Экспериментальная оценка эффективности тканевого чехла для тепловой защиты пожарного трехходового разветвленияВведениеВ настоящее время одним из приоритетных направлений развития науки, техники и технологий в системе МЧС России до 2030 года является разработка и внедрение многофункциональных и универсальных образцов пожарной и аварийно-спасательной техники, оборудования, обеспечивающих повышение эффективности выполнения подразделениями МЧС России задач по предназначению, в том числе - в условиях Арктического региона Российской Федерации. Анализ и количество научных публикаций, связанных с разработкой и совершенствованием технических средств, применяемых при организации подачи огнетушащих средств (вода и растворы на ее основе) в условиях отрицательных температур наружного воздуха свидетельствует об актуальности исследований в данной области [1-8]. В исследовании, представленном в работе [8], авторы провели экспериментальные испытания, которые подтвердили, что наиболее подвержены риску перемерзания такие элементы насосно-рукавных систем (далее - НРС), как трехходовые пожарные разветвления (далее - РТ), пожарные соединительные и переходные головки. Данные элементы, будучи критически важными для обеспечения эффективной работы НРС в условиях низких температур, создают повышенную уязвимость к образованию льда, что может значительно осложнить процесс пожаротушения и привести к снижению тактических возможностей пожарных подразделений [9]. Таким образом, необходимо уделять особое внимание вопросам теплоизоляции и защиты этих элементов от замерзания воды в них в зимний период. В научной публикации [8] авторами уже произведена оценка эффективности термозащиты РТ-80, выполненной путем нанесения слоя пенополиуретановой монтажной пены на их поверхность. В условиях современных требований к пожарной безопасности и эффективному использованию НРС возникает крайняя необходимость в разработке более эффективных решений, способствующих подавлению или торможению теплообменных процессов, возникающих при остывании воды в условиях экстремально низких арктических температур. Поэтому разработка новых теплоизолирующих материалов и технологий становится важной задачей для обеспечения надежности и безопасности работы НРС в суровых климатических условиях. Целью данного исследования является оценка термозащитной эффективности изготовленного авторами тканевого чехла (Рис.1), применяемого для создания тепловой защиты РТ-80. Рис.1. Вид изготовленного авторами тканевого чехла, применяемого для создания тепловой защиты трехходового пожарного разветвления (фото авторов)Материалы, приборы и методы исследованияДля изготовления, представленного на рис. 1 тканевого чехла авторы использовали водоотталкивающую ткань «Оксфорд» черного цвета, выполненную из синтетических нитей. Указанный материал известен своими эксплуатационными характеристиками, такими как – износостойкость, устойчивость к загрязнениям. С целью увеличения толщины теплозащитного слоя чехла использовали материал, широко применяемый в качестве утеплителя для верхней одежды, - синтепон (плотностью 100 г/м2). В состав синтепона включают полиэфирные нити, которые придают ему свойства легкости и воздушности. Именно за счет указанных свойств синтепон обладает высокими теплоизоляционными свойствами. Для осуществления фиксации изготовленного чехла на РТ-80 и более тщательной подгонки использовали текстильные застежки с крючками. Тканевый чехол РТ целесообразно использовать личным составом при подготовке пожарной техники к осенне-зимнему периоду и снимать его после наступления положительных температур – весной.Для осуществления возможности ежесекундного снятия показаний изменения температуры воды внутри РТ в ходе проводимого эксперимента авторами выполнены две головки-заглушки со штуцерами (рис. 2), позволяющие подключать термометры сопротивления из платины технические ТПТ-1-3-100П-А4-Н-60/8 (далее – термометры). Термометры являются одним из элементов созданной авторами экспериментально-исследовательской установки [10] и предназначены для измерения температуры твердых, жидких и газообразных сред в диапазоне температур от минус 50 до плюс 100°С.Рис.2. Вид изготовленных авторами головок-заглушек со штуцерами (фото авторов)На Рис.3 представлена принципиальная схема, использованная для оценки эффективности тканевого чехла, применённого для создания тепловой защиты пожарного трехходового разветвления.Рис.3. Схема эксперимента по оценке теплозащитного тканевого чехла для пожарного трехходового разветвленияНа Рис.3 представлены:1 - РТ-80 с теплозащитным тканевым чехлом;2 - РТ-80 без теплозащиты;3 - термометры сопротивления из платины технические ТПТ-1-3-100П-А4-Н-60/8 [10];4 - линии связи от термометров к тепловычислителю СПТ941.20 [10];5 - тепловычислитель СПТ941.20, выполняющий функции приемно-контрольного прибора по регистрации и визуализации параметров (избыточного давления, температуры, расхода) [10].Общий вид реализованной схемы измерений представлен на фото (Рис.4).Рис.4. Фрагменты эксперимента по определению эффективности применения тканевого чехла, используемого для создания тепловой защиты пожарного трехходового разветвления (фото авторов)Основная частьПри подготовке к экспериментальным исследованиям у каждого РТ закрывали один из патрубков с номинальным (условным) диаметром DN 80 пожарной головкой-заглушкой (далее – ГЗ-80), далее в полость заливали водопроводную воду с температурой +24,2℃, а второй патрубок РТ закрывали ГЗ-80 со штуцером (Рис.2) специально изготовленной для организации и проведении эксперимента. Подготовленные к исследованиям РТ размещали снаружи здания УПСЧ Академии. Исследования проводили при температуре окружающего воздуха минус 13℃. В качестве источника воды использовалась система горячего водоснабжения учебной пожарно-спасательной части Сибирской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России (далее – УПСЧ Академии).В процессе эксперимента каждые 15 минут производили фиксацию значений температуры воды в пожарных разветвлениях с помощью термопар. Динамика снижения температуры воды в пожарных разветвлениях представлена в Таблице.Таблица. Изменение температуры воды в пожарных разветвлениях во времениВремя, мин015304560Температура воды в разветвлении без теплозащиты (базовая модель),  ℃24,210,54,6-0,7-2,5Температура воды в разветвлении с теплозащитным чехлом,  ℃24,214,19,54,72,1Температура воздуха, ℃-13-13-13-13-13Для более наглядного представления и удобства сравнительного анализа по табличным данным построили графики зависимости температуры воды внутри разветвлений от времени в процессе охлаждения в условиях отрицательной температуры наружного воздуха (-18℃) с +24,2℃ до околонулевой температуры (Рис.5).Рис.5. Полиномиальные (второй степени) аппроксимации динамики остывания воды в РТ-80 с 24,2℃ до 0℃ при температуре окружающего воздуха - 13℃Из графиков следует, что применение тепловой защиты позволяет увеличить время остывания воды в РТ до 0℃ с ≈ 42 мин до ≈ 71 мин , что свидетельствует о высокой теплозащитной эффективности ткане-синтепонового покрытия, практически равной эффективности метода запенивания [8], но оказавшегося более прочным, технологичным в изготовлении и удобным в применении.ЗаключениеПоказана актуальность решения проблем, связанных с сохранением работоспособности насосно-рукавных систем при тушении пожаров в условиях отрицательных температур наружного воздуха.Установлена высокая эффективность применения тканевого чехла «пассивного» теплосберегающего типа, используемого для создания тепловой защиты пожарного трехходового разветвления в сравнении со стандартным пожарным разветвлением.На созданной авторами экспериментально-исследовательской установке экспериментально установлено, что время снижения температуры воды в теплозащищенном ткане-синтепоновом чехле РТ почти в два раза больше, чем в незащищённом РТ.Рассмотренный авторами метод тепловой защиты пожарных разветвлений рекомендуется для применения в подразделениях пожарной охраны, организующих подачу огнетушащих веществ (воды и растворов на ее основе) в условиях экстремально низких температур.В качестве развития темы авторы планируют в ближайшее время провести натурные эксперименты по определению теплозащитной эффективности ткане-синтепоновых чехлов с переменными толщинами синтепоновых слоёв и другими материалами чехлов.