Pompa Wody w Samochodach Pożarniczych Jelcz – Informacje i Analiza Systemów

Artykuł ten koncentruje się na systemach autopomp pożarniczych, ze szczególnym uwzględnieniem pojazdów Jelcz oraz nowoczesnych rozwiązań, jak również omawia kwestie związane z ich efektywnością i bezpieczeństwem. Jednym z głównych zagadnień jest problem powszechnego przepuszczania wody przez zbiornik pojazdu gaśniczego.

Charakterystyka techniczna samochodu Jelcz 315

Samochód Jelcz 315, produkowany seryjnie od IV kwartału 1968 roku, był pojazdem o solidnej konstrukcji, stanowiącym rozwinięcie modelu Żubr A80. W tym samym roku zakończono produkcję Żubra A80, a w JZS wyprodukowano łącznie 1623 samochody ciężarowe.

Silnik i układ napędowy

• Silnik: 6-cylindrowy ZS, SW 680/1, ustawiony nad osią przednią.
• Objętość skokowa: 11 100 cm³ (średnica cylindra 127 mm, skok tłoka 146 mm).
• Moc: 147 kW przy 2200 obr/min, stopień sprężania 15,8.
• Maksymalny moment obrotowy: 743 Nm przy 1200 obr/min.
• Wał korbowy: Kuty, jednolity, podparty na siedmiu ślizgowych łożyskach głównych.
• Układ wtryskowy: Bezpośredni wtrysk do toroidalnych komór spalania w denkach tłoków. Początkowo pompa wtryskowa i wtryskiwacze firmy CAV, później aparatura wtryskowa krajowej produkcji na licencji Friedmann-Meyer.
• Układ rozrządu: Górnozaworowy, popychaczowy, z wałkiem umieszczonym w kadłubie.
• Układ smarowania: Obiegowy, ciśnieniowy, zasilany jednosekcyjną pompą zębatą.
• Układ chłodzenia: Cieczą, wyposażony w termostat.
• Masa suchego silnika: 970 kg.
• Instalacja elektryczna: 12/24 V, zasilana z prądnicy prądu stałego 500 W (produkcji węgierskiej). Dwa akumulatory ołowiowe 12 V, 170 Ah każdy. Rozrusznik 4,4 kW (import). Reflektory przeciwmgielne w wyposażeniu seryjnym.
• Sprzęgło: Jednotarczowe, sterowane mechanicznie, dostosowane do nowego silnika.
• Skrzynia biegów: Pięć biegów (IV bieg bezpośredni), biegi od II do V zsynchronizowane.
• Wał napędowy: Jednoczęściowy z przegubami krzyżakowymi, przenoszący napęd na tylny most.
• Most napędowy: Sztywny most napędowy typu Raba P 018 z przekładnią główną stożkową i planetarnymi zwolnicami w piastach tylnych kół. Całkowite przełożenie mostu: 7,07.

Podwozie i kabina

• Rama: Podłużnicowa, spawana, rozszerzająca się w części przedniej.
• Zawieszenie: Sztywna oś przednia i tylny most zawieszone na podłużnych półeliptycznych resorach piórowych. Tylne zawieszenie z dodatkowymi resorami piórowymi.
• Układ kierowniczy: Przekładnia śrubowo-kulkowa z integralnym wspomaganiem hydraulicznym, zasilana wirnikową pompą firmy Hobourn-Eaton.
• Układ hamulcowy: Pneumatyczny hamulec roboczy podzielony na dwa obwody, zasilany dwucylindrową sprężarką tłokową. Połączenie z układem hamulcowym przyczepy realizowane jednym przewodem. Hamulec pomocniczy (ręczny) mechaniczny, działający na dźwignie hamulców tylnego mostu. Dodatkowo hamulec silnikowy.
• Kabina kierowcy: Typu 407, z dwoma systemami ogrzewania (dwie nagrzewnice z dmuchawami połączone z układem chłodzenia silnika oraz niezależne urządzenie grzewcze OETF-1 za fotelem kierowcy).
• Skrzynia ładunkowa: Drewniana konstrukcja przejęta z Żubra A80, powierzchnia 11,2 m².

Parametry eksploatacyjne

• Masa własna: 6440 kg.
• Ładowność: 8000 kg.
• Nacisk na tylną oś przy pełnym obciążeniu: 9840 kg.
• Prędkość maksymalna: 87 km/h.
• Zużycie paliwa: Ok. 28 dm³/100 km; ok. 36 dm³/100 km przy ciągnięciu przyczepy o masie 14 t.

Problemy z systemami autopomp pożarniczych

Doświadczenie strażackie wskazuje, że powszechne przepuszczanie wody przez zbiornik pojazdu gaśniczego obarczone jest wieloma barierami i problemami taktycznymi. Są to m.in. ograniczona przepustowość, wynikająca z rozwiązań producentów pojazdów, a także brak możliwości pełnego wykorzystania wydajności stosowanych pomp.

Niska rentowność tych urządzeń i brak pełnej kontroli nad stosunkiem ilości wody pobranej do oddanej mogą skutkować czasowymi przerwami w podawaniu wody na linie gaśnicze. Podobna sytuacja może wystąpić podczas akcji ratownictwa chemicznego, gdzie prądy rozproszone i kurtyny wodne są używane do wiązania substancji niebezpiecznych w postaci gazowej.

Ewentualny brak wody w zbiorniku pojazdu wymaga częściowego napełnienia, co wydłuża czas przerwy. Często zdarzają się również przypadki zapowietrzenia pomp, wymuszające kolejne czynności naprawcze, zabierające cenny czas. Mając na uwadze powyższe, w artykule dokonano oceny obu systemów.

Badanie wydajności pompy pożarniczej MAN TGM 13.280 GBA 2,5/20

Do dalszych rozważań i testów przyjęto jeden z najczęściej używanych samochodów ratowniczo-gaśniczych w Polsce, MAN TGM 13.280 GBA 2,5/20.

Metodyka pomiarów

W pierwszej kolejności stworzono miejsce pomiaru, którego zadaniem było dostarczenie danych do stworzenia 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.

W celu dokonania pomiarów, od nasad autopompy po stronie tłocznej wyprowadzono dwie linie W75, zakończone przyrządami pomiarowymi FloMaster 250. Ich zakres pomiarowy to 30-3000 l/min przy ciśnieniach roboczych 0-25 bar, co mieściło się w przewidywanych parametrach pracy układu. Zastosowanie techniki pomiaru elektromagnetycznego pozwoliło na zwiększenie precyzji.

Pomiary wykonano dla wybranych prędkości obrotowych silnika, ustawianych w kabinie pojazdu. Podkreślono brak wskaźnika obrotów pompy na tablicy sterującej jej pracą. Założono, że przełożenie na przystawce odbioru mocy skrzyni biegów pojazdu wynosiło 1:1,65. Oczekiwane ciśnienie wytwarzano za pomocą zaworów po stronie tłocznej, mierzone na manometrze autopompy pożarniczej, a dane spisywano z przyrządów.

Charakterystyka autopompy pożarniczej

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, zaprogramowanych w komputerze silnika pojazdu dla pracy z załączoną przystawką odbioru mocy autopompy pożarniczej (1850 prm, czyli ok. 3000 obr/min napędu autopompy).

Niestety, nie udało się ustalić dokładnego przełożenia w rozmowie z serwisem firmy, dlatego przyjęto szacowane dane. Nie potwierdzono również tezy o płaskiej charakterystyce pompy dla poszczególnych ciśnień i wydajności - ma ona miejsce jedynie dla niższych ciśnień (od 2 do 3 barów).

Niedogodności techniczne

Pojazd ratowniczy MAN TGM 13.280 GBA 2,5/20 firmy Stolarczyk ma pewne niedogodności techniczne, które uniemożliwiły kontynuowanie wyznaczania pełnej charakterystyki dla najwyższych prędkości obrotowych napędu autopompy. Zwrócono uwagę na brak możliwości wyregulowania układu w czasie 60 s przy wydajności 2300 l/min, gdy dostępny jest zapas wody w zbiorniku pojazdu.

Ocena skutków ekonomicznych i zużycia paliwa

W założeniach pomiarów były dwa cele: wyznaczenie rzeczywistych charakterystyk autopompy pożarniczej oraz ocena skutków ekonomicznych dla różnych sposobów pracy układu wodnego pojazdu. Głównym miernikiem było zużycie paliwa, odczytywane w tym samym czasie z komputera samochodu, co pozwoliło na stworzenie wykresu zużycia paliwa w stosunku do osiąganych obrotów silnika.

Badanie zużycia paliwa MAN TGM 13.280 z pompą S 20 HP

Dla 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 wykorzystano układ przetłaczania wody z hydrantu, a zbiornik wodny pojazdu służył jako naczynie wyrównawcze poziomu wody. Zagwarantowało to uzyskanie najwyższych wydajności. Źródło połączono z nasadą ssącą pompy Rosenbauer, a badanie przeprowadzono przy użyciu podwójnej linii zasilającej W75 oraz zbieracza prądów wodnych. 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 została skonfigurowana tak, by utrzymać ciśnienie i obroty, a następnie rozpoczęto podawanie wody pod ciśnieniem do nasady ssącej.

Stałe obroty silnika oznaczają stałą moc wytwarzaną przez silnik, co równa się stałemu zużyciu paliwa. Wykres obrazuje, że przy takich obrotach, wykorzystując energię wody, następuje trzykrotny wzrost wydajności. Woda jest dostarczana do pompy, a wzrost wydajności jest zgodny z proporcją i zachowaniem oczekiwanych parametrów.

Metoda najczęściej używana w Polsce to przepompowywanie wody. Niskie, czyli bezpieczne obroty, wynoszą około 2300 obr/min, co odpowiada 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, co nie jest osiągalne podczas standardowej pracy w układach pobierania wody ze zbiornika pojazdu.

Informacja ta jest szczególnie przydatna przy budowie dużych układów zaopatrzenia wodnego, gdzie pompy pożarnicze są wykorzystywane do podnoszenia ciśnienia w magistralach zasilających na dużych dystansach. Przetłaczanie jest również metodą na osiąganie dużych przepływów dla wydajnych odbiorników. Podobne rezultaty były praktycznie niepublikowane w żadnych polskich materiałach.

Przetłaczanie wody - analiza

Z powodu bardzo obiecujących wyników pomiarów, przeprowadzono kolejną próbę, w której wykonano serię pomiarów dla różnych ciśnień, zarówno po stronie ssącej, jak i tłocznej. Pozwoliło to na stworzenie praktycznej charakterystyki wydajności pompy w przetłaczaniu. Możliwości źródła wody (CCBA, 5/24) dla maksymalnych parametrów wydawały się być zbyt małe. Przy równych ciśnieniach po stronie ssącej i tłocznej pompa osiągała parametry maksymalne 3500 l/min. Wynik ten można jednak potraktować jako mało znaczący, zwłaszcza dla systemów zaopatrzenia wodnego i dostarczania wody do pożaru, ponieważ nie wprowadza zmiany jakości parametrów, a jedynie jest wynikiem kolejnych pomiarów. W konsekwencji jakość zasilania jest równoznaczna z parametrami oczekiwanymi.

Większa różnica między ciśnieniami po stronie ssącej i tłocznej skutkuje większą skutecznością. Metoda przetłaczania pozwala również wymiernie podnieść ciśnienie po stronie tłocznej do parametrów oczekiwanych.

Dlaczego warto przetłaczać?

Często spotykane ciśnienie linii zasilającej w sieciach hydrantowych wynosi 3 bary. Przyjmując to ciśnienie i obroty silnika pompy 1400 prm, pompa uzyskuje wydajność 2400 l/min przy ciśnieniu po stronie tłocznej wynoszącym 6 barów. Dla porównania, w układzie przepompowywania było to jedynie 960 l/min.

Porównajmy również skutki ekonomiczne stosowania metody przetłaczania w stosunku do przepompowywania przez zbiornik pojazdu. Wydajność 2000 l/min przy 8 barach odpowiada czterem 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, 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 nawet do 1300 prm. Równa się to zużyciu ON na poziomie od 8 do 9 litrów, co stanowi różnicę 50% w stosunku do zużycia przy wykorzystaniu metody przepompowywania. Dla godziny akcji jednego zastępu jest to oszczędność w wysokości około 50 zł. Zakładając, że sto zastępów dziennie przez tylko jedną godzinę przetłaczałoby, zamiast przepompowywać, uzyskujemy oszczędności w wysokości 1 825 000 zł rocznie.

Zalety metody przetłaczania

Za powszechnym użyciem w Polsce metody przetłaczania przemawia również inna rzecz - 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 około 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, umożliwiając pełne użycie źródła wody w ramach parametrów autopompy. W praktyce dla opisywanego pojazdu możliwe jest ciągłe użycie sześciu prądów wody.

Wnioski taktyczne i bezpieczeństwo

Z punktu widzenia taktycznego, porównanie wyżej wymienionych metod pozwala wysnuć wiele wniosków. Na szczególne podkreślenie zasługuje fakt zwiększenia bezpieczeństwa ratowników poprzez zapewnienie ciągłości podawania środków gaśniczych. Pozostawienie na pewien czas, często powyżej jednej minuty, 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, zwiększając 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, co związane jest ze wzrostem poziomu wody w zbiorniku; innym problemem może być potrzeba odpowietrzenia pompy.

Wady systemu przetłaczania i rozwiązania

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, co wiąże się z możliwością chwilowego pozostawienia ratowników bez osłony prądami wody. Problem ten jest wynikiem braku wśród polskiej kadry wiedzy w tym zakresie, a także przyzwyczajeń strażaków. Wszyscy czołowi producenci w Europie w swoich konstrukcjach pomp lub układów wodnych pojazdów stosują takie zawory, ponieważ przetłaczanie jest elementem zasad wykorzystania sprzętu oraz taktyki zaopatrzenia wodnego.

Rozwiązanie tego problemu jest możliwe. Przetłaczanie może być użyte jako główna metoda pracy pompy pojazdu gaśniczego. Wniosek ten nasunął się sam po analizie wyników pomiarów i potwierdza go wiele lat doświadczenia w zakresie przetłaczania. Należy zauważyć bezsporną wyższość wyżej wymienionej metody nad ogólnie stosowanym przepompowywaniem. Warto nakreślić niezwykle ważny argument przemawiający za przetłaczaniem - bezpieczeństwo rot gaśniczych, osiągane poprzez zachowanie ciągłości podawania środków gaśniczych.

Wbrew mitom, metoda ta jest również niezwykle prosta w wykonaniu. W trakcie pracy układu nie wymaga ona praktycznie żadnych dodatkowych czynności obsługowych, dlatego warto porównać ją z przepompowywaniem, w którym nie jest to tak oczywiste. Dzięki doświadczeniom praktycznym można dodać jeszcze jedną rzecz: 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, w tym system dowożenia wody lub system mieszany.

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.

Problemy z zasysaniem wody w Jelczu 004 - studium przypadku

Pojawiło się pytanie dotyczące problemu z zasysaniem wody z otwartego zbiornika w Jelczu 004. Mianowicie, niemożliwe jest podanie wody na nasady, gdy pojazd zasysa. W momencie zdjęcia pokrywy nasady fi 110, woda leje się, mimo zamkniętego zaworu zbiornika.

Diagnoza i rozwiązania

Problem ten wskazuje na uszkodzony (nieszczelny) zawór zasilający między zbiornikiem a autopompą. Jeśli zbiornik jest pusty, a próbuje się ssać, zasysane jest tylko powietrze ze zbiornika przez niedomknięty zawór. Oczywiście, w starej autopompie mogą występować również inne nieszczelności.

Jeśli zawór faktycznie nie trzyma (co potwierdza fakt, że woda ze zbiornika leje się przy odkręconej nasadzie ssawnej i zamkniętym zaworze), to podczas próby ssania przy pełnym zbiorniku (co jest raczej niewykonalne, jeśli zawór jest bardzo nieszczelny, ponieważ nie da się założyć ssawniaków, gdy woda ze zbiornika się leje) może zalać linię ssawną wodą i podawać wodę do czasu jej wyczerpania w zbiorniku. Następnie zassie powietrze ze zbiornika, zerwie słup wody i zakończy działanie.

Zdecydowanie na początek zaleca się wymianę lub naprawę zaworu zasilającego (dostępne są zestawy uszczelek). Po naprawie zaworu, przed wyjechaniem na próbę, należy wykonać „suchy test ssania”. Polega on na tym, że przy zamkniętych wszystkich zaworach próbuje się ssać przez kilkanaście sekund. Na manowakuometrze powinna pojawić się próżnia. Jeśli wszystko jest w porządku, po zakończeniu ssania próżnia powinna się utrzymywać (można uznać, że jest ok, jeśli podciśnienie nie spada więcej niż o jedną działkę na minutę).

Dodatkowe wskazówki

W niektórych Jelczach (np. 004) zasysanie wody przez zasysacz może być problematyczne. Zamiast tego często stosowano zalewanie linii ssawnej (smok musi być szczelny). Objawy wskazują na niedomykanie się zaworu klapowego. Trzeba również sprawdzić zawór uzupełniania zbiornika - podczas zasysania musi być on zamknięty.

Traukomat w tych autopompach nie jest stosowany. Kluczem do sprawnego zasysania jest sprawność zasysacza przy wydechu, który często staje z powodu spalin, nawet przy niezbyt szczelnym zaworze klapowym. Zawór napełniający, będący zaworem kulowym, charakteryzuje się mniejszą awaryjnością niż klapowy.

Smoczek to mały "wynalazek", który zachodzi nagarem i jeśli nie jest często używany, zassanie wody może być niemożliwe. Wielokrotnie inspekcje z Komendy miały problem z Jelczami, które "nie ssały". W takich sytuacjach bystry kierowca potrafił sobie poradzić, puszczając wodę ze zbiornika w ssawniak, co umożliwiało dalsze podawanie wody, jednak nie zawsze ta metoda była skuteczna.

Po naprawie Jelcza, w którym zawór klapowy został uszczelniony, zasysanie działało. Najlepszą praktyką jest zalanie nasad wodą ze zbiornika i nie wypuszczanie jej do końca, tak aby zawsze coś tam zostało.

tags: #pompa #wody #jelcz #strazacki