Расчёт насосно-рукавных систем с ручными стволами

Гидравлический расчёт насосно-рукавных систем сводится к решению следующих основных задач:

1. Определение максимального расхода через рукавную систему, геометрические параметры которой известны (т.е. известны диаметры рукавов и насадков стволов, высота превышения стволов по вертикали над осью насоса), известна также характеристика насоса.

2. Определение напора насоса, если заданы расчетный расход воды (напор перед стволом), вид насосно-рукавной системы, а также диаметр и длина рукавных линий.

3. Определение предельной длины насосно-рукавной системы по расчетному расходу воды и напору насоса.

При определении расхода воды Q по заданному напору насоса (задача 1) необходимо учитывать характеристику рукавной системы и характеристику насоса, то есть

, (3.1)

где S _c – сопротивление рукавной системы, зависящее от ее вида и диаметра установленных на ней пожарных стволов; z – высота подъема пожарных стволов над осью насоса; H _н = a – bQ² – характеристика используемого насоса.

Тогда максимальный расчетный расход воды, подаваемый насосно-рукавной системой, составит:

. (3.2)

Для рукавной системы (см. рис. 3.1, а), состоящей из одного рукава, сопротивление вычисляют по формуле

S _с = S _р + S _ст, (3.3)

где S _р – сопротивление рукава заданного диаметра длиной L = 20 м; S _ст – сопротивление насадка пожарного ствола.

При последовательном соединении рукавов (рис. 3.1, б) общее сопротивление системы составит:

S _с = S _м n _м + S _р n _р + S _ст, (3.4)

где S _м, S _р – соответственно сопротивление одного магистрального и рабочего рукава; n _м, n _р – количество рукавов в магистральной и рабочей линиях соответственно.

Сопротивление смешанной системы с тремя пожарными стволами, показанной на рисунке 3.1, г, определяется как сумма сопротивлений магистральной и рабочих линий

, (3.5)

где S ₁, S _2, , S ₃ – сопротивление одного рукава соответственно в первой, второй и третьей линиях; n ₁, n ₂, n ₃ – количество рукавов в линиях; S _ст1, S _ст2, S _ст3 –сопротивление насадков стволов.

Подставляя найденное значение Q (3.2) в характеристику насоса, находим максимальный напор Н _н, который может создать насос, работая совместно с данной рукавной системой, то есть рабочая точка насоса будет задана параметрами Q _н и Н _н.

Для определения требующегося напора насоса в зависимости от расхода воды (задача 2), необходимо располагать всеми параметрами конкретной рукавной системы. В этом случае напор насоса определяется по формуле

Н _н = h _p + H _cв + z ₁ + z ₂ + h _вc, (3.6)

где h _p – потери напора в рукавной системе; H _cв – свободный напор перед стволом; z ₁ – высота подъема стволов над осью насоса; z ₂ – высота всасывания; h _вc – потери напора во всасывающей линии.

В практических расчетах напор насоса определяется по формуле

Н _н = S _с Q² + z, (3.7)

где S _с – сопротивление рукавной линии, зависящее от вида рукавной системы; Q – расчетный расход воды; z – высота подъема пожарных стволов над осью насоса.

Для примера рассмотрим решение этой задачи при использовании насосно-рукавной системы со смешанным соединением, показанной на рисунке 3.2. Система включает пожарный автонасос, установленный на пожарном гидранте, магистральную рукавную линию из n _м стандартных рукавов диаметром d _м сопротивлением S _м одного рукава, трехходовое рукавное разветвление, расположенное на высоте z_A по вертикали относительно оси насоса (потери насоса в разветвлении составляют h _A), три рабочие рукавные линии с диаметром рукавов d _p1, d _p2, d _p3 (сопротивление одного стандартного рукава S ₁, S ₂, S ₃ соответственно) по n ₁, n ₂, n ₃рукавов в каждой линии, и три пожарных ствола диаметром d _ст1, d _ст2, d _ст3 с сопротивлениями S _ст1, S _ст2, S _ст3, поднятыми на высоту z ₁, z ₂, z ₃, по вертикали относительно рукавного разветвления.

Рис. 3.2. Расчетная схема насосно-рукавной системы:

1 − пожарный гидрант; 2 − колонка пожарная;

3 − всасывающие рукава; 4 − пожарный автонасос;

5 − магистральная рукавная линия; 6 − разветвление

рукавное трехходовое; 7 − рабочие рукавные линии;

8 − стволы пожарные ручные

Определим требующийся напор насоса при условии, что из первого ствола с диаметром насадка d _ст1 необходимо по условиям тушения пожара получить струю с расходом Q ₁ (что соответствует радиусу компактной части R _к). В этом случае напор в точке А (на рукавном разветвлении) должен быть равен

H_{A 1} = S _p1 Q ²₁ + z ₁ = (S ₁ n ₁ + S _ст1) Q ²₁ + z ₁. (3.8)

При этом напоре по двум другим рабочим рукавным линиям расход воды составит:

По магистральной линии суммарный расход составит:

Q _м = Q ₁ + Q ₂ + Q ₃.

Напор на насосе составит:

H ^тр_н = n _м S _м Q ²_м + H_{A 1} + z_A + h_A. (3.9)

Если насосно-рукавная система симметрична, то есть магистральные и рабочие рукавные линии включают одинаковое количество рукавов одного диаметра, одинаковые стволы подняты на одну и ту же высоту Z относительно оси насоса, то решение задачи несколько упрощается и напор определяется по формуле

H ^тр_н = S _с Q ² + z + h_A. (3.10)

Сопротивление рукавной системы вычисляют как

, (3.11)

где e – количество магистральных линий; δ – количество рабочих линий.

Возможность подачи расчетного расхода воды на тушение пожара выбранной насосно-рукавной системы можно оценить расчетом, используя аналитический вид характеристики данного насоса. Для этого необходимо значение расхода Q подставить в уравнение характеристики насоса H = a – bQ² и определить максимальный напор H ^max_н, который может обеспечить насос при максимальном числе оборотов.

Если H ^max_н³ H ^тр_н, то подача расчётного расхода воды выбранной насосно-рукавной системы возможна. В других случаях, при H ^max_н < H ^тр_н система не выполнит поставленную задачу и потребуется принятие других технических решений, например, уменьшение гидравлического сопротивления рукавной системы или использование другого более мощного насоса.

Предельная длина магистральной рукавной линии (задача 3), например для насосно-рукавной системы, показанной на рисунке 3.2, определяется из выражения (3.9). При этом используется аналитический вид характеристики пожарного насоса, то есть

а − bQ² _н = n _м S _м Q² _м + H_A + z_A + h_A, (3.12)

где Q _н – подача насоса; Q _м – расход воды в магистральной рукавной линии (причём Q _н = Q _м); H_A – напор в рукавном разветвлении для обеспечения расчетных расходов воды через пожарные стволы, z_A – высота превышения (по вертикали) разветвления над осью насоса, h_A – потери напора в разветвлении.

Из выражения (3.12) предельная длина магистральной линии (в количестве 20 метровых стандартных рукавов) определится так:

, (3.13)

причем в случае получения дробного числа округление производится в сторону уменьшения.