УСТАНОВКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРЕКАЧКИ ЖИДКОСТИ НАСОСАМИ

Полезная модель относится к области пожаротушения, в частности к противопожарной технике и к способам подачи огнетушащего состава с использованием приспособлений для пожарных рукавов.
При прибытии пожарного подразделения на пожар огнетушащее вещество, преимущественно вода, подается из цистерны пожарного автомобиля. В случае недостатка этого возимого объема пожарный автомобиль устанавливается на водоисточник (пожарный гидрант или водоем). Однако водоисточники могут находится на значительных расстояниях от объекта горения, что усложняет обстановку на пожаре и требует дополнительных мероприятий по доставке воды к очагу горения.
Предельное расстояние по подаче огнетушащих веществ от пожарного автомобиля, установленного на водоисточник, определяется по формуле (см. Теребнев В.В, Подгрушный А.В. Пожарная тактика. Основы тушения пожара. - Екатеринбург: Калан, 2008. - с. 353-354):
Н
где Н - напор на насосе, м;
пр
Н - напор у разветвления, стволов и пеногенераторов м;
M
Z - высота подъема (опускания) местности, м;
пр
Z - высота подъема (опускания) прибора подачи огнетушащего вещества, м;
S - сопротивление одного пожарного рукава, ;
Q - суммарный расход воды одной наиболее загруженной магистральной линии, л/с.
При тушении пожаров в условиях недостатка воды из ближайших водоисточников (либо расположенных на значительных расстояниях) применяется последовательная работа насосов (перекачка), которую условно можно разделить на три вида:
- по горизонтали (перекачка воды от удаленного водоисточника);
- по вертикали (подъем воды на необходимую высоту);
- комбинированную.
В соответствии со справочником (см. Иванников В.П., Клюс П.П. Справочник руководителя тушения пожаров. - М.: Стройиздат, 1987. - с. 147-156) перекачка воды осуществляется следующими основными способами: из насоса в насос; из насоса в цистерну пожарной машины; из насоса через промежуточную емкость. В некоторых случаях практической деятельности используют сочетания этих способов в одной системе перекачки. Максимальное рекомендуемое расстояние по горизонтальной подаче воды в перекачку - 3 км.
Для устойчивой работы систем перекачки воды необходимо соблюдать соответствующие условия. При перекачке из насоса в насос на конце магистральной рукавной линии (при входе во всасывающую полость следующего насоса) необходимо поддерживать напор не менее 10 метров водяного столба (1 атм), при перекачке из насоса в цистерну пожарной машины - не менее 3,5-4 м (0,35-0,4 атм). Через промежуточную емкость воду подают, как правило, на излив с небольшим напором в конце линии (если емкость подземная) или с подпором, немного большим высоты емкости, если она наземная.
Важными условиями перекачки также являются: необходимость организации связи между водителями пожарных машин, синхронность работы насосов, поддержание требуемого напора на насосах, который обеспечивал бы длительность и устойчивость системы подачи воды.
В связи с этим перекачка воды пожарными автомобилями (мотопомпами) должна отрабатываться в ходе практических занятий личным составом караулов пожарных частей. Однако провести такое занятие проблематично по ряду причин, а именно:
- для перекачки воды по горизонтали насосы должны устанавливаться на определенных расстояниях между собой, в зависимости от рабочего напора насоса, диаметра и расхода рукавной линии. Таким образом, необходима территория, позволяющая расположить несколько насосов (пожарных автомобилей, мотопомп) на значительных расстояниях друг от друга;
- для перекачки воды по вертикали насосы должны располагаться через каждые 5-15 этажей (15-45 м по высоте) в зависимости от параметров насоса, способа прокладки рукавов и расхода подаваемой жидкости в линии. Для данного варианта лучше всего подходят высотные здания, однако не всегда имеется доступ и возможность проведения на данных объектах практических занятий по перекачке воды с использованием последовательной работы насосов.
В связи с этим для проведения занятия по отработке вопросов по перекачке жидкости требуются специальные полигоны с большими пространствами, высотными зданиями либо необходимы специальные установки, создающие (имитирующие) равнозначные потери напора.
Задачей полезной модели является создание, мобильного, переносного, встраиваемого в пожарную линию устройства, позволяющего создавать (имитировать) потери напора, подаваемой насосом жидкости, без развертывания полномасштабной рукавной линии обеспечивая натурную работу стволов с учетом потерь напора на линии по длине (горизонтали) и высоте (вертикали) подачи.
Задача решается с помощью установки позволяющей имитировать (создавать) регулируемые потери напора, равнозначные последовательной работе насосов пожарных машин по горизонтали, по вертикали и комбинированно.
Проведенный нами патентный поиск аналогов, выполненный блок теоретических гидравлических расчетов потерь напора по рукавной линии позволил разработать компактное, мобильное устройство, включающее 112 резких (угольных) поворотов под углом 90° с входным и выходным патрубками, оканчивающимися головками соединительными муфтовыми типа ГМ-80 ГОСТ 28352-89 «Головки соединительные для пожарного оборудования» для подсоединения рукавной линии диаметром 77 мм. Устройство создает потери напора эквивалентные расстоянию 210-400 метров рукавной линии по длине или по высоте 2-12 этажного здания. Это позволяет:
- по горизонтали - заменить одной предлагаемой установкой, в зависимости от расхода жидкости, от 11 до 20 рукавов, учитывая, что стандартный напорный рукав длинной 20 м;
- по вертикали - на стандартной четырехэтажной учебной пожарной башне, высотой 12 метров, имитировать подачу воды как в высотное здание 8-48 этажей.
На Фиг. 1 представлен внешний вид установки моделирования перекачки жидкости насосами. Установка состоит из: 1 - короб с рабочей областью, 2 - входящий патрубок, 3 - выходящий патрубок, 4 - поручни для переноски, 5 - стойки.
Входящий и выходящий патрубки, оканчивающиеся головкой соединительной муфтовой типа ГМ-80 ГОСТ 28352-89 «Головки соединительные для пожарного оборудования», рассчитаны на подключение установки в рукавную линию диаметром 77 мм. Размеры короба 900×750 мм, его расчетная масса установки в «сухом» виде 20-25 кг.
На Фиг. 2 представлено внутреннее устройство установки моделирования перекачки жидкости насосами. Внутри короба имеется проходной канал (6) диаметром 75 мм в виде лабиринта, состоящего из 112 резких (угольных) поворотов под углом 90°. Такая конструкция создает при движении жидкости значительные местные потери, которые сопоставимы с потерями напора, возникающими при подаче воды на значительные расстояния либо высоту. На входящем (2) и выходящем (3) патрубках расположены пружинные манометры (7) с измеряемым диапазоном от 0 до 1,5 МПа, позволяющие фиксировать давление до и после установки. Задвижки (8), установленные на патрубках, предназначены для создания при необходимости дополнительных местных потерь напора. Регулируя степень их закрытия (открытия) получаем требуемые значения потерь напора, имитируя тем самым последовательную работу насосов. Переносится установка двумя пожарными при помощи поручней (4).
Зависимость создаваемых потерь напора на установке (при полностью открытых задвижках) в зависимости от необходимого количества пожарных стволов РС-50, подаваемых в конце линии представлено в таблице.
На Фиг. 3, по результатам таблицы, построен график изменения общих и местных потерь напора в зависимости от расхода жидкости пропускаемый через предлагаемую установку.
Данные таблицы и графика (Фиг. 3) показывают, что основную долю потерь напора в установке составляют именно местные потери, возникающие при изменении направления движения жидкости на поворотах. Потери напора по длине, вызванные шероховатостью трубопровода, составляют не более 5-6% от общего значения.
Наиболее оптимальным расходом, для имитации последовательной работы насосов способом подачи воды из насоса в насос по горизонтали на рассматриваемой установке, предлагается принять равным 14,8 л/с, из расчета подачи в конце линии четырех пожарных стволов РС-50. Данный расход позволяет создавать потери напора в интервале от 6,6 до 9,5 атм в зависимости от степени закрытия задвижки.
На Фиг. 4 приведена схема расстановки техники на примере пожарных автоцистерн и установок моделирования перекачки жидкости насосами для варианта с горизонтальной пбдачей жидкости. Пожарная автоцистерна (9) запитывается водой от пожарного водоема (10), при помощи напорно-всасывающего рукава d=125 мм (11) и всасывающей сетки (12), и подает жидкость через напорный рукав d=77 мм (13) в установку создания потерь напора (14). После данной установки жидкость, уже с меньшим напором, поступает через напорный рукав d=77 мм (15) к насосу следующего автомобиля (16) завершая, таким образом, одну «ступень» перекачки. Количество степеней рассчитывается в соответствии с имитируемой длиной перекачки жидкости. После N-ой «ступени» перекачки жидкость подается по рукаву d=77 мм (17) к головному пожарному автомобилю (18). От выходных патрубков (19) головного автомобиля прокладывается две магистральные линии из рукавов d=77 мм (20) оканчивающиеся трехходовым разветвлением РТ70 (21). От каждого разветвления прокладывается по две рабочие линии из рукавов d=51 мм (22) оканчивающихся пожарными стволами РС-50 (23) с расходом 3,7 л/с каждый.
Так как в схеме с вертикальной подачей жидкости на втором и последующих этажах используются преимущественно ручные мотопомпы, у которых создаваемый напор значительно меньше, чем у насосов автомобилей, то расход воды в магистральной линии предлагается принимать 7,4 л/с из расчета подачи в конце линии двух стволов «Б». Данный расход позволяет создавать потери напора от 1,7 до 5 атм. так же в зависимости от степени закрытия задвижки.
На Фиг. 5 представлена схема расстановки насосов на примере пожарной автоцистерны, мотопомп и установок моделирования перекачки жидкости насосами для варианта с вертикальной подачей. Данную схему соединения предлагается использовать на учебных пожарных башнях (24). Пожарная автоцистерна (9) запитывается водой от пожарного водоема (10), при помощи напорно-всасывающего рукава d=125 мм(11)и всасывающей сетки (12), и подает жидкость через напорный рукав d=77 мм (13) в установку создания потерь напора (14). После данной установки жидкость, уже с меньшим напором, поступает через напорный рукав d=77 мм (15) к мотопомпе (25) завершая одну «ступень» перекачки. В стандартной 4-х этажной пожарной учебной башне возможно создать не более 4 «ступеней» перекачки. После N-ой «ступени» перекачки (где N=1-4) жидкость от замыкающей мотопомпы (26) подается по рукаву d=77 мм (17), который оканчивается трехходовым разветвлением РТ70 (21). От разветвления прокладывается две рабочие линии из рукавов d=51 мм (22) оканчивающихся пожарными стволами РС-50 (23) с расходом 3,7 л/с каждый.
Примечание: расстановка техники и их условное обозначение (Фиг. 4 и 5) выполнено в соответствии со справочником (см. Иванников В.П., Клюс П.П. Справочник руководителя тушения пожаров. - М.: Стройиздат, 1987. Приложение 1).
Таким образом, предлагаемая установка моделирования перекачки жидкости насосами позволяет проводить учения и практические занятия с личным составом караулов в пожарно-спасательных частях и с обучаемыми в специализированных ВУЗах по практической отработке вопроса подачи жидкости в перекачку по горизонтали, по вертикали и комбинировано. При этом отработка данного вопроса не потребует наличие больших площадей, высотных зданий и будет проводиться с использованием значительно меньшего числа пожарных рукавов и времени.
Проведенные практические эксперименты имитации потерь напора с предложенной установкой показывают, что фактические создаваемые потери напора на установке сопоставимы с расчетными значениями, указанными в таблице, что позволяет рекомендовать установку в учебный процесс пожарных подразделений.