Ствол специальный для пожарно-оросительных трубопроводов

Полезная модель относится к горной промышленности и используется для определения статического и динамического давления воды в шахтных трубопроводах и водоотдачи при тушении подземных пожаров.
Подземный пожар очень опасен, может продолжаться длительное время и его сложно тушить. Тушение подземного пожара необходимо начинать сразу после возникновения, иначе он распространится на большую площадь через трещины в массиве горных пород и по горным выработкам.
Согласно требованиям «Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности в угольных шахтах», все действующие горные выработки должны быть оснащены пожарно-оросительным трубопроводом, который должен обеспечивать подачу воды на тушение пожара и устройство водяных завес на пути его распространения в любой точке горных выработок шахты. Использование пожарно-оросительного трубопровода для других целей категорически запрещено.
Пожарно-оросительный трубопровод должен быть постоянно заполнен водой с нормируемыми напорно-расходными характеристиками с тем, чтобы в любой момент можно было подключиться к нему для тушения пожара.
3
3
2
Сеть пожарно-оросительного трубопровода шахты состоит из магистральных и участковых линий. Магистральный трубопровод прокладывается в вертикальных и наклонных стволах (шурфах), штольнях, околоствольных дворах, главных и групповых откаточных штреках и квершлагах, уклонах и бремсбергах общешахтного назначения, и, как правило, имеет диаметр больше, чем участковый трубопровод, который прокладывается в забоях подготовительных выработок. Напорно-расходные характеристики (давление и расход воды) магистрального и участкового трубопровода регламентируются нормативными документами и гидравлическими расчетами в зависимости от конфигурации сети, мест расположения резервуаров, питающих сеть, насосных станций и редукционных узлов, характеристик насосов и установок пожаротушения, длины и диаметра трубопроводов. Так, согласно «Инструкции по противопожарной защите угольных шахт» расход воды от магистрального трубопровода должен быть не менее 0,022 м/с, от участкового трубопровода – не менее 0,013 м/с при минимальном давлении 0,6 МПа (или 6 кг/см).
Для обеспечения водой с требуемыми для данного участка трубопровода напорно-расходными характеристиками, необходимыми для эффективного тушения пожара, надо проводить регулярный контроль давления и расхода воды.
Известно устройство (zelaz.ru/stvol-specialnyy-sm.html), предназначенное для выявления расхода воды и ее давления в шахтных трубопроводах пожарно-оросительного предназначения и содержит корпус, насадку (или сопло), манометр, головку соединительную и футляр. Принцип функционирования ствола основан на прохождении воды через насадку или сопло, во время которого теряется давление, которое связано с расходом определенной зависимостью. Давление и расход воды можно определить по шкале манометра, который установлен на корпусе ствола.
Техническим результатом полезной модели является возможность в шахтных условиях проводить измерения давления воды и определять расход воды в магистральном и участковом трубопроводах.
Указанный технический результат достигается тем, что в стволе специальном для пожарно-оросительных трубопроводов, содержащем корпус с переходниками, к одному из которых прикреплена соединительная головка, а к другому присоединен наконечник с краном, насадки и манометр, согласно полезной модели, применяются две насадки, одна  для измерения давления и расхода воды в магистральном трубопроводе, другая - в участковом трубопроводе, а манометр оснащен дополнительным диском со шкалами, по которым определяется расход воды на магистральном или участковом трубопроводах в зависимости от давления.
В связи с тем, что, согласно «Инструкции по противопожарной защите угольных шахт», расход воды в магистральном трубопроводе должен быть больше, чем в участковом при одинаковом значении давления, то и диаметр насадок будет разным, т.е. для магистрального трубопровода должна применяться насадка с большим диаметром, чем для участкового.
3
3
Для выполнения условий соблюдения нормированных расходов воды, а именно 0,022 м/с на магистральном трубопроводе и 0,013 м/с на участковом трубопроводе при минимальном давлении воды 0,6 МПа, необходимо определить оптимальный диаметр насадки для каждого трубопровода. Для этого  сделаем следующий расчет.
Для магистрального трубопровода:
Исходные данные:
2
минимальное давление воды – 0,6 МПа (или 6 кг/см, или 60 м.вод.ст);
3
нормируемый расход воды при минимальном давлении – 0,022м/с.
V = S √ 2g H,
3
где V – расход воды, м/с,
2
S – площадь сечения отверстия, м,
2
g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с,
Н – напор (давление) , м.вод.ст. (= 60 м.вод.ст).
2
Отсюда: S = V: √ 2g H = 0,022: √ 2·9,8·60 =0,00062 м,
2
S = π D: 4,   D = √4·S: π = √ 4·0,00062 : 3,14 = 0,028 м (или 28 мм).
Аналогичный расчет проведем для участкового трубопровода:
Исходные данные:
2
минимальное давление воды – 0,6 МПа (или 6 кг/см , или 60 м.вод.ст);
3
нормируемый расход воды при минимальном давлении – 0,013м/с.
2
S = V: √ 2g H = 0,013: √ 2·9,8·60 =0,00038 м,
D = √4·S: π = √ 4·0,00038 : 3,14 = 0,022 м (или 22 мм).
Таким образом, расчет показал, что для более точного измерения давления воды в магистральном и участковом трубопроводах, необходимо применять насадки с полученными диаметрами, т.е. для магистрального трубопровода диаметр – насадка диаметром 28 мм, для участкового – 22 мм.
2
Для построения шкалы расхода воды на магистральном и участковом трубопроводах проведем расчеты, задаваясь значениями давления, например, при давлении 5кг/см:
1. Для магистрального трубопровода
V = S √ 2g H,
3
где V – расход воды, м/с,
2
2
S – площадь сечения отверстия насадки диаметром 28 мм, м  (для магистрального трубопровода 0,00062 м),
2
g – ускорение свободного падения, 9,8 м/с,
2
Н – напор (давление), м.вод.ст. (например, 5 кг/смили 50 м.вод.ст),
3
3
V = 0,00062·√ 2·9,8·50 = 0,019 м /с или 69,5 м/ч.
2. Для участкового трубопровода
3
3
V = 0,00038·√ 2·9,8·50 = 0,0118 м/с или 42,5 м/ч.
2
3
3
Таким образом, при давлении воды, равном 5кг/см, расход воды на магистральном трубопроводе будет 69,5 м/ч, а на участковом трубопроводе - 42,5 м/ч (см. фиг.2).
Аналогично рассчитав расход воды для любого значения давления  воды в магистральном и участковом трубопроводах, можно составить 2 шкалы расхода, с помощью которых можно быстро и точно в условиях шахты определить расход воды на данных трубопроводах в зависимости от давления.
Полезная модель поясняется чертежом, где на фиг.1 изображен общий вид устройства, на фиг.2 – манометр, оснащенный дополнительным диском со шкалами.
Ствол специальный для пожарно-оросительных трубопроводов содержит корпус 1 с переходниками 2 и 3, к переходнику 2 прикреплена соединительная головка 4, а к переходнику 3 – наконечник 5 с резьбовым патрубком 6 на конце.  К патрубку 6 присоединяется кран 7, к которому подсоединяется сменная насадка 8. Насадка 8 имеет два исполнения: с внутренним диаметром 28 мм и 22 мм. Насадка с внутренним диаметром 28 мм применяется при проверке давления и расхода воды на магистральном трубопроводе, а насадка диаметром 22 мм – на участковом трубопроводе. Корпус 1 имеет расширитель 9, служащий для предохранения манометра 10 от резких перепадов давления.
Для определения расхода воды манометр 10 (фиг.2) снабжен дополнительным диском 11, изготовленным из прозрачного материала, например, самоклеющейся пленки, на котором имеются две концентрические окружности со шкалами. Числа, нанесенные на внешней шкале 12, показывают расход воды на магистральном трубопроводе при использовании насадки диаметром 28 мм, на внутренней шкале 13 – расход воды на участковом трубопроводе при использовании насадки диаметром 22 мм. Дополнительный прозрачный диск с двумя шкалами совмещается со шкалой давления на циферблате и приклеивается с внутренней стороны стекла манометра.
Ствол специальный для пожарно-оросительных трубопроводов работает следующим образом.
К крану 7 подсоединяют насадку с внутренним диаметром, соответствующим трубопроводу, на котором производятся замеры давления и расхода воды. Например, для замера давления и расхода воды на магистральном трубопроводе подсоединяют насадку с внутренним отверстием 28 мм.
Контргайку 14 свинчивают до упора с корпусом 1 так, чтобы соединительная головка 4 не проворачивалась относительно корпуса 1. Затем через соединительную головку 4 ствол подсоединяют к пожарному крану пожарно-оросительного трубопровода. Ослабив контргайку 14, производят ориентировку ствола так, чтобы вылет струи из насадки происходил вдоль оси горной выработки. Закрепив корпус ствола контргайкой, открывают пожарный кран на пожарном трубопроводе. Вода поступает в корпус ствола, затем через отверстие 15 заполняет камеру 16 расширителя, к которому присоединен манометр. Расширитель сглаживает перепады давления и манометр показывает истинную величину давления. Когда стрелка манометра остановится и примет устойчивое положение, определяют величину давления, а по дополнительной шкале, например, по внешней, которая предназначена для измерения расхода воды в магистральном трубопроводе, фиксируют расход воды.
Кроме того, стволом можно замерять статическое давление в пожарно-оросительном трубопроводе, т.е. без расхода воды. Для этого закрывают кран 7  и подают воду в ствол. Вода поступает в камеру 16 расширителя, давление в камере и стволе выравнивается и по показанию манометра определяют его величину.
Для сохранения ствола и манометра от возможных повреждений, ствол хранится и переносится по горным выработкам в металлическом футляре (на фиг. не показан). Ствол укладывается на дно футляра и закрепляется от перемещений специальными гибкими фиксаторами.
Таким образом, конструктивные решения, воплощенные в полезной модели, а именно применение насадок разного диаметра и снабжение манометра дополнительным прозрачным диском со шкалами для определения расхода воды в магистральном и участковом трубопроводах, использование крана при определении статического давления в трубопроводе обеспечивают высокую точность измерений давления и расхода воды в условиях шахты.
Кроме того, применение дополнительного диска со шкалами расхода воды позволяет работнику не производить расчеты самому, а пользоваться показаниями на шкалах и, находясь в шахте, оперативно определять расход воды.
Предложенный ствол специальный для пожарно-оросительных трубопроводов имеет простую, надежную и безопасную в эксплуатации конструкцию, небольшие габариты и вес, позволяет с большой точностью определять давление и расход воды в магистральном или участковом пожарно-оросительном трубопроводе.