ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕНОГЕНЕРАТОРА ПОЖАРНОГО СТВОЛА СПРУК 50/0,7 "ВИКИНГ"

УДК 614.843.4

ОПТИМИЗАЦИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕНОГЕНЕРАТОРА ПОЖАРНОГО СТВОЛА СПРУК 50/0,7 «ВИКИНГ»

Камлюк А.Н., Пармон В.В., Стриганова М.Ю., Морозов А.А.

Приведены результаты экспериментальных исследований пеногенератора с раструбами различной длины. Представлена испытательная установка, ее характеристики, условия проведения экспериментальных исследований. По результатам экспериментов получены зависимости кратности и дальности пенной струи от расхода огнетушащего вещества и длины раструба. Определены оптимальные геометрические параметры пеногенератора и режим подачи огнетушащего вещества.

Ключевые слова: пеногенератор, пена низкой кратности, сетка, раструб, стенд, дальность пенной струи, кратность пены.

Введение. Ежегодно в Республике Беларусь происходят десятки пожаров, связанных с необходимостью применения для их тушения воздушно-механической пены. В настоящее время для ее получения в Республике Беларусь используются стволы воздушно-пенные (СВП, СВП-4 и т. д.), генераторы пены средней кратности (ГПС-200, ГПС-600, ГПС-2000) установки комбинированного тушения пожаров УКТП «ПУРГА». Данные приборы позволяют формировать пену в большом количестве, однако при тушении большинства пожаров такой объем огнетушащего вещества не требуется. Кроме того, масса и габариты данных устройств затрудняют их использование при тушении внутри помещений. Также они не обладают универсальностью, т. е. неприменимы для подачи воды. Поэтому, при необходимости замены вида огнетушащего вещества затрачивается время на смену прибора подачи, что зачастую приводит к увеличению площади пожара.

В 2017 году на вооружение белорусских спасателей поступил ствол пожарный ручной универсальный комбинированный СПРУК 50/0,7 «Викинг» [1]. Согласно паспортным данным [2] он обладает следующими гидродинамическими параметрами: дальность сплошной струи - 38 м; дальность распыленной струи - 20 м; возможность создания защитного экрана диаметром 4 м; регулируемый расход - до 4,9 л/с; рабочее давление -0,7 МПа. Кроме того, его конструкция предусматривает возможность использования пеногенератора для получения воздушно-механической пены низкой кратности. В настоящее время пеногенератор не входит в комплектацию пожарного ствола, вследствие того, что не были изучены его основные характеристики. В работе [3] были представлены результаты экспериментальных исследований семи опытных образцов пеногенератора, отличающиеся друг от друга размером ячейки пеногенерирующей сетки, в ходе которых было установлено, что наиболее оптимальным является опытный образец пеногенератора с сеткой с площадью ячейки £ = 4 мм2. Однако в [3] не приведены данные по обоснованию геометрических параметров пеногенератора, режима подачи огнетушащего вещества, а также дальности подачи пенной струи.

В данной работе будут впервые представлены результаты по оптимизации геометрических параметров пеногенератора на пожарный ствол СПРУК 50/0,7 «Викинг».

Описание опытного образца пеногенератора и методика проведения экспериментальных исследований.

Описание опытного образца пеногенератора представлено в [3] (рис. 1). В ходе проведения экспериментальных исследований на базе Университета гражданской защиты МЧС Беларуси были рассмотрены пять опытных образцов пеногенератора с пеногенери-рующей сеткой с площадью ячейки £ = 4 мм2, отличающиеся друг от друга длиной раструба: 140, 160, 220, 260, 300 мм.

Описание стенда и методики проведения испытаний представлено в [3] и [4].

Результаты экспериментальных исследований. При обработке экспериментальных данных применяли методики, приведенные в [5]. При этом полагали, что случайная ошибка измерений подчиняется нормальному закону распределения Гаусса. Оценка точности проводилась по методике оценки погрешности косвенных измерений.

1 - крепежная система; 2 - аэрационное отверстие; 3 - раструб; 4 - пеногенерирующая сетка Рисунок 1. - Трехмерная модель пеногенератора

При исследовании кратности пены для всех опытных образцов пеногенератора проводили по 5 серий измерений для каждого положения регулятора расхода раствора пенообразователя при заданном давлении.

Согласно методике проведения экспериментов, описанной в предыдущем разделе, установлены Уп = 2 дм3 и Ш1 = 1029 г.

Результаты проведения исследований по определению кратности пены, генерируемой опытными образцами, представлены в таблице 1 и на рисунке 2.

Таблица 1. - Результаты определения кратности пены для раструба различной длины

Расход пожарного ствола

Длина раструба, мм 1-е положение 2-е положение 3-е положение 4-е положение 5-е положение 6-е положение

регулятора, 0,5 л/с регулятора, 1 л/с регулятора, 2 л/с регулятора, 3,1 л/с регулятора, 4 л/с регулятора, 4,9 л/с

Ш2, г, K Ш2, г, K Ш2, г, K Ш2, г, K Ш2, г, K Ш2, г, K

140 264 7,58 197 10,15 154 12,99 185 10,81 229 8,73 253 7,91

180 250 8,00 184 10,87 142 14,08 173 11,56 212 9,43 240 8,33

220 244 8,20 164 12,20 123 16,26 154 12,99 196 10,20 224 8,93

260 247 8,10 170 11,76 132 15,15 165 12,12 203 9,85 235 8,51

300 274 7,30 204 9,80 160 12,50 193 10,36 234 8,55 263 7,60

Стоит отметить, что полученные результаты экспериментальных исследований отличаются от результатов, опубликованных в [3]. Так, согласно рисунку 2, для всех опытных образцов кратность увеличивается с увеличением расхода раствора пенообразователя, достигая пикового значения при 2 л/с. Далее с увеличением расхода кратность падает, что обусловлено высокими скоростями движения жидкости и, как следствие, уменьшением времени для газонасыщения раствора пенообразователя [6]. Различия в зависимостях кратности пены от расхода огнетушащего вещества связаны в способах получения раствора пенообразователя в данной работе и [3]: в первой - раствор получали через пеносмеситель пожарного насоса, а во второй - непосредственно в цистерне с водой, добавив в нее пенообразователь. Конечно, в этой работе результаты экспериментальных данных (рис. 2) максимально приближены к реальным условиям, поэтому представляют не только теоретический, но и практический интерес.

В связи с этим проведены повторные исследования влияния площади ячейки пено-генерирующей сетки на кратность получаемой пены с построением новых зависимостей. При этом за базовую принята длина раструба 180 мм. Результаты полученных экспериментальных исследований представлены в таблице 2 и на рисунке 3.

18,00 16,00 | 14,00

£ 12,00

о «

Ц 10,00 я

8,00 6,00

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Расход огнетушащего вещества, л/с 1 - длина раструба 220 мм; 2 - длина раструба 260 мм; 3 - длина раструба 180 мм; 4 - длина раструба 140 мм; 5 - длина раструба 300 мм Рисунок 2. - Кратность пены для образцов пеногенератора с различными длинами раструба при изменении расхода раствора пенообразователя

Таблица 2. - Результаты определения кратности пены для сетки с различными размерами ячейки

Сетка Расход пожарного ствола

1 -е 2-е 3 е 4-е 5-е 6-е

Размер Площадь положение положение положение положение положение положение

ячейки, ячейки, регулятора, регулятора, регулятора, регулятора, регулятора, регулятора,

мм мм2 0,5 л/с 1 л/с 2 л/с 3,1 л/с 4 л/с 4,9 л/с

Ш2, г К Ш2, г К Ш2, г К Ш2, г К Ш2, г К Ш2, г К

0,5 х 0,5 0,25 196 10,20 155 12,90 94 21,28 142 14,08 169 11,83 183 10,93

0,7 х 0,7 0,49 214 9,35 164 12,20 114 17,54 154 12,99 180 11,11 194 10,31

1,0 х 1,0 1 219 9,13 174 11,49 126 15,87 165 12,12 202 9,90 223 8,97

2,0 х 2,0 4 250 8,00 184 10,87 142 14,08 173 11,56 212 9,43 240 8,33

3,2 х 3,2 10,24 262 7,63 202 9,90 162 12,35 192 10,42 225 8,89 244 8,20

4,0 х 4,0 16 273 7,33 227 8,81 183 10,93 209 9,57 239 8,37 257 7,78

5,0 х 5,0 25 285 7,02 247 8,10 204 9,80 223 8,97 252 7,94 267 7,49

23,00 21,00 19,00 3 17,00

<и

5 15,00 н о

§ 13,00 Й

3 11,00

9,00 7,00 5,00

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Расход огнетушащего вещества, л/с

1 - размер ячейки 0,5 х 0,5 мм; 2 - размер ячейки 0,7 х 0,7 мм; 3 - размер ячейки 1,0 х 1,0 мм; 4 - размер ячейки 2,0 х 2,0 мм; 5 - размер ячейки 3,2 х 3,2 мм; 6 - размер ячейки 4,0 х 4,0 мм;

7 - размер ячейки 5,0 х 5,0 мм Рисунок 3. - Кратность пены для пеногенерирующих сеток с различным размером ячейки при изменении расхода раствора пенообразователя

Очевидно, что с увеличением площади ячейки сетки кратность уменьшается (рис. 3).

Однако для выбора оптимальных длины раструба и размера ячейки сетки необходимо дополнительно изучить дальность пенной струи для различных режимов работы пено-генератора. В таблице 3 и на рисунке 4 приведены результаты исследования дальности пенной струи.

Таблица 3. - Дальность пенной струи для сетки с различными размерами ячейки

Расход пожарного ствола Дальность пенной струи, м, для сетки с разме ром ячейки, мм

0,5х0,5 0,7х0,7 1,0х1,0 2,0х2,0 3,2х3,2 4,0х4,0 5,0х5,0

1-е положение регулятора, 0,5 л/с 2,0 3,0 4,5 6,0 7,0 7,5 8,0

2-е положение регулятора, 1 л/с 5,0 7,0 8,5 10,0 11,0 12,0 12,5

3-е положение регулятора, 2 л/с 10,0 12,0 14,0 18,0 19,0 19,5 20,0

4-е положение регулятора, 3,1 л/с 11,0 12,5 15,0 18,5 19,5 20,0 20,5

5-е положение регулятора, 4 л/с 11,5 13,0 16,0 19,0 20,0 20,5 21,0

6-е положение регулятора, 4,9 л/с 12,0 13,5 16,5 19,5 21,0 21,5 22,0

25

20

«

«

о и и

<и

а

-а

н о о и

Л

15

10

0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

Расход огнетушащего вещества, л/с

1 - размер ячейки 0,5 х 0,5 мм; 2 - размер ячейки 0,7 х 0,7 мм; 3 - размер ячейки 1,0 х 1,0 мм;

4 - размер ячейки 2,0 х 2,0 мм; 5 - размер ячейки 3,2 х 3,2 мм; 6 - размер ячейки 4,0 х 4,0 мм;

7 - размер ячейки 5,0 х 5,0 мм Рисунок 4. - Дальность пенной струи для пеногенерирующих сеток с различным размером ячейки при изменении расхода раствора пенообразователя

Согласно [7] дальность пенной струи из стволов с диаметром условного прохода соединительной головки 50 мм составляет не менее 18 м. Таким образом, сопоставив результаты, представленные на рисунках 6 и 7, можно сделать вывод, что по характеристике «кратность-дальность» наиболее оптимальной является сетка с площадью ячейки £ = 4 мм2, для которой при расходе огнетушащего вещества 2 л/с дальность пенной струи составляет 18 м, а К = 14.

Аналогичным образом можно установить оптимальную длину раструба пеногенера-тора. Для этого дополним информацию о кратности (рис. 2) данными по дальности пенной струи в зависимости от длины раструба пеногенератора (табл. 3, рис. 5).

Сопоставив результаты, представленные на рисунках 2 и 5, можно сделать вывод, что по характеристике «кратность-дальность» наиболее оптимальным является раструб длиной 220 мм, для которого при расходе огнетушащего вещества 2 л/с дальность пенной струи равна 18 м, а К = 16.

На рисунке 6 показана зависимость дальности пенной струи от длины раструба. Видно, что при оптимальной длине 220 мм требуемая дальность достигается у кривых 1-4, однако только при расходе 2 л/с (кривая 4) достигается максимальная кратность К = 16 (рис. 2).

5

Таблица 4. - Дальность пенной струи для раструба различной длины

Расход пожарного ствола Дальность пенной струи, м, для раструба различной длины, мм

140 180 220 260 300

1-е положение регулятора, 0,5 л/с 4,0 6,0 6,5 5,5 5

2-е положение регулятора, 1 л/с 7,0 10,0 10,5 9,5 8,5

3-е положение регулятора, 2 л/с 13,0 18,0 18,5 17,5 15,5

4-е положение регулятора, 3,1 л/с 14,0 18,5 19 18 16

5-е положение регулятора, 4 л/с 15 19,0 19,5 18,5 17

6-е положение регулятора, 4,9 л/с 16 19,5 20 19 17,5

25

20

«

«

о и и

<и

а л н о о и

Л

15

10

0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

Расход огнетушащего вещества, л/с

1 - длина раструба 220 мм; 2 - длина раструба 180 мм; 3 - длина раструба 260 мм; 4 - длина раструба 300 мм; 5 - длина раструба 140 мм Рисунок 5. - Дальность пенной струи для образцов пеногенератора с различными длинами раструба при изменении расхода раствора пенообразователя

25

5

5

0

120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320

Длина раструба, мм

1 - расход 4,9 л/с; 2 - расход 4,0 л/с; 3 - расход 3,1 л/с; 4 - расход 2,0 л/с; 5 - расход 1,0 л/с; 6 - расход 0,5 л/с Рисунок 6. - Дальность пенной струи для образцов пеногенератора с различными расходами раствора пенообразователя при изменении длины раструба

Заключение. В ходе проведения экспериментальных исследований опытных образцов пеногенератора установлено, что наиболее оптимальным является опытный образец пеногенератора с длиной раструба 220 мм и сеткой с площадью ячейки 4 мм2. При этом установлено, что с ростом расхода раствора пенообразователя кратность генерируемой пены растет, достигая максимума при расходе Q = 2 л/с, и далее начинает падать, поэтому для формирования воздушно-механической пены целесообразно пользоваться третьим положением регулятора расхода пожарного ствола. Опытный образец пеногенератора с длиной раструба 220 мм позволяет подавать пену с наиболее высокой кратностью и требуемой дальностью пенной струи. Кроме того, в результате сравнения результатов этой работы и данных [3] установлено, что для получения раствора пенообразователя необходимо использовать пеносмеситель пожарного насоса.

Таким образом, в результате проведенных исследований получены данные для последующей оптимизации устройства и размеров пеногенератора, даны рекомендации по использованию пеногенератора.

ЛИТЕРАТУРА

1. Урядова, Н.В. Викинг знает свое дело / Н.В. Урядова // СБ Беларусь сегодня [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.sb.by/articles/viking-znaet-svoe-delo.html. - Дата доступа: 09.10.2018.

2. Ствол пожарный ручной универсальный СПРУК-50/0,7 «Викинг». Паспорт. Руководство по эксплуатации. ЭФЮП 306142.001 РЭ. - М.: РУП «Приборостроительный завод «ОПТРОН». -9 с.

3. Камлюк, А.Н. Пеногенератор пожарного ствола СПРУК 50/0,7 «Викинг» / В.В. Пармон, М.Ю. Стриганова, А.А. Морозов, А.С. Курочкин // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. - 2018. - Т. 2. - № 3. - С. 335-342.

4. Стенд для определения кратности и устойчивости пены низкой кратности: полез. модель ВУ 7605 / С М. Малашенко, О Д. Навроцкий. - Опубл. 2011.10.30.

5. Учебно-методическое пособие по обработке экспериментальных данных / Н.И. Бохан [и др.]. -Светлая Роща: ИППК МЧС Республики Беларусь, 2008. - 34 с.

6. Качанов, И.В. О влиянии предварительного газонасыщения пенообразующего раствора на характеристики пены, генерируемой в автоматических установках пожаротушения / Д.А. Шафранский, В.В. Кулебякин, С.Ю. Павлюков // Вестник Командно-инженерного института. - 2015. -№ 2 (22). - С. 53-60.

7. Система стандартов пожарной безопасности. Стволы пожарные ручные. Общие технические условия: СТБ 11.13.14-2009. - Введ. 21.08.09. - Минск: Госстандарт Респ. Беларусь: Минское областное управление МЧС Респ. Беларусь, 2009. - 12 с.

OPTIMIZATION OF GEOMETRICAL PARAMETERS OF THE FIRE REMOVAL PENOGENERATOR SPRUK 50/0.7 «VIKING»

Andrei Kamluk, PhD in Physics and Mathematics Sciences, Associate Professor

Valerij Parmon, PhD in Technical Sciences, Associate Professor

Marina Striganova, PhD in Technical Sciences, Associate Professor

Artsiom Marozau

The state educational establishment «University of Civil Protection

of the Ministry of Emergency Situations of the Republic of Belarus», Minsk, Belarus

Purpose. The study of the dependence of generated air-mechanical foam multiplicity on the socket length of foam generator of the fire-hose barrel SPRUK 50/0.7 «Viking».

Methods. Experimental studies were carried out on the basis of the University of Civil protection of the Ministry of Emergency Situations of the Republic of Belarus in accordance with the requirements of Standard of Belarus 11.13.14-2009 «Manual fire barrel. General specifications».

Findings. It was stated that the prototype of the foam generator with a socket length of 220 mm was the most optimal. It was found that with increasing consumption of foaming agent, the multiplicity of generated foam grows, reaching a maximum at a flow rate of Q = 2 l/s, and then begins falling, therefore, to form an air-mechanical foam, it is advisable to use the third position of the flow regulator of fire-hose barrel. A prototype foam generator with a socket length of 220 mm allows you to apply the foam with the highest ratio and the required range of foam jet. It has also been established that to obtain a foam forming solution, it is necessary to use a fire pump foam mixer.

Application field of research. Extinguishing fires with air-mechanical foam using a fire-hose barrel SPRUK 50/0,7 «Viking».

Conclusions. In the course of experimental studies of prototypes of foam generator, it was established that the foam generator with a socket length of 220 mm allows to achieve the greatest range of the foam jet. Reducing or increasing the length of the socket leads to a decrease in the range.

Keywords: foam generator, low multiplicity foam, mesh, socket, stand, range of foam jet, foam multiplicity.

(The date of submitting: October 9, 2018) REFERENCES

1. Uryadova N.V. Viking znaet svoe delo [Viking knows his stuff]: Belarus' segodnya, available at: https://www.sb.by/articles/viking-znaet-svoe-delo.html

2. Stvolpozharnyy ruchnoy universal'nyy SPRUK-50/0,7 «Viking» Pasport. Rukovodstvo po ekspluatatsii [Fire barrel manual universal SPRUK-50 / 0,7 «Viking»]: Passport. Manual. EFYuP 306142.001 RE. Minsk. RUP «Priborostroitel'nyy zavod «OPTRON». 9 p.

3. Kamlyuk A.N., Parmon V.V., Striganova M.Yu., Morozov A.A., Kurochkin A.S. Penogenerator pozharnogo stvola SPRUK 50/0,7 «Viking» [Foam generator of the fire nozzle SPRUK 50/0,7 «Viking»]. Vestnik Universiteta grazhdanskoy zashchity MChSBelarusi, 2018. Vol. 2, No. 3. Pp. 335-342.

4. Malashenko M.S., Navrotskiy O.D. Stend dlya opredeleniya kratnosti i ustoychivosti peny nizkoy kratnosti [Stand for determining the multiplicity and stability of foam of low multiplicity]: patent BY 7605. Published December 30, 2005.

5. Bokhan N.I. Uchebno-metodicheskoe posobie po obrabotke eksperimental'nykh dannykh [Guide on experimental data processing]. Svetlaya Roshcha: Institute for Retraining and Professional Development of the Ministry for Emergency Situations of the Republic of Belarus, 2008. 34 p.

6. Kachanov I.V., Kulebyakin V.V., Pavlyukov S.Yu. O vliyanii predvaritel'nogo gazonasyshcheniya pe-noobrazuyushchego rastvora na kharakteristiki peny, generiruemoy v avtomaticheskikh ustanov-kakhpozharotusheniya [On the effect of the preliminary gas saturation of a foaming solution on the charac-teristics of a foam generated in automatic fire extinguishing installations]. Vestnik Komandno-inzhenernogo institutaMChSRespubliki Belarus'. 2015. No. 2

7. Sistema standartov pozharnoy bezopasnosti. Stvoly pozharnye ruchnye. Obshchie tekhnicheskie uslovi-ya [Fire fighting trunks manual. General specifications: Standard of Belarus 11.13.14-2009]. Affirmed August 21, 2009. Minsk: The State Committee for Standardization of the Republic of Belarus, 2009. 12 p.