Методы, приемы и технические средства и устройства противопожарного водоснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Водопроводные системы

1.1 Общие схемы водопроводов

1.2 Классификация водопроводов

1.3 Нормы расхода воды водопроводной сети

1.3.1 Расход воды на производственно-бытовые нужды населенный пунктов

1.3.2 Расход воды на производственные и хозяйственно-бытовые нужды промышленных объектов

1.3.3 Расход воды на пожаротушение

2. Расчет гидравлических сопротивлений водопроводных систем

2.1 Потери энергии по длине трубопровода

2.2 Потери энергии на местные сопротивления

2.3 Гидравлический расчет водопроводной сети

2.3.1 Гидравлический расчет первого этапа водопроводной сети

2.3.2 Гидравлический расчет второго этапа водопроводной сети

3. Насосно-рукавные системы

3.1 Классификация насосов и их применение в пожарном деле

3.2. Основные рабочие параметры насосов

3.3.Характеристики центробежных насосов

3.4 Работа насоса на сеть

4. Пример расчета пожарных струй

4.1 Расчет пожарной струи

4.2 Расчет вертикальной струи

5. Пример расчета наружных и внутренних противопожарных систем

5.1 Определение необходимого напора в наружной водопроводной сети у расчетного гидранта низкого давления

5.2 Определение напора наружной водопроводной сети у расчетного гидранта

5.3 Определение напора внутренних пожарных кранов

5.4 Расчет числа автонасосов, необходимых для перекачки

Заключение

Список использованной литературы

Введение

C развитием водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий улучшается их противопожарное водоснабжение, так как при проектировании и реконструкции водопроводов учитываются не только хозяйственные, производственные, но и противопожарные нужды.

Основные противопожарные требования предусматривают получение необходимых расходов воды под требуемым напором в течение рассчитанного времени тушения пожаров. Студенты специальности «Защита в чрезвычайных ситуациях» должны хорошо знать методы, приемы и технические средства и устройства противопожарного водоснабжения и умело применять их при экспертизе проектов и эксплуатации водопроводов.

Для достижения поставленной цели необходимо разработать следующие основные разделы:

- объекты водопроводных систем и сооружений;

- расчет расходов воды на противопожарное водоснабжение населенных пунктов и промышленных объектов;

- гидравлический расчет требуемого напора в течении рассчитанного времени тушения пожаров;

- методика расчета насосно-рукавных систем;

- методика расчета пожарных струй;

- методика расчета наружной и внутренней противопожарной сети.

1. Водопроводные системы

Противопожарному водоснабжению уделяют большое внимание при проектировании городов, промышленных предприятий и других объектов народного хозяйства. Однако самостоятельное противопожарное водоснабжение устраивают очень редко. Чаще всего требования пожарной охраны входят в комплекс общих задач водоснабжения населенных мест и промышленных предприятий.

Основные нормативные требования, предъявляемые к водоснабжению (водопроводным сооружениям и наружным сетям), изложены в строительных нормах и правилах: СНиП II-31-74 «Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Нормы проектирования и СНиП II-Г.1-70 «Внутренний водопровод зданий. Нормы проектирования».

Противопожарное водоснабжение населенных мест и промышленных предприятий может быть безводопроводное и водопроводное. Безводопроводное предусматривает использование в первую очередь естественных водоисточников (рек, озер, прудов) или искусственных водоисточников (колодцев, резервуаров, водохранилищ, каналов). Для водопроводного используют существующие водопроводы путем отбора воды пожарными автонасосами из гидрантов.

В зависимости от степени пожарной опасности производств и с учетом экономического фактора безводопроводное противопожарное водоснабжение предусматривают для предприятий с территорией не более 20 га и категорией производства Г и Д при расходе воды на наружное пожаротушение 20 л/с и менее, а также для населенных мест с числом жителей не более 5 тыс. человек и для отдельно расположенных общественных зданий.

Для отдельных производственных зданий I и II степени огнестойкости объемом не более 2000 м 3 с производствами категории Д, а также для населенных мест с числом жителей до 50 человек при застройке зданиями высотой до двух этажей противопожарное водоснабжение можно не предусматривать.

1.1 Общие схемы водопроводов

В качестве источников водоснабжения могут быть использованы открытые и подземные водоисточники. В зависимости от вида водоисточника возможны следующие схемы водоснабжения.

а) схема подачи воды из открытых водоисточников (рис. 1)

1 - водозаборный колодец; 2 - насосная станция I подъема; 3 - очистные сооружения; 4 - запасной резервуар; 5 - насосная станция II подъема; 6 - водонапорная башня; 7 - водопроводная сеть.

Рисунок 1- Схема водопровода при открытых водоисточниках

Вода из источника водоснабжения поступает в водозаборные устройства 1, откуда забирается насосной станцией первого подъема 2 и подается на очистные сооружения 3. С очистных сооружений вода самотеком поступает в запасные резервуары чистой воды 4, из которых насосами насосной станции II подъема 5 подается в водонапорную башню 6 или водопроводную сеть 7.

Водозаборные устройства, насосная станция и очистные сооружуния относятся к сооружениям I подъема. Запасной резервуар, вторая насосная станция, водонапорная башня и наружная водопроводная сеть - к сооружениям II подъема;

б) схема подачи воды из подземных водоисточников (рис. 2).

1 - артезианская скважина с насосом I подъема; 2 - запасной резервуар; 3 - насосная станция II подъема; 4 - водонапорная башня; 5 - водопроводная сеть.

Рисунок 2 - Схема водопровода при подземных источниках

Для забора воды из подземных водоисточников устраивают шахтные колодцы, артезианские скважины 1. Из артезианской скважины вода подается в запасные резервуары 2, откуда перекачивается насосами насосной станции II подъема 3 в водопроводную башню 4 или водопроводную сеть 5.

1.2 Классификация водопроводов

Водопроводом называется комплекс сооружений, предназначенных для забора воды из водоисточника, ее очистки, хранения, транспортирования и распределения между потребителями. Системы водоснабжения по надежности подачи воды подразделяются на три категории и принимаются в зависимости от вида промышленного предприятия, количества жителей в населенном пункте и требований бесперебойности подачи воды (таблица 1).

Таблица 1

Классификация системы водоснабжения по надежности

Водопотребитель	Категория надежности поддачи воды
1	2
Предприятия металлургической, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности, электростанции, а также хозяйственно-бытовые водопроводы населенных пунктов с числом жителей более 50000 чел., допускающие снижение подачи воды не более 30% в течение 3 сут.	I
Предприятия угольной, горнорудной, нефтедобывающей, машиностроительной и других видов промышленности, а также хозяйственно-бытовые водопроводы населенных пунктов с числом жителей до 50000 чел. И групповые сельскохозяйственные водопроводы, допускающие снижение подачи воды не более 30% в течение до 1 мес. Или перерыв в подаче воды в течение 5 ч.	II
Мелкие промышленные предприятия, системы орошения сельскохозяйственных земель, а также хозяйственно-бытовые водопроводы населенных пунктов с числом жителей до 500 чел., допускающие перерыв в подаче воды до 1 сут. или снижение подачи воды не более 30% в течение 1 мес.	III

В зависимости от вида обслуживаемого объекта водопроводы могут быть городские и промышленные. По назначению потребляемой воды водопроводы подразделяются на:

- хозяйственно-бытовые, подающие воду, для приготовления пищи и удовлетворения санитарно-технических потребностей (работы санитарных узлов, ванн, душей и т.п.)

- производственные, подающие воду для отопления, получения пара для технологических целей, мойки, сырья, полуфабрикатов, готовой продукции;

- пожарные;

- объединенные, которые обеспечивают одновременно несколько назначений (например, хозяйственно-бытовые и пожарной, производственно-пожарный или хозяйственно-производственно-пожарный водопровод). Наиболее экономически целесообразны объединенные хозяйственно-бытовые пожарные водопроводы.

Исходные данные: Nпр = 200; qж = 125; qпр = 47; n = 4; V = 100; Qпр•103 = 1,9; nпр = 3; Qспр и Qдр = 35.

1.3 Нормы расхода воды водопроводной сети

При возникновении пожара водопроводные сооружения и сети должны пропустить одновременно с максимальными хозяйственно-бытовыми и производственными расходами воды и расход воды на тушение пожара.

Отсюда общее количество воды, необходимое в водопроводной системе, состоит из трех составляющих:

Q = (Q1 + Q2 + Q3) Ч K3=(0.579+0.00386+0.345)*1.3=1,245 , м3/с

где Q1 = Qсут.ср = Qх/п - суточный расход воды на хозяйственно-бытовые нужды, м3/с;

Q - расход воды на производственные и хозяйственно-бытовые нужды промышленных объектов, м3/с;

Q3 - расход воды на пожаротушение, м3/с;

К3=1,3 - коэффициент запаса воды в водопроводной сети.

1.3.1 Расход воды на хозяйственно-бытовые нужды населенных пунктов

Расход воды на хозяйственно-бытовые нужды населенных пунктов рассчитывается по следующей формуле:

м3/с

где qж - водопотребление на одного жителя, л/сут

(приложение 2, табл. 1);

Nж - число жителей населенного пункта (приложение 1, табл. 1).

1.3.2 Расход воды на производственные и хозяйственно-бытовые нужды промышленных объектов.

Расход воды на производственные и хозяйственно-бытовые нужды промышленных объектов состоит из двух составляющих:

Q2 = Qпр + Qх/б = 0.0023+0.001=0.00386 м3/с,

где Qпр - расход воды на производственные нужды, м3/с (приложение 2, табл. 1).

м3/с

где Nпр - количество рабочих на производстве (приложение 2, табл. 1);

qпр - удельный расход воды на одного рабочего, л/см (приложение 2, табл. 1);

n - число смен в сутки (приложение 2, табл. 1);

К = 3 - коэффициент неравномерности водопотребления (приложение 2, табл. 1);

8 - восьмичасовой рабочий день.

1.3.3 Расход воды на пожаротушение.

Количество воды, необходимое для пожаротушения, зависит от степени огнестойкости, объема здания, категорий и от числа жителей.

Q3 = Qнар + Qвн + Qспр + Qдр = 0,27+0,005+0,035+0,035 = 0,345, м3/с

где Qнар - расход воды на наружное пожаротушение в течение часов;

Qвн - расход воды на внутреннее пожаротушение в течении 3 часов;

Qспр - расход воды на спринкерное пожаротушение в течение 1 часа;

Qдр - расход воды на дренчерное пожаротушение в течение 1 часа.

Расход воды на наружное пожаротушение состоит из двух составляющих:

Qнар = Qнп + Qпр = 0.21+0.06 = 0.27 м3/с,

где Qнп - расход воды на наружное пожаротушение населенных пунктов через гидранты, м3/с;

Qпр - расход воды на наружное пожаротушение промышленных объектов через гидранты, м3/с.

Расход воды на наружное пожаротушение населенных пунктов через гидранты определяется по следующей формуле:

м3/с

где qнп - расход воды на тушение одного пожара, л/с (приложение 1, табл. 1);

nнп - число пожаров (приложение 1, табл. 1);

Расход воды на наружное пожаротушение промышленных объектов через гидранты определяется по следующей формуле:

Qпр = qпр Ч nпр = 20*3/1000=0,06 , м3/с

где qпр - расчетный расход воды на наружное пожаротушение промышленных объектов одного пожара через гидрант (приложение 1, табл. 2);

nпр - количество пожаров на промышленном объекте (приложение 2,табл. 2).

Расход воды на внутреннее пожаротушение определяется по формуле:

Qвн = qc Ч nс = 2.5*2/1000 = 0.005, м3/с

где qс - расход воды на одну струю пожарного рукава, л/с;

nпр - число струй (приложение 1, табл. 3).

Спринкерное оборудование предназначено для автоматической подачи сигнала о пожаре и его тушении. Оборудование состоит из труб, расположенных внутри помещения под потолком. На трубах установлены спринкеры, которые автоматически открываются при повышении температуры в помещении до заданного предела и подают в очаг горения воду в виде капельных водяных струй. Расход воды на спринкерное оборудование Qспр представлении в таблице 2.

Таблица 2

Расход воды на спринкерное оборудование

Объем здания, тыс. м3	Расход воды, Qспр и Qдр л/с
До 100	30
100 - 200	35
200 - 300	40
>300	50

Дренчерное оборудование предназначено для автоматического или ручного тушения пожара в помещении путем орошения капельными водяными струями на расчетной площади здания. Дренчерное оборудование используют также для создания водяных завес в проемах дверей и окон. Такое оборудование применяют для пожароопасных объектов (легковоспламеняемых веществ и жидкостей). Расход воды на дренчерное оборудование Qдр также представлен в таблице 2.

2. Расчет гидравлических сопротивлений водопроводных систем

При движении воды по трубопроводам и пожарным рукавам происходит потеря энергии на преодоление гидравлических сопротивлений. Он слагается из следующих видов:

1) на преодоление сопротивления на подъем воды в напорную башню или на высоту рассматриваемого объекта, называемых геометрической высотой подъема воды;

2) на преодоление сопротивлений, вызываемых трением жидкости при движении по трубопроводам и пожарным рукавам, называемых потерями энергии по длине;

3) на преодоление сопротивлений на местных участках трубопровода и пожарных рукавов, (задвижка, вентиль, поворот, внезапное расширение или сужение трубы и т.п), назывемых потерями энергии на местные сопротивления.

Согласно общей схемы водопроводов (рис.1, 2) мы имеем два этапа передачи воды: первый этап - передача воды от источника забора до водонапорной башни; второй этап - от башни до производственных, жилых помещений и пожарных гидрантов.

Общая величина потерь энергии H составляет сумму всех потерь энергии по длине отдельных участков трубопровода , всех местных потерь энергии и геометрической высоты подъема воды Hг:

H = + + Hг

2.1 Потери энергии по длине трубопровода

Исходные данные: НГ =28; d/r =0,4; ? =0,01; U0 =0,021; t =15; dч =1,3; Нпес =0,4; Нпол =0,8; пзад =3; ппов =4; l1 =2100; l2 =750; Задвижка = 0,25

При установившемся движении жидкости потери энергии зависят от физических свойств движущейся жидкости, средней скорости течения, размеров трубопровода и характера шероховатости стенок трубы. Эта зависимость может быть выражена формулой Дарси - Вейсбаха:

м. вод. ст.

где л - коэффициент гидравлического трения;

l - длина трубы, м;

d - диаметр трубы, м;

U - скорость движения воды, м/с;

g - ускорение силы тяжести, 9,81 м/с2.

Для всех областей сопротивления л можно определить по формуле Альтшуля:

где ? - абсолютная шероховатость, м, определяется по таблице 5 (приложение)

Re - коэффициент Рейнольдса, определяемый из выражения:

м/с

Q - общее количество воды, движущейся по трубопроводу, м3/с (уравнение 1)

плотность и коэффициент динамической вязкости воды являющийся функцией от температуры воды, (табл. 12, приложение).

2.2 Потери энергии на местные сопротивления

Величину потери энергии, затраченную на преодоление местного сопротивления, определяют в зависимости от скоростного напора, соответствующего скорости за пределами местного сопротивления:

где

- коэффициент местного сопротивления, для некоторых видов местных сопротивлений значения коэффициентов приведены в таблице 4 (приложение).

В некоторых случаях потери энергии на местные сопротивления (в пожарных гидрантах, колонках, водомерах и др.) удобнее определить по формуле

hM = S Q2

полученной из формулы 11, в которой средняя скорость U выражена через расход Q, а постоянная величина через сопротивление S. Величина сопротивлений S водопроводной арматуры и приборов приведены в табл. 8 (приложение).

2.3 Гидравлический расчет водопроводной сети

Важнейшей задачей любого расчета сводится к определению гидравлических машин по специальным таблицам.

Большинство применяемых в технике пожаротушения используют стационарные насосы, устанавливаемые на насосных станциях, так и насосы пожарных автомобилей.

Данные насосов по принципу действия делятся на следующие основные группы:

1. Поршневые насосы, принцип действия которых основан на вытеснении жидкости из цилиндра с помощью поршня, совершающего возвратно-поступательное движение.

2. Роторные насосы, движение жидкости которых осуществляется вращением ротора, имеющего вытеснители.

3. Струйные насосы, подсос перекачиваемой жидкости в которых осуществляется благодаря разрежению, создаваемому струей рабочей жидкости, газа или пара.

4. Центробежные и осевые (лопастные) насосы, работа которых основана на силовом взаимодействии перекачиваемой жидкости с вращающимся рабочим колесом насоса.

При организации пожарного водоснабжения преимущественное распространение получили центробежные насосы.

Подачей (расходом) насоса Q называется объем жидкости, перекачиваемой в единицу времени, м3/с (л/с).

Напором насоса H называется разность полных удельных энергий потока у выхода и входа в насос, вычисленную в метрах столба перекачиваемой жидкости.

Мощность насоса N представляет собой работу, совершаемую насосом в единицу времени

N = = Вт

2.3.1 Гидравлический расчет первого этапа водопроводной сети (от водозабора до напорной башни согласно рисунку 1)

Полный напор H для данного этапа, согласно представленной схемы (рис. 1) состоит из следующих составляющих:

HI = HГ + hтр + hпесч.ф + hпол.ф = 28+45,27+1,15+0,315 = 74,735 м. вод.ст.,

где

HГ - гидравлическая высота подъема воды в напорную башню представлена в исходных данных, м.вод.ст.

hтр = (1 + ) =

- коэффициент сопротивления на длине водопровода.

- коэффициент сопротивления на длине водопровода.

- скорость воды в водопроводе, м/с

- потери энергии в песчаных фильтрах;

- коэффициент сопротивления фильтра

=;

Ф=0,8 - фактор формы частиц песка.

=

U0 - скорость фильтрации, м/с

d2 -диаметр частиц песчаного гравия, м;

е=0,40 - порозность при свободной засыпки песка.

= - мощность насоса;

Где N - мощность насоса, необходимое для подачи воды от водозабора до напорной башни, Вт (кВт)

56--= полный КПД насоса,

= 0,8 гидравлический КПД, учитывающий гидравлические потери мощности в результате снижения напора при движении воды в корпусе насоса;

= 0,9 механический КПД, учитывающий механические потери мощности на трение в сальниках и подшипниках насоса;

= 0,9 объемный КПД, учитывающий потери мощности в результате циркуляции воды через щелевые зазоры между рабочим колесом и корпусом насоса.

2.3.2 Гидравлический расчет второго этапа водопроводной сети (от напорной башни до населенного пункта и промышленных объектов)

Потери энергии в водопроводе при передачи воды от напорной башни до гидрантов населенных пунктов и промышленных объектов определяются по формуле:

H = hтр, м.вод.ст.

hтр = =

= + nвент + nпов + - потери энергии на местные сопротивления;nвент = 4 - количество вентилей на линии водопровода второго этапа;

nпов = 5 - количество плавных поворотов на 1200 на линии водопровода второго этапа.

3. Насосно-рукавные системы

Практические задачи по подаче воды к месту пожара решаются с учетом совместной работы водопроводной сети, насосов и рукавных систем. При подаче воды для пожаротушения используют как стационарные насосы, устанавливаемые на насосных станциях, так и насосы пожарных автомобилей и мотопомп.

3.1 Классификация насосов и их применение в пожарном деле

Большинство применяемых в технике насосов можно разделить по принципу действия на следующие основные группы:

1.Поршневые насосы, принцип действия основан на вытеснении жидкости из цилиндра с помощью поршня, совершающего возвратно-поступательное движение.

2.Роторные насосы, движение жидкости в которых осуществляется вращением ротора, имеющего вытеснители.

3.Струйные насосы, подсос перекачиваемой жидкости в которых осуществляется благодаря разряжению, создаваемому струей рабочей жидкости, газа или пара.

4.Центробежные и осевые насосы, работа которых основана на силовом взаимодействии перекачиваемой жидкости с вращающимся рабочим колесом насоса.

При организации пожарного водоснабжения преимущественное распространение получили центробежные насосы. Основными достоинствами центробежных насосов являются простота и компактность конструкции, относительно небольшая масса, удобство их соединения с электродвигателями и двигателями внутреннего сгорания, способность перекачивать сильно загрязненные жидкости, высокая производительность и способность к «саморегулированию». Последнее свойство проявляется в том, что при изменении расхода воды или прекращении ее подачи центробежный насос продолжает работать, не выходя из строя.

3.2 Основные рабочие параметры насосов

Насосы характеризуются следующими основными параметрами: подачей (расходом) Q, напором H, мощностью N, полным КПД (з) и высотой всасывания Нвс.

Подачей (расходом) насоса Q называется объем жидкости, перекачиваемый в единицу времени. Подача насоса измеряется в м3/c, (л/с).

.

Напором насоса Н называют разность полных удельных энергий потока у выхода и входа в насос, вычисленную в метрах столба перекачиваемой жидкости, (м вод. ст.).

Для пояснения сущности напора, развиваемого насосом, рассмотрим схему его работы при перекачивании жидкости из одного резервуара в другой (рис.3).



1 - напорный резервуар; 2 - расходомер; 3 - задвижки; 4 - обратный клапан; 5 - манометр; 6 - напорный трубопровод; 7 - насос; 8 - вакуумметр; 9 - всасывающий трубопровод; 10 - всасывающая сетка; 11 - водоем

Рисунок 3- Схема насосной установки.

Мощность насоса представляет собой работу, совершаемую насосом в еденицу времени, Вт. Мощность определяют следующим образом:

, Вт(кВт)

Насос перекачивает , кг/c жидкости и поднимает ее на высоту, соответствующую напору Н. Следовательно, представляет собой секундную работу или мощность.

Полный КПД насоса з определяют из выражения:

,

где - полный КПД насоса;

- гидравлический КПД, учитывающий гидравлические потери мощности в результате снижения напора при движении воды в корпусе насоса;

- механический КПД, учитывающий механические потери мощности на трение в сальниках и подшипниках насоса;

- объемный КПД, учитывающий потери мощности в результате циркуляции воды через щелевые зазоры между рабочим колесом и корпусом насоса.

Величина полного КПД центробежных насосов зависит от их конструкции и изменяется в пределах 0,6-0,9.

Высота всасывания и явление кавитации. Необходимо различать вакуумметрическую высоту всасывания Нвак, характеризующую степень разряжения, возникающего у входа в насос, и геометрическую высоту всасывания Нвс, которое определяет высоту установки оси насоса над уровнем жидкости.

Вакуумметрическая высота всасывания зависит от атмосферного давления, температуры и удельного веса перекачиваемой жидкости, величины потерь напора во всасывающей линии насоса, конструктивных особенностей и др. Обычно допускаемая Нвак указана в каталогах насосов.

Связь между вакуумметрической и геометрической высотами всасывания может быть установлена из уравнения Бернулли, составленного для сечений I-I и II-II относительно плоскости сравнения I-I (рис. 3).

Считая, что давление по поверхности жидкости равно атмосферному, а скорость течения в водоеме равна 0, получим:

так как и , формулу (29) можно записать следующим образом:

,

. (30)

Из формулы (30) следует, что геометрическая высота всасывания меньше вакуумметрической на величину скоростного напора и потерь напора во всасывающем трубопроводе. С увеличением подачи насоса max. допустимая высота всасывания уменьшается. Определяя высоту всасывания, необходимо иметь в виду, что при понижении давления pвс во всасывающем трубопроводе может происходить парообразование, и нормальная работа насоса будет нарушена. Поэтому min. давление в насосе должно быть выше давления парообразования жидкости, причем давление паров воды сильно увеличивается с повышением ее температуры.

Температура, °C	10	20	30	40	50	60	70	80	90	100
Давление пара, м	0,12	0,21	0,42	0,75	1,25	2	3,17	4,8	7,1	10,33

Чем выше температура воды, тем меньше высота всасывания, и практически при t>700C забор воды становится невозможен. Обычно геометрическая высота всасывания для центробежных насосов составляет не более 5-7 м и лишь для некоторых типов насосов она доходит до 7,5-8 м.

Кавитация в насосе возникает из-за чрезмерного падения давления во всасывающей части насоса. Понижение давления происходит по ряду причин, основными из которых являются:

- чрезмерная высота всасывания;

- высокая t перекачиваемой жидкости;

- низкое атмосферное давление.

Явление кавитации заключается в том, что выделяющиеся из жидкости пузырьки пара увлекаются потоком и, попадая в область повышенного давления, мгновенно конденсируются, в результате чего происходит местное повышение давлении. Кавитация сопровождается характерным шумом и треском, понижением напора и КПД насоса, иногда наблюдается вибрация насоса. Особенно быстро при этом разрушается чугун, более стойкими металлами являются бронза и нержавеющая сталь. Поэтому кавитация при работе насосов недопустима, а высота всасывания должна быть такой, при которой возникновение кавитации невозможно.

3.3 Характеристики центробежных насосов

Изготовленные на заводе насосы подвергают стендовым испытаниям, в задачу которых входит определение зависимости напора потребляемой мощности и КПД насоса от его производительности. Графически выраженные зависимости Н = f (Q), N = f (Q) и з = f(Q) при постоянной частоте вращения n = const называются рабочими характеристиками насоса (рис. 4).

Характеристики строят следующим образом. Регулируя степень открытия задвижки на напорном патрубке, получают различную подачу и соответствующие напоры для данного насоса при неизменной частоте вращения. Во время испытания насоса при каждом установленном расходе измеряют мощность на валу насоса N и подсчитывают значение КПД. Соединив соответствующие точки на графике плавными линиями, получают кривые Q - H, Q - N, Q - з.



Рисунок 4 - Рабочая характеристика насоса

Точка А характеристики насоса Q - з, отвечающая максимальному значению КПД, - называется оптимальной точкой, так как она соответствует отимальному режиму работы насоса.

Характеристика Q - H называется главной рабочей характеристикой насоса.

Формы характеристики Q - H центробежных насосов могут быть чрезвычайно разнообразными. Наиболее характерными являются пологие, крутопадающие, возрастающие (имеющие max.). Тип характеристики зависит от коэффициента быстроходности, числа лопастей, конструктивных особенностей различных деталей насоса.

Выбор типа насоса для конкретных условий производят с учетом формы рабочей характеристики.

Пологой характеристикой обладают насосы с коэффициентом быстроходности ns = 80-200. Их особенностью является сравнительно небольшое изменение напора при значительном колебании расхода. Насосы с пологими характеристиками применяют при регулировании подачи задвижками. Поэтому пожарные насосы, установленные на автомобилях, мотопомпах, судах и т.п, подача которых по условиям работы изменяется в больших пределах, должны иметь пологую характеристику.

Круто падающие характеристики имеют насосы с высоким значением коэффициента быстроходности (ns > 200). Применение таких насосов выгодно, когда необходимы малые колебания расхода при значительном изменении напора, например, на насосных станциях первого подъема при колебании уровня воды в источнике.

Возрастающие характеристики имеют неустойчивый восходящий участок АВ с низким КПД. В этой части кривой возможно образование неустойчивого режима, так как одному значению напора соответствует два значения подачи. Работа пожарных насосов с возрастающей характеристикой допускается только с расходами, превышающими расход Qв. Эти характеристики присущи тихоходным, центробежным насосам.

Для выбора рабочего режима насоса пользуются универсальными характеристиками, представляющими собой кривые зависимости напора, мощности и КПД от подачи насоса для различных частот вращения.

При расчете насосно-рукавных систем удобно использовать аналитическое выражение главных рабочих характеристик. Если кривую Q - H считать параболой (что вполне приемлемо для практических расчетов), то ее можно выразить уравнением:

Характеристики насосов, установленных на пожарных автомобилях и мотопомпах, приведены в таблице 11 (приложение 1).

3.4 Работа насоса на сеть

Необходимо, чтобы насос по своей характеристики соответствовал характеристики трубопровода, при этом мах. отклонение КПД работающего насоса не должно превышать 5 - 7% оптимального значения КПД.

Ранее была получена формула для определения требуемого напора насоса с учетом сопротивлений во всасывающем и напорном трубопроводах:

H = HГ +hвс + hн + Hсв

Из гидравлики известно, что потери напора в трубах могут быть выражены таким образом:

h = hвс + hн = sQ2

Следовательно полный напор насоса может быть представлен как:

H = HГ + Hсв + sQ2

Так как для заданных условий HГ и Hсв известны, то формула может быть записана:

H = z + S Q2

Выражение является характеристикой насосной установки. Если характеристику трубопровода H = z + S Q2 предоставит на одном графике с рабочей характеристикой насоса H = a - b Q2, то точка пересечения характеристик будет рабочей точкой насоса. Если рабочая точка отвечает оптимальному режиму работы насоса, то он подобран правильно.



Рисунок 5 - Определение рабочей точки насоса

Если пропускная способность трубопровода Qв меньше подачи насоса Qa , то энергия двигателя заканчивается на создании излишнего напора ?Н = Нв - Нв ` который вхолостую гасится задвижками. Если пропускная способность трубопровода Qc ,больше подачи насоса Qa, то подача жидкости в трубопровод в необходимом количестве невозможно. В этом случае для получения рабочей точки С необходимо: применить насос с другой характеристикой; или увеличить число оборотов насоса; или уменьшить потери напора в сети.

3.5 Расчет рукавных систем

Вода к месту пожара подается по рукавным системам от передвижных пожарных насосов.

На практике пожаротушения используются различные виды насосно-рукавных систем, выбор которых зависит от характеристики водопровода (водоподачи, удаленность гидранта от очага пожара.)

Когда источник приема воды находится на большом расстоянии, прокладывают линию из последовательно соединенных рукавов.

Если имеются несколько очагов пожара, а водопровод один, то используют параллельные разветвления.

Гидравлические расчеты рукавных систем сводятся к решению трех основных задач:

1. Определение напора у насоса, если заданы расчетный расход воды, напор перед пожарным стволом, вид рукавной системы, а также длина и диаметр рукавов;

2. Определение расхода воды из стволов при заданном напоре у насоса и системе подачи;

3. Определение предельной длины рукавной системы по расчетному расходу воды и напору у насоса.

Определение напора у насоса

В практических расчетах насосно-рукавных систем, обычно определяют напор, фиксируемый манометром, который устанавливают на напорном патрубке насоса. Величина этого напора зависит от преодоления сопротивлений в рукавной системе hc, подъема жидкости на высоту Hг и создания свободного напора у ствола Hсв для подачи струи, т.е

H = hc + Hг + Hсв

а) Свободный напор у ствола определяют по формуле:

Нсв = sQ2

б) Определение потерь энергии при движении жидкости в рукавной системе.



Рисунок 6 - Схема подачи воды автонасосами

Рисунок 7 - Последовательное соединение рукавной системы

Исходные данные: Схема насосно-рукавной системы - г; n1 =8; dнас =22; d1рук =89; d2рук = 77; d3рук = 66; n1 = 5; n2 =2; n3 =5; Z =47; dm=66; nM =4; lм =200.

Hнас=a - bQ2=112-0,01*13,312 =110,22

напор, развиваемый насосом, м

где а = 112; b = 0,01 - параметры, характеризующие тип насоса (приложение 1, табл. 11);

Hмр=hств. + hм.р. + Z

потери напора на магистральной рукавной линии, м,

где hств. = sств.. Q2; hм.р. = sм.р. . Q2 - потери напора в стволе и рукаве на магистральной линии;

sств. =f(dств=25 мм)= 0,353 - сопротивление ствола (приложение 1, табл. 14);

sм.р. =f(dм.р=89мм)= 0,00385 - сопротивление рукава на магистральной линии (приложение 1, табл. 13).

Для решения поставленной задачи приравниваем Hнас= Hмр и определяем расход Q.

Определение потерь напора в рукавных линиях при последовательном соединении:

где s1 =0,00385; s2 = 0,015; s3 = 0,034 - сопротивление рукавных линий при диаметрах d1p=89мм, d2p=77мм и d3p=66 мм (приложение 1, табл. 13).

Определение потерь напора в рукавных линиях при параллельном соединении:

Определение потерь напора в рукавных линиях при смешанном соединении:



где s1м = 0,00385 при d = 89 мм - сопротивление одного рукава магистральной линии (приложение 1, табл. 13);

nм = 4 - число магистральных линий (табл. 3);

sст1=0,634,sст2=0,353,sст3=0,634 при dст1=19мм, dcт2=22мм и dст3=19мм (приложение 1, табл. 14).

4. Пример расчета пожарных струй

4.1 Расчет сплошной струи

= м ,

Где, Н =- напор воды у пожарного ствола, (табл.1, прил. 5);

И= - угол наклона ствола к горизонту, (табл.1, прил. 5);

К= - коэффициент сопротивления трению в воздухе; (табл.1, прил. 5);

d= - диаметр пожарного ствола. (табл.1, прил.5).

Исходные данные: Нм =37; dств (dнас)=22; и=31; б=45; K•103=2.0.

4.2 Расчет вертикальной струи

где Нв - высота вертикальной струи, м;

ц = 0,0061 - коэффициент сопротивления пожарного ствола

4.3 Расчет наклонных струй

где Rp - радиус действия раздробленной струи,

в - коэффициент, учитывающий радиус действия наклонной струи (приложение 1, табл. 9.1); Нв=29,51 м - высота вертикальной струи.

5. Пример расчета наружных и внутренних противопожарных систем

5.1 Определение необходимого напора в наружной водопроводной сети у расчетного гидранта низкого давления

HC=Hсв+hГК+Z =м

где hГК=SГКQ2=8,57

SГК (табл.8, прил. 1);

Z= 34м - высота здания (табл.1, прил.6);

Hсв=10 м - напор в гидранте на уровне поверхности земли

5.2 Определение необходимого напора в наружной водопроводной сети у расчетного гидранта высокого давления

Hсв=Ннас+hрук.л+Zзд = 5,648+1,632+34=43,28 м - свободный напор у гидранта, м

где Ннас=0,353*4=5,648;

Sнас=f(dнас=22мм)=0,353 (табл. 14 приложение1);

hрук.л=S1рукnQ2=0,077•3•62=3,632 м;

S1рук=0,03 -сопротивление одного прорезиненного рукава (табл.13,прил. 1); n=6 - число рукавов;

5.3 Определение напора у внутренних пожарных кранов

Использую таблицу 7 (прил. 1) определяем напор у пожарного крана при следующих данных (табл.2, прил. 6)

5.4 Расчет числа автонасосов, необходимых для перекачки

где а=114; b=0,01 - параметры, характеризующие тип насоса (табл.11, прил. 1);

S=0,034 при dрук прорез.=51 (табл.13, прил.1);

Q=41л/с - расход воды на наружное пожаротушение (табл.1, прил.6)

Заключение

В данной курсовой работе разработаны следующие разделы:

- объекты водопроводных систем и сооружений;

- расчет расходов воды на противопожарное водоснабжение населенных пунктов и промышленных объектов;

- гидравлический расчет требуемого напора в течении рассчитанного времени тушения пожаров;

- методика расчета насосно-рукавных систем;

- методика расчета пожарных струй;

- методика расчета наружной и внутренней противопожарной сети.

Список использованных источников

противопожарный водоснабжение тушение пожар

1. Г.И. Николаев, Б.В. Бадмацыренов, Г.Ж. Ухеев, Э.Ю. Лубсанов «Противопожарное водоснабжение: Учебно-методическое пособие.» - Улан-Удэ, Издательство ВСГУТУ, 2011.

2. Иванов Е.Н. Противопожарное водоснабжение. - М.: Стройиздат., 1986. - 916 с.

3. Качалов А.А. и др. Противопожарное водоснабжение: учеб. Пособ. для пожарной техники. - М.: Стройиздат, 1975. - 272 с.

4. Иванов Е.Н. Расчет и прогнозирование системы противопожарной защиты. - М.: Химия, 1990. - 387 с.

5. Гидромеханические процессы: учеб.е пособ. Под ред. Г.И. Николаева - Улан-Удэ: Издательство ВСГТУ, 2003. -135 с.

6. Павлов К.Ф., Романов П.Г. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. - Л.: Химия, 1987. - 575 с.

7. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Альянс, 2005. - 750 с.

8. Кузнецова А.Е. Противопожарное водоснабжение многоэтажных зданий. - М.: Стройиздат, 1998. - 275 с.

9. Кузнецова А.Е. Противопожарное водоснабжение многоэтажных зданий. - М.: Стройиздат, 1995. - 375 с.

10. Свод правил 8.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Источники наружного противопожарного водоснабжения. Требования пожарной безопасности»

11. Свод правил 10.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Внутренний противопожарный водопровод. Требования пожарной безопасности».

Размещено на Allbest.ru

...