книги / Противопожарное водоснабжение
..pdfРадиус действия раздробленной части сплошной струи зависит от величины радиуса действия раздробленной части струи и определяется по формуле
Rp = βHв, |
(50) |
где Rp – радиус влиянии раздробленной части струи; β – коэффициент, зависящий от угла наклона раздробленной части струи к горизонту; Hв – высота раздробленной части струи.
Значение коэффициента β, зависящего от величины угла наклона сплошной струи к горизонту λ, определяется для каждого вида насадка пожарного ствола опытным путем.
Угол наклона радиуса дейст- |
|
|
|
|
|
|
|
|
вия раздробленной |
струи λ |
|
|
|
|
|
|
|
к горизонту, град |
|
0 |
15 |
30 |
45 |
60 |
75 |
90 |
Величина значения |
коэффи- |
|
|
|
|
|
|
|
циента β |
|
1,4 |
1,3 |
1,2 |
1,12 |
1,07 |
1,03 |
1,0 |
Анализ технических характеристик сплошной струи показывает, что угол наклона радиуса действия раздробленной струи всегда будет меньше угла наклона пожарного ствола к горизонту. При этом наибольшая дальность полета раздробленной струи зафиксирована при угле наклона пожарного ствола, равном 30° к горизонту, и угле радиуса действия струи, равном 0°.
Как правило, при тушении пожаров применяют компактную часть струи, которая имеет характеристики: для ручных стволов насадки диаметром в пределах от 13 до 26 мм, расход от 1,7 до 19,8 л/с и напоры от 8,1 до 95,4 м.
Радиус действия компактной части струи может меняться в пределах от 6 до 30 м. Приводим расчетные данные в табл. 3.
81
Таблица 3
Радиус действия компактной струи в зависимости от диаметра насадка
Радиус |
|
|
|
Диаметр насадка ручных пожарных стволов, мм |
|
|
|||||||||||||
|
13 |
16 |
|
|
19 |
|
22 |
25 |
|||||||||||
Rk, м |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н, м |
|
Q, л/с |
Н, м |
|
Q, л/с |
Н, м |
|
Q, л/с |
Н, м |
|
Q, л/с |
Н, м |
|
Q, л/с |
|||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
6 |
8,1 |
|
|
1,7 |
7,8 |
|
|
2,5 |
7,7 |
|
|
3,5 |
7,6 |
|
|
4,6 |
7,5 |
|
5,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
11,2 |
|
|
2,0 |
10,7 |
|
|
2,9 |
10,4 |
|
|
4,1 |
10,2 |
|
|
5,4 |
10,1 |
|
6,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
14,9 |
|
|
2,3 |
14,1 |
|
|
3,3 |
13,6 |
|
|
4,6 |
13,2 |
|
|
6,1 |
12,9 |
|
7,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
12 |
19,1 |
|
|
2,6 |
17,7 |
|
|
3,8 |
16,9 |
|
|
5,2 |
16,3 |
|
|
6,8 |
15,9 |
|
8,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14 |
23,9 |
|
|
2,9 |
21,8 |
|
|
4,2 |
20,6 |
|
|
5,7 |
19,8 |
|
|
7,5 |
19,2 |
|
9,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
16 |
29,7 |
|
|
3,2 |
26,5 |
|
|
4,5 |
24,7 |
|
|
6,2 |
23,6 |
|
|
8,2 |
22,7 |
|
10,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
17 |
33,2 |
|
|
3,4 |
29,2 |
|
|
4,8 |
27,1 |
|
|
6,5 |
25,7 |
|
|
8,5 |
24,7 |
|
10,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18 |
37,1 |
|
|
3,6 |
32,2 |
|
|
5,1 |
29,6 |
|
|
6,8 |
28,0 |
|
|
8,9 |
26,8 |
|
11,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20 |
46,8 |
|
|
4,0 |
39,4 |
|
|
5,6 |
35,6 |
|
|
7,5 |
33,2 |
|
|
9,7 |
31,5 |
|
12,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22 |
60,9 |
|
|
4,6 |
48,7 |
|
|
6,2 |
43,1 |
|
|
8,2 |
40,6 |
|
|
10,6 |
37,3 |
|
13,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
24 |
82,2 |
|
|
5,3 |
61,5 |
|
|
7,0 |
52,7 |
|
|
9,1 |
47,7 |
|
|
11,7 |
44,3 |
|
14,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
26 |
– |
|
|
– |
80,6 |
|
|
8,0 |
66,2 |
|
|
10,2 |
58,5 |
|
|
12,9 |
53,5 |
|
15,9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
– |
|
|
– |
– |
|
|
– |
86,2 |
|
|
11,6 |
75,5 |
|
|
14,5 |
65,8 |
|
17,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30 |
– |
|
|
– |
– |
|
|
– |
– |
|
|
– |
95,4 |
|
|
16,5 |
82,8 |
|
19,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В практике пожаротушения целесообразно для характеристики сплошной струи ориентироваться на величину напора у насадка, при этом рабочими напорами целесообразно считать для ручных стволов напоры в пределах 30–50 м, а для лафетных стволов – в пределах 50–70 м.
Практика пожаротушения показала, что если напор лафетного ствола увеличивать более 70 м, то прирост дальности полета струи и особенно ее компактной части значительно уменьшается (табл. 4).
82
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|||
|
Зависимость напора струи от диаметра насадка |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Напор |
Диаметр насадка пожарного лафетного ствола, мм |
||||||||||||
у на- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
32 |
|
38 |
|
|
50 |
||||||
садка Н, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Rк, м |
Q, л/с |
Rк, м |
Q, л/с |
Rк, м |
Q, л/с |
Rк, м |
Q, л/с |
||||||
м |
|||||||||||||
30 |
26,0 |
|
14,9 |
26,5 |
|
19,4 |
27,0 |
|
27,4 |
29,0 |
|
47,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
35 |
28,0 |
|
16,2 |
28,5 |
|
21,0 |
29,5 |
|
29,7 |
31,0 |
|
51,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
40 |
30,0 |
|
17,2 |
30,5 |
|
22,5 |
32,0 |
|
31,7 |
33,0 |
|
55,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
45 |
31,5 |
|
18,3 |
32,5 |
|
23,8 |
34,0 |
|
33,6 |
35,5 |
|
58,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
33,0 |
|
19,3 |
34,0 |
|
25,1 |
35,5 |
|
35,4 |
37,5 |
|
61,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
55 |
34,5 |
|
20,2 |
36,0 |
|
26,0 |
37,0 |
|
37,2 |
39,0 |
|
64,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
60 |
35,5 |
|
21,1 |
37,0 |
|
27,6 |
38,0 |
|
38,2 |
40,5 |
|
67,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
65 |
36,5 |
|
22,0 |
37,5 |
|
28,6 |
39,0 |
|
40,4 |
41,5 |
|
70,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
70 |
37,0 |
|
22,8 |
37,5 |
|
29,7 |
39,5 |
|
41,9 |
42,5 |
|
72,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
75 |
– |
|
– |
– |
|
– |
40,0 |
|
43,4 |
43,5 |
|
75,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 |
– |
|
– |
– |
|
– |
40,5 |
|
44,8 |
44,5 |
|
77,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
85 |
– |
|
– |
– |
|
– |
– |
|
– |
45,5 |
|
80,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90 |
– |
|
– |
– |
|
– |
– |
|
– |
46,0 |
|
82,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6.4. Реакция и распыление сплошной струи
Поток струи, вытекающий из пожарного насадка, вызывает силу, которая действует в противоположную сторону движению потока. Эта сила называется реакцией струи. Поэтому при работе ручного ствола с гибким пожарным рукавом возникает сила, действующая в противоположную сторону от движения потока.
Определение величины реактивной силы, которая возникает при работе ручного или лафетного ствола, возможно выполнить по формуле
83
F = –2wP, |
(51) |
где F – сила, возникающая при изменении скорости жидкости при одной и той же секундной массе; w – площадь сечения струи при выходе из насадка; P – давление свободной поверхности, равное коэффициенту гидравлического трения λ, умноженному на напор перед насадом Н,
Р = λН. |
(52) |
Знак минус в формуле (51) означает, что сила реакции струи направлена в противоположную сторону движению потока струи.
В практике рассчитано, что при напоре до 50 м сила реакции струи может достигать 500 Н, поэтому для крепления лафетных стволов выполняют специальные установки для закрепления их в стационарном положении, но позволяющие выполнять повороты стволов в горизонтальных и вертикальных плоскостях.
Ручные пожарные стволы при работе со значительными напорами приходится удерживать в нужном направлении двум или трем работникам пожарной команды.
Распыленные струи получают для создания капельных, пенных или газоводяных струй, которые характеризуются размерами капель, углом конусности, дальнобойности и соответственно расходом и величиной напора перед насадком.
Существуют три способа получения распыленных струй: центробежный, механический, пневматический.
Механический способ получения распыленной струи основан на ударе струи о преграду на ее пути, вследствие этого монолитный поток струи распадается на значительное количество мелких частиц в виде капель, которые продолжают движение в направлении движения потока, но в виде отдельных его элементов.
Такой способ нашел широкое применение в практической работе при тушении возгораний, так как при его использова-
84
нии создается своеобразный купол из летящих капель, направленных под допустимым углом и образующих своеобразную защиту от действия пламени возгорания.
Конструктивным решением для создания механическим способом капельной распыленной струи служит винтовой распылитель ударного действия, который представляет собой полый винт с переменным шагом. Полости винта с переменным шагом имеют изменяющиеся наклоны, которые срезают с водяного потока струи тонкую водяную пленку, которая разрывается на отдельные несущиеся капли.
Пневматический способ менее применим для тушения очагов возгорания, но используется для получения пенных и газоводяных струй, используемых в особых условиях тушения возгораний.
Для получения распыленной струи пневматическим способом требуется иметь дополнительные составляющие в виде сжатого воздуха или пара.
Центробежный способ получения распыленной струи основан на принципе «сворачивания» струи в тангенциальном направлении выходного отверстия, расположенного на 90° к входному отверстию.
При истечении вращающейся жидкости вдоль оси выходного отверстия жидкость под воздействием центробежной силы разлетается по касательной к цилиндрической поверхности выходного отверстия в виде вращающейся капельной струи
(рис. 48).
Расход жидкости при работе центробежным распылите-
лем определяется по формуле |
|
Q = µω 2gH , |
(53) |
где Q – расход жидкости центробежного распылителя; µ – коэффициент расхода центробежного распылителя, находится в пределах 0,24–0,65 и устанавливается опытным путем; ω – живое сечение выходного отверстия центробежного распыли-
85
теля; g – ускорение силы тяжести, g = 9,81; H – величина напора струи при выходе из центробежного распылителя.
Рис. 48. Принципиальная схема центробежного распылителя: 1 – входное отверстие потока жидкости; 2 – камера завихрения центробежного распылителя; 3 – выходное отверстие центробежного распылителя
В практике пожаротушения способ центробежного распыления струи имеет незначительное применение, чаще используется для получения «факела» при подаче топлива в камеру сгорания.
86
Глава 7
РАСЧЕТ НАСОСНО-РУКАВНЫХ СИСТЕМ
Задача противопожарной службы – произвести забор воды и подать ее к месту возникновения пожара в городских условиях. Забор и подача производятся от пожарных гидрантов из системы городского водоснабжения. При отсутствии должного напора в гидрантах подключаются передвижные пожарные насосы и насосно-рукавные системы.
Всельской местности при отсутствии централизованного водоснабжения забор воды производится из местных источников водоснабжения передвижными пожарными насосами, установленными на пожарных автомашинах с развертыванием различных схем насосно-рукавных систем.
При тушении возгораний и пожаров большое значение имеют правильно рассчитанные и скомплектованные насоснорукавные системы противопожарного водоснабжения.
Впротивопожарной практике применяются насосы различных модификаций, которые делятся на подгруппы:
– поршневые насосы, в которых основным двигателем жидкости выступает поршень, выталкивающий из цилиндра расчетный объем жидкости, при этом сам поршень совершает возвратно-поступательное движение;
– роторные насосы, в которых жидкость приводится
вдвижение вращающимся ротором;
–струйные насосы, в которых используется разряжение, создаваемое движущейся струей;
–центробежные (или осевые) лопастные насосы, в которых жидкость перекачивается вращающимся рабочим колесом с расположенными на нем лопатками. Эти насосы получили наибольшее применение для тушения пожаров.
При расчетах насосно-рукавных систем учитываются: напор насоса, потери напора при движении жидкости по трубо-
87
проводам для создания свободного напора, необходимого для подачи водяной струи к месту возгорания.
Напором насоса называют разность удельных энергий потока у входа и выхода жидкости из насоса.
Потерями напора называют разность удельных энергий потока у входа и выхода жидкости из конкретного элемента, через который проходит жидкость.
Потери напора в системе пожаротушения состоят из суммы потерь напоров конкретных элементов, входящих в конкретную насосно-рукавную систему.
Основные параметры и характеристики центробежных насосов, применяемые в практике пожаротушения: расход насоса (Q, м3/с или м3/мин); напор (Н, м); мощность (N, кВт), КПД; высота всасывания (Нвс, м).
Схема установки центробежного насоса на насосной станции показана на рис. 49.
Рис. 49. Принципиальная схема центробежного насоса: 1 – рабочее колесо; 2 – рабочий вал; 3 – кожух насоса со спиральной камерой; 4 – всасывающий трубопровод; 5 – напорный трубопровод
Определение полного напора насоса выполняется по формуле
Ннас = Нг + hвс + hн + hс, |
(54) |
88
где Ннас – полный напор насоса, м; Hг– геометрическая высота подъема жидкости насосом, м; hвс – потери напора во всасывающем и напорном трубопроводе, м; hн.тр – потери напора в напорном трубопроводе, м; hс – свободный напор в точка слива, м.
Пример расчета: Нг = 35 м; hвс = 5 м; hнт = 06 м; hс = 0,4 м. Hнас = 35 + 5 + 0,6 + 0,4 = 41 м.
Полный напор насоса составляет 41 м.
Высота всасывания и явление кавитации являются для каждого типа насосов характерными особенностями и влияют на его эксплуатационные качества (рис. 50).
Рис. 50. Принципиальная схема установки центробежного насоса: 1 – напорный трубопровод; 2 – задвижка; 3 – обратный клапан; 4 – насос; 5 – приемный клапан; 6 – манометр; 7 – вакуумметр; Ннг – геометрическая высота нагнетания; Нгв – геометрическая высота всасывания; Нг – геометрическая высота подъема
89
Различают вакуумметрическую высоту всасывания, кото-
рая характеризует степень разряжения, возникающую у входа в насос и имеющую обозначение Нвак, и геометрическую высоту всасывания, которая указывает высоту установки оси насоса над уровнем всасывающей жидкости, Нвс.
Геометрическую высоту всасывания определяем по формуле
Нвс = Нвак – V 2 |
/ (2g) – hвс, |
(55) |
вс |
|
|
где Нвс – геометрическая высота всасывания насоса, м; Нвак – вакуумметрическая высота всасывания, м; Vвс – средняя скорость жидкости во всасывающем трубопроводе, м/с; g – ускорение силы тяжести, м/с2; hвс – потеря напора во всасывающем трубопроводе, м.
Пример расчета: Нвак = 6 м; Vвс = 2 м/с; g = 9,81 м/с2; hвс = 0,2 м.
Нвс = 6 – 22/(2 · 9,81) – 0,2 = 6 – 4/19,62 – 0,2 = 6 – 0,2 – 0,2 = 5,6 м.
Геометрическая высота всасывания данного насоса равна
5,6 м.
Геометрическая высота всасывания может быть:
–положительной, когда всасывающая система расположена ниже оси центробежного насоса;
–отрицательной, когда уровень всасывающей жидкости расположен выше оси центробежного насоса
Кавитация (пустота) – физическое явление, возникающее
всистеме установки центробежного насоса при условии падения давления во всасывающей части по разным причинам: низкое атмосферное давление; высокая температура перекачиваемой жидкости; слишком высокая геометрическая высота всасывания.
90