Разработка мобильного комплекса по оперативному восстановлению готовности пожарных подразделений за счёт термовакуумной сушки рукавов

В настоящее время, по данным статистики, количество пожаров в Российской Федерации за период с января по сентябрь 2012 года составляет 115 713 единиц [120]. Пожарные автомобили являются основным техническим средством, обеспечивающим доставку сил и средств к месту пожара, ведение действий по тушению пожаров, спасению людей и материальных ценностей [52,62,69].

Пожарным напорным рукавам (ПНР) в оборудовании пожарных автомобилей принадлежит особая роль. Пожарные напорные рукава — это гибкие трубопроводы, по которым осуществляется подача огнетушащих веществ в очаг горения для ликвидации пожаров. Абсолютное большинство пожаров при использовании пожарных автомобилей тушат, используя для подачи огнетушащих веществ пожарные напорные рукава. В общей номенклатуре пожарно-технического вооружения они по количеству занимают первое место. Для ликвидации пожаров на вооружении в ГПС МЧС России находится большое количество пожарных рукавов, стоимость которых значительна по сравнению с другими видами пожарной техники. На сегодняшний день стоимость одного пожарного рукава в среднем составляет: диаметром 51мм — 2283 рубля, диаметром 66мм — 2901 рубль, диаметром 77 мм — 3494 рубля, диаметром 89 мм — 5556 рублей, диаметром 100 мм — 8871 рубль. Финансирование расходов по данной статье ограничено.

Установлено, что на пожарах напорные рукава используются значительно чаще, чем другие виды пожарного оборудования. При этом 85% отказов пожарной техники приходится на долю пожарных рукавов. Поэтому обеспеченность подразделений ГПС МЧС России напорными пожарными рукавами и их техническое состояние в значительной степени определяют готовность и оперативность подразделений МЧС России [7,47−49,67,77].

Каждая автоцистерна укомплектовывается 12 пожарными напорными рукавами различного диаметра [7,67,77]. Количество напорных пожарных рукавов 6 разного диаметра применяется на пожарах неодинаково. Так, напорные пожарные рукава диаметром 51 мм используются на 75−78% пожаров, напорные пожарные рукава диаметром 77 и 66 мм — на 12%. Большинство централизованных гарнизонных рукавных баз в настоящее время ликвидировано, и функции обслуживания пожарных рукавов возлагаются непосредственно на каждое пожарное подразделение [1,65].

Существующая система обслуживания напорных пожарных рукавов требует значительного времени для постановки пожарных рукавов в расчет. Слабым звеном в существующей системе обслуживании является сушка пожарных рукавов. Это наиболее продолжительный, трудоёмкий и энергоёмкий процесс. Для полного высыхания рукавов в сушилке башенного типа в зимний период требуется до трёх суток, в летний период — в зависимости от погоды и влажности — регулярный визуальный контроль. Для обеспечения сушки двух рукавов в сушилке барабанного типа от одного часа до трёх требуется соответственно от 8 до 24 кВт электроэнергии только для работы калориферов. При этом производители сушильного оборудования для обеспечения полного просушивания в нормативный срок зачастую завышают температуру в сушильной камере до 60° и выше, что противоречит требованиям «Методического руководства по организации и порядку эксплуатации пожарных рукавов».

Нарушения температурного или временного режима приводит к необоснованному старению материалов, рукава пересыхают, значительно сокращается срок их службы [96]. Не все подразделения пожарной охраны оборудованы современными установками или башнями для сушки рукавов.

На сегодняшний день строительство рукавных башен нерентабельно из-за дороговизны строительных материалов, а также связано со значительными расходами на содержание и эксплуатацию данных сооружений [42]. Для поднятия пожарных рукавов на высоту в башенных сушилках, как правило, применяются грузоподъемные механизмы, управляемые с пола (электрические тали), что требует проведения специальной подготовки личного состава подразделений в 7 организациях, имеющих лицензию на данный вид обучения. При эксплуатации данных механизмов увеличивается риск получения травм личным составом подразделений.

Особая ситуация возникает при сложных многодневных и удалённых пожарах, когда нет возможности доставлять пожарные рукава в подразделения для сушки на стационарных установках. В этих случаях единственным выходом для поддержания рукавного оборудования в рабочем состоянии является сушка его на месте пожара, что возможно только при наличии мобильных сушильных установок, перевозимых вместе с рукавными автомобилями.

Таким образом, проблемы, связанные с обслуживанием и эксплуатацией рукавного оборудования, совершенствованием соответствующей техники и технологии, являются важными и насущными для большинства пожарных частей всех видов пожарной охраны не только в Российской Федерации, но и во многих зарубежных странах [8,9,98−100,119].

Всё это делает актуальной научную задачу теоретического и экспериментального обоснования конструкции мобильного комплекса для сушки пожарных рукавов в составе рукавного пожарного автомобиля.

Рассмотренные проблемы укладываются в формулу научной специальности 05.26.03 «Промышленная и пожарная безопасность (транспорт)»: п. 6. Исследование и разработка средств и методов, обеспечивающих снижение пожарной и промышленной опасности технологических процессов, предупреждения пожаров и аварий, тушения пожаровп. 12. Разработка и совершенствование способов повышения безопасности производственного оборудования, технологических процессов, вспомогательных операций и условий труда работниковп. 14. Совершенствование методов обеспечения безопасности при техническом обслуживании, ремонте и эксплуатации транспортных средств, разработка методических принципов сертификации транспортных средств по критериям безопасности.

Целью диссертационной работы является разработка мобильно комплекса по оперативному восстановлению готовности подразделений ГПС МЧС России и научное обоснование способа термовакуумной сушки напорных пожарных рукавов.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи исследования:

1. Обосновать технические требования и разработать конструкцию мобильной установки в составе рукавного пожарного автомобиля.

2. Разработать математическую модель процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов, позволяющую рассчитать оптимальные параметры процесса сушки.

3. Создать экспериментальную установку и провести комплекс исследований по определению оптимальных теплофизических параметров процесса сушки пожарных рукавов и их влиянию на эксплуатационные характеристики пожарных рукавов.

Объект исследования-, технологический процесс сушки напорных пожарных рукавов в составе рукавного пожарного автомобиля и реализующая его мобильная установка термовакуумной сушки.

Предмет исследования: теплофизические закономерности процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов на мобильном комплексе рукавного пожарного автомобиля.

Методы исследования: экспериментальные и расчетные методы исследования процесса сушки, статистические методы обработки экспериментальных данных, математическое моделирование, оценка экономической эффективности предлагаемых решений.

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

1. Обоснованы технические требования к мобильному комплексу в составе рукавного пожарного автомобиля.

2. Разработана математическая модель процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов, позволяющая рассчитать оптимальные параметры процесса сушки для всех типов пожарных рукавов при различных режимах.

3. Проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных теплофизических параметров процесса термовакуумной сушки пожарных рукавов и их влиянию на эксплуатационные характеристики.

Практическая значимость работы заключается в том, что:

1. Обоснована целесообразность использования мобильных сушильных установок в составе пожарного рукавного автомобиля.

2. Предложенные технические решения позволили улучшить качество сушки напорных пожарных рукавов, продлить срок их эксплуатации, а также повысить надежность рукавного оборудования и сократить время постановки рукавного оборудования в расчет.

3. Предложенные технические решения позволяют эксплуатировать напорные пожарные рукава в условиях низких температур, а также использовать вакуумно-температурную установку в подразделениях, где нет условий для строительства башенных сушилок.

Реализация результатов исследования:

— создана экспериментальная установка для сушки напорных пожарных рукавов, конструкция которой защищена патентом Российской федерации № 105 415 от 11.01.2011 года;

— экспериментальная вакуумно-температурная установка установлена в помещении рукавной базы Специальной пожарной части № 1 и принята в эксплуатацию решением комиссии ГУ «Специальное управление ФПС № 2 МЧС России» 19 мая 2008 года;

— результаты диссертационного исследования внедрены в практическую деятельность ФГКУ «Специальное управление ФПС № 2 МЧС России» 19 апреля 2012 года, и в учебный процесс Сибирского института пожарной безопасности — филиала Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России — в рамках ю изучения дисциплин «Пожарная техника» и «Начальная профессиональная подготовка».

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения, списка литературы, состоящего из 130 литературных источников, и двенадцати приложений. Работа изложена на 131 странице машинописного текста, содержит 34 таблицы и 38 рисунков.

3.6 Выводы по главе.

В настоящей главе описано, как на разработанной опытной лабораторной установке и на основании методики определения теплофизических параметров процесса испарения влаги был проведён ряд лабораторных исследований с напорными пожарными рукавами различного типа и диаметра. Получены следующие основные результаты:

1. Отработан технологический процесс сушки напорных пожарных рукавов. На основании экспериментальных исследований сделан вывод о том, что новый способ термовакуумной сушки напорных пожарных рукавов позволяет сушить рукава различного типа и диаметра. Эффективное высушивание до 800 г остаточной влаги пожарного рукава длиной 20 м. Нет потери времени на ожидание окончания сушки. Процесс сушки происходит параллельно процессу обслуживания рукава. Малое энергопотребление и экономия занимаемой площади помещения.

2. Определено оптимальное время сушки пожарных рукавов, которое составляет около двух часов.

3. Проведены экспериментальные исследования определения разрывной нагрузки и удлинения при разрыве, которые показали, что термовакуумная сушка напорных пожарных рукавов является наиболее щадящим способом сушки в сравнении с сушкой в климатических условиях и горячим воздухом, не ухудшающим при этом эксплуатационных характеристик напорных пожарных рукавов.

4. Математическая модель, полученная на основе экспериментальных данных, показала, что зависимость с/Ж и) о-Мт -2к (Т)1 — -ехр (-к (Т)) = -2к (Ту?(7).

Ж Мрв представляет собой, так называемую кривую сушки, то есть зависимость вида Ж'(0 = /(Ж (0) играет важную роль при расчете процессов сушки.

5. Согласно проведенному укрупненному расчету экономической эффективности внедряемой вакуумно-температурной установки для сушки и/ напорных пожарных рукавов, годовой эффект составит около 726 тысяч рублей в год.

Сравнивая затраты на строительство рукавной башни и затраты на изготовление и ввод в эксплуатацию термовакуумной установки, возможно сократить время постановки рукавов в расчет, улучшить качество их сушки и снизить затраты на подготовку (обучение) личного состава.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В настоящей работе выполнен аналитический обзор по организации эксплуатации рукавного оборудования, входящего в комплектацию пожарного автомобиля, анализ оборудования, применяемого для сушки напорных пожарных рукавов российского и зарубежного производства.

Проведен анализ существующих методов сушки, рассмотрены методы и методики, определения теплофизических параметров процесса сушки пожарных рукавов. Для проведения экспериментальных исследований параметров теплофизических процессов разработана опытная установка, конструкция которой защищена патентом Российской Федерации на полезную модель.

Разработана методика проведения экспериментальных исследований.

Выполнены теоретические и экспериментальные исследования по определению теплофизических параметров процесса сушки пожарных рукавов. Отработан технологический процесс термовакуумной сушки пожарных рукавов.

На основе экспериментальных данных разработана математическая модель, которая позволяет вычислять изменение относительной влажности изделия Ж (/)при произвольном заданном законом изменении температуры во времени T (t) и заданных начальных условиях.

Разработана конструкция мобильного комплекса, произведен поверочный расчёт на устойчивость данного комплекса.

Произведена оценка экономической эффективности предложенного технического решения.

Таким образом, задачи диссертационного исследования выполнены, цель достигнута.