Противопожарное водоснабжение
..pdfПризнаками появления кавитации являются понижение напора насоса, возникновение характерного шума, вибрации установки и треска в системе от разрушающихся частей, состоящих из чугунных или биметаллических отливок. В последнюю очередь разрушаются металлические детали.
При работе насоса кавитация не допустима, так как приводит к аварийным ситуациям и разрушению насоса.
7.1.Потери напора в трубах и пожарных рукавах
Впрактической деятельности при выполнении работ по пожаротушению имеет значение определение потерь напора
всистеме трубопроводов, по которым подается вода к месту возгорания.
Расчет потерь напора в системе рукавов на отдельном участке производится по формуле
hl = SQ2, |
(56) |
где hl – потери напора в системе рукавов на отдельном участке, м; S – сопротивление системы, S = Аl, где А – потери напора на единицу длины трубы (или пожарного рукава), м;
l – длина трубы, м; Q – расход воды в трубе или пожарном рукаве, м3/с.
Пример расчета: S = 0,001 м; l = 250 м; Q = 6 м3/с. hl = 0,001 · 250 · 62 = 0,25 · 36 = 9 м.
7.2. Система пожарного водоснабжения рабочими линиями
Системы пожарного водоснабжения в каждом конкретном случае имеют различные вводные элементы, которые влияют на окончательный выбор конкретных составляющих для получения необходимого напора с расчетным расходом ствола.
91
При последовательном соединении (рис. 51) насосно-
рукавной системы потери напора по отдельным участкам определяют по основной формуле (56), где потери напора по каждому отдельному участку будут равны потерям в целом по системе hc и выражаться формулой:
hc = h1 + h2 + h3 = (S1 + S2 + S3)Q2 = ScQ2, |
(57) |
где h1, h2, h3 – потери напора по каждому отдельному участку, м; S1, S2, S3 – сопротивление по каждому отдельному участку в трубопроводе заданной длины и диаметра; Sc – суммарное сопротивление в целом по трубопроводу; Q – расход насоса, л/с.
Рис. 51. Принципиальная схема соединения пожарных рукавов по последовательной системе
Пример расчета: h1 = 0,8 м; h2 = 0,6 м; h3 = 0,5 м; S1 = 0,25; S2 = 0,15; S3 = 0,075; Q = 2 л/с.
hс = 0,8 + 0,6 + 0,5 = (0,25 + 0,15 + 0,075)22 = 1,9 м.
Общие потери напора при соединении рукавов последовательно будут составлять 1,9 м.
При параллельном соединении рукавов (рис. 52) считает-
ся, что общее количество воды, протекающей через систему Qc, равняется сумме расходов воды, поступающей через ветки этой системы (Q1 + Q2 + Q3 + …+ Qn). Потери напора в каждой ветке (при равнозначных технических характеристиках) равны
92
между собой и определяются по одной общей формуле как разность пьезометрических напоров в начале и конце.
Рис. 52. Принципиальная схема соединения пожарных рукавов по параллельной схеме
При параллельном соединении n равноценных участков пожарных рукавов потеря напора hc = scQс2, при этом общее сопротивление системы будет меньше сопротивления одного участка в n раз, возведенного в квадрат, т.е. n2, и определяется по формуле
Sс = S1/n2, |
(58) |
где S1 – сопротивление одного участка; Sс – общее сопротивление системы параллельно соединенных пожарных рукавов; n – количество параллельно соединенных пожарных рукавов; Qс – расход всей системы.
Пример расчета: S1 = 1,9 м; n = 3; Qc = 6 л/с; Sc = 1,9/9 = = 0,21 м.
Потеря напора при параллельно соединенных равноценных участках равна 0,21 м.
При параллельном соединении двух равноценных линий пожарных рукавов значительно снижается общее сопротивление системы (по сравнению с последовательным соединением) в четыре раза, при трех параллельных линиях – в девять раз и т.д.
93
Расчет смешанной системы с тремя пожарными стволами при одной магистральной и трех параллельных равноценных рабочих линиях выполняется поэтапно с определением напора у насоса и вычислением сопротивления системы подачи воды к месту возгорания (рис. 53).
а |
б |
в |
г |
Рис. 53. Принципиальная схема насосно-рукавных систем: а – последовательное соединение равноценных рукавов; б – параллельное соединение с равноценными рабочими линиями; в – смешанное соединение с равноценными рабочими линиями; г – смешанное соединение с неравноценными рабочими линиями
Сопротивление отдельной рабочей линии пожарного ствола определяется по формуле
Sр = nS + Scт, |
(59) |
где Sр – сопротивление отдельной рабочей линии, от магистральной линии с присоединенным пожарным стволом; Sст – сопротивление пожарного ствола; S – сопротивление рукава от магистральной линии до пожарного ствола; n – количество рукавов в рабочей линии.
Пример
Дано: S = 0,8 м; Sст = 0,1 м; n = 3.
Sр = 0,8 · 3 + 0,1 = 2,4 + 0,1 = 2,5 м.
Сопротивление отдельной рабочей линии с присоединенным пожарным стволом составит 2,5 м.
94
Сопротивление трех равноценных рабочих линий определяют по формуле
Sобщ.р = (nS + S1c)/n2, |
(60) |
где Sобщ.р – сопротивление равноценных рабочих |
линий; |
S – сопротивление одного рукава; S1c – сопротивление ствола; n – количество равноценных рабочих линий.
Пример расчета: S1c = 0,1 м; S = 0,8 м; n = 3. Sобщ.р = (3 · 0,8 + 0,1) /32 = (2,4 + 0,1)/9 = 0,27 м.
Общее сопротивление рабочих линий и стволов составит
0,27 м.
Определение предельной длины L рукавных линий по расчетному расходу воды и напору насоса выполняется по формуле
L = 0,8 · 20(nм + np), |
(61) |
где nм – предельное число рукавов в магистральной линии смешанного соединения рукавной системы; np – число рукавов в рабочих линиях, в связи с тем, что количество рукавов рабочих линий уступает магистралям в протяженности (длине), в расчетах принимается только их фактическое количество; L – предельное расстояние от пожарного автонасоса до места пожаротушения; 0,8 – коэффициент неровности местности.
Определяем количество рукавов в магистральной линии:
nм = (H – bQ2 – Sобщ.рQ2) /(sQ2), |
(62) |
где nм – количество рукавов магистральной линии; H – напор у насоса, м; b – параметр насоса по техпаспорту; Q – величина расхода системы; Sобщ.р – общее сопротивление равноценных рабочих линий со стволами; S – сопротивление всей смешанной системы.
95
Пример расчета: Н = 120 м; b = 0,2; Q = 0,24 м3/с; Sобщ.р = = 2 м; S = 3,4 м.
nм = (120 – 0,2 · 0,242 – 2 · 0,242) / (3,4 · 0,242) = 612 м.
Максимальная протяженность магистральной линии пожарного водовода с учетом длины рабочих линий, с учетом заданных параметров насосной станции не должна превышать 612 м.
Вслучаях, когда на выбранной трассе находятся участки со сложным рельефом местности, применяется коэффициент запаса, равный 1,2.
7.3.Расчет работы насосно-рукавной системы
спомощью таблиц
Впрактической работе подразделений пожарной охраны расчет работы насосно-рукавной системы целесообразнее производить с помощью таблиц, составленных на основании аналитических расчетов.
Применение таблиц позволяет оперативно выполнять расчеты напора в насосно-рукавных системах по магистральным и рабочим линиях при различном соединении вида систем.
Таблица 5
Определение напора Нст у ствола при длине компактной части струи, равной 17 м
Диаметр насадка ствола d, мм |
Напор у ствола Н, мм |
|
|
13 |
33 |
|
|
16 |
29 |
|
|
19 |
27 |
|
|
22 |
26 |
|
|
25 |
25 |
|
|
96
Таблица 6
Вычисление напора в начале рабочих линий у разветвления Нр (принимается по линии, требующей наибольшего напора)
Напор |
Линия из непроре- |
Напор |
Линия из прорезиненных |
||||
у раз- |
зиненных рукавов l |
у раз- |
|
рукавов l |
|
||
ветв- |
Диаметр насадка d |
ветв- |
Диаметр насадка d |
||||
ления |
l = 40 м |
l = 60 м |
ления |
l = 40 м |
l = 60 м |
|
l = 40–60 м |
Нр, м |
d = 51 мм |
d = 51 мм |
Нр, м |
d = 51 мм |
d = 51 мм |
d = 66–77 мм |
|
40 |
13, 16 |
– |
35 |
13, 16 |
– |
|
13–25 |
50 |
19 |
13,16 |
40 |
19 |
13,16 |
|
– |
60 |
22 |
19 |
45 |
22 |
19 |
|
– |
– |
– |
– |
55 |
– |
22 |
|
– |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
|||
Определение расхода воды Q для рабочей линии, л/мин |
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Напор у разветв- |
|
|
|
|
Диаметр насадка, мм |
|
|
|
|
|
|||||||
ления, л/мин |
13 |
|
|
16 |
|
|
19 |
|
|
22 |
|
|
25 |
|
|||
35 |
|
200 |
|
|
300 |
|
|
400 |
|
|
500 |
|
650 |
||||
40 |
|
200 |
|
|
300 |
|
|
450 |
|
|
550 |
|
700 |
||||
50 |
|
250 |
|
|
350 |
|
|
500 |
|
|
600 |
|
800 |
||||
60 |
|
250 |
|
|
400 |
|
|
500 |
|
|
650 |
|
850 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8 |
|||
Определение потерь hм напора в магистральной линии |
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Расход во- |
|
|
Рукава диаметром 66 мм, длиной, м |
|
|||||||||||||
ды, л/мин |
– |
100 |
160 |
200 |
260 |
300 |
400 |
500 |
|
600 |
|
700 |
|
800 |
|||
200 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
5 |
7 |
|
9 |
|
11 |
|
12 |
|
14 |
||
300 |
2 |
4 |
6 |
8 |
10 |
12 |
16 |
20 |
|
24 |
|
28 |
|
32 |
|||
400 |
3 |
7 |
11 |
14 |
18 |
22 |
29 |
36 |
|
43 |
|
53 |
|
60 |
|||
500 |
5 |
11 |
17 |
22 |
28 |
33 |
44 |
55 |
|
71 |
|
– |
|
– |
|||
600 |
8 |
17 |
27 |
34 |
44 |
52 |
– |
– |
|
– |
|
– |
|
– |
|||
700 |
10 |
23 |
37 |
47 |
– |
– |
– |
– |
|
– |
|
– |
|
– |
|||
800 |
14 |
30 |
48 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
|
– |
|
– |
|||
900 |
18 |
38 |
61 |
– |
– |
– |
– |
– |
|
– |
|
– |
|
– |
|||
|
100 |
220 |
360 |
500 |
600 |
700 |
900 |
– |
|
– |
|
– |
|
– |
|||
|
|
|
Рукава диаметром 77 мм, длиной, м |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
97 |
Таблица 9
Определение дополнительного напора у насоса
в зависимости от геометрической высоты подъема ствола z
Число этажей |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Напор, м |
4 |
8 |
12 |
16 |
20 |
24 |
28 |
32 |
Примеры расчетов с использованием таблиц
Пример 1. Определить напор у насоса. Подача воды по рукавной системе, соединенной последовательно в одну магистральную линию (рис. 54).
Рис. 54. Схема последовательного соединения магистральной линии
Задание: определить требуемый напор у насоса (Ннас) для подачи воды по магистральной линии длиной 360 м, состоящей из прорезиненных рукавов диаметром 77 мм, к стволу с насадкой диаметром 16 мм, поднятого на уровень четвертого этажа жилого дома.
По таблицам находим:
табл. 1 – напор у ствола Нст = 29 м;
табл. 3 – расход воды из ствола Qст = 300 л/мин;
табл. 4 – потери расхода в магистральной линии hм = 6 м; табл. 5 – потери с учетом поднятия ствола на 4-й этаж
z = 16 м.
Ннас = Нст + hм + z = 29 + 6 + 16 = 51 м. |
(63) |
Вывод: напор у насоса составит 51 м.
98
Пример 2. Определить напор у насоса. Подача воды по двум параллельно соединенным магистральным линиям (рис. 55).
Рис. 55. Схема параллельного соединения магистральных линий
Задание: определить требуемый напор у насоса (Ннас) для подачи воды по двум параллельным магистральным линиям протяженностью 300 м, состоящих из прорезиненных рукавов диаметром 66 мм, к стволу с насадком диаметром 22 мм, поднятого на уровень 6-го этажа.
По таблицам находим:
табл. 1 – напор у ствола Нст = 26 м;
табл. 3 – расход воды из одного ствола Qст = 500 л/мин; табл. 4 – потери напора в одной магистральной линии
hм = 33 м;
табл. 5 – потери с учетом поднятия ствола на 6-й этаж z = 24 м.
Ннас = Нст + hм + z = 26 + 33 + 24 = 83 м. |
(64) |
Вывод: напор у насоса по одной магистральной линии составит 83 м при расходе 500 л/мин. По двум магистральным линиям расход составит 1000 л/мин.
Пример 3. Определить напор у насоса для подачи воды по смешанному соединению с равноценными рабочими линиями
(рис. 56).
Рис. 56. Схема смешанного соединения равноценных рабочих линий и магистрального водовода насосно-рукавной системы
99
Задание: определить требуемый напор у насоса Ннас для подачи воды по насосно-рукавной системе, которая состоит из магистрального водовода длиной 300 м, рукавов прорезиненных диаметром 77 мм и трех равноценных рабочих линий длиной по
40 м диаметром 51 мм, рукава которых непрорезиненные. |
|
|||||
По таблицам находим: |
|
|
|
|
||
табл. 2 – напор в начале рабочих линий Нр = 40 м; |
|
|||||
табл. |
3 |
расход трех |
стволов |
с |
насадками d = |
13 мм |
Q = 200 · 3 = 600 л/мин; |
|
|
|
|
||
табл. |
4 |
– потери |
напора |
в |
магистральной |
линии |
hм = 22v; |
|
|
|
|
|
|
табл. |
5 |
– потери напора с учетом поднятия ствола на |
||||
4-й этаж z = 16 м. |
|
|
|
|
||
|
Ннас = Нр + hм + z = 40 + 22 + 16 = 78 м. |
(65) |
Вывод: напор у насоса по магистральной линии и трем равноценным рабочим линиям составит 78 м при расходе 600 л/мин.
Пример 4. Определить напор у насоса для подачи воды при смешанном соединении различных рабочих линий
(рис. 57).
Рис. 57. Схема смешанного соединения магистральной линии и неравноценных рабочих линий
Задание: определить требуемый напор у насоса при подаче воды по рукавной системе, имеющей магистральную линию диаметром 77 мм, длиной 200 м, рукава прорезиненные, и три рабочих линии, рукава не прорезиненные: а) диаметром 51 мм, длиной 60 м; б) диаметром 66 мм, длиной 40 м; в) диаметром 51 мм, длиной 60 м.
100