2015-04-30
1940
Для определения тактических возможностей АПМ при тушении
пожаров и при ведении аварийно-спасательных работ необходимо произвести расчет всей системы подачи ТАВ от установки пожаротушения автомобиля до выхода из пожарного ствола.
К элементам системы подачи ТАВ относятся технические средства (пожарное оборудование): рукава, разветвления, переходные соединительные головки и стволы.
Основными требованиями к техническим средствам для подачи ТАВ являются:
– устойчивость к среде внутри оборудования с температурой жидкости до 210°С(350 °С) и давлением до 2 МПа (12,5 МПа) (в зависимости от вида установки пожаротушения);
– устойчивость к среде снаружи оборудования с температурой
от –50 до +100°С при нормальном давлении (в зависимости от условий применения);
– обеспечение проведения боевого развертывания в кратчайшие сроки;
– безопасность при работе с оборудованием.
Диаметр условного прохода труб и трубопроводной арматуры после насосов в установке пожаротушения АПМ составляет 21 мм. В качестве магистральных рукавных линий применяются армированные несжимаемые рукава диаметром 25 мм, для рабочих – рукава диаметром 16 мм, разветвления 25×16 мм и стволы с диаметрами насадок от 4,8 до 7,0 мм. Особенностью использования технических средств подачи ТАВ является то, что вода
(в жидком состоянии) в них движется с расходом от 0,4 до 2,0 л/с при температуре от +160 до +210 °С и избыточном давлении от 1,3 до 2,0 МПа.
Принципиально важным является также тот факт, что трубопроводы установки пожаротушения при используемых температурах и давлениях подаваемой воды имеют диаметры менее 51–76 мм и в соответствии
с ПБ 10-573 относятся к категориям I.4, II.2 и III.2(табл. 12.13). Трубопроводы I категории с условным проходом менее 70 мм и трубопроводы II
и III категорий с условным проходом менее 100 мм не требуют регистрации в органах Госгортехнадзора России, так как они безопасны и регистрируются только в организации, являющейся владельцем трубопровода.
Таблица 12.13
| Категории трубопроводов | Группа | Рабочие параметры среды | ||
| температура, °С | давление, МПа (кгс/см2) | |||
| I | Свыше 560 | Не ограничено | ||
| Свыше 520 до 560 | То же | |||
| Свыше 450 до 520 | « | |||
| До 450 | Более 8,0 (80) | |||
| II | Свыше 350 до 450 | До 8,0 (80) | ||
| До 350 | Более 4,0 (40) до 8,0 (80) | |||
| III |
| До 4,0 (40) | ||
| До 250 | Более 1,6 (16) до 4,0 (40) | |||
| IV | – | Свыше 115 до 250 | Более 0,07 (0,7) до 1,6 (16) |
Технические средства должны обеспечивать возможность подачи ТАВ к месту назначения с требуемыми расходом, рабочим давлением
и температурой, необходимыми для выполнения задач в соответствии
с тактикой тушения пожаров. Система защиты установки пожаротушения обеспечивает исключение кипения воды до напорного патрубка. После напорного патрубка обеспечение работоспособности системы будет зависеть от ее геометрических параметров.
Гидравлический расчет системы при подаче ТАВ от АПМ сводится
к определению:
–расхода через рукавную систему, геометрические параметры которой известны (т.е. известны диаметры рукавов и насадков стволов, высота превышения стволов по вертикали над напорным патрубком АПМ), известна также характеристика Q–H установки пожаротушения;
– напора установки, если заданы расчетный расход воды (напор перед стволом), схема подачи ТАВ, а также диаметр и длина рукавных линий;
– предельной длины системы по расчетному расходу воды и напору установки.
В большинстве случаев подачи ТАВ от АПМ достаточно прокладывать две рабочие линии с подсоединенными стволами, обеспечивающими требуемый расход и вид струи. При подаче ТАВ происходит охлаждение воды по рукавной линии. В среднем падение температуры составляет на один рукав от 0,5 до 4,5 °С в зависимости от времени прогрева (в начале работы). Прогрев рукавов диаметром 25 мм при среднем расходе воды 1,2 л/с происходит в течение 2 мин, а рукавов диаметром 16 мм при среднем расходе 0,5 л/с – в течение 9 мин. Зимой время прогрева рукавов увеличивается. Количество стволов не должно превышать суммарный расход воды –
2 л/с. Если суммарный расход воды будет превышать указанное значение, то не хватит мощности установки, чтобы нагреть большое количество воды, проходящей через теплообменник, для получения взрывного кипения. В таком случае система будет неработоспособной.
Система будет работоспособной, если одновременно выполняются следующие условия:
-отсутствие кипения воды от теплоэнергетической установки до выхода из ствола (рис. 12.42). Этого можно достичь, если рабочие параметры воды, такие как избыточное давление Р в, температура t в и объем, будут соответствовать недогретой воде:
P в> P (t нас),
t в< t (P нас);
-температура воды перед стволом будет не менее 160 °С;
-насадки стволов обеспечивают требуемый расход воды.
| Р, МПа |
Рис. 12.42. Диаграмма состояния воды по отношению к линии насыщения:
– параметры воды перед стволом;
– линия насыщения воды;
– вскипание воды на выходе из ствола
Температура насыщения воды t нас (температура вскипания) зависит от давления P нас. При обычных условиях эта температура составляет
100 °С. Соответственно, чем выше давление, тем выше температура
вскипания.
Для достижения взрывного кипения воды при минимальном расходе и температуре 160 °С перед стволом необходимо создать избыточное давление P:
– 1,31 МПа – для ствола с диаметром насадка 4,8 мм;
– 1,42 МПа – для ствола с диаметром насадка 6,0 мм;
– 1,84 МПа – для ствола с диаметром насадка 7,0 мм.
Расходы воды в среднем составляют значения 0,48; 0,51 и 0,62 л/сдля стволов с диаметрами насадков 4,8; 6, 0 и 7,0 мм соответственно.
Для инженерных расчетов системы подачи ТАВ от АПМ следует применять методы расчета для воды с температурой от +2 до +23 °С, учитывая коэффициенты гидравлических сопротивлений технических средств (табл. 12.14) и рабочие параметры системы при подаче ТАВ.
Таблица 12.14
| Наименование оборудования | Гидравлическое сопротивление, (с/л)2м |
| Рукава диаметрами: 25 мм 16 мм Разветвление 25×16 мм Переходная соединительная головка 25×16 мм Стволы с диаметрами насадков: 4,8 мм 6,0 мм 7,0 мм | 3,17 38,52 2,9 2,6 |
Напор, развиваемый установкой пожаротушения, 
при подаче ТАВ на тушение расходуется на преодоление сопротивлений магистральных и рабочих рукавных линий, рукавной арматуры, стволов и подъема местности, т.е.
(12.1)
где 
– потери напора в магистральной рукавной линии, м; 
– потери напора в разветвлении, м; 
– высота подъема разветвления над установкой, м; 
–напор на разветвлении, м.
Напор на разветвлении определяется для каждой рабочей
рукавной линии:
, (12.2)
где 
– потери напора в рабочей рукавной линии, м; 
– напор перед стволом, м; 
– высота подъема ствола над установкой, м.
Потери напора в магистральных и рабочих рукавных линиях,
составленные из последовательно соединенных одинаковых рукавов, определяются по формуле
(12.3)
где 
– количество рукавов длиной 20 м; 
– гидравлическое сопротивление одного рукава для подачи ТАВ длиной 20 м, (с/л)2м (принимается
по табл. 12.14); 
– расход воды, л/с.
Потери напора в рукавах составляют:
– до 7 м – для рукава диаметром 25 мм;
– до 13 м – для рукава диаметром 16 мм.
Потери напора в разветвлениях определяются по формуле
(12.4)
где S – сопротивление разветвления для подачи ТАВ, (с/л)2м (принимается по табл. 12.14).
Потери напора для разветвления трехходового 25×16 ммсоставляют не более 6,0 м.
Напор перед стволом определяется из выражения
, (12.5)
где 
– сопротивление насадка ствола, (с/л)2м (принимается по табл. 12.14).
Напор перед стволом в зависимости от диаметра насадка требуется не менее:
– 147 м – для ствола с диаметром насадка 4,8 мм;
– 159 м – для ствола с диаметром насадка 6,0 мм;
– 205 м – для ствола с диаметром насадка 7,0 мм.
Напор на разветвлении принимается для наиболее загруженной рабочей рукавной линии (где требуется максимальный напор). При этом напоре по остальным рукавным линиям расход воды будет несколько большим:
(12.6)
Потери напора в магистральной линии определяются по суммарному расходу воды в рукавных линиях.
После расчета по заданной схеме подачи необходимо определить возможность подачи ТАВ 
, т.е. напор, развиваемый установкой пожаротушения автомобиля, 
после напорного патрубка должен быть большим или равным требуемому напору 
для получения струй из всех стволов при выполнении условий работоспособности.
Рукава для подачи ТАВ выдерживают максимальное избыточное давление воды 2 МПа и температуру воды 210 °С. Напор воды в таких условиях при изменении расхода от 0,4 до 2,0 л/с составляет239 м. Эти режимы работы входят в рабочую область установки пожаротушения (рис. 12.43).
Рис. 12.43. Характеристика Q–H установки пожаротушения:
– характеристика установки;
– рабочая область установки для рукавов;
– полиноминальная характеристика установки
При расчете системы предлагается пользоваться этой аналитической характеристикой и принимать напор, развиваемый установкой автомобиля, после напорного патрубка 239 м, который с достаточной точностью вполне приемлем для практических расчетов. Результаты теоретических расчетов удовлетворительно согласуются с опытными данными.
Экспериментально получена зависимость напора установки пожаротушения 
от расхода Q ТАВ:
(12.7)
Формула (12.7) справедлива при расходе ТАВ от 0,4 до 2,0 л/с.
Максимальный напор 
установки, используя насос НЦПВ
(до 4 МПа), можно развить до 390 м при расходе 0,64 л/с, а применяя плунжерный насос (до 10 МПа), напор установкибудет еще большим,
поэтому существует возможность подачи ТАВ от автомобиля по металлическим трубопроводам (сухотрубам) к месту назначения либо необходимы технические средства, которые способны выдерживать рабочую среду
с избыточным давлением до 10 МПа и температурой до +280 °С.
Для определения предельной длины подачи ТАВ необходимо рассчитать количество рукавов n (длиной 20 м) в магистральной линии.
Из выражений (12.1) и (12.3) количество рукавов составит
(12.8)
Таким образом, предельное расстояние 
составит
, (12.9)
где 1,2 – безразмерный коэффициент, учитывающий неровность местности.
Предельное расстояние, найденное расчетным путем, необходимо сравнить с фактическим расстоянием от места установки автомобиля
до места пожара, что позволит проверить возможность подачи воды
по избранной схеме подачи. ТАВ можно подать от АПМ (при использовании насоса 4 МПа) на расстояние до 2040 м и на высоту до 87 м. Существует возможность подачи ТАВ от автомобиля по металлическим трубопроводам (сухотрубам) при использовании насоса 10,0 МПа для тушения пожаров
и ведения аварийно-спасательных работ на высотных объектах до 350 м.
