Пожарная автоцистерна

Пожарная автоцистерна

Реферат

Изобретение относится к установкам пожаротушения и направлено на повышение эффективности защиты от огня транспортируемых обычных и специальных грузов.

Известны пожарные автоцистерны, включающие размещенную на базе грузового автомобиля цистерну для воды, устройства обогрева цистерны и насоса выхлопными газами двигателя автоцистерны [см. Б.Л. Кулаковский, В.И. Маханько, А.В. Кузнецов: Пожарные автомашины Спасательные и специальные машины, Минск, УП "Технотранс", 2003, стр. 58-59]. Основными достоинствами таких пожарных автоцистерн являются простота их конструкции, надежность функционирования и простота эксплуатации.

Однако решения-аналоги имеют ряд недостатков, не допускающих их использование в зимнее время для длительного сопровождения специальных грузов, транспортируемых автотранспортом. Соотношение энергии теплоотдачи через площадь корпуса цистерны и энергии, подводимой выхлопными газами к днищу цистерны, при плохой теплопроводности воды и относительно большом расстоянии между устройством обогрева цистерны и боковыми поверхностями ее корпуса не обеспечивает исключение замерзания воды в цистерне. Особенно заметно этот недостаток проявляется при малой развиваемой мощности двигателя во время проведения различных погрузочно-выгрузочных работ со специальными грузами, когда обязательно присутствие пожарной автоцистерны. В этом случае работа двигателя автоцистерны на холостом ходу не может обеспечить достаточную энергию выхлопных газов для прогрева всей толщи воды в цистерне. Кроме того, применяемый в решениях-аналогах способ поддержания плюсовой температуры воды в цистерне путем обогрева днища цистерны не является рациональным в диапазоне температур воды в цистерне (0…4)°C. В данном диапазоне температур с увеличением температуры плотность воды увеличивается, что препятствует прогреву воды за счет конвективного теплообмена. Более теплая вода у обогреваемого днища цистерны не будет «всплывать», что будет приводить к замерзанию воды в верхней части цистерны.

Отмеченные недостатки частично могут быть устранены в автоцистерне, выполненной по типу автобитумовоза, включающего размещенную на базе грузового автомобиля цистерну с системой подогрева, содержащей керосиновые горелки и размещенные внутри цистерны жаровые трубы и дымоход [см. И.А. Засов, Г.Д. Романюк, М.Г. Бутовченко: Машины и оборудование для городского коммунального хозяйства. Справочник. - М., Стройиздат, 1994, стр. 48-49] (прототип).

Достаточная для подогрева содержимого цистерны мощность керосиновых горелок требует значительного запаса керосина, который не входит в перечень горюче-смазочных материалов для пожарных автомашин. Кроме того, усложняются функциональные обязанности экипажа пожарной автоцистерны: пожарный расчет, кроме своих обязанностей по подаче воды к очагу возгорания, должен будет обслуживать керосиновые горелки, не допуская пережога жаровых труб при опорожнении цистерны. В случае же израсходования запаса керосина для горелок избежать выхода из строя заполненной водой цистерны становится невозможным.

Задачей заявленного изобретения является устранение отмеченных недостатков, а именно обеспечение возможности в зимнее время включать в состав автоколонны, транспортирующей специальные грузы, пожарную автоцистерну без риска вывода из строя цистерны и без расширения функциональных обязанностей пожарного расчета.

Технический результат достигается тем, что в известную пожарную автоцистерну, содержащую цистерну, размещенную на базе автомобиля с системой выпуска газов, жаровыми трубами, устройством обогрева насоса выхлопными газами и дымоходом, дополнительно включены переключающий клапан и дозатор, цистерна выполнена двухкорпусной, причем жаровые трубы и дымоход размещены в межкорпусном пространстве, жаровые трубы подсоединены к системе выпуска газов через переключающий клапан, выполненный трехпозиционным с возможностью подключения к нему внешнего источника горячих газов, наружный корпус цистерны выполнен теплоизолированным, межкорпусное пространство выполнено с возможностью заполнения его незамерзающей жидкостью, пробка заливной горловины межкорпусного пространства выполнена с предохранительным клапаном, при этом дозатор размещен в заливной горловине межкорпусного пространства цистерны.

Идея предложенного технического решения заключается в изменении направления процесса самопроизвольной передачи тепла от более нагретого тела (воды в цистерне) к менее нагретому телу (морозному атмосферному воздуху), путем создания вокруг цистерны с водой более теплого, чем вода в цистерне, теплоизолирующего слоя из незамерзающей жидкости, заполняющей межкорпусное пространство. За счет подогрева выхлопными газами двигателя автоцистерны обеспечивается положительная температура указанного теплоизолирующего слоя. Этим исключается передача тепла от воды в цистерне наружу и, следовательно, замерзание воды в цистерне. В случае остановки двигателя вследствие плохой теплопроводности жидкости данный слой сам будет служить медленно остывающим теплоизолирующим слоем. В экстренных случаях для исключения замерзания воды в цистерне в незамерзающую жидкость через заливную горловину можно вводить определенное количество реагента, вступающего с незамерзающей жидкостью в экзотермическую окислительно-восстановительную реакцию. Кроме того, поскольку конструкция системы выпуска газов позволяет устанавливать определенные комплекты оборудования [см. Автомобиль ЗИЛ-131 и его модификации. М., «Машиностроение», 1978, стр. 71], подогрев указанного слоя незамерзающей жидкости во время стоянки автоцистерны можно обеспечить не только от собственного двигателя пожарной автоцистерны, но и от других источников тепловой энергии.

Покажем существенность отличительных признаков.

Выполнение цистерны с водой двухкорпусной является новым решением. Оно обеспечивает возможность заполнения межкорпусного пространства незамерзающей жидкостью и размещение в нем жаровых труб и дымохода.

Заполнение межкорпусного пространства незамерзающей жидкостью является для пожарных автоцистерн новым решением. Оно обеспечивает исключение контакта возимой воды с холодной внешней поверхностью цистерны, а также выравнивание температуры внутри межкорпусного пространства цистерны и исключение возможности местного перегрева горячими выхлопными газами окрашенной наружной поверхности пожарной автоцистерны. Вследствие того что у жидкостей на основе воды большая теплоемкость, отсутствие подогрева незамерзающей жидкости в течение некоторого времени не приведет к замерзанию возимой автоцистерной воды. Плохая же теплопроводность таких жидкостей обеспечивает во время остановки пожарной автоцистерны дополнительную теплоизоляцию возимой автоцистерной воды.

Введение в состав автоцистерны дозатора и размещение его в заливной горловине межкорпусного пространства цистерны является новым решением. Оно обеспечивает возможность в экстренных случаях избежать замерзания воды в цистерне путем введения через дозатор в межкорпусное пространство строго определенного количества реагента, вступающего с незамерзающей жидкостью в экзотермическую окислительно-восстановительную реакцию.

Размещение жаровых труб и дымохода в межкорпусном пространстве и является новым решением. Оно обеспечивает возможность подогрева незамерзающей жидкости выхлопными газами двигателя, поддерживая температуру внутреннего корпуса цистерны выше температуры замерзания воды.

Включение в состав пожарной автоцистерны трехпозиционного переключающего клапана и подключение жаровых труб через него к системе выпуска газов является новым решением. Оно позволяет отключать подогрев незамерзающей жидкости в теплое время, а также использовать для подогрева незамерзающей жидкости другой источника тепла. Это особенно актуально при отсутствии теплого бокса для размещения заправленной водой пожарной автоцистерны.

Выполнение наружного корпуса цистерны теплоизолированным является для пожарных автоцистерн новым решением. Оно обеспечивает снижение величины теплового потока от межкорпусного пространства цистерны к наружному корпусу.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемой пожарной автоцистерны.

Пожарная автоцистерна содержит:

1 - цистерна;

2 - вода;

3 - двигатель автоцистерны;

4 - система выпуска газов;

5 - устройство подогрева насоса выхлопными газами;

6 - жаровые трубы;

7 - дымоход.

Узлы 1…7 характеризуют прототип. Дополнительно к ним в пожарную автоцистерну введены новые узлы и устройства или изменены связи между узлами прототипа.

8 - трехпозиционный переключающий клапан. Он служит для управления направлением потока выхлопных газов, а также для подключения к нему другого источника тепла. Описание устройства таких клапанов [см. Политехнический словарь. Гл. ред. И.И. Артоболевский. М., «Советская Энциклопедия», 1976, стр. 212].

9 - межкорпусное пространство цистерны. Сосуды с двойными стенками, между которыми образуется указанное межкорпусное пространство, широко применяются в технике.

10 - пробка заливной горловины межкорпусного пространства с предохранительным клапаном. Предохранительный клапан обязателен для любой установки, работающей с давлением выше атмосферного. Поскольку в межкорпусном пространстве может образоваться пар, то он будет стравливаться через предохранительный клапан. Устройство такой пробки аналогично устройству пробки заливной горловины автомобильного радиатора.

11 - незамерзающая жидкость. Такие жидкости широко применяются в технике. В частности, в качестве нее может использоваться жидкость типа тосол.

12 - теплоизоляционный материал.

13 - дозатор. Он служит для автоматического отмеривания заданной массы или объема жидкого или сыпучего реагента, вводимого в незамерзающую жидкость 11 для протекания в ней экзотермической окислительно-восстановительной реакции. Описание таких дозаторов [см. вышеуказанный источник, стр. 149].

Предлагаемая пожарная автоцистерна функционирует следующим образом. Во время движения пожарной автоцистерны выхлопные газы из системы выпуска газов 4 через переключающий клапан 8 поступают в размещенные в межкорпусном пространстве 9 жаровые трубы 6, а из них через устройство обогрева насоса выхлопными газами 5 и дымоход 7 выводятся в атмосферу. Поскольку межкорпусное пространство 9 заполнено незамерзающей жидкостью 11, то выхлопные газы нагревают эту жидкость и тепло через нее передается внутреннему корпусу цистерны 1, который с противоположной стороны контактирует с возимой пожарной автоцистерной водой 2. Наружный корпус цистерны 1 теплоизолирован слоем теплоизоляционного материала 12. Поэтому в его сторону тепловой поток от незамерзающей жидкости 11 существенно меньше. С ростом скорости движения пожарной автоцистерны увеличивается скорость обдувания внешней поверхности цистерны 1 холодным воздухом и, следовательно, растет теплоотдача. В зависимости от температуры наружного воздуха, развиваемой двигателем 3 мощности и скорости движения пожарной автоцистерны устанавливается некоторое стационарное состояние передачи тепла от выхлопных газов двигателя внутреннему и наружному корпусам цистерны 1, характеризуемое определенным значением температуры внутренней поверхности внутреннего корпуса. Если температура подогреваемой незамерзающей жидкости 11 превышает 0°C, то, очевидно, вода 2 в автоцистерне замерзать не будет. В теплое время, когда отсутствует риск замерзания воды 2, с помощью трехпозиционного переключающего клапана 8 можно отключить систему выпуска газов 4 от жаровых труб 6 и устройства обогрева насоса выхлопными газами 5, а незамерзающую жидкость 11 из межкорпусного пространства 9 слить. Кроме того, при стоянке пожарной автоцистерны с помощью переключающего клапана 8 можно подключить жаровые трубы 6 и устройства обогрева насоса выхлопными газами 5 к другому источнику тепла.

Таким образом, на основе анализа структуры и функционирования схемы предложенного технического решения можно заключить, что пожарная автоцистерна, в которой реализовано данное решение, обладает преимуществами, отвечающими поставленной задаче - обеспечение возможности в зимнее время включать в состав автоколонны, транспортирующей специальные грузы, пожарную автоцистерну без риска вывода из строя цистерны и без расширения функциональных обязанностей пожарного расчета. Кроме того, в случае наличия в месте стоянки пожарной автоцистерны других источников тепла реализация данного решения позволяет держать заправленную водой автоцистерну вне теплого бокса.

Пожарная автоцистерна, содержащая цистерну, размещенную на базе автомобиля с системой выпуска газов, жаровыми трубами, устройством обогрева насоса выхлопными газами и дымоходом, отличающаяся тем, что в нее дополнительно включены переключающий клапан и дозатор, цистерна выполнена двухкорпусной, причем жаровые трубы и дымоход размещены в межкорпусном пространстве, жаровые трубы подсоединены к системе выпуска газов через переключающий клапан, выполненный трехпозиционным с возможностью подключения к нему внешнего источника горячих газов, наружный корпус цистерны выполнен теплоизолированным, межкорпусное пространство выполнено с возможностью заполнения его незамерзающей жидкостью, пробка заливной горловины межкорпусного пространства выполнена с предохранительным клапаном, при этом дозатор размещен в заливной горловине межкорпусного пространства цистерны.