Turbopompa M32/8

Wprowadzenie

Jedną z podstawowych bolączek „sprzętowych” powojennego polskiego pożarnictwa był aż do połowy lat 70. silny niedostatek niezawodnych pomp o wydajności większej niż 800 l/min. Autopompy o wydajności 1600 l/min, montowane w samochodach GA-16 i SBA 2000/16 Star 20 oraz SBA 2000/16 Star 21/25 były bardzo zawodne, szybko wycofano je więc z produkcji i eksploatacji. Import zamienników z CSRS (Škoda CAS 16 i CAS 25 oraz Tatra CAS 32), NRD (IFA TLF 16) oraz jednostkowych egzemplarzy z RFN nie zaspokajał nawet najpilniejszych potrzeb jednostek w latach 60. i początku lat 70. Brakowało też mocniejszych motopomp do przesyłania wody na duże odległości, a samochody wężowe (i tak nieliczne) musiały wozić po kilka sztuk M8/8. Straże pożarne potrzebowały wydajnego urządzenia, służącego do przesyłania dużych ilości wody na znaczne odległości oraz zasilania urządzeń gaśniczych o dużej wydajności (np. działek).

Plany, projekt, prace

W 1958 r., Komenda Główna Straży Pożarnych wystąpiła z inicjatywą rozpoczęcia prac nad specyficznym rodzajem napędu – niewielką turbiną gazową (silnikiem turbospalinowym), która miała zostać wykorzystana w kompaktowym agregacie pompowym dużej wydajności. Zakładano, że będzie to urządzenie przenośne, o wymiarach i ciężarze zbliżonych do parametrów standardowych motopomp wielkości M-800 (M8/8), ale o ok. czterokrotnie większej wydajności (3000-3200 l/min) przy większym ciśnieniu (10-12 bar).

Tego ambitnego, właściwie pionierskiego, zadania podjęła się w 1959 r. Katedra Maszyn Cieplnych Politechniki Łódzkiej (PŁ). Pracami kierował prof. dr inż. Władysław Gundlach, prekursor budowy turbin małej i średniej mocy w kraju. Projekt był na tyle nietypowy i innowacyjny, że wymagał utworzenia specjalistycznego zaplecza przy Katedrze. Przeprowadzono szereg badan istniejących konstrukcji i ich analizę, skrupulatnie badano też elementy opracowywanego agregatu. Wysokie (i często wzajemnie sprzeczne) wymagania stawiane przyszłej turbopompie nastręczały tyle problemów natury technicznej, że prace na PŁ zajęły 4 lata. Po ich zakończeniu, w 1964 r. w Wytwórni Sprzętu Komunikacyjnego w Rzeszowie powstały 3 prototypy, na bazie opracowanej w Łodzi turbiny i pompy skonstruowanej przez WSM nr 1 w Bielsku-Białej. Otrzymała ona oznaczenie „M32/8”. Badania prototypów przeciągnęły się jednak z różnych powodów, zajmując kolejne 2 lata.

Rzeszowska WSK miała wypuścić w 1966 r. serię informacyjną w liczbie 10 sztuk, ale wobec kolejnych trudności nastąpiło to dopiero pod koniec 1968 r. Dokładna liczba egzemplarzy tej serii jest nieznana. Nowy agregat otrzymał nazwę „TP-3000”.

Nie wiadomo, ile egzemplarzy TP-3000 ostatecznie wyprodukowano. Jednakowoż późniejsze opracowania z lat 70. mówią o „minimalnych” ilościach wprowadzonych do służby, i to tylko w „ZSP pierwszej kategorii”. Pozwala to przypuszczać, że skończyło się najwyżej na wspomnianej serii informacyjnej.

Budowa TP 3000

Turbopompa TP-3000 składała się z zespołu napędowego (turbiny gazowej i sprężarki) oraz jednostopniowej pompy wodnej, sprzęgniętych za pomocą dwustopniowej, zdwojonej przekładni zębatej. Zamontowano je razem z 40-litrowym zbiornikiem paliwa na wspólnej ramie, umożliwiającej przenoszenie całości. Wymiary zewnętrzne turbopompy były niemal identyczne z produkowaną wówczas motopompą Polonia PO-3, możliwe było zatem jej przewożenie nawet w standardowych skrytkach na motopompy w samochodach gaśniczych. .

Na zespół napędowy składały się: jednostopniowa sprężarka promieniowa oraz jednostopniowa, osiowa turbina gazowa. Sprężarka pobierała powietrze z otoczenia poprzez dwa otwory wlotowe, umieszczone po bokach urządzenia, wyposażone w siatki filtrujące. Osiemnastołopatkowy wirnik sprężarki, wykonany ze stopów aluminium, zamontowano bezpośrednio na wale turbiny. Na wylocie sprężarki zamontowano dyfuzor. Silnik turbinowy, o oznaczeniu CMP 504, miał moc 120 KM @ 33000 obr./min, nieosiągalną dla silników tłokowych o tych gabarytach. W turbinie następowała zamiana energii cieplnej, otrzymywanej z komory spalania, na energię mechaniczną, napędzającą zarówno pompę wodną, jak i sprężarkę. Podstawowym elementem turbiny był wirnik składający się z tarczy i 47 łopatek roboczych. Tarcza chłodzona była powietrzem, doprowadzanym przez odpowiedniego kształtu osłonę.

Rozruch turbiny odbywał się za pomocą 2 korb rozruchowych, choć istniała możliwość zastosowania rozrusznika elektrycznego. Do zapłonu paliwa służyła natomiast elektryczna świeca zapłonowa.

Zastosowana jednostopniowa, odśrodkowa pompa wodna, produkcji WSM nr 1, posiadała 1 nasadę ssawną 150, oraz 2 nasady tłoczne 110, rozmieszczone w bardzo specyficzny sposób, niespotykany w innych urządzeniach krajowej produkcji (patrz zdjęcia). Zasysanie wody odbywało się za pomocą inżektora, napędzanego powietrzem ze sprężarki.

Zasada działania napędu była następująca: sprężarka pobierała powietrze z otoczenia, sprężając je do ciśnienia ok. 3 bar i temperatury ok. 150°C. Tak rozgrzane powietrze przepływało do komory spalania, gdzie przy jego udziale następowało spalanie wtryskiwanego w sposób ciągły paliwa. Uzyskane w ten sposób gazy, o temp. ok. 750°C i ciśnieniu ok. 2,9 bar, przepływały przez kanały nieruchome turbiny, uzyskując prędkość rzędu 500 m/sek. i były kierowane pod odpowiednim kątem na łopatki wirnika turbiny. Wytworzony w ten sposób ruch wirnika powodował ruch wału, napędzającego pompę wodną oraz sprężarkę. Cały zespół pracował przy stałej, zbliżonej do maksymalnej, liczbie obrotów, nie wymagając dalszej regulacji ze strony obsługi.

Ok. 33% uzyskanej energii służyło do napędu pompy, a 66% - do napędu samej sprężarki, co tłumaczy potworną paliwożerność turbopompy (115-120 l/godz.), nawet w porównaniu z kilkoma mniejszymi motopompami.

W służbie

Zakładano, że turbopompa będzie wykorzystywana do trzech podstawowych zadań:

• dostarczanie dużych ilości wody pod dużym ciśnieniem z odległych punktów czerpania wody; ogromnym plusem była tutaj wysoka wydajność przy wysokim ciśnieniu, dzięki czemu możliwe było przetłaczanie wody bez konieczności podnoszenia ciśnienia na odległość niemal 1,4 km
• bezpośrednie zasilanie przez 1-2 linie 110 i specjalny, wielowylotowy rozdzielacz ok. 10 stanowisk gaśniczych z prądownicami 52
• bezpośrednie zasilanie działek, a także stałych i półstałych instalacji gaśniczych