 2.

Przez układ dźwigni 4 , 5 proporcjonalnie do wielkości otwarcia przepustnicy 2 otwiera się na rurociągu środka pianotwórczego przepustnica 3. Układ taki zapewnia , proporcjonalnie do przepływającej ilości wody , dawkowanie ilości środka pianotwórczego. Przy ka*dej zmianie wydajności wodnej następuje samoczynny ruch przepustnicy 2 , a z nią przez układ dźwigni5 , 4 i przepustnicy 3. Zapewnia to utrzymanie zało*onego stę*enia pianotwórczego przy ka*dej wydajności. Żądaną wartość stę*enia dla danego środka pianotwórczego nastawia się jednorazowo przez zmianę zamocowania końca cięgna 4 w podłu*nym otworze dźwigni 5 sterującej przepustnicą 2 , np. dla syntetycznego środka pianotwórczego Deteor 1000 koniec cięgna nale*y ustawić w poło*eniu „min” , a dla proteinowego Spumogen M w poło*eniu „max”.

Z jakiej głębokości autopompy mogą zasysać wodę ?

Zastosowane w samochodach gaśniczych urządzenia zasysające autopomp mogą wytworzyć podciśnienie , wskazywane na wakuometrze , nieco powy*ej 90 kPa (9 m H₂O).

Uwzględniając opory przepływu układu ssawnego (straty ciśnienia w smoku, linii ssawnej i na wejściu do pompy) w praktyce przyjmuje się , *e największa geometryczna wysokość ssania , tj. odległość lustra wody od osi pompy mierzona pionowo , wynosi 7,5 m.

Rys.

Jaki jest czas napełniania zbiorników wodnych za pomocą autopompy ?

Czas napełniania zbiorników wody w samochodach nale*y liczyć analogicznie , jak podczas opró*niania. Zakładając np., *e autopompy pracować będą przy wydajności nominalnej , to czasy napełniania będą w przybli*eniu takie , jak przy opróżnianiu. Z praktycznego punktu widzenia nale*y zaznaczyć , *e zbiorniki nale*y napełniać autopompą przy ni*szej , od nominalnej , wysokości podnoszenia , wskazywanej na manometrze kolektora tłocznego , co zapewnia uzyskanie większych wydajności wodnych , a więc i skrócenie czasów napełniania. Wynika to z potrzeby zabezpieczenia zbiorników wodnych przed uszkodzeniem (w końcowej fazie napełniania) wskutek szybkiego wzrostu ciśnienia.

Rys.

---