книги / Противопожарное водоснабжение

Радиус действия раздробленной части сплошной струи зависит от величины радиуса действия раздробленной части струи и определяется по формуле

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.

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

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

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

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,

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-

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

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

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