В этой статье речь пойдет о пропускной способности пожарных рукавов, в частности напорных. Эффективность использования техники на пожаре во многом зависит от взаимного соответствия характеристик применяемого оборудования, и в первую очередь насосов, стволов, рукавов и их пропускной способности.
Гидравлические характеристики насосов, пожарных рукавов и стволов могут быть увязаны между собой при помощи параметров: пропускной способности (для рукавов), подачи (для насосов) и производительности (для стволов), каждый из которых представляет собой расход воды в единицу времени.
Расчетные величины подачи насосов и производительности стволов известны. Пропускная способность рукавов зависит не только от их диаметра и типа (прорезиненные или непрорезиненные), но и от длины рукавных линий, а также потерь напора, которые могут быть допущены для обеспечения нормальной работы насосов и стволов. Следовательно, для рукава определенного типа и диаметра с известной величиной гидравлического сопротивления пропускная способность будет обусловлена допустимой величиной потерь напора и длиной рукавной линии.
Потери напора от водоисточника до пожара
Потери напора в магистральных рукавах, которые могут быть приняты за расчетную величину, определяются следующим образом.
При подаче воды к лафетным стволам они равны разнице между расчетным давлением на насосе (90 м вод. ст.) и расчетным давлением у ствола (60 м вод. ст.), т.е. 30 м вод. ст.
При подаче воды к ручным стволам дополнительно учитываются потери в рабочих рукавах и в разветвлении. Если считать, что они равны 20 м вод. ст., то при расчетном давлении у ствола 40 м вод. ст. и у насоса 90 м вод. ст., потери напора в магистральных рукавах будут 30 м вод. ст.
Расчетные длины магистральных линий определяются условиями противопожарного водоснабжения. На основании статистических данных по пожарам, происшедшим в городах и в сельской местности, были построены кривые обеспеченности расстояний от водоисточника до места пожара (рис. 1).
Рис. 1. Кривые обеспеченности расстояний от водоисточника до пожара:
1 — для городов; 2 — для сельской местности; 3 — общая кривая.
Расстояние от водоисточника до места пожара при подаче воды к лафетным стволам или при работе в перекачку может быть принято за длину магистральной линии. При подаче воды к ручным стволам и наличии разветвления длина магистральных рукавов будет на 40-60 м короче. Однако для упрощения можно считать, что расстояние от водоисточника до места пожара равно длине магистральной линии (при более точных расчетах производится корректировка).
С помощью кривых, приведенных на рис. 1, можно найти расчетную длину, если задаться обеспеченностью. Обычно обеспеченность принимается равной 90 %. По общей кривой на графике ей соответствует расстояние от водоисточника до места пожара 230 м. Это значит, что, если автомобиль будет укомплектован рукавами общей длиной 460 м (для двух рукавных линий), то на 90% пожаров (с расстоянием до водоисточника равным или меньшим 230 м) могут быть получены расчетные величины давлений на стволах при расчетном давлении на насосе или меньшем.
В остальных 10% случаев пожаров (с расстояниями до водоисточника более 230 м) тушение будет производиться при подаче воды по одной рукавной линии, и, следовательно, расход воды от насоса снизится как по причине уменьшения числа рукавных линий, так и по причине понижения давления воды у стволов, если их количество на одной рукавной линии останется прежним.
Процент пожаров, при тушении которых возможно достижение рабочих режимов на стволах и насосах с полным использованием их подачи при длине магистральных рукавов 230 м, в городских условиях будет выше и составит 98 %, а в сельской местности — наоборот, ниже: всего 40 %.
Окончательно расчетную длину магистральных рукавов можно принять равной 200 м (при наличии автонасосов), либо 100-150 м (при наличии мотопомп в зависимости от их технических возможностей), поскольку это расстояние соответствует нормативному радиусу действия пожарных водоемов.
Влияние на потери напора воды в рукавной линии
Параметры технических характеристик напорных рукавов во многом определяют эффективность действий пожарных подразделений. Так, шероховатость внутренней поверхности рукавов оказывает влияние на потери напора воды в рукавной линии и регламентирует предельно возможную длину этой линии.
В напорных рукавах при подаче воды изменяется их длина и площадь поперечного сечения. Внутренний гидроизоляционный слой рукава под напором воды вдавливается в армирующий каркас (чехол) рукава. При этом формируется профиль шероховатости его внутренней поверхности, определяющей величину сопротивления потоку воды.
Для рукавов длиной 20 м определены коэффициенты сопротивления Sp , указанные в таблице согласно учебнику Пожарная техника табл.3.3. (М.Д. Безбородько).
|
Рукава |
Диаметр рукава, мм |
||||||||
| 38 | 51 | 66 | 77 | 89 | 150 | 200 | 250 | 300 | |
|
С армирующим каркасом из синтетических волокон с внутренним гидроизоляционным слоем |
0,34[4] | 0,13 | 0,034 | 0,015 | 0,007 | 0,0004 | 0,0003*[5] | 0,000068*[5] | 0,000028*[5] |
|
С армирующим каркасом из натуральных волокон без гидроизоляционного слоя |
– | 0,24 | 0,077 | 0,03 | – | – | – | – | – |
|
Рукава с двухсторонним покрытием на рабочее давление 3,0 МПа |
0,51[4] | – | – | – | – | – | – | – | – |
- * для рукавов длиной 100 м.
- [4] и [5] смотрите источники ниже.
Потери напора в магистральной рукавной линии, м, определяем по формуле
h м.р.л = Np Sp Q2,
где Sp – коэффициент сопротивления одного рукава длиной 20 м (таблица выше); Q – расход воды в магистральной линии, л/с; Np – число рукавов в магистральной линии, шт., которое определяем по формуле
Np = 1,2 L/20,
где L – расстояние от пожарного автомобиля до места подачи стволов, м.
Длина любой рукавной линии зависит, прежде всего, от гидравлических сопротивлений рукавов Sp и расхода Q подаваемой воды. Так, предельную длину магистральной рукавной линии, м, определяем по формуле
где Zм – наибольшая высота подъема (+) или спуска (-) местности на предельном расстоянии, м; Zпр – наибольшая высота подъема (+) или спуска (-) приборов тушения, м.
Потери напора в рукаве длиной 20 м
Зависимость потерь напора в одном рукаве длиной 20 м от расхода протекаемой воды: 1 – диаметр рукава 77 мм; 2 – диаметр рукава 66 мм
Пропускная способность рукавов
Для определения пропускной способности рукава построен график зависимости между его диаметром и расходом воды (рис. 2) для расчетной длины рукавной линии и нескольких других длин.
Рис. 2. Кривые пропускной способности рукавов
Согласно этому графику пропускная способность применяемых рукавов для расчетной длины 260 м составит при диаметре 65 мм — 7 л/сек; 77 мм — 13 л/сек.
График позволяет проанализировать различные схемы подачи воды. Наиболее употребительная схема — это подача от каждой магистральной линии через разветвление РТ-70 или РТ-80 двух стволов «Б» и одного ствола «А». Для ствола «Б» с насадком диаметром 13 мм расчетный расход равен 3,6 л сек, а для ствола «А» с насадком диаметром 19 мм — 7,4 л/сек. Для рассматриваемой схемы это составит 14,6 л/сек.
Отсюда вытекает, что рукав диаметром 66 мм, имеющий вдвое меньшую пропускную способность, чем требуется для данной схемы, непригоден в качестве магистрального. Наоборот, рукав диаметром 77 мм хорошо увязан с этой схемой подачи воды. Для него расходу 14,6 л/сек соответствует расчетная длина магистральных рукавов 200 м, а с учетом длины рабочих линий расстояние от водоисточника до пожара будет 240-260 м, т.е. равно расчетному.
Расход, получаемый при работе по рассматриваемой схеме, равен примерно половине подачи пожарного насоса типа ПН-30. Это позволяет сделать предварительный вывод о соответствии характеристики насоса пропускной способности рукава диаметром 77 мм, так как при подаче воды по двум магистральным рукавным линиям будет обеспечено полное использование производительности насоса. Более тщательный анализ соответствия характеристики насоса условиям подачи воды по тем или иным схемам можно сделать графическим путем.
В связи с выпуском пожарных автомобилей на базе новых шасси с мощными двигателями (КРАЗ и УРАЛ-375) возникла необходимость в насосе с большей подачей, чем ПН-30, и в рукаве, диаметр которого должен иметь соответствующую этому насосу пропускную способность.
Чтобы правильно выбрать диаметр рукава, необходимо соблюдать следующее условие: в ряду диаметров рукавов каждый из них должен иметь пропускную способность, четно кратную пропускной способности рукава следующего большего диаметра. Если, например, принять пропускную способность рукава диаметром 77 мм равной 15 л/сек (округляя 14,6 л/сек в большую сторону), то для рукава следующего типоразмера пропускная способность должна быть 30 л/сек, а для рукава самого большого диаметра — 60 л/сек.
Приложение № 1
Пропускная способность одного прорезиненного рукава длиной 20 метров в зависимости от диаметра
|
Пропускная способность, л/с |
Диаметр рукавов, мм |
|||||
| 51 | 66 | 77 | 89 | 110 | 150 | |
| 10,2 | 17,1 | 23,3 | 40,0 | – | – | |
Приложение № 2
Величины сопротивления одного напорного рукава длиной 20 м
| Тип рукавов | Диаметр рукавов, мм | |||||
| 51 | 66 | 77 | 89 | 110 | 150 | |
| Прорезиненные | 0,15 | 0,035 | 0,015 | 0,004 | 0,002 | 0,00046 |
| Непрорезиненные | 0,3 | 0,077 | 0,03 | – | – | – |
Приложение № 3
Объем одного рукава длиной 20 м
| Диаметр рукава, мм | 51 | 66 | 77 | 89 | 110 | 150 |
| Объем рукава, л | 40 | 70 | 90 | 120 | 190 | 350 |
Пропускной способности 30 л/сек по графику (рис. 2) для расчетного расстояния 250 м соответствует диаметр рукава 104 мм, а пропускной способности 60 л/сек — 138 мм.
Учитывая, что рукав диаметром 150 мм уже выпускается, а в большинстве стран СНГ принят рукав диаметром 110 мм, целесообразно иметь на вооружении рукава указанных диаметров. Пропускная способность их будет несколько превышать расчетную, или, наоборот, при расчетной пропускной способности для рукавов этого диаметра (30 и 60 л/сек) возрастет расчетная длина магистральной линии — до 340-360 м.
Пропускная способность рукавов при соответствующих расчетных длинах и типах насосов
Для эффективного использования противопожарного оборудования пропускная способность рукавов должна быть увязана с подачей насосов и производительностью стволов. Степень увязки всех этих параметров для насосов ПН-30К и ПН-30КФ (кривая Q-H для насоса ПН-30КФ построена по результатам испытаний во ВНИИПО двух серийных автомобилей на шасси ЗИЛ-130) показана на рис. 3.
Рис. 3. Кривые Q-H для насосов типа ПН-30 и различных схем подачи воды:
1 — две линии диаметром 77 (два ствола «А» и четыре ствола «Б»); 2 — одна линия диаметром 110 (четыре ствола «А»); 3 — одна линия диаметром 110 (пять стволов «А»); 4 — стационарный ствол ПЛС-С40; 5 — две линии диаметром 77 (один ствол ПЛС-П20).
Зона рабочих режимов ограничена кривой Q-H насоса, а также горизонтальной прямой, соответствующей давлению 90 м вод. ст. — по условиям допустимого давления для рукавов. Поэтому увеличение зоны рабочих режимов насоса ПН-30КФ по сравнению с насосом ПН-З0К фактически равно лишь заштрихованному участку.
На этом же рисунке нанесены кривые Q-H для различных схем подачи воды.
Наиболее распространенную схему подачи воды по двум магистральным линиям с рукавами диаметром 77 мм и двум разветвлениям РТ-80 на четыре ствола «Б» и два ствола «А» отражает кривая 1. Точка А на этой кривой, которая соответствует расчетному расходу 29,2 л/сек, определяет необходимое давление на насосе — 80 м вод. ст. Поскольку она лежит ниже точки Б, определяющей возможные условия работы при полностью открытом дросселе карбюратора двигателя, расчетный режим имеет запас по мощности, примерно равный 15%. Следовательно, подтвердилось ранее принятое положение о том, что рукава диаметром 77 мм и основная схема подачи воды по ним через разветвление РТ-80 хорошо увязана с характеристикой насоса ПН-З0К.
Можно сделать и второй вывод; установка на автомобиле насоса ПН-З0КФ, при условии использования той же схемы подачи воды, не обеспечивает увеличения расхода. Повышение подачи насоса до 40 л/сек может быть оправдано лишь необходимостью отбирать часть воды на работу пеносмесителя.
Расход воды, отбираемой от этого насоса и подаваемой на тушение пожара, можно увеличить только для тех схем, у которых точка А будет находиться в заштрихованной зоне, в частности при использовании одной линии из рукавов диаметром 110 мм и пятиходового разветвления (кривая 3); при питании стационарного ствола ПЛС-С40. Однако оба этих варианта вряд ли целесообразны. Ствол производительностью 40 л/сек может быть установлен при емкости цистерны не менее 4-5 м3, а, как правило, в этом случае мощность двигателя позволяет устанавливать насос с подачей 60-65 л/сек. Вызывает сомнение и необходимость применения рукава диаметром 110 мм совместно с насосом типа ПН-30, который имеет напорные патрубки с условным проходом всего 70 мм. Кроме того, аналогичный анализ совместной схемы работы рукавов этого диаметра с насосом ПН-60 показывает, что при пятиходовом разветвлении этот насос должен иметь номинальную подачу 74 л/сек (на две рукавные линии), что превышает мощностные возможности существующих автомобильных двигателей.
Четырехходовое разветвление для рукава диаметром 110 мм обеспечивает его хорошую увязку с насосом, имеющим номинальную подачу 60-65 л/сек.
Рукав диаметром 150 мм хорошо сочетается с насосом ПН-100 при малой высоте всасывания (не более 2 м). При высоте всасывания 3,5 м он не может обеспечить подачу расчетного расхода воды к двум лафетным стволам ПЛС-В60 по двум линиям диаметром 150 мм.
Окончательные значения пропускной способности магистральных рукавов при соответствующих расчетных длинах и типах насосов, с которыми они увязаны, приведены в таблице.
| Диаметр рукава, мм | 77 | 110 | 150 |
| Расчетная длина, м | 260 | 340 | 360 |
| Пропускная способность, л/сек | 15 | 30 | 60 |
| Тип насоса | ПН-30 — ПН-40 | ПН-60 | ПН-100 |
Пропускная способность пожарных рукавов
Источники:
- ГОСТ Р 51049-2008 Рукава пожарные напорные. Общие технические требования. Методы испытаний.
- Методическое руководство по организации и порядку эксплуатации пожарных рукавов. Москва 2008г.
- М.Д. Безбородько, Учебник Пожарная техника, Москва, 2004.
- Черкинский М.В. Обоснование параметров насосно-рукавных систем при транспортировке и подаче огнетушащих веществ. Магистерская диссертация. АГПС МЧС России, 2017.
- Ольховский Иван Александрович. Технология применения рукавных систем с пропускной способностью более 100л/с для тушения пожаров на объектах энергетики. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.
