Расчет диаметров трубопровода

Диаметры трубопроводов ВПВ следует определять с помощью гидравлического расчета.

Диаметр трубопроводов на различных участках водопроводной сети

d, * 5AQ?’⁵p~°'²⁵,

где di - внутренний диаметр трубопровода, мм; Q_t - расход, л/с; S = 10д/19,6Р; - скорость водяного потока, м/с; Р, - давление, МПа.

Диаметры трубопроводов ВПВ выбираются с учетом рекомендуемых скоростей движения воды. При этом скорость движения воды в напорных трубопроводах согласно СНиП 2.04.01-85* (п. 7.6) должна быть не более 3 м/с, как правило, в районе ~ 1 м/с (табл. 7.6).

Таблица 7.6

Рекомендуемые скорости движения воды в трубопроводах ВПВ

Диаметр труб, мм	Скорости движения воды в трубопроводах насосных станций, м/с
	всасывающие	напорные
До 250	0,6-1,0	0,8-2,0
Св. 250 до 800	0,8-1,5	1,0-3,0

Стоит отметить, что при аналитическом обосновании и выборе соответствующего гидравлического оборудования, способного противостоять возможным гидравлическим ударам, скорость движения воды может быть увеличена. Для специального ВПВ и ВПВ, совмещенного с водопроводом АУП, эта скорость может составлять до 10 м/с включ. Для ВПВ, объединенного с производственным (технологическим) трубопроводом, предельная скорость движения воды определяется допустимыми скоростями производственной сети, но она не должна превышать допустимых значений для технических средств производственного (технологического) ВПВ.

Кольцевую сеть рассчитывают при условии отключения одного из вводов, т. е.,из условия пропуска 100 % рас-

хода воды по любому вводу и полукольцу. На практике принято диаметр трубопроводов подбирать в зависимости от требуемого расхода, давления и вида гидравлической сети - тупиковой или кольцевой (табл. 7.7).

Таблица 7.7

Взаимосвязь диаметра трубопровода, расхода, давления и вида гидравлической сети

Давление, МПа	Расход воды, л/с, при диаметре сети,					мм	Вид сети
	100	125	150	200	250	300
0,1	10	20	25	30	40	55	Тупиковая
	25	40	55	65	85	115	Кольцевая
0,2	14	25	30	45	55	80	Тупиковая
	30	60	70	90	115	170	Кольцевая
0,3	17	35	40	50	70	95	Тупиковая
	40	70	80	110	145	205	Кольцевая
0,4	21	40	45	60	80	110	Тупиковая
	45	85	90	130	185	235	Кольцевая
0,5	25	45	50	70	90	120	Тупиковая
	50	90	105	145	200	265	Кольцевая

Рекомендуемые значения скорости движения воды ВПВ, объединенного с хозяйственно-питьевой сетью, приведены в табл. 7.8.

Таблица 7.8

Рекомендуемые скорости движения воды в трубопроводе ВПВ, совмещенном с хозяйственно-питьевым водопроводом

Расход воды, л/с	Скорость движения воды, м/с, при диаметре труб, мм
	100	125	150	200	250	300	350	400
1	0,13	-	-	-	-	-	-	-
2	0,245	-	-	-	-	-	-	-
3	0,37	0,24	-	-	-	-	-	-
4	0,49	0,315	0,22	-	-	-	-	-
5	0,61	0,39	0,274	-	-	-	-	-

Расход воды, л/с	Скорость движения воды, м/с, при диаметре труб, мм
	100	125	150	200	250	300	350	400
6	0,73	0,47	0,33	-	-	-	-	-
7	0,86	0,55	0,384	0,217	-	-	-	-
8	0,98	0,63	0,44	0,248	-	-	-	-
9	1,1	0,71	0,493	0,279	-	-	-	-
10	1,22	0,79	0,548	0,31		-	-	-
12	1,47	0,94	0,66	0,37	0,24	-	-	-
14	1,71	1,1	0,77	0,454	0,278	-	-	-
16	1,96	1,26	0,88	0,5	0,32	0,22	-	-
18	2,2	1,42	0,99	0,56	0,36	0,247	-	-
20	2,45	1,52	1,1	0,62	0,4	0,275	0,205	-
22	2,69	1,73	1,21	0,68	0,44	0,3	0,226	-
24	2,94	1,89	1,32	0,74	0,48	0,33	0,246	-
26	-	2,05	1,43	0,81	0,52	0,357	0,267	0,206
28	-	2,2	1,53	0,87	0,56	0,385	0,287	0,22
30	-	2,36	1,64	0,93	0,6	0,41	0,308	0,237
32	-	2,52	1,75	0,99	0,64	0,44	0,328	0,253
34	-	2,68	1,86	1,05	0,68	0,467	0,349	0,269
36	-	2,83	1,97	1,12	0,72	0,495	0,369	0,285
38	-	2,99	2,08	1,18	0,76	0,52	0,39	0,3
40	-	-	2,19	1,24	0,84	0,55	0,41	0,316
42	-	-	2,3	13	0,86	0,58	0,43	0,33
44	-	-	2,41	1,36	0,88	0,6	0,45	0,35
46	-	-	2,52	1,43	0,92	0,63	0,47	0,36
48	-	-	2,63	1,49	0,95	0,66	0,49	0,38
50	-	-	2,74	1,55	0,99	0,69	0,51	0,395

Примечание (авт.). Рекомендуемые значения скорости движения воды выделены полужирным шрифтом.

РАСЧЕТ РАСХОДА ВОДЫ

Расход воды в зависимости от вида водопровода рассчитывается по одной из формул Qp ~ £?ПК Qxоз

 Qx оз £?произ

Qp ⁼ Ож + Qayu Qp ⁼ Qm - специальный ВПВ,

где Q_p - расчетный расход воды; 0пк - расход воды, приходящийся на пожарные краны; Q_X03 - расход воды, потребляемый хозяйственно-питьевым водопроводом; Q_nр0Из - расход воды, приходящийся на производственные нужды; Qayu - расход воды, приходящийся на водопровод АУП.

По аксонометрической схеме устанавливают диктующий пожарный кран. Если расход ВПВ рассчитывается из условия одновременного использования не одного, а нескольких пожарных стволов, то по архитектурной планировке определяют место расположения пожарных кранов, которые могут быть задействованы вместе с диктующим пожарным краном. Это могут быть краны, расположенные по тому же стояку или опуску ниже диктующего крана, или краны, расположенные на одноименном этаже на смежных стояках или опусках.

Уточняется расход пожарных кранов. Расход и давление диктующего пожарного крана принимаются по данным табл. 3 СП 10.13130.2009 или СНиП 2.04.01-85* (см. табл. 6.4 настоящего учебно-методического пособия). Определяют расход и давление у остальных пожарных кранов, используемых одновременно с диктующим.

Задаваясь величиной расхода д_дикт и давления Р_дикт диктующего крана (наиболее удаленного и/или высокорасположенного), определяют расход нижерасположенных кранов и/или кранов, расположенных на смежных стояках или опусках, одновременно используемых при тушении пожара

где К - коэффициент производительности ручного пожарного ствола; P_t - расчетное давление на /-ом пожарном кране, который может использоваться одновременно с диктующим пожарным краном; l_mKll - разница по длине трубопровода между диктующим и смежным пожарным краном; £ P_Mi ~ потери давления за счет местных сопротивлений на участке /диюг-/-

Значение коэффициента производительности ручных пожарных стволов с диаметром выходного отверстия 0 13, 16 или 19 мм, соответствующих требованиям ГОСТ Р 53331-2009, ГОСТ 9923-93 и НПБ 177-99*, составляет соответственно 0,588, 0,891 или 1,260.

Суммарный расход всех пожарных кранов, которые могут использоваться одновременно, рассчитывается по формуле

Расход воды по отдельным санитарным приборам определяется согласно СНиП 2.04.01-85*, в которых приведены основные виды санитарных приборов и в зависимости от величины давления и диаметра условного прохода даны пропускаемые ими секундный и часовой расход воды.

где Q_хоз - средний расход воды на хозяйственно-питьевые нужды, л/с; N_i - число приборов в каждой группе; P_i - вероятность действия хозяйственно-питьевых приборов каждой группы; g_0i - расход воды прибором каждой группы хозяйственно-питьевых потребителей, л/ч.

При определении расхода воды по расчетным участкам с приборами хозяйственно-питьевого или производственного назначения сосредотачивают эти расходы в точках присоединения стояков или опусков соответственно к внутреннему магистральному или транзитному трубопроводу.

Если нормативный расход Q > 3 • 5 > 15 л/с (3 струи по не менее 5 л/с каждая), то к расчету принимают два смежных наиболее удаленных от насосной станции пожарных стояка с работой высокорасположенных пожарных кранов: двух пожарных кранов на одном стояке (один на верхнем этаже, другой на этаже ниже) и одного верхнего пожарного крана на другом, т. е. пожарный стояк рассчитывают на пропуск не менее 10 л/с.

При нормативном расходе Q > 4-5 > 20 л/с на каждом стояке берется по два пожарных крана: один на верхнем этаже и один на нижерасположенном этаже.

В зданиях с пожарным расходом Q > 5-5 > 25 л/с на каждом стояке берется по два спаренных крана на верхнем этаже и один на нижерасположенном этаже, т. е. 2 + 1 = 3

крана по не менее 5 л/с каждый. Таким образом, пожарный стояк рассчитывают на пропуск не менее 15 л/с.

Если нормативный расход равен Q > 8 • 5 > 40 л/с, то каждый стояк рассчитывают не менее чем на Q > 5 тп > 20 л/с, где m = 2 - два спаренных пожарных крана и п = 2 - два этажа, т. е. на каждом этаже от одного стояка работают по 2 спаренных пожарных крана.

7.1.ВЫБОР НАСОСНОГО АГРЕГАТА

7.2.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В пожарных насосных установках ВПВ чаще всего используются центробежные насосы.

Выбор типа насосов и количества рабочих насосных агрегатов производится с учетом максимальных значений рабочего расхода и давления (по результатам гидравлического расчета сети). Подходящий тип насоса подбирают по характеристикам Q-H, имеющимся в каталогах на насосы или насосные агрегаты. При этом учитываются следующие данные: требуемые расход (подача) и давление (напор) воды, развиваемое насосом, габариты насоса и взаимная ориентация всасывающих и напорных патрубков (что определяет условия компоновки), масса насоса.

Особое внимание при выборе пожарного насоса следует обращать на возможность взаимозаменяемости его насосами иного назначения (хозяйственно-питьевыми и технологическими). В частности, для этих целей широко используются отечественные центробежные консольные насосы типа К [7]. Насосы данного типа используются в качестве повысительных в жилых и общественных зданиях для чистой воды с водородным показателем pH = (6-9) и температурой от 0 до 105 °С. Конструкция насоса позволяет устанавливать напорный патрубок как вертикально, так и горизонтально в обоих направлениях.

Пример выбора насосного агрегата, осуществляющего подачу воды из пожарного резервуара

Например, требуется подобрать насосный агрегат ВПВ, совмещенного с хозяйственно-питьевым водопроводом, для производственного здания III степени огнестойкости, категории В по пожарной опасности, объемом свыше 5 тыс. м³; в качестве водопитателя используется пожарный резервуар. Согласно данным табл. 2 СП 10.13130.2009 или СНиП 2.04.01-85* (табл. 6.3 настоящего учебно-методического пособия) предусматривается одновременная работа двух ручных пожарных стволов (две струи) с расходом каждого не менее 2,5 л/с.

В составе каждого пожарного крана принимаем клапан DN 65, ручной пожарный ствол с диаметром выходного отверстия 0 16 мм и пожарный рукав DN 65 длиной 20 м.

При этих условиях согласно табл. 3 СП 10.13130.2009 или СНиП 2.04.01-85* (табл. 6.4 настоящего учебнометодического пособия) при расходе ствола 2,6 л/с давление у диктующего клапана пожарного крана должно быть не менее 0,09 МПа. Расход из двух ручных стволов с учетом некоторого запаса и неравномерности расходов принимаем равным 5,5 л/с (19,8 м³/ч).

При заборе воды из запасного резервуара давление Р_нас или напор Н_нас пожарного насоса определяются по формулам

^нас = 0 + ^К)(Рл +Лс) + ^дикт + Zp/100;

^нас = 0 + ^К\К +^с) + ^дикт + ^р>

где К = 0,2 - коэффициент, учитывающий местные потери давления в трубопроводе; /г_л, Рп - линейные потери давления по длине трубопровода; /г_вс> р*_с - потери во всасывающей линии; Ядикт, Рд»кт - давление у диктующего пожарного крана (наиболее удаленного и/или высокорасположенного); Z_p - разность отметок между диктующим пожарным краном (наиболее удаленным и/или высокорасположенным) и нижним уровнем воды в резервуаре.

Примечание (авт.). Величины Н_анкт, И_л и /i_BC должны быть выражены в «м», а Рдикт, р„ и р_к в «МПа».

Исходные данные:

расход ВПВ равен 5,5 л/с (19,8 м³/ч);

давление у диктующего крана = 0,09 МПа (Н_ткт = = 9м);

геометрическая высота диктующего пожарного крана Z_p = 8 м (геометрическая высота отсчитывается от оси насоса до оси диктующего пожарного крана);

потери давления во всасывающей линии р_к < 0,01 МПа (h_BC = 1 м);

линейные потери давления по длине трубопровода р_п = 0,08 МПа (Н_л = 8 м);

коэффициент, учитывающий местные потери давления в трубопроводной сети, К = 0,2.

Следовательно Р_нас > (1 + 0,2)(0,08 + 0,01) + 0,09 + 0,08 = = 0,28 МПа.

Я_нас > (1 + 0,2)(8 + 1) + 9 + 8 ~ 28 м.

Таким образом, давление (напор) насоса должно составлять не менее Р_Нас > 0,28 МПа (Я_нас > 28 м).

Для выбора типа насоса с заданными параметрами ВПВ воспользуемся полем Q-H насосов (рис. 7.10) [7]. Для Н= 28 м и Q = 19,8 м /ч в зону внимания консольных насосов типа К

входят насосы 50-32-160 и 65-50-160. Конструкция насосов типа К соответствует ГОСТ 22247-96.

Рис. 7.10. Поле Q - Н насосов (пунктир внутри поля насосов означает обточку «а» при работе насоса в средней части поля)

С учетом некоторого резервирования (запаса) по расходу воды целесообразно выбрать моноблочный повыси- тельный электронасос 65-50-160 типа КМП (максимальная подача 25 м³/ч или 6,95 л/с).

В характеристике насоса цифры означают:

первое число (две цифры) 65 - диаметр всасывающего патрубка в мм;

второе число (две цифры) 50 - диаметр напорного патрубка в мм;

третье число (три цифры) 160 - номинальный диаметр рабочего колеса в мм.

Рабочая характеристика насоса приведена на рис. 7.11. Вертикальная линия 1 соответствует расходу 5,5 л/с (19,8 м³/ч), точка A находится на рабочей части Q-H характеристики. При данном расходе напор на выходе насоса составит ~ 33,5 м (горизонтальная линия 2), а мощность - 3,8 кВт (горизонтальная линия 3, точка В).

Рис. 7.13. Характеристики электронасоса КМП 65-50-160: Q - расчетная подача (расход); Н- расчетный напор насоса; N -мощность насоса; ЛНД - допускаемый кавитационный запас

Величина допускаемого кавитационного запаса Д^_д составляет ~3,5м (прямая 1, точка С).

При выборе насоса, осуществляющего подачу воды из резервуара, важно обеспечить его бескавитационную работу.

С этой целью необходимо убедиться, что выбранный насос по своим кавитационным качествам соответствует гидравлической системе, для которой он предназначается. При этом одним из основных параметров является геометрическая высота всасывания, т. е. высота установки оси насоса над минимальным уровнем жидкости в процессе потребления насосом воды из резервуара (когда ось насоса находится выше уровня воды, либо высота установки оси насоса

над максимальным уровнем воды в резервуаре, когда ось насоса находится ниже уровня воды).

Максимально допустимая высота всасывания зависит от температуры воды, конструктивных особенностей насоса и его подачи (расхода).

Величина кавитационного запаса учитывает дополнительное падение давления при входе воды в рабочее колесо насоса, вызванное неравномерностью распределения скорости движения воды. Без учета кавитационного запаса высота всасывания получается примерно на 3 м больше допустимой.

Кавитационный запас системы АЛ_СИСт (м) можно рассчитать по следующей формуле

ЛЙсист^- { 100(Рахм — Р_п) — [± Z_B\ — Z/2_B}/(pO,

где Ретм - абсолютное атмосферное давление на свободную поверхность жидкости в резервуаре, из которого ведется откачивание, МПа; Р_п - давление насыщенных паров воды при рабочей температуре, МПа; Z_B - уровень жидкости от оси рабочего колеса, м; Е/г_в - суммарные потери напора (давления) во всасывающем трубопроводе при максимальной подаче (расходе), м; ф - коэффициент запаса, ф = (1,2-1,4); о - коэффициент кавитации.

Давление паров воды зависит от температуры эксплуатации (табл. 7.9).

Таблица 7.9

Давление паров воды в зависимости от температуры

Давление паров воды (Па или м. вод. ст.) при температуре, °С
5	10	20	30	40	50	60	70	90
0,09	0,12	0,24	0,43	0,75	1,25	2,00	3,17	7,10

Примечание (авт.). Для представления «м. вод. ст.» в «МПа» необходимо величину, указанную в табл. 7.9, разделить на 100.

Величина Z_B равна расстоянию по вертикали от оси вала насоса до уровня жидкости в резервуаре, из которого ее откачивают. Она имеет знак «плюс» при расположении

рабочего колеса выше уровня жидкости (высота всасывания) и знак «минус» при расположении рабочего колеса ниже уровня жидкости (подпор).

Коэффициент кавитации можно определить по формуле

а =

где m_s - коэффициент быстроходности рабочего колеса; С - коэффициент, характеризующий конструктивные особенности насоса.

Взаимосвязь между коэффициентом быстроходности и коэффициентом, характеризующим конструктивные особенности насоса, приведена в табл. 7.10.

Таблица 7.10

Взаимосвязь между коэффициентами m_s и С

Параметр	Значение
ms	0,8-1,2	1,2-1,3	1,3-2,5	2,5-4,2
с	10,0-12,5	13,3	13,3-16,7	\ 6,7-20,0

Условие бескавитационной работы насоса в данной системе

Мощность двигателя электронасоса N_m (кВт) определяется из выражения

N_m = Кили N_nB =

³⁶⁷ПнасЛп ЛнасЛп

где К = 1,1-1,5 - коэффициент запаса мощности, принимаемый по электротехническим справочникам; О_мз/ч, 2л/с - расчетный расход насоса соответственно в «м³/ч» или «л/с»; Н, Р - подача или давление пожарного насоса соответст-

л               

венно в «м /ч» или «МПа»; г|нас- КПД насоса; т|_п- КПД пе-

редачи (при муфтовом соединении вала насоса и двигателя Пп = ^0,98)-

Однако необходимости в подборе электродвигателя нет, так как насос поставляется в комплекте с электродвигателем типа 4АМ. Частота вращения ротора 2900 об/мин, направление вращения - против часовой стрелки (если смотреть со стороны вала двигателя).

Мощность двигателя электронасоса КМП 65-50-160 по паспортным данным составляет 5,5 кВт.

Фактическое значение КПД насосного агрегата при муфтовом соединении вала насоса и двигателя

Пн = = 3,8/5,5 ~ 0,69.

Пример выбора насосного агрегата, осуществляющего подачу воды из магистральной сети

Например, требуется подобрать насос для ВПВ, оснащенного пожарным краном, в состав которого входят: клапан DN 65, ручной пожарный ствол с диаметром выходного отверстия 0 16 мм и пожарные рукава DN 65. Предусматривается одновременная работа двух ручных пожарных стволов 0 16 мм с расходом не менее 5 л/с каждый - расчетный общий расход ~ 10,5 л/с (подача 37,8 м³/ч ~ 38 м³/ч).

При этих условиях согласно данным табл. 3 СП 10.13130.2009 или СНиП 2.04.01-85* (табл. 6.4 настоящего учебно-методического пособия) при расходе ствола 5,1 л/с давление у клапана пожарного крана должно быть не менее 0,346 МПа.

При подаче воды от наружной магистральной сети расчетное давление Р_вв на вводе в здание должно быть не менее

Рм>РВВ-р ⁼ (1 ~^К)Рс Рдикт Z../100,

где Р_вв - гарантированное давление на вводе, мПа; К ~ 0,2 коэффициент потерь давления на местные сопротивления; Рдикт - расчетное или нормативное давление у диктующего пожарного крана, мПа; р_с - потери давления в сети, мПа; Z_BB - разность отметок по высоте между диктующим пожарным краном (наиболее удаленным и/или высокорасположенным) и осью трубопровода на вводе, м.

Расчетное давление Р_вв сравнивают с величиной гарантированного давления внешней водопроводной сети на вводе. Если выясняется, что гарантированное давление на вводе меньше расчетного, то предусматривают установку пожарных насосов.

При работе насоса от внешней магистральной сети его давление определяют по формуле

Рнас ^— (1 +К)Рс Рдикт Z_Ha(/l 00 — Р_вв.

Исходные данные:

давление у диктующего крана Рпк ⁼ 0,346 МПа;

геометрическая высота диктующего пожарного крана Z = 10 м (геометрическая высота отсчитывается от оси насоса до оси диктующего пожарного крана);

-линейные потери давления по длине трубопровода Р_с = 0,145 МПа;

местные потери давления в трубопроводе Р_м = 0,2 Р_с = = 0,029 МПа;

потери давления в насосной установке Р_н = 0,065 МПа;

гарантированное давление подпора магистральной сети перед насосом Р_мс = 0,26 МПа.

Таким образом давление подачи насоса с учетом давления подпора магистральной сети должно составлять Р_н не менее 0,419 МПа, т. е. Р ~ 0,42 МПа.

Для выбора типа насоса с заданными параметрами ВПВ воспользуемся полем Q-H насосов NK фирмы «Grundfos» (рис. 7.12) [8].

Выбираем центробежный насос типа NK 40-200, рабочие характеристики которого приведены на рис. 7.13.

Точка А на рис. 7.13 соответствует подаче 38 м³ /ч и напору насоса 42 м. Поскольку эта точка лежит выше кривой с диаметром рабочего колеса 0 187 мм, то приемлемым будет насос с диаметром рабочего колеса 0 198 мм (точка B). При расчетной подаче 38 м³/ч (расходе 10,5 л/с) напор насоса этой конфигурации составит Н ~ 45 м (или давление на выходе насоса должно быть Р ~ 0,45 МПа), а мощность при рабочем колесе 0 198 мм составит N ~ 7 кВт (точка C). Подбор электродвигателя для привода пожарного насоса производится по каталогам в зависимости от необходимой мощности.Л/дв (кВт)

где К = 1,1-1,5 - коэффициент запаса мощности, принимаемый по электротехническим справочникам; Q_Mз/ц, Q^_q - расчетный расход насоса соответственно в «м³/ч» или «л/с»; Я, Р - подача или давление пожарного насоса соответственно в «м /ч» или «МПа»; Г)нас- КПД насоса (rj_Hac ⁼ 0,66 при данных значениях Q_M3/₄ и Я или Qnj_c и Р)\ г|_п - КПД передачи (г|_п = 1, если насос и двигатель на одном валу).

Примечание (авт.). Центробежный насос фирмы «Grundfos» типа NK40-200 снабжен электродвигателем. Нижеприведенный расчет мощности двигателя представлен в качестве примера.

Литература

1. Проектирование водяных и пенных установок пожаротушения / Л.М. Мешман, В.А. Былинкин, Р.Ю. Гу-

бин, Е.Ю. Романова//Учеб.-метод. пособие. - М.: ВНИИПО, 2009. - 572 с.

Федеральный закон от 22.07.2008 № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности». - М.: ВНИИПО, 2008. - 156 с.

Графоаналитический метод компоновки пожарных кранов / Л.М Мешман, В.А. Былинкин, Р.Ю. Губин, Е.Ю. Романова // Пожарная безопасность. - 2009. - № 3. - С. 101-105.

Абросимов Ю.Г., Иванов А.И., Качалов А.А. и др. Гидравлика и противопожарное водоснабжение. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. - 391 с.

Иванов е.н. Противопожарное водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1986. - 316 с.

Гидравлика и противопожарное водоснабжение. Под редакцией Ю.А. Кошмарова. - М.: ВИПТШ МВД СССР, 1985.-384 с.

Центробежные консольные насосы общего назначения для воды. Каталог. - М.: ЦИНТИХИМНЕФТЕМАШ, 1989.-25 с.

Стандартные насосы NK. Каталог фирмы «Grnnd- fos», № 3 (рус.).

8. ИСПЫТАНИЯ ВПВ И ЕГО ТЕХНИЧЕСКИХ
СРЕДСТВ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Анализ методов испытаний ВПВ на работоспособность

Практически единственными действующими нормативными документами, регламентирующими номенклатуру испытаний внутреннего противопожарного водопровода, являются ППБ 01-2003 и ГОСТ 12.4.009-83. Согласно этим документам сети ВПВ должны не реже двух раз в год (вес-

ной и осенью) проверяться на водоотдачу пожарных кранов, а также ежемесячно тестироваться на работоспособность пожарных насосов.

Эта формулировка не дает четких указаний - должны ли проверяться все краны или только выборочно.

Представители территориальных органов ФПС требуют, как правило, от эксплуатационников проведения испытаний на водоотдачу ВПВ с регистрацией давления у одного диктующего клапана пожарного крана (т. е. наиболее удаленного и/или высокорасположенного) или у пожарного ствола этого крана, расхода этого пожарного крана и высоты компактной части струи этого крана.

Остальные клапаны пожарных кранов, в крайнем случае, подвергаются только внешнему осмотру и за все время эксплуатации, как правило, никогда не открываются, что приводит к залипанию штока и запорного устройства пожарных клапанов, находящихся длительное время неизменно в закрытом состоянии. По этой причине во время пожара клапан пожарного крана нередко просто невозможно открыть маховиком. Попытка открыть такой кран при помощи рычага заканчивается обломом штока.

Как свидетельствует анализ технического обслуживания пожарных кранов, испытаниям на водоотдачу подвергаются в основном только ВПВ, расположенные в складских зданиях и помещениях. В остальных случаях из-за малой вероятности возникновения пожара к обслуживанию ВПВ относятся весьма халатно, и по существу, проверке изредка подвергают только насосные установки.

Следует отметить, что проведение испытаний не в полном объеме объясняется тем, что в основополагающих нормативных документах по внутреннему противопожарному водопроводу (СП 10.13130.2009 и СНиП 2.04.01-84*) отсутствуют сведения, регламентирующие методы проведения испытаний, а о существовании ППБ 01-2003 и ГОСТ 12.4.009-83, в которых оговорены некоторые виды необходимых испытаний, ответственные за содержание и эксплуатацию ВПВ часто и не подозревают.

Способы измерения давления и расхода из пожарных стволов, взаимосвязь между давлением и расходом, тариро- вочные характеристики и расчетные методы подробно рассмотрены в работах [1-4].

Однако стандартная методика проверки ВПВ на водоотдачу до сих пор отсутствовала, поэтому не наблюдалось и методического единообразия в проведении этих испытаний.

Впервые разработка нормативного документа, регламентирующего методы проведения испытаний противопожарного водопровода на водоотдачу, была предпринята М.В. Реуттом с сотрудниками [5]. Важное положение этого документа - рекомендация одновременно проверять такое количество пожарных кранов, которое соответствует требованиям СНиП 2.04.01-85*, также предложена форма протокола таких испытаний при нормативном количестве одновременно работающих пожарных кранов. Однако этой методикой испытаний не предусматривалось измерение давления, высоты компактной части струи и в ней не устанавливались критерии положительной оценки испытаний.

Методика испытаний внутреннего противопожарного водопровода, изложенная в документе [6], не оговаривает время суток, необходимое для проведения испытания, все ли пожарные краны следует проверять, не дает определения термина радиус компактной части струи, и его отличие от термина высота компактной части струи, также непонятно как определить эту высоту для пожарного крана, расположенного, например, на последнем этаже 20-этажного здания.

Для проверки работоспособности пожарных кранов путем измерения давления и расхода НПО «Пульс» предлагает гидротестер [7]. Он состоит из держателя, шарового крана, короткого шланга и набора сопел выходными диаметрами 4, 6, 9 и 12 мм. Измерение давления осуществляется встроенным в держатель манометром. Устройство, с навернутым на него соплом, подключается к клапану пожарного крана. При открытии клапана регистрируется давление на манометре. Для определения расхода направляют сопло в мерную емкость и открывают на несколько секунд кран гидротестера. Если давление на манометре снизилось, то кран перекрывают и устанавливают сопло с меньшим выходным диаметром отверстия. Затем процедура тестирования повторяется, и если давление остается неизменным, то

по специальной тарировочной Рис. 8.1. Гидротестер типа HPS

таблице устанавливается соответствие расхода из гидротестера расходу пожарного ствола по табл. 6.4 (по табл. 3 СП 10.13130.2009 или СНиП 2.04.01-85*).

Аналогичный прибор типа HPS (рис. 8.1) используется и в Германии (изготовитель Brandschutz- technik).

При всей кажущейся привлекательности гидротестеров они абсолютно не пригодны для испытаний пожарных кранов на водоотдачу в силу следующих обстоятельств. Допустим, что по каким-либо причинам задвижка стояка или опуска открыта не полностью или внутреннее отверстие стояка вследствие коррозии сузилось до эквивалентного диаметра 0 14 мм. При проверке гидротестером даже с максимальным диаметром сопла 0 12 мм он покажет удовлетворительные результаты, хотя в реальных условиях при использовании пожарного ствола с диаметром выходного отверстия 0 16 или 19 мм давление и расход окажутся существенно ниже нормативных значений по табл. 6.4 (табл. 3 СП 10.13130.2009 или СНиП 2.04.01-85*).

Чаще всего пожарные краны ВПВ оборудуются ручными пожарными стволами, формирующими сплошные водяные струи. Сплошные водяные струи, образуемые пожарными стволами, отличаются своей компактностью, большой дальностью полета и сильным динамическим воздействием. В общем случае в сплошной струе выделяют две части - компактную и раздробленную.

В компактной части сохраняется сплошность потока, струя имеет цилиндрическую или близкую к ней форму.

В раздробленной части струи нарушается сплошность потока, струя разрывается на все более мелкие части и расширяется. Разрушение струи происходит под влиянием действующих на нее силы тяжести, сопротивления воздуха и внутренних сил, вызываемых турбулентностью струи и колебательно-волновым характером движения жидкости в ней. Определенное влияние на распад струи оказывают также и силы поверхностного натяжения.

Даже специалисты в области пожарной безопасности до сих пор расходятся в определении понятия компактная часть струи. Определение компактной части струи впервые сформулировано 1888 г. Фриманом: «Струя, которая не теряет своей сплошности, не превращается в дождь капель и несет не менее 0,75 всей массы потока воды в круге диаметром 25 см и 0,9 всей массы потока воды в круге диаметром 0,38 м». Этого же определения придерживаются авторы работ [2, 3].

Е.Н. Иванов [4], напротив, поддерживает положения Н.А. Тарасова-Агалакова: «Для оценки компактной струи пожарных стволов принимается часть струи, которая несет основную массу воды в круге диаметром 12,5 см».

Однако провести подобные испытания в реальных условиях достаточно сложно и практически невозможно. Так как отсутствует резкая грань между компактной и раздробленной частью, то и измерение этой части струи если и проводится, то с весьма большой погрешностью.

Как видно из приведенных выше определений, понятие компактная часть струи является относительным. Поэтому высоту компактной части струи определяют расчетным методом.

Для расчета высоты вертикальных струй (рис. 8.2) при давлении от 0,07 до 0,70 МПа (в которые вполне укладывается ВПВ) Фриманом предложена формула

S_B= 100Р(1-11,3 Р/d),

где £_в - высота сплошной вертикальной струй, м; Р - давление у ствола, МПа; d - диаметр выходного отверстия ствола, мм.

Высота сплошной вертикальной струи может быть определена по формуле Люгера

S_B = 100Р/(1 + 100 фР),

где ф - коэффициент, зависящий от диаметра выходного отверстия ствола (для диаметров 0 13, 16 и 19 мм этот коэффициент соответственно составляет 0,0165, 0,0124 и 0,0097).

Значения высоты вертикальной струи в зависимости от диаметра выходного отверстия и давления на ручном пожарном стволе (0,1 или 0,4 МПа), вычисленные по формулам Фрима- на и Люгера, приведены в табл. 8.1. При этом давление на ручном пожарном стволе Р = 0,1 и 0,4 МПа, приведенное в колонках 2 и 3 этой таблицы, определялось из выражения

Рис. 8.2. Вертикальная струя:

Р ⁼?1 = 10 - (Pi = 20 ~ Pi = ю) ^{= =} P 1 = 20 - 2(Pi = 20 -Pl= 10), где Р/ = jo - давление у клапана пожарного крана при длине рукава 10 м по табл. 6.4; Р/ = 20~ то же при длине 20 м.

Значения Pi = ю и Р/=20 принимались по данным табл. 8.1.

Согласно данным табл. 8.1 значения высоты вертикальной струи, вычисленные по формуле Люггера, несколько меньше, чем рассчитанные по формуле Фри- мана.

Установлено, что компактная часть струи является функцией от высоты струи

SK=SB/a где SK - высота компактной части струи; SB - высота струи; a - эмпирический коэффициент.

S_K - высо