Сегодня в рубрике «Взгляд на проблему» представлен авторский взгляд старшего преподавателя кафедры ликвидации чрезвычайных ситуаций Университета гражданской защиты МЧС Руслана Михалева на актуальность проведения исследований гидравлического сопротивления напорных пожарных рукавов и их пропускную способность.
В этой статье речь пойдет о зависимости подачи количества огнетушащего вещества в единицу времени (пропускная способность) на максимальное расстояние от гидравлического сопротивления напорных пожарных рукавов.
Напорные пожарные рукава являются одним из основных элементов систем тушения пожаров.
Пожарный рукав – это гибкий трубопровод оборудованный рукавными соединительными головками и предназначенный для транспортирования огнетушащих веществ. Рукава подразделяются на:
всасывающие рукава – предназначены для забора воды из водоисточника с помощью пожарного насоса и ее транспортирования;
напорно-всасывающие рукава – предназначены для забора воды из водоисточника или из системы противопожарного водоснабжения и ее транспортирования;
напорные рукава – предназначены для транспортирования огнетушащих веществ под избыточным давлением.
В настоящее время на вооружении в органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям республики находятся напорные пожарные рукава различного диаметра, основные это 51, 66, 77, 89, 150 мм.
Производят напорные пожарные рукава из льняных и синтетических нитей в виде тканого круглого чехла с герметизацией его полимерными материалами или резиной. В отличие от жестких трубопроводов в мягких рукавах при подаче воды происходит изменение длины и площади поперечного сечения. Тонкая резиновая или латексная прокладка под напором воды вдавливается в ткань рукава, вследствие чего шероховатость внутренней поверхности несколько увеличивается. Кроме того, прямая рукавная линия при удлинении рукавов принимает волнистую форму. Таким образом, с одной стороны, имеет место уменьшение потерь напора вследствие увеличения диаметра и, с другой стороны, возрастание потерь напора из-за удлинения рукавной линии и увеличения шероховатости. Проведенные исследования показали, что эти изменения в потерях напора уравновешиваются между собой, и поэтому их отдельно не учитывают, а относят к общим потерям в рукавах.
Гидравлические потери или гидравлическое сопротивление – безвозвратные потери удельной энергии (переход ее в теплоту) на участках гидравлических систем, обусловленные наличием вязкого трения [1].
В большинстве случаев потери в пожарных рукавах составляют от 10 до 30 %. В большинстве случаев процент потерь зависит от таких факторов:
- условия, при которых применяются пожарные рукава, так, температура может привести к расширению или же сужению рукава, и это отразится на проценте потерь.
- огнетушащие вещества (вода, раствор пенообразователя, вода со смачивателем), используемые для тушения пожара отличаются плотностью, они по-разному контактируют с поверхностью пожарного рукава, соответственно и перемещаются с различной скоростью. И это также влияет на количество потерь.
Потери напора в различных пожарных рукавах также возникают из-за сопротивления в соединительных, крепежных элементах, арматуре. Основная причина – это стремительное расширение или же сужение потока, его разделение или же перемена основного направления. Величина таких потерь может быть достаточно большой.
Гидравлический расчет потерь напора при движении воды в рукавах выполняется на основании справочных данных, приведенных для пожарных рукавов и имеет ряд допущений.
Эффективность использования техники на пожаре во многом зависит от взаимного соответствия характеристик применяемого оборудования, и в первую очередь насосов, рукавов, стволов. Пропускная способность рукавов также зависит не только от их диаметра, но и от длины рукавных линий, способа ее прокладки, а также потерь напора, которые могут быть допущены для обеспечения нормальной работы насосов и стволов. Следовательно, для рукавов одного диаметра с известной величиной гидравлического сопротивления пропускная способность будет обусловлена допустимой величиной потерь напора и длиной рукавной линии.
Подача воды во время тушения осуществляется насосно-рукавными системами, вид которых определяется характером развития пожара и требованиями обеспечения быстрого и надежного его тушения.
Для упрощения расчетов рукавных систем экспериментально устанавливают величину гидравлического сопротивления одного пожарного рукава длиной 20 м при рабочих напорах, применяемых в практике пожаротушения.
Основные расчеты, связанные с эксплуатацией напорных пожарных рукавов – это определение объема количества огнетушащего вещества и максимального расстояния его подачи, основанное на значении гидравлического сопротивления рукава соответствующего диаметра. Такие расчеты часто проводятся при проектировании систем противопожарного водоснабжения, а также при расчете насосно-рукавных систем подачи огнетушащих веществ от основной пожарной аварийно-спасательной техники. На пожарах, особенно крупных, личному составу зачастую приходится иметь дело с достаточно большим количеством напорных пожарных рукавов разного диаметра насосно-рукавными системами, соответственно и порядок расчета их гидравлических характеристик зависит от выбранной схемы соединения. Важно отметить, что проведение расчетов насосно-рукавных систем является важной частью тактической подготовки руководящего состава пожарно-спасательных подразделений и входит в перечень его прямых компетенций [2].
В различных справочных материалах значение гидравлического сопротивления напорного пожарного рукава может существенно различаться.
Исходя из проведенного анализа представляется необходимым проведение исследований для определения постоянных значений гидравлических сопротивлений пожарных рукавов разного диаметра.
Также немаловажной величиной при проведении расчетов является пропускная способность напорного рукава.
Пропускная способность рукавов ограничена не только из-за возрастания гидравлического сопротивления при повышении расхода, но и с целью недопущения гидравлического удара. Вероятность гидравлического удара и порыва рукава может быть сведена к минимуму: во-первых, снижением скорости движения воды в рукаве (расход воды должен быть менее полной пропускной способности рукава), во-вторых, организационными мероприятиями (исключение возможности одновременного перекрытия стволов, использование неперекрывных стволов, защита линий рукавными мостиками и так далее). [7]
Однако отсутствуют точные критерии определения пропускной способности напорных пожарных рукавов. Особенно это необходимо для определения оптимального способа прокладки рукавных линий для обеспечения работы стволов.
Эту характеристику учитывают, планируя оптимальную схему тушения пожара на объектах. Она определяется, помимо вида магистрали и ее диаметра, длиной линий и допустимым уровнем снижения напора. Каждый из этих факторов принимают во внимание, пропускная способность подбирается с некоторым запасом, чтобы избежать в важный момент неспособности магистрали подавать необходимый объем состава для тушения огня.
Исследования по выявлению фактической пропускной способности напорных пожарных рукавов эмпирическим методом проводились и опубликованы. [8]
Опыты проводились по определению фактической пропускной способности пожарных рукавов с внутренним гидроизоляционным слоем без наружного покрытия, рассчитанными на рабочее давление (Рр) 1,6 МПа, длиной 20 метров, с условным проходом (DN) 50 и 80 мм. Разрывное давление для применяемых рукавов не менее 3,5 МПа. Метод проведения испытаний – объемный, заключался в заполнении тарированной емкости объемом 1 м3 через один рукав. Испытания проводились при температуре окружающего воздуха от +7 до+12 °С и атмосферном давлении 755 – 768 мм рт. ст.
Также в ходе исследований было установлено, что пропускная способность рукавов с диаметром 51 мм, с внутренним гидроизоляционным слоем без наружного покрытия, рассчитанными на Рр=1,6 МПа в зависимости от напора на насосе и условий окружающей среды, может достигать до 22л/с, а рукавов с внутренним диаметром 77мм – до 47 л/с при аналогичных условиях. [8]
Проведенный анализ технических нормативно-правовых актов показывает, что имеющиеся документы не определяют четкие требования к гидравлическому сопротивлению напорных пожарных рукавов, также значения сопротивления не указывают производители. Пропускная способность напорных пожарных рукавов может значительно отличаться ото справочной. Что может существенно повлиять на выбор оптимальных и рациональных схем боевого развертывания и прокладки рукавных линий, а также повлиять на успех тушения пожара.
Поэтому для находящихся в настоящее время в эксплуатации пожарных рукавов требуется достаточно точное определение гидравлического сопротивления в реально значимых диапазонах изменений определяющих параметров.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.
1.Гидравлические потери или гидравлическое сопротивление [Электронный ресурс]/Материал из Википедии – свободной энциклопедии.–Режим доступа:https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BB%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D0%BF%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8–Дата доступа: 04.11.2020.
2. Малютин О.С., Васильев С.А. Проблема гидравлического расчета насосно-рукавных систем в пожарной тактике/ Малютин О.С., Васильев С.А. // Сибирский пожарно-спасательный вестник. – 2018. –№4(11). – С. 67–72.
3. Иванников В.П., Клюс П.П. Справочник руководителя тушения пожара. – М.: Стройиздат, 1987. – 288с.: ил.
4. Теребнев В.В. Справочник руководителя тушения пожара. Тактические возможности пожарных подразделений / В.В. Теребнев. - М.: Пожкнига, 2004 г. - 248с.: ил.
5. Ходаков В.Ф. Гидравлика в пожарном деле./ В.Ф. Ходаков – М.:Высшая школа МООП РСФСР, 1965.-204с.
6. Инструкция о порядке эксплуатации пожарных рукавов в органах и подразделениях по чрезвычайным ситуациям: приказ Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь, 07 октября 2019 г., № 300 .
7. Рекомендации по технологии тушения пожаров в зданиях и сооружениях, а также резервуарных парков, с помощью современных многофункциональных ручных и лафетных пожарных стволов.
8. Арканов П.В., Степанов О.И., Лемеш В.Л, Савушкин А.Н. Выявление фактической пропускной способности пожарных рукавов эмпирическим методом / Арканов П.В., Степанов О.И., Лемеш В.Л, Савушкин А.Н. // Техносферная безопасность. – 2014. –№2(3) -. [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://uigps.ru/nauka/tekhnosfernaya-bezopasnost-nauchnyy-elektronnyy-zh/soderzhanie-zhurnala--2-3/
