MOBILNÍ ČERPACÍ STANICE SIGMA Výkonná technika pro mimořádné situace

Následně po povodních v roce 1997 se společnost SIGMA Výzkumný a vývojový ústav s.r.o. (SVVÚ) zaměřila na vývoj vysoce výkonných mobilních čerpacích stanic schopných odčerpávat velké množství záplavových vod a efektivně operovat ve složitých podmínkách přírodních katastrof. Díky velmi dobré spolupráci s Hasičským záchranným sborem České republiky (HZS ČR) se podařilo řešitelskému týmu SVVÚ vypracovat kvalitní zadávací technické a taktické parametry a zvolit - jak se později ukázalo – šťastné koncepčně originální řešení čerpacích stanic. Nemenší dík patří finanční podpoře Ministerstva průmyslu a obchodu České republiky prostřednictvím programů výzkumu a vývoje, kdy se nejsložitější problémy řešily v rámci výzkumných projektů. Již první série stanic nakoupená Správou státních hmotných rezerv České republiky pro HZS ČR v roce 2000 prokázala své kvality zejména při katastrofálních povodních v roce 2002. Důležitá byla také mezinárodní spolupráce a pomoc českých hasičů (HZS Praha a Hradec Králové) ve Francii ke konci roku 2003, kdy dvě stanice MČS SIGMA 400 K o výkonu 0,6 m3 /s odčerpaly v oblasti města Arles za tři týdny prakticky nepřetržitého provozu 100 km2 povodňových lagun. Následně Francie vyhlásila tendr na dodávky stanic nominálního výkonu 1 m3/s, ve kterém SIGMA zvítězila koncepčně shodným řešením ale výkonnějším typem MČS SIGMA 20-1500; výkon 1,5 m3/s (obr. 1). V současnosti jsou těmito stanicemi vybaveny složky záchranářů Francie, České republiky a dodávky se připravují do řady dalších zemí. Na příkladu této nejvýkonnější stanice přinášíme technické řešení a operační možnosti. Základem stanice je speciální 40stopý vodotěsný kontejner s normalizovaným zařízením pro kamionovou kontejnerovou přepravu, včetně nakládání a vykládání. Terénní přepravní kamiony odpovídajících parametrů o užitečné nosnosti minimálně 15 tun požadují záchranáři různých zemí od renomovaných výrobců. Schopnosti kamionů jsou velmi důležité, neboť kromě přepravních funkcí a průchodnosti terénem zajišťují spolu s kontejnerovým zařízením hlavní alternativy autonomního ustavení stanice do operačního stanoviště. Stanice je operačně obojživelná. Lze ji provozovat na břehu s pevným nebo zabahněným podkladem, nebo v plovoucím hladinovém uzpůsobení s přídavnými stabilizačními plováky. Pohyb po hladině je zajišťován vlečením člunem nebo navijáky u menších lagun. Zvláštností stanice je schopnost čerpat také přímo z přepravního kamionu. Silové srdce tvoří turbodiesel o výkonu 440 kW, reduktor otáček, spojky a odstředivé spirální čerpadlo speciální konstrukce (hlavní produkt SIGMA), které je schopné čerpat maximálně 2500 l/s o tlaku 5 barů. Optimální parametry pro nepřetržité čerpání jsou však 1500 l/s při největší sací schopnosti – extrémně až 7 m. Čerpadlo je schopno čerpat nečistoty, bahno, kameny až do velikosti 90 mm. Při vývoji a naladění hlavního čerpacího agregátu bylo třeba vyřešit řadu velmi složitých problémů mechaniky, dynamiky rotorové soustavy, chlazení s problémy cirkulace vzduchu i kapalin, a to tak, aby bylo dosaženo jednoduché obsluhy a vysoké provozní spolehlivosti. Jako příklad lze uvést dosažení vynikajících parametrů dynamické stability podkritické rotorové soustavy, která použitím dvou pružných spojek na straně motor-reduktor a reduktor – čerpadlo potlačí torzní kmitání v celém otáčkovém režimu počínaje startem po maximální výkon. Zvláštností je absence vypínatelné spojky. Rezerva krouticího momentu startéru a turbodieselu počínaje volnoběžnými otáčkami až po otáčky maximálně povolené umožňuje rychlé a bezproblémové uvedení agregátu do provozu. Protože momentová potřeba čerpadla je kvadratickou funkcí otáček, monitoruje a hlídá provozní automatika turbodieselu nezávisle obě veličiny a funguje ve smyslu omezovače otáček a krouticího momentu. Pro zabezpečení nejdůležitějších funkcí uvedení do provozu stanice v extrémně složitých podmínkách byla zvolena zásada uplatnění dvou nezávislých principů realizace dané funkce. Příkladem je řešení zavodnění čerpadla před startem agregátu, které bývá nejčastější příčinou neúspěchu uvedení do provozu podobných zařízení. Stanice využívá evakuační jednotku sestávající z vakuopumpy poháněné vlastním termickým motorem (dieslem) na jednotné palivo. Další možností je zavodnění hlavního čerpadla autonomním víceúčelovým čerpadlem s termickým motorem, které je součástí výbavy stanice. Nouzově lze použít palubní odvodňovací čerpací agregát s elektropohonem napájeným z elektroinstalace stanice (24 V). Stanice je schopna nepřetržitého provozu a je vybavena systémem doplňování paliva. Kapacita palivové nádrže je na 8 hodin provozu. Nedostatečná kapacita sacích a výtlačných sítí byla dlouho limitujícím faktorem zvyšování výkonu povodňových čerpacích stanic. Pro stanici MČS 20 – 1500 se již podařilo vyvinout sací síť sestávající ze dvou větví metalopryžových sacích rour o průměru 400 mm, délky 3,5 m spojovaných do délky až 14 m rychlospojkami, které umožňují sestavení sací větve dvojicí záchranářů s pomocí palubního jeřábu ve velmi krátké době. Rychlospojky umožní realizovat úspěšně spojení již v úhlové diferenci os dílů do 15o a v axiálním přiblížení 50 mm, což představuje novou kvalitu manipulace oproti dřívějším přírubovým spojkám se šrouby. Zásadní zlepšení představuje v SIGMĚ vyvinutý a patentově chráněný koncový element sací sítě – sací koš s integrovanou zpětnou klapkou (obr. 2). Vynikající technicko-taktické parametry – čtyřikrát menší hmotnost a třikrát menší ztráty oproti průmyslovému standarduumožňují podpořit velkou sací schopnost čerpadla. Navíc kombinace účinků automatického zavírání zpětných elementů umožňuje funkci zpětné klapky v libovolné úhlové pozici. Sací koš je vybaven mechanickým čištěním síta a vykazuje schopnost tlumení vzniku vírů. Pro výtlačnou síť vyvinul francouzský partner speciální velkoobjemovou hadici DN 350 mm, PN 6 barů výjimečných technických a provozních parametrů – tloušťka stěny 3 mm, hmotnost 4 kg/m, tlak prasknutí minimálně 20 barů a extrémně nízký koeficient hydraulických ztrát. Navíc již provozní tlaky 3 až 4 bary (0,3-0,4 MPa) „nafouknou“ hadici na průměr téměř 400 mm a tím ještě zvýší přepravní kapacitu. Spojky hadic pro požadované parametry se nepodařilo získat od zavedených výrobců a musely být vyvinuty v SVVÚ. Po značném úsilí byl vyvinut nyní patentově chráněný systém spojek vynikajících vlastností, které umožňují efektivní mechanizované operační funkce a jsou provozně spolehlivé (obr. 3). Základní vybavenost stanice výtlačnými hadicemi je v délce 400 m. Hadice jsou navinuty na cívkách po 40 m. Palubní navíječe s elektropohonem umožňují rychlé rozvinutí a svinutí hadic včetně vytlačení obsahu hadic (vody včetně příměsí). K rozvinutí a svinutí hadic v terénu je ve výbavě mechanizovaný samohybný prostředek, který umožňuje také vlečení hadic. Veškerá výbava stanice je v samostatném kontejneru, který je přepravován na přívěsu v soupravě s kamionem a kontejnerem čerpací stanice (obr. 1). Velkokapacitní stanice umožňují svým čerpacím výkonem a dosahem čerpání až několik kilometrů realizovat stále efektivnější operace záchranářů při odstraňování následků přírodních katastrof. V tomto roce již museli několikrát zasahovat jak francouzští záchranáři (obr. 4, 5) u La Rochelle po bouři Xynthia, tak čeští záchranáři při letních povodních v Česku, Polsku a na Slovensku (obr. 6). Důležité jsou také technické zásahy záchranářů, jako je podpora chlazení elektráren (obr. 7) a zásobování vodou (obr. 8). Výkonná čerpací technika spolu s mistrovstvím záchranářů tak přispívá k ochraně lidí a majetku v kritických situacích. ING. JIŘÍ ŠOUKAL, CSC., ředitel SIGMA Výzkumný a vývojový ústav, s.r.o.