ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЖАРНЫХ ЛАФЕТНЫХ СТВОЛОВ
С.С. Скворцов, И.А. Ольховский, П.В. Саботницки
Академия Государственной противопожарной службы МЧС России
В работе освещается методика определения гидравлических характеристик пожарных лафетных стволов различных типов и конструкции. Результаты испытаний позволят выработать практические рекомендации по проектированию ЛС. Рекомендации обеспечат выпуск ствольной техники с высоким коэффициентом полезного действия.
Ключевые слова: лафетный ствол, гидравлика, потери напора.
Ствольная пожарная техника – основное средство тушения пожаров. Масштаб пожара принято определять количеством задействованных ручных или лафетных пожарных стволов. Они составляют базовое вооружение пожарной мобильной техники, а также стационарно устанавливаются на пожароопасных объектах в соответствии с действующими требованиями [1].
Основными параметрами, характеризующими работу пожарных лафетных стволов (далее – ЛС), являются диапазон рабочих давлений, расход воды и водного раствора пенообразователя, дальность струи.
Приняв основные параметры ЛС в качестве исходных данных, коллектив авторов Качанов И.В., Карпенчук И.В., Пармон В.В., Шкутник В.А. в 2013 году провели колоссальная работу и предложили методику расчета параметров ЛС с винтовой структуризацией потока. Методика позволяет рассчитывать необходимые для проектирования ЛС геометрические и гидродинамические параметры [2]. При описании методики авторы подчеркивают отсутствие экспериментальных данных по потерям напора в проточном тракте ствола, а также необходимость аппроксимировать значения некоторых показателей и коэффициентов.
Сегодня рынок ЛС представлен широкой номенклатурой расходов и типоразмеров (рисунок 1), что не позволяет с уверенностью говорить о возможности применять предлагаемую авторами [2] методику в качестве универсальной.
Рисунок 1. – Пожарные лафетные стволы различной конструкции
Для практических рекомендаций по проектированию ЛС необходимо провести натурные эксперименты для оценки гидравлических характеристик.
Потери напора в местных гидравлических сопротивлениях (далее – МГС) определяются по формуле Дарси – Вейсбаха:
При турбулентном движении жидкости с большими числами Re коэффициент МГС ξм практически не зависит от формы местного сопротивления и определяется опытным путем.
Для определения величин МГС в проточной части ЛС предлагается определить опытным путем потери напора из уравнения Бернулли по формуле:
где: δР – разность давлений на входе и выходе из проточной части ЛС соответственно, Па;
– плотность воды, кг/м3;
и – скорость движения воды на входе и выходе из проточной части ЛС соответственно, м/с.
Скорость движения воды определяется по формуле:
где: и – внутренний диаметр на входе и выходе из проточной части ЛС соответственно, м;
Q – расход воды проточной части ЛС, л/с
Исходя из формулы Дарси – Вейсбаха (1) определяется коэффициент МГС в проточной части ЛС:
где – средняя скорость движения воды, м/с.
Средняя скорость движения воды определяется по формуле:
Испытания необходимо проводить в нормальных климатических условиях по ГОСТ 15150. Обработка результатов измерений необходимо проводить по ГОСТ 8.207, Р 50.2.038, МИ 2083.
При проведении испытаний проводятся прямые измерения следующих величин: внутреннего диаметра и ; расходы воды Q1 и Q2; избыточного давления воды Р1 и Р2; разности давлений δР [4].
При проведении испытаний проводятся косвенные измерения следующих величин: экспериментальных потерь напора ; экспериментальных коэффициентов МГС ξм; плотности воды ρ; средней скорости воды V [4].
Для проведения прямых измерений расхода воды Qi и избыточного давления воды Рi разработана методика проведения испытаний и измерительная установка, состоящая из вставки с расходомером и гидравлического стенда. Вставка с расходомером, обеспечивающим диапазон измерений расхода огнетушащих веществ (далее – ОТВ) от 0 до 175 л/с, имеет диаметр условного прохода 150 мм, оборудованна восьмью соединительными головками для подсоединения пожарных напорных рукавов (рисунок 2).
Рисунок 2. – Измерительная вставка с расходомером
Гидравлический стенд (рисунок 3) представляет собой разборную конструкцию, предназначенную для монтажа стационарных ЛС с любой ответной частью фланца. В состав стенда входят следующие элементы:
– центральный блок, который представляет собой вертикальный цилиндр с универсальным фланцем в верхней части, заглушкой в нижней части и четырьмя трубами с фланцами 80/2,0 установленными на нижней четверти цилиндра через каждые 90 градусов. Кроме того, внутри цилиндра располагается успокоитель для формирования потока ОТВ, проходящих через трубы с фланцами 80/2,0;
– аутригеры, в количестве четырех штук, представляют собой трубу диаметром 89 мм с опорой, оборудованную фланцем 80/2,0 с одной стороны и головкой муфтовой ГМ-80 с другой. Аутригеры посредством болтового соединения крепятся к трубам с фланцами 80/2,0 на центральном блоке;
– измерительная вставка с манометром, имеет внутреннюю резьбу с одной стороны и наружную с другой. Устанавливается как проставка между проточной частью ствола и насадком. Вставка оборудована штуцером для установки манометра.
Рисунок 3. – Гидравлический стенд
При проведении эксперимента по определению гидравлических характеристик лафетных стволов пожарный автомобиль с насосной установкой советующей производительности устанавливается на ровной поверхности. Специфика испытаний требует осуществлять забор воды от внешнего водоисточника, при этом к напорным патрубкам насоса присоединяется необходимое количество пожарных напорных рукавов, которые вторым концом присоединяются к измерительной вставке с расходомером. Измерительная вставка также посредством пожарных напорных рукавов соединяется с гидравлическим стендом, на который устанавливается ЛС. Между насадком ЛС и его проточной частью устанавливается вставка с манометром.
Целесообразно площадку для испытаний подбирать таким образом, чтобы длина рукавных линий была минимальной.
В процессе испытаний в соответствии с методикой [5] необходимо дополнительно фиксировать показания манометров при различных значениях расхода ОТВ.
Результаты испытаний позволят выработать практические рекомендации по проектированию ЛС различной конструкции и типоразмерного ряда. Рекомендации обеспечат выпуск ствольной техники с высоким коэффициентом полезного действия.
Литература
- Горбань Ю.И. Новое поколение ствольной пожарной техники.
М.: Алгоритм Безопасности № 1, 2010. С. 44-48. - Качанов И.В., Карпенчук И.В., Пармон В.В., Шкутник В.А Методика расчета параметров лафетного ствола пожарного с винтовой структуризацией потока. Минск: «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация»
№ 2(34), 2013. С. 165-172. - Абросимов Ю.Г. Гидравлика. Учебник. М.: Академия ГПС МЧС России, 2005. 312 с.
- Ольховский И.А. Технология применения рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с для тушения пожаров на объектах энергетики: диссертация … кандидата технических наук: 05.26.03 / Ольховский Иван Александрович. Москва, 2014. 145 с.
- ГОСТ Р 51115-97 Техника пожарная. Стволы пожарные лафетные. Общие технические требования. Методы испытаний. М.: ИПК Издательство стандартов, 1998. С. 14-18.