книги / Противопожарное водоснабжение
..pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
М.С. Плеханов, В.А. Гачегов, Е.В. Соловьев
ПРОТИВОПОЖАРНОЕ
ВОДОСНАБЖЕНИЕ
Под редакцией М.С. Плеханова
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебно-методического пособия
Издательство Пермского национального исследовательского
политехнического университета
2016
УДК 556.3(470.53)(076.5) П38
Рецензенты:
начальник главного управления МЧС по Пермскому краю, генерал-майор О.В. Попов; д-р техн. наук Г.А. Цветков
(Пермский национальный исследовательский политехнический университет); генеральный директор
ООО «Вертикать» (г. Пермь) М.А. Опарин; директор ООО «ПермНефтеГазПроект» (г. Пермь) А.Н. Рябов
Плеханов, М.С.
П38 Противопожарное водоснабжение : учеб.-метод. пособие / М.С. Плеханов, В.А. Гачегов, Е.В. Соловьев; под ред. М.С. Плеханова. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2016. – 151 с.
ISBN 978-5-398-01545-4
Изложены краткие теоретические основы гидравлики, гидростатики и гидродинамики.
Пособие знакомит со схемами движения подземных вод, определением радиуса депрессионных воронок подземных источников водоснабжения, а также со схемами водозаборных сооружений поверхностных источников. Даны примеры расчета подачи воды к месту возгорания, методы расчета водопроводных систем, а также примеры гидравлических расчетов тупиковых и кольцевых систем противопожарного водоснабжения и другое.
Предназначено для студентов-бакалавров строительного и горно-нефтяного факультетов технических вузов.
УДК 556.3(470.53)
ISBN 978-5-398-01545-4 |
© ПНИПУ, 2016 |
2
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ.......................................................................................... |
6 |
Глава 1. Краткие основы гидравлики................................................ |
7 |
1.1. Плотность жидкости................................................................ |
7 |
1.2. Удельный вес жидкости.......................................................... |
8 |
1.3. Вязкость жидкости, формула Ньютона |
|
для определения силы трения в жидкости; коэффициент |
|
динамической вязкости; коэффициент кинематической |
|
вязкости............................................................................................ |
9 |
1.4. Сжимаемость жидкости......................................................... |
10 |
Глава 2. Краткие основы гидростатики........................................... |
13 |
2.1. Гидростатическое давление, единица – паскаль................. |
13 |
2.2. Основное уравнение гидростатики...................................... |
15 |
2.3. Виды давлений: атмосферное, абсолютное, |
|
избыточное (манометрическое), вакуумметрическое, |
|
эпюры гидростатического давления........................................... |
16 |
2.4. Эпюры гидростатического давления................................... |
17 |
Глава 3. Краткие основы гидродинамики....................................... |
20 |
3.1. Определение живого сечения потока................................... |
23 |
3.2. Определение смоченного периметра потока для труб |
|
с круглым сечением...................................................................... |
24 |
3.3. Определение гидравлического радиуса............................... |
25 |
3.4. Определение средней скорости потока ............................... |
26 |
3.5. Определение числа Рейнольдса............................................ |
27 |
3.6. Характеристики струи при истечении из отверстия |
|
в тонкой стенке.............................................................................. |
29 |
3.7. Типы насадка, расчет скорости расхода при вытекании |
|
жидкости из внешнего цилиндрического насадка..................... |
32 |
3.8. Уравнение Бернулли в практике пожаротушения.............. |
36 |
Глава 4. Подземные источники противопожарного |
|
водоснабжения................................................................................... |
42 |
4.1. Расчет дебита потока подземных вод.................................. |
45 |
4.2. Расчет депрессионной воронки водозаборной скважины |
|
(шахтного колодца)....................................................................... |
47 |
|
3 |
4.3. Расчет притока грунтовых вод к водозаборным |
|
скважинам (колодцам) .................................................................. |
48 |
4.4. Расчет объема резервуара хранения запасов воды |
|
на пожаротушение при подземных источниках |
|
водоснабжения............................................................................... |
50 |
4.5. Сборные водоводы подземных источников |
|
водоснабжения............................................................................... |
52 |
Глава 5. Поверхностные источники противопожарного |
|
водоснабжения................................................................................... |
57 |
5.1. Водоприемные устройства для забора воды....................... |
58 |
5.2. Схемы насосных станций для забора воды......................... |
62 |
5.3. Насосы для насосных станций первого подъема................ |
65 |
5.4. Насосные станции второго подъема .................................... |
67 |
5.5. Насосные станции перекачки на магистральных |
|
водоводах ....................................................................................... |
68 |
5.6. Насосные станции, подающие воду в городскую |
|
распределительную сеть............................................................... |
70 |
Глава 6. Расчет пожарных струй...................................................... |
75 |
6.1. Расчет сплошной водяной струи .......................................... |
76 |
6.2. Расчет вертикальной струи ................................................... |
78 |
6.3. Расчет наклонной струи......................................................... |
79 |
6.4. Реакция и распыление сплошной струи............................... |
83 |
Глава 7. Расчет насосно-рукавных систем...................................... |
87 |
7.1. Потери напора в трубах и пожарных рукавах..................... |
91 |
7.2. Система пожарного водоснабжения рабочими линиями... |
91 |
7.3. Расчет работы насосно-рукавной системы |
|
с помощью таблиц......................................................................... |
96 |
7.4. Перекачка воды к месту возгорания автонасосами.......... |
101 |
7.5. Работа насосов параллельными магистральными |
|
линиями при подаче воды на лафетные стволы....................... |
103 |
7.6. Расчет подачи воды гидроэлеваторной системой............. |
105 |
Глава 8. Расчет наружных водопроводных систем |
|
пожаротушения................................................................................ |
111 |
8.1. Забор воды для пожаротушения из водоводов |
|
низкого давления......................................................................... |
112 |
8.2. Подача воды из водопроводов высокого давления......... |
115 |
4 |
|
8.3. Бесперебойная система водоснабжения |
|
при пожаротушении.................................................................... |
118 |
Глава 9. Внутридомовые, внутрицеховые противопожарные |
|
водяные системы.............................................................................. |
124 |
9.1. Система пожаротушения внутри зданий, помещений..... |
124 |
9.2. Системы пожаротушения многоэтажных зданий |
|
и сооружений............................................................................... |
127 |
Глава 10. Гидравлические испытания систем водоснабжения... |
131 |
10.1. Гидравлическое испытание наружного водовода |
|
низкого давления......................................................................... |
132 |
10.2. Гидравлическое испытание наружного водовода |
|
высокого давления...................................................................... |
135 |
10.3. Гидравлическое испытание внутреннего пожарного |
|
водовода....................................................................................... |
140 |
Заключение....................................................................................... |
142 |
Список литературы.......................................................................... |
143 |
Приложение 1. Пропускная способность одного |
|
прорезиненного рукава длиной 20 м в зависимости |
|
от его диаметра ................................................................................ |
144 |
Приложение 2. Сопротивление одного напорного рукава |
|
длиной 20 м ...................................................................................... |
144 |
Приложение 3. Объем одного рукава длиной 20 м...................... |
144 |
Приложение 4. Линейные скорости распространения |
|
горения при пожарах на объектах.................................................. |
145 |
Приложение 5. Интенсивность подачи воды при тушении |
|
пожаров, л(м2·с)................................................................................ |
147 |
Приложение 6. Технико-экономические показатели приборов |
|
подачи пены...................................................................................... |
149 |
Приложение 7. Водоотдача водопроводных сетей ...................... |
150 |
5
ВВЕДЕНИЕ
Системы современного противопожарного водоснабжения основываются на расчетах конкретных задач по подаче воды в города, населенные пункты и промышленные предприятия при появлении техногенных или природных возгораний на контролируемой территории.
Работники пожарных подразделений должны знать правила эксплуатации систем противопожарного водоснабжения, которые основаны на законах гидравлики, и обладать умениями применять их в конкретных условиях практической деятельности.
Знание законов гидравлики при решении вопросов эксплуатации пожарных насосов, транспортирования воды по водопроводным магистралям и пожарным рукавам, умение создать дальнобойные и распыленные водные струи, грамотная эксплуатация водозаборных сооружений подземного или поверхностного водоснабжения, резервуаров хранения противопожарного запаса водных ресурсов позволяют оперативно решать проблемы пожаротушения, возникающие при возгорании на объектах промышленности или в населенных пунктах, городах.
Все расчеты следует выполнять в строгом соответствии с требованиями Федерального закона № 123-ФЗ от 22.07 2008 г. «Технический регламент о требовании пожарной безопасности», СП 8.13130.2009. «Свод правил. Системы противопожарной защиты. Источники наружного противопожарного водоснабжения. Требования пожарной безопасности».
Действующие директивные документы федерального и местного значения, методики расчетов необходимых параметров применяемого оборудования и приспособлений должны быть изучены до развертывания пожарной спецтехники в условиях возникновения пожара.
6
Глава 1
КРАТКИЕ ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ
Вприроде существуют четыре вида состояния веществ: твердое, жидкое, газообразное, плазменное.
Жидкость отличается от твердых тел тем, что она обладает малым сцеплением частиц, которое называется текучестью,
атакже отсутствием сил трения между частицами в состоянии покоя, способностью принимать форму сосуда, в котором она находится. В сосудах с наличием свободной поверхности, или если жидкость разлита на поверхности, она растекается по ней
ввиде тонкой пленки.
Вгидравлике изучают капельную жидкость, в природе наиболее распространенной жидкостью является вода.
Гидравлика делится на две основные составляющие части: гидростатику и гидродинамику.
Гидростатика изучает свойства и законы жидкости, находящейся в состоянии покоя.
Гидродинамика изучает законы, которым подчиняется жидкость при движении.
1.1. Плотность жидкости
Плотность жидкости – одно из основных ее свойств, определяется отношением массы к ее физическому объему, выражается в килограммах на кубический метр (кг/м3), зависит от ее температуры и определяется по формуле
р = m/W, |
(1) |
где p – плотность жидкости, кг/м3; m – масса жидкости, кг; W – объем жидкости, м3.
Определить плотность жидкости возможно приборомареометром, работающим на основе закона Архимеда.
7
Закон Архимеда гласит: на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости.
Ареометр опускают в жидкость, он плавает в ней, при этом чем выше плотность жидкости, тем трубка ареометра, на которой нанесена соответствующая шкала плотности жидкостей, меньше погружается в жидкость (рис. 1).
Пример расчета: жидкость – керосин, масса жидкости m в 1 м3 – 825 кг; объем жидкости W – 1 м3.
Рис. 1. Схема |
p = 825/1 = 825 кг/м3. |
ареометра |
Итак, плотность керосина равна 980 кг/м3. |
|
Справка. Плотности жидкости в кг/м3: вода – 1000; бен-
зин – 700–750; керосин – 820–830; мазут – 892–939; ртуть – 13 600.
1.2. Удельный вес жидкости
Удельный вес жидкости (для воды удельный вес имеет максимальное значение при температуре +4 °С) – это основная физическая величина, определяющая распределение силы тяжести, приложенной к физическому объему измеряемой жидкости (кгс/м3).
Удельный вес жидкости – это отношение веса жидкости к ее объему, которое определяется по формуле
γ = G/W, |
(2) |
где γ – удельный вес жидкости, кгс/м3; G – сила тяжести, кгс; W – физический объем жидкости, м3.
Между плотностью и удельным весом существует зави-
симость, равная произведению плотности жидкости на ускорение свободного падения, определяемая по формуле
8
р = γ/g или γ = рg, |
(3) |
где γ – удельный вес жидкости, кгс/м3; p – плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2.
Справка. Удельные веса жидкостей в кгс/м3: вода – 1000;
бензин – 700–750; керосин 820–850; мазут – 890–940; ртуть – 13 600.
Все жидкости при нагревании расширяются, и каждая имеет температурный коэффициент объемного расширения жидкости ß.
Температурный коэффициент объемного расширения жидкости характеризует изменение объема жидкости при изменении ее температуры на 1 град Цельсия и определяется по формуле
ß1 = (Vt2 – Vt1)/Vt1 · 1/(t2 – t1), |
(4) |
где ß1 – температурный коэффициент объемного расширения жидкости; Vt1 – объем жидкости при температуре t1; Vt2 – объем жидкости при температуре t2; t1 – первая, начальная температура жидкости; t2 – вторая, конечная температура жидкости.
Пример: рассчитать температурный коэффициент объемного расширения жидкости: жидкость – вода объемом 4000 л (увеличение объема 3 л), перепад температуры 5–15 °С.
ßt = (4003 – 4000)/4000 · 1(15 – 5) = 3/4000 · 10 = 7,5 · 10 · 05.
1.3. Вязкость жидкости, формула Ньютона для определения силы трения в жидкости; коэффициент динамической вязкости; коэффициент кинематической вязкости
Любая жидкость оказывает сопротивлению сдвигу частиц при перемещении слоев жидкости между собой, которое возникает из-за наличия у нее внутримолекулярного движения.
При этом возникает определенная сила трения, установленная Ньютоном, который рассчитал, что сила трения на еди-
9
ницу площади прямо пропорциональна вязкости и градиенту скорости и определяется по формуле
r = µ · dV/dy, |
(5) |
где r – сила трения жидкости, приходящаяся на единицу площади; µ – динамический коэффициент вязкости, характеризующий вязкость жидкости, кгс·с/м2; dV – вязкость жидкости; dy – градиент скорости, т.е. изменение скорости, приходящееся на единицу длины расстояния между слоями жидкости.
Определение кинематического коэффициента вязкости v,
м2/с:
v = µp. |
(6) |
Кинематический коэффициент вязкости v равен динами-
ческому коэффициенту вязкости µ, умноженному на коэффициент вязкости p, а вязкость зависит от температуры и вида жидкости.
Справка. Изменение значение кинематического коэффициента вязкости v воды при изменениях ее температуры:
Температура воды, |
Значение кинематического |
°С |
коэффициента вязкости v |
0 |
0,0178 |
5 |
0,0152 |
15 |
0,0114 |
30 |
0,0081 |
60 |
0,0048 |
1.4. Сжимаемость жидкости
Сжимаемость жидкости – это свойство жидкости изменять свой объем при изменении давления на нее. У воды сжимаемость очень незначительна, в практике воду считают несжимаемой. Так, для того чтобы уменьшить объем воды на 1 %, необходимо приложить давление 200 кгс/см2.
10