Понятие о потерях напора в пожарных напорных рукавах и расчете насосно-рукавных систем

 

Насосно-рукавной системой называется совокупность пожарного насоса и рукавных линий со стволами.

При тушении пожаров применяют различные схемы насосно-рукавных систем, выбор которых зависит от характера водоисточника, его удалённости, размеров очага пожара и других показателей. Водителю пожарного автомобиля необходимо ориентироваться в определении требуемого значения напора пожарного насоса.

Величина напора Н используется на преодоление сопротивлений в рукавной системе h_с, подъём жидкости на высоту Z и создание свободного напора у пожарного ствола (стволов) Н_св для подачи струй:

 

Н = h_с + Z + Н_св

В пожарном деле величину потерь напора в рукавной системе (рукавных линиях) h_с определяют по формуле:

h_с = S_с^.Q² (м. вод. ст.),

где: S_с – коэффициент сопротивления рукавной системы;

Q – расход воды (жидкости), л/с.

Величина потерь напора в рукавных линиях зависит от схемы их соединения (см. рис.5.41).

Если рукавная система состоит из одного пожарного рукава, то S_{с =} S_р, где S_р – коэффициент сопротивления пожарного рукава (см. табл.5.10), а потери напора соответственно: h_с = S_р^. Q².

Таблица 5.10

Значение коэффициента сопротивления пожарного рукава длиной 20 метров

 

Внутренний диаметр рукава, мм
Sр	Прорезиненный	0,13	0,044	0,015	0,007	0,0004
Непрорезиненный	0,24	0,077	0,03	-	-

 

При последовательном соединении рукавов S_с представляет собой сумму коэффициентов сопротивлений всех пожарных рукавов:

S_c = S₁ + S₂ + … S_n,

а если рукава в рукавной линии одинаковые, то:

S_с = S_р ^. n,

где: n – количество рукавов в рукавной линии.

Потери напора в рукавной линии составят: h_с = n ^. S_р ^. Q²

При параллельном соединении рукавных линий:

где S_1, S₂ … S_n - сопротивление одной рукавной линии в параллельном соединении.

Если рукавные линии одинаковые (S₁₌ S_2=…..= S_n), то общее сопротивление системы будет в n² меньше сопротивления одной рукавной линии в параллельном соединении т.е.

n – количество рукавных линий в параллельном соединении.

Так, например если подача жидкости осуществляется по двум параллельным и одинаковым (S₁ = S₂) рукавным линиям, то:

Если подача жидкости осуществляется по трем параллельным и одинаковым (S₁ = S₂ = S₃) рукавным линям, то:

Таким образом, параллельное соединение линий значительно снижает общее сопротивление по сравнению с сопротивлением одной линии (при двух одинаковых линиях – в четыре раза, при трех в девять и т.д.). Величины потерь в рукавных линиях приведены в Приложении 3.

Свободный напор у пожарного ствола Н_св необходим для создания компактной струи у пожарного ствола. В таблице 5.12 приводятся величины, отражающие зависимость между радиусом компактной струи, диаметром насадки, напором и расходом жидкости из пожарного ствола. Для ручных стволов рабочей пожарной струей называют такую, у которой радиус действия компактной части равен 17м.

Свободный напор у пожарного ствола (перед его насадком) можно также определить по формуле:

S_H – коэффициент сопротивления насадка (см. табл.5.11).

Q – расход воды из пожарного ствола, л/с

Таблица 5.11

Значения сопротивлений насадков пожарных стволов (S_H)

Диаметр насадка пожарного ствола, мм
SH	2,89	1,26	0,634	0,353	0,212

 

Таблица 5.12

Значение напора (Н) и расхода жидкости (Q)

в зависимости от радиуса компактной струи R_k

 

 

Rk, м	Диаметры насадков, мм
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
	8,1 9,6 11,2 13,0 13,9 16,9 19,1 21,4 23,9 26,7 29,7 33,2 37,1 41,7 46,8 53,3 60,9 70,3 82,2 98,2 - - -	1,7 1,8 2,0 2,1 2,3 2,4 2,6 2,7 2,9 3,0 3,2 3,4 3,6 3,8 4,0 4,3 4,6 4,9 5,3 5,8 - - -	7,8 9,2 10,7 12,4 14,1 15,8 17,7 19,7 21,8 24,0 26,5 29,2 32,2 35,6 39,4 43,7 48,7 54,6 61,5 70,2 80,6 94,2 -	2,5 2,7 2,9 3,1 3,3 3,5 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,1 5,3 5,6 5,9 6,2 6,6 7,0 7,5 8,0 8,6 -	7,7 9,0 10,4 12,0 13,6 15,2 16,9 18,7 20,6 22,6 24,7 27,1 29,6 32,5 35,6 39,1 43,1 47,6 52,7 58,9 66,2 75,1 86,2	3,5 3,8 4,1 4,3 4,6 4,9 5,2 5,4 5,7 6,0 6,2 6,5 6,8 7,1 7,5 7,8 8,2 8,7 9,1 9,6 10,2 10,9 11,6	7,7 8,9 10,2 11,7 13,2 14,7 16,3 18,0 19,8 21,6 23,6 25,7 28,0 30,5 33,2 36,3 39,6 43,4 47,7 52,7 58,5 65,3 75,5	4,6 5,0 5,4 5,8 6,1 6,5 6,8 7,2 7,5 7,8 8,2 8,5 8,9 9,3 9,7 10,1 10,6 11,1 11,7 12,2 12,9 13,7 14,5	7,5 8,7 10,1 11,5 12,9 14,4 15,9 17,5 19,2 20,9 22,7 24,7 26,8 29,1 31,5 34,3 37,3 40,6 44,3 48,6 53,5 59,1 65,8	5,9 6,4 6,9 7,4 7,8 8,3 8,7 9,1 9,6 10,0 10,4 10,8 11,3 11,7 12,2 12,8 13,3 13,9 14,5 15,2 15,9 16,8 17,7

 

Примеры расчета насосно-рукавных систем при различных схемах соединений рукавных линий.

Пример 1. Определить минимальный требуемый напор у пожарного насоса при подаче воды по рукавной линии (см. рис.5.41 "а") длиной 200 метров из прорезиненных рукавов диаметром 77 мм к пожарному стволу с диаметром насадка 19 мм. Ствол поднят на высоту 20 метров.

Решение. Напор у пожарного ствола для обеспечения рабочей пожарной струи при R_K = 17м, должен составлять Н_СВ = 27,1 м (см. табл.5.12). При этих условиях подача пожарного ствола будет составлять Q = 6,5 л/с. (см. табл.5.12). Потери напора в рукавной линии составят:

h_C = n ^. S_P ^. Q²,

где количество рукавов в рукавной линии n определяется из условия 20% - ного запаса рукавов и 20-ти метровой длины каждого рукава; n=12.

S_P = 0,015 (см. табл.5.10)

Тогда: h_C = 12^.0,015 ^. 6.5² =7,6 м.

Таким образом, минимальный требуемый напор у пожарного насоса должен составлять:

Пример 2. Определить минимальный требуемый напор у пожарного насоса при подаче воды по двум параллельным одинаковым (S₁=S₂) рукавным линиям (см. рис. 5.41 "б") длиной 100 метров из прорезиненных рукавов диаметром 77 мм к пожарным стволам с диаметром насадка 19 мм. Стволы подняты на высоту 10 метров.

Решение. При параллельном соединении рукавных линий требуемый напор у пожарного насоса целесообразно определять по формулам:

где:

n – количество рукавов в одной рукавной линии

S_P – коэффициент сопротивления одного рукава (см. табл.5.10)

Q – общий расход воды из двух стволов при R_K = 17 м (см. табл.5.12)

S_H – коэффициент сопротивления насадка пожарного ствола (см. табл.5.11)

Тогда:

Минимальный требуемый напор у пожарного насоса должен составлять:

H=30,6+10=40,6 м. (4,06 кг/см² или 0,4 МПа).

Пример 3. Определить минимальный требуемый напор у пожарного насоса при подаче воды по трем параллельным одинаковым (S₁=S₂=S₃) рабочим рукавным линиям, длиной 100 метров из прорезиненных рукавов диаметром 51мм к пожарным стволам с диаметрами насадков 13 мм со смешанным соединением рукавной системы (см. рис. 5.41 "в") и магистральной рукавной линии длиной 200 м из прорезиненных рукавов диаметром 77 мм (без учета потерь напора на рукавном разветвлении).

Решение. Потери напора в рабочей рукавной системе состоящей из трех параллельных одинаковых рукавных линий с пожарными стволами будут составлять:

где:

n_P – количество рукавов в одной рабочей рукавной линии;

S_p – коэффициент сопротивления одного рукава рабочей рукавной линии (см. табл.5.10);

S_H – коэффициент сопротивления насадка пожарного ствола (см. табл. 5.11);

Q – общий расход воды из трех стволов при R_K= 17 м (см. табл. 5.12).

Потери напора в магистральной рукавной линии будет составлять:

где:

n_M – количество рукавов в магистральной рукавной линии;

S_M – коэффициент сопротивления одного рукава магистральной рукавной линии (см. табл. 5.10).

Тогда минимальный требуемый напор у пожарного насоса: