Autopompy stanowią kluczowy element działań gaśniczych i ratowniczych, będąc sercem lotniskowych, przemysłowych i komunalnych pojazdów pożarniczych. Ich niezawodność i wydajność są fundamentalne dla skuteczności akcji.
Budowa i Zasada Działania Nowoczesnych Autopomp
Ogólna charakterystyka
Konstrukcja autopomp, często realizowana jako pompy odśrodkowe ze spiralną obudową, zapewnia doskonałą wydajność. Dzięki płaskiej charakterystyce pracy minimalizowane są skoki ciśnienia, co przekłada się na stabilne działanie. Przykładem są autopompy firmy Rosenbauer, użytkowane na całym świecie. Rosenbauer oferuje autopompy o wydajności od 1000 do 13000 l/min w trybie ssania.
Pompy te są fabrycznie budowane z odpornego na korozję lekkiego stopu metalu, co w znaczący sposób redukuje ich masę. Dla pompowania specjalnych mediów, takich jak woda morska, autopompy mogą być również wykonane z brązu.
Mechanizmy wspomagające
Kluczowym elementem jest także pompa tłokowa zasysająca, umieszczona nad napędem pompy, co gwarantuje najwyższą możliwą wydajność. Pompa ta jest odporna na zabrudzenia i jest uruchamiana za pomocą paska napędowego tylko w czasie procedury zasysania, nie wymagając własnego napędu. Imponuje wysoką siłą ssania, a jej smarowanie w kąpieli olejowej oraz zawory wlotowe/wylotowe wykonane z niezwykle wytrzymałego tworzywa sztucznego zapewniają wysoką niezawodność działania. Cała konstrukcja jest odporna na działanie zanieczyszczonej wody.
Opcjonalnie, każda instalacja autopompy może być wyposażona w regulator ciśnienia tłoczenia, który zapewnia stałe ciśnienie tłoczenia, niezależnie od wydajności, poprzez płynną regulację prędkości obrotowej silnika.
Ważnym aspektem bezpieczeństwa jest zabezpieczenie termiczne, które zapobiega nadmiernemu wzrostowi temperatury wody w pompie. Ten czysto mechaniczny system zachwyca prostotą, niezawodnością i wytrzymałością. Otwiera się on w zakresie temperatur od 55°C do 60°C, zapobiegając w ten sposób uszkodzeniu pompy i chroniąc personel przed poparzeniem gorącą wodą. Po obniżeniu temperatury zawór zamyka się ponownie.
Napęd autopompy
Standardowo wszystkie pompy napędzane są przez wał przystawki odbioru mocy pojazdu za pośrednictwem wału Cardana. Seria N/NH jest zazwyczaj podłączana bez dodatkowej przekładni, aby osiągnąć maksymalną wydajność i minimalny poziom hałasu. Ze względu na kompaktowe wymiary, pompy te są specjalnie zaprojektowane do montażu podpodłogowego. Oferują one maksymalną wydajność 1000 l/min lub 2000 l/min przy ciśnieniu 10 bar i wymagają jedynie niewielkiej mocy napędowej wynoszącej od 30 do 42 kW. Kompaktowe pompy pasują także do małych pojazdów i oferują wydajność do 500 l/min przy ciśnieniu 40 bar (przy co najmniej 2 wyjściach ciśnieniowych). Pompa jest odporna na zanieczyszczenia, a płaska charakterystyka pracy gwarantuje niskie skoki ciśnienia.
Wyzwania i Ewolucja Systemów Autopomp w Polskim Pożarnictwie
Historyczny Rozwój Autopomp w Polsce
Milowym krokiem w rozwoju motoryzacji było wynalezienie pod koniec XIX w. szybkobieżnego silnika spalinowego, co odmieniło życie strażaków i oblicze straży pożarnych. Prace nad stworzeniem pomp z silnikami spalinowymi były prowadzone etapowo. Pierwszą znaną pompą z silnikiem benzynowym firmy Daimler, będącą pompą tłokową zamontowaną na czterokołowym wozie, przedstawiono w 1888 roku. W 1910 roku firma Konrada Rosenbauera z Austrii zbudowała pierwszą motopompę przewoźną.
Po II wojnie światowej polskie biura konstrukcyjne rozpoczęły intensywne prace nad różnymi rodzajami urządzeń gaśniczych. Autopompy były produkowane m.in. w WSM w Bielsku, gdzie model A 1600 P30 o wydajności 1600 l/min montowano na Starach 20. Świdnicka Fabryka Urządzeń Pożarniczych w Świdnicy wytwarzała autopompy A16/8 i A32/8, umieszczane na Jelczach, a także A2/12 do Żuków, o wydajnościach odpowiednio 1600 l/min, 3200 l/min oraz 200 l/min.
Autopompy w samochodach Jelcz i Star
Jelczańskie Zakłady Samochodowe rozpoczęły w 1958 roku produkcję samochodów gaśniczych na podwoziu Star. Pojazd o symbolu fabrycznym 001, produkowany w latach 1958-1960, był wyposażony w zbiornik o pojemności 2000 dm³ oraz w autopompę o wydajności 1600 dm³/min przy ciśnieniu 8 bar.
W 1966 roku rozpoczęto produkcję samochodu gaśniczego 003 na podwoziu Star 25 model A 26P. Brak odpowiedniego podwozia z rodziny Starów z przystawką do napędu autopompy spowodował zastosowanie przekładni pasowej, co wymusiło użycie autopompy o mniejszej wydajności (800 dm³/min). Przekładnia pasowa okazała się jednak zawodna, ulegając zniszczeniu po kilku godzinach pracy pod obciążeniem. Zmieniono więc napęd na przekładnię z podwójnym łączonym łańcuchem Galla (model 003-28), jednak ta zmiana nie wpłynęła zasadniczo na poprawę parametrów pracy autopompy.
W latach 1970-1974 produkowano samochód 003-29, w którym w wyniku likwidacji autopompy powiększono zbiornik na wodę z 2000 do 3000 dm³.
W 1975 roku pojawiły się nowoczesne średnie samochody gaśnicze wodno-pianowe na podwoziu Star 244 (model 005) ze zbiornikiem wody o pojemności 2500 dm³, środka pianotwórczego o pojemności 250 dm³ i autopompą o wydajności 1600 dm³/min. Od 1987 roku zlikwidowano zamocowane na dachu działko wodno-pianowe, przyjmując argumentację strażaków, że 2500 dm³ wody w zbiorniku to za mało do właściwego wykorzystania działka o tak wysokich parametrach. W połowie lat 80. Jelcz wprowadził model 008 bez autopompy, przeznaczony dla straży ochotniczych.
W 1981 roku wykonano prototyp średniego samochodu do gaszenia pożarów lasów (007) na podwoziu Stara 266. Skrzynia biegów została wyposażona w przystawkę odbioru mocy, od której napędzano zabudowaną autopompę o wydajności 1600 dm³/min przy ciśnieniu 8 bar. Włączanie napędu autopompy odbywało się elektropneumatycznie z kabiny kierowcy.
Od połowy lat 70. brakowało ciężkich samochodów gaśniczych w jednostkach PSP. Dopiero po serii dużych pożarów sprowadzono ponad 100 ciężkich samochodów gaśniczych wodno-pianowych z firmy Rosenbauer. Pierwszym polskim ciężkim pojazdem był GCBA 6/32 typ 004 na podwoziu Jelcz 315 MS z autopompą typu A32/8 o wydajności 3200 dm³/min przy ciśnieniu 8 bar. Planowano roczną produkcję 100 takich samochodów, jednak nigdy tej liczby nie osiągnięto.
Program rozwoju przewidywał uruchomienie w 1977 roku produkcji ciężkiego samochodu gaśniczego o symbolu 006 (GCBA 11/45) z ilością środków gaśniczych ponad 10 000 dm³ i autopompą o wydajności ponad 4000 dm³/min przy ciśnieniu 8 bar. Jelczańskie Zakłady Samochodowe przygotowały dokumentację na podwoziu licencyjnym Steyer-Jelcz, lecz produkcja podwozia nie ruszyła, a co za tym idzie, nie zrealizowano zadania. Do budowy kolejnego ciężkiego samochodu gaśniczego z tak dużą ilością środków (11 000 dm³) powrócono, wykonując zabudowę na podwoziu Jelcz P640, również o symbolu 006. Posiadał autopompę o wydajności 4500 dm³/min przy ciśnieniu 8 bar.
Problemy z tradycyjnymi systemami wodnymi w pojazdach gaśniczych
Badania działań strażackich w Polsce wykazały, że powszechne przepuszczanie wody przez zbiornik pojazdu gaśniczego (metoda przepompowywania) jest obarczone wieloma barierami i problemami taktycznymi. Pierwszym jest ograniczona przepustowość, wynikająca z rozwiązań stosowanych przez producentów pojazdów, co prowadzi do braku możliwości pełnego wykorzystania wydajności stosowanych pomp oraz niskiej rentowności tych urządzeń.
Na uwagę zasługuje również brak pełnej kontroli nad stosunkiem ilości wody pobranej do oddanej, co może skutkować czasowymi przerwami w jej podawaniu na linie gaśnicze. Podobna sytuacja może wystąpić również w przypadku akcji ratownictwa chemicznego, gdzie stosowane są prądy rozproszone i kurtyny wodne 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, które wymuszają kolejne czynności naprawcze, zabierające cenny czas.
Analiza Metod Pracy Autopompy: Przepompowywanie vs. Przetłaczanie
Badania na przykładzie pojazdów MAN TGM i JELCZ 014
W celu oceny systemów dokonano pomiarów na przykładzie najczęściej używanego samochodu ratowniczo-gaśniczego w Polsce - MAN TGM 13.280 GBA 2,5/20. Stworzono miejsce pomiaru, które miało za zadanie dostarczenie danych pomiarowych, co pozwoliło 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 do nasady zasilającej zbiornik. Pomiary przeprowadzono dla wybranych prędkości obrotowych silnika, ustawianych w kabinie pojazdu, przy użyciu przyrządów pomiarowych FloMaster 250.
Na podstawie uzyskanych danych stworzono wykres charakterystyki wydajności pompy. Zauważono, że przy niższych prędkościach pompa nie mogła wytworzyć ciśnienia 8 barów nawet przy znikomym przepływie. Było to możliwe dopiero przy wyższych prędkościach obrotowych. Wydajność ponad 2000 l/min przy 8 bar osiągnięto dopiero przy maksymalnych dopuszczalnych obrotach (1850 prm, czyli ok. 3000 obr/min napędu autopompy). Nie udało się potwierdzić tezy o płaskiej charakterystyce pompy dla poszczególnych ciśnień i wydajności; ma ona miejsce jedynie dla niższych ciśnień (od 2 do 3 barów). Stwierdzono również, że nie kontynuowano wyznaczania pełnej charakterystyki dla najwyższych prędkości obrotowych napędu autopompy ze względu na niedogodności techniczne pojazdu MAN TGM 13.280 firmy Stolarczyk, zwłaszcza brak możliwości wyregulowania układu w ciągu 60 s przy wydajności 2300 l/min, gdy dostępny jest zapas wody w zbiorniku.
Drugim celem pomiarów była ocena skutków ekonomicznych dla różnych sposobów pracy układu wodnego pojazdu, mierząc zużycie paliwa. Do wyznaczenia charakterystyki pompy stworzono nowe stanowisko badawcze, oparte dodatkowo o samochód JELCZ 014 GCBA 5/24 z autopompą Rosenbauer NH 30. W celu uzyskania odpowiedniej wydajności źródła użyto układ przetłaczania wody z hydrantu, a zbiornik wodny pojazdu wykorzystano jako naczynie wyrównawcze poziomu wody.
W układzie przepompowywania przez zbiornik wodny pojazdu pompa uzyskiwała bardzo słabe wyniki. Maksymalne ciśnienie pracy wynosiło 6 barów przy wydajności 960 l/min. Natomiast w metodzie przetłaczania, przy stałych obrotach silnika (1400 prm) i dostarczaniu wody pod ciśnieniem do nasady ssącej, odnotowano trzykrotny wzrost wydajności. W ten sposób pompa przekroczyła o ponad 75% wydajność maksymalną zakładaną przez producenta, co nie jest osiągalne podczas standardowej pracy w układach pobierania wody ze zbiornika pojazdu. Jest to szczególnie przydatna informacja przy budowie dużych układów zaopatrzenia wodnego, gdzie pompy pożarnicze wykorzystuje się do podnoszenia ciśnienia w magistralach zasilających na dużych dystansach.
Zalety metody przetłaczania
Metoda przetłaczania (tzw. boosting) pozwala na wymierne podniesienie ciśnienia po stronie tłocznej do parametrów oczekiwanych, nawet przy niższych obrotach silnika. Dla przykładu, przy ciśnieniu linii zasilającej w sieciach hydrantowych wynoszącym 3 bary i obrotach silnika pompy 1400 prm, pompa uzyskuje wydajność 2400 l/min przy ciśnieniu tłocznym 6 barów. Dla porównania, w układzie przepompowywania było to jedyne 960 l/min.
Zastosowanie metody przetłaczania przynosi znaczące korzyści ekonomiczne. Wydajność 2000 l/min przy 8 barach, równa czterem prądom gaśniczym na wysokości 20 m lub stałemu zasilaniu działka wodno-pianowego, w przypadku przepompowywania wymaga obrotów silnika na poziomie 1800 prm, co równa się zużyciu 17 litrów Oleju Napędowego (ON) na godzinę. Stosując metodę przetłaczania, identyczne parametry można uzyskać już przy 1400 prm, a przy wyższym ciśnieniu zasilania obroty można zmniejszyć do nawet 1300 prm, co równa się zużyciu ON na poziomie od 8 do 9 litrów. Stanowi to różnicę 50% w zużyciu paliwa. Dla godziny akcji jednego zastępu jest to oszczędność w wysokości ok. 50 zł, co rocznie dla stu zastępów dziennie przekłada się na oszczędności rzędu 1 825 000 zł.
Zastosowanie metody przetłaczania umożliwia pełne wykorzystanie parametrów pomp stosowanych w pojazdach gaśniczych. Ograniczenia w szybkim tankowaniu zbiorników, stosowane przez większość polskich producentów w obawie o ich uszkodzenie (np. ok. 800 l/min dla opisywanego pojazdu), powodują, że w praktyce ogranicza to możliwość ciągłego zasilania maksymalnie dwóch prądów wody. Metoda przetłaczania eliminuje ten problem, umożliwiając pełne użycie źródła wody w ramach parametrów autopompy, co dla opisywanego pojazdu oznacza ciągłe użycie 6 prądów wody.
Z taktycznego punktu widzenia, przetłaczanie zwiększa bezpieczeństwo ratowników poprzez zapewnienie ciągłości podawania środków gaśniczych. Pozostawienie ratowników bez osłony wodnej, często na ponad minutę, jest szczególnym zagrożeniem i ma znaczący wpływ na rozwój pożaru. Metoda przetłaczania zapewnia, że zawsze oddaje się maksymalnie tyle wody, ile się posiada, zwiększając jedynie jej parametry jakościowe, głównie ciśnienie, podczas gdy przepompowywanie obarczone jest ryzykiem oddania większej ilości wody w stosunku do pobranej.
Odcinek 8 - Tryb Auto: Działanie i aktywacja z poziomu pilota PDM
Wykorzystanie zbiornika pojazdu jako naczynia wyrównawczego
Istnieje skuteczniejsza metoda pracy układu wodnego pojazdu, polegająca na przetłaczaniu z użyciem zbiornika pojazdu jako naczynia wyrównawczego. Niweluje ona zmienność zapotrzebowania rot na wodę i pozwala maksymalnie wykorzystać źródło zaopatrzenia wodnego, nawet w systemie dowożenia wody lub mieszanym. W tym układzie, jeśli zapotrzebowanie na wodę (np. 1500 l/min z trzech linii gaśniczych) przewyższa dostępność z zasilania (np. 1200 l/min), autopompa uzupełnia brakujące 300 l/min ze zbiornika. Gdy zapotrzebowanie spada (np. do 1000 l/min), nadwyżka wody z zasilania trafia do zbiornika. Metoda ta jest teoretycznie najskuteczniejsza w zapewnianiu ciągłości podawania przy maksymalnym wykorzystaniu źródła.
Należy jednak nadmienić pewne zagrożenia dla sprzętu. Możliwość zatankowania pojazdu z szybkością przekraczającą nawet 3000 l/min niesie zagrożenie uszkodzenia zbiornika z uwagi na małe średnice stosowanych przelewów, dlatego wymaga ona prezentacji w odrębnym opracowaniu.
Problemy taktyczne i sprzętowe
System przetłaczania, zwłaszcza w polskich realiach sprzętowych, obarczony jest również jedną wadą: częstym brakiem 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, co wiąże się z możliwością chwilowego pozostawienia ratowników bez osłony prądami wody.
Problem ten jest wynikiem braku wiedzy w tym zakresie wśród polskiej kadry oraz przyzwyczajeń strażaków. Wszyscy czołowi producenci w Europie stosują takie zawory w swoich konstrukcjach pomp lub układów wodnych pojazdów, ponieważ przetłaczanie jest elementem zasad wykorzystania sprzętu oraz taktyki zaopatrzenia wodnego. Rozwiązanie tego problemu jest możliwe poprzez edukację i odpowiednie wyposażenie pojazdów.
Perspektywy Rozwoju
Analiza wyników pomiarów oraz wieloletnie doświadczenie potwierdzają bezsporną wyższość metody przetłaczania nad ogólnie stosowanym przepompowywaniem. Przetłaczanie może być użyte jako główna metoda pracy pompy pojazdu gaśniczego, co prowadzi do zwiększenia bezpieczeństwa rot gaśniczych poprzez zachowanie ciągłości podawania środków gaśniczych. Wbrew mitom metoda ta jest również niezwykle prosta w wykonaniu i w trakcie pracy układu nie wymaga praktycznie żadnych dodatkowych czynności obsługowych.
tags: #auta #strazackie #dzialanie #autopompy