ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАССОВОГО РАСХОДА ПРИ ПОДАЧЕ ПО НАСОСНО-РУКАВНЫМ СИСТЕМАМ КОМПРЕССИОННОЙ ПЕНЫ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 614.842.615

DOI 10.25257/FE.2020.4.5-10

МОЛЧАНОВ Виктор Павлович

Доктор технических наук E-mail: v-molchanov@mail.ru

ФЕДЯЕВ Владислав Дмитриевич Кандидат технических наук Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: fedyaeff.v@yandex.ru

ГУМИРОВ Андрей Сергеевич Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: romb55cool2014@yandex.ru

СТРУГОВ Александр Олегович Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: strugov1994@mail.ru

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАССОВОГО РАСХОДА ПРИ ПОДАЧЕ ПО НАСОСНО-РУКАВНЫМ СИСТЕМАМ КОМПРЕССИОННОЙ ПЕНЫ

В статье описаны методика и программа проведения натурного эксперимента по определению массового расхода при подаче по насосно-рукавным системам компрессионной пены. Определена зависимость массового расхода компрессионной пены от соотношения её компонентов при подаче по пожарным напорным рукавам. Получены экспериментальные данные массового расхода в зависимости от различной кратности пены.

Ключевые слова: массовый расход, насосно-рукавные системы, кратность пены, компрессионная пена, пеновоз-душная смесь, пеногенерирующая установка, гидродинамические параметры.

Ежегодно на территории Российской Федерации происходит около 150 тысяч пожаров в год. При тушении пожаров успех пожарных подразделений зависит не только от слаженности и быстроты действий пожарных подразделений, немалую роль играет также обеспечение необходимого количества огнетушащего вещества (ОТВ), транспортируемого по пожарным напорным рукавам [1].

При транспортировке ОТВ возникают потери напора. Причиной, в основном, являются различные гидравлические сопротивления пожарного рукава. Сопротивления подразделяются на сопротивления по длине и местные сопротивления [2]. В зависимости от сопротивления потери напора также можно разделить на потери напора по длине и местные потери напора. В основном, в пожарных напорных рукавах преобладают потери напора по длине.

Для определения сопротивления нужно изучить гидродинамические параметры. В настоящее время гидродинамические параметры компрессионной пены при подаче её по рукавным линиям до конца не изучены. Для определения гидродинамических характеристик, влияющих на подачу ОТВ, необходимо проведение экспериментальных исследований с применением специального измерительного оборудования [3]. Это нужно для определения возможности подачи огнетушащих веществ подразделениями пожарной охраны в условиях реальных пожаров. К гидродинамическим параметрам при подаче компрессионной пены по пожарным рукавам относятся: массовый расход, потеря давления при прокладке рукавной линии на большие расстояния, изменение температуры при транспортировке по пожарным рукавам, вязкость [7]. Учёными Академии ГПС МЧС России проводились

© Молчанов В. П., Федяев В. Д., Гумиров А. С., Стругов А. О., 2020

натурные эксперименты по определению массового расхода компрессионной пены при различном соотношении её компонентов [4].

Объектом испытаний являлась автоцистерна с установкой подачи компрессионной пены АЦ 3,2-40/4 САРБ на базовом шасси КАМАЗ 43253 (рис. 1).

Перечислим тактико-технические характеристики АЦ 3,2-40/4 САРБ на базовом шасси КАМАЗ 43253 [5]:

- рабочее давление от 10 до 40 атм;

- производительность насоса от 4,2 до 40 л/с;

- привод системы: бензиновый ДВС мощностью 210 л.с.;

Рисунок 1. Автоцистерна с установкой подачи компрессионной пены АЦ 3,2-40/4 CAFS на базовом шасси КАМАЗ 43253 Figure 1. Tank truck with the installation for compression foam delivery 3,2-40 / 4 CAFS on the base chassis KAMAZ 43253

5

- объём ёмкости для воды 3 200 л;

- объём ёмкости для пенобака 200 л.

Целью натурных экспериментов являлось определение параметров массового расхода при получении и подаче компрессионной пены по насосно-рукавным системам от соотношения её компонентов [6].

Оборудование, необходимое для проведения натурного эксперимента, представлено в таблице 1.

Параметры окружающей среды на момент проведения натурного исследования:

- температура окружающего воздуха +25 °С;

- скорость ветра 1-3 м/с;

- относительная влажность воздуха от 50-67 %;

- атмосферное давление от 95 до 103 кПа.

При проведении натурного эксперимента использовался фторсинтетический пенообразователь AFFF с концентрацией 3 %. Производителем данного пенообразователя является ООО «Ивановский химический завод».

Натурный эксперимент по определению массового расхода компрессионной пены при подаче по насосно-рукавным системам от соотношения её компонентов был проведён на территории пожарно-спасательной части г. Москвы. В начале эксперимента

проводили измерения массы пластиковых ёмкостей различного объёма (рис. 2).

От машины с двухканальной пневматической пеногенерирующей установкой получения и подачи компрессионной пены была проложена рукавная линия длиной 20 м.

На ровной поверхности были установлены платформенные весы для измерения массы ёмкости с компрессионной пеной объёмом 40 и 200 л.

Порядок проведения натурного эксперимента был следующий [8].

1. Производился запуск установки подачи компрессионной пены при заданных соотношениях от 2 до 20 [9].

2. При проведении эксперимента параметры кратности компрессионной пены принимались согласно показателям системы дозирования пожарного автомобиля. С помощью установки получения и подачи пеновоздушной смеси устанавливалась кратность 2, 10, 20.

3. С помощью специального перекрывного ствола производилась проливка рукавной линии при рабочем давлении 0,5 МПа для стабилизации подачи потока компрессионной пены [10] (рис. 3).

Оборудование для проведения экспериментов

Experimental equipment

Таблица 1 Tablel

Наименование Назначение Количество

Автомобиль с установкой подачи компрессионной пены Подача огнетушащих веществ 1 ед.

Пластиковая бочка объёмом 40 л Определение массового расхода пены кратностью 2 и 10 4 шт.

Пластиковая бочка объёмом 200 л Определение массового расхода пены кратностью 20 1 шт.

Весы платформенные Измерение веса пластиковой бочки и компрессионной пены 1 шт.

Цифровой фотоаппарат Фото- и видеофиксация эксперимента 1 шт.

Рукав Ду 50 мм длиной 20 м Подача на расстояние огнетушащих веществ 5 шт.

Рисунок 3. Проливка пеногенерирующей установки подачи компрессионной пены перед экспериментом для стабильной работы

Figure 3. Pouring a foam generating unit for delivering compression foam before experiment for stable operation

4. Далее без перекрывания ствола производится заполнение пластиковой ёмкости компрессионной пеной и одновременно фиксируется время начала подачи.

5. Заполнение компрессионной пеной ёмкости производится до определённой отметки. После этого ствол перекрывается, и время останавливается (рис. 4).

Порядок действий повторяется 5-6 раз для разных соотношений компонентов компрессионной пены.

В ходе экспериментальных исследований были получены следующие результаты массового расхода компрессионной пены в зависимости от различного соотношения её компонентов. Результаты натурных экспериментов представлены в таблице 2.

Рисунок 4. Проведение натурных экспериментов по определению массового расхода компрессионной пены при подаче по насосно-рукавным системам на территории пожарно-спасательной части г. Москвы

Figure 4. Conducting field-scale experiments to determine the mass flow rate of compression foam when delivered through the pump and hose systems on the territory of the fire and rescue department of Moscow

Таблица 2

Результаты исследований по определению массового расхода компрессионной пены в зависимости от соотношения её компонентов

Table 2

The results of the studies carried out to determine the mass flow rate of compression foam depending

on the ratio of its components

Номер эксперимента Кратность пены Время заполнения ёмкости, с Масса КП без учёта массы бочки, кг Объём ёмкости, л Массовый расход, кг/с

1 8,99 19,6 2,18

2 8,74 19,4 2,22

3 2 9,04 19,8 40 2,19

4 8,86 19,5 2,23

5 8,82 19,3 2,2

6 8,77 19,4 2,21

Средний массовый расход 2,21

1 4,32 4 0,92

2 4,21 4,1 0,97

3 10 4,15 3,95 40 0,95

4 4,27 4,2 0,98

5 4,19 3,98 0,94

6 4,23 4,15 0,98

Средний массовый расход 0,95

1 7,5 4,24 0,57

2 7,32 4,22 0,58

3 20 7 4,15 70 0,59

4 7,38 4,13 0,56

5 7,2 4,1 0,57

6 7,68 4,18 0,54

Средний массовый расход 0,56

Рисунок 5. Экспериментальные данные массового расхода компрессионной пены в зависимости от её кратности:

--2;--10;--20

Figure 5. Experimental data of the mass flow rate of compression foam depending on Its expansion:

--2;--10;--20

Рисунок 6. Экспериментальные данные массового расхода компрессионной пены в зависимости от соотношения её компонентов

Figure 6. Experimental data of mass flow rate of compression foam depending on the ratio of Its components

В ходе проведения эксперимента было установлено, что массовый расход пеновоздушной смеси зависит от соотношения её компонентов. Массовый расход при кратности пены 2 больше массового расхода при кратности пены 20 почти в 4 раза.

- массовый расход компрессионной пены при кратности 2 равен 2,21 кг/с;

- массовый расход компрессионной пены при кратности 10 равен 0,95 кг/с;

- массовый расход компрессионной пены при кратности 20 равен 0,56 кг/с.

Из полученных данных можно сделать вывод о том, что с увеличением кратности компрессионной пены массовый расход уменьшается. Также стоит отметить, что в ходе проведения экспериментов не производилась оценка кратности получаемой компрессионной пены на выходе из ствола. Проведение дальнейших исследований позволит оценить интенсивность охлаждения компрессионной пены при подаче по насосно-рукавным системам в условиях низких температур.

ЛИТЕРАТУРА

1. Камлюк А. Н, Навроцкий О. Д., Грачулин А. В. Тушение пожаров пеногенерирующими системами со сжатым воздухом // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2017. Т. 1. № 1. С. 44-53.

2. Алешков М. В., Федяев В. Д., Гумиров А. С., ШульпиновА. А. Применение компрессионной пены при тушении пожаров объектов нефтегазового комплекса при отрицательных температурах // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение и ликвидация. 2020. № 1. С. 8-15. DOI: 10.25257/FE.2020.1.8-15

3. Brinkley J., Depew R. Capabilities and limitations of compressed air foam systems (CAFS) for structural firefighting // The Fire Protection Research Foundation. 2012. 58 s.

4. Навроцкий О. Д. Исследование параметров пены, подаваемой с помощью пеногенерирующих систем со сжатым воздухом // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. 2011. № 2 (30). С. 125-132.

5. Грачулин А. В., Камлюк А. Н. Численное моделирование движения пены по горизонтальному цилиндрическому каналу // Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы

и перспективы: Сб. материалов IX международной научно-практической конференции молодых учёных. В 2 ч. Ч. 1. Минск: Университет гражданской защиты МЧС Республики Беларусь, 2015. С. 98-99.

6. Kim A. K., Crampton G. P. Evaluation of the fire suppression effectiveness of manually applied compressed-air-foam (CAF) system // Fire technology, 2012, 48 (3), pp. 549-564.

7. Lu Q., Bao Zh., Chen T, Zhang X., Fu X. Experimental study on the performance of class A foam in extinguishing class A fires // Fire Science and Technology. 2013. No. 2. Pp. 337-389.

8. Dicus C. A., Korman T, Grant C., Lohr S, Madrzykowski D., MowrerF., PascualC., TurnerD. Compressed air foam and structural firefighting research // Fire Engineering. 2013. No. 166 (7). Pp. 65-69.

9. Proportioning Systems [Электронный ресурс] // Rosenbauer: сайт. Режим доступа: http://www.rosenbauer.com (дата обращения 24.11.2020)

10. Grady С., Lafferty R. How high can you pump wildland firefighting foam? // Foam applications for wildland and urban fire management. 2005. Vol. 1. Iss. 1.

Материал поступил в редакцию 5 ноября 2020 года.

Viktor MOLCHANOV Grand Doctor in Engineering E-mail: v-molchanov@mail.ru

Vladislav FEDYAEV PhD in Engineering

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow E-mail: fedyaeff.v@yandex.ru

Andrei GUMIROV

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow E-mail: romb55cool2014@yandex.ru

Aleksander STRUGOV

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow E-mail: strugov1994@mail.ru

ANALYSIS OF MASS FLOW PARAMETERS WHILE DELIVERING COMPRESSED AIR FOAM THROUGH PUMP-AND-HOSE SYSTEMS

ABSTRACT

Purpose. When fire extinguishing agents are delivered through fire hoses, hydrodynamic flow resistances take place which results in delivery efficiency degradation. Compressed air foam is among fire extinguishing agents used during fire attacks. The article describes a field experiment on evaluating hydrodynamic parameters of compressed air foam, namely on measuring mass flow parameters.

Methods. To conduct a field experiment on evaluating the parameters of mass flow of compressed air foam while supplying it through fire delivery hoses specialists of State Fire Academy of EMERCOM of Russia have developed a program and methodology for conducting the study.

Findings. As a result of a field experiment, mass flow figures while supplying compressed air foam through fire delivery hoses have been determined.

It was experimentally estimated that air-foam mixture mass flow depends on the ratio of its components. The mass flow at foam expansion valued 2 is almost 4 times greater than the mass flow at foam expansion valued 20.

- mass flow of compressed air foam having expansion with a value of 2 is 2.21 kg/s;

- mass flow of compressed air foam having expansion with a value of 10 is 0.95 kg/s;

- mass flow of compressed air foam having expansion with a value of 20 is 0.56 kg/s.

Research application field. The obtained results and further research are of practical significance for improving the efficiency of fire brigades in putting out fires. Using the obtained results, it will be possible to study the cooling rate of compressed air foam and fire delivery hoses resistance.

Conclusions. The conducted field experiments made it possible to determine the mass flow of compressed air foam. It is necessary to continue studying the hydrodynamic parameters of compressed air foam when delivering it through pump-and-hose systems.

Key words: mass flow, pump-and-hose systems, foam expansion, compressed air foam, air-foam mixture, foam generation installation, hydrodynamic parameters..

REFERENCES

1. Kamlyuk A.N., Navrotsky O.D., Grachulin A.V. Fire extinguishing with foam-generating systems with compressed air. Vestnik Universiteta grazhdanskoi zashchity MChS Belarusi (Bulletin of the University of Civil Protection of the Ministry for Emergency Situations of the Republic of Belarus). 2017, vol. 1, no. 1, pp. 44-53 (in Russ.).

2. Aleshkov M.V., Fedyaev V.D., Gumirov A.S., Shulpinov A.A. Application of compression foam for extinguishing fires at oil and gas industry facilities at low temperatures. Pozhary i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie i likvidatsiia (Fire and emergencies: prevention and elimination). 2020, no. 1, pp. 8-15 (in Russ.). DOI: 10.25257/FE.2020.1.8-15

3. Brinkley J., Depew R. Capabilities and limitations of compressed air foam systems (CAFS) for structural firefighting. The Fire Protection Research Foundation. 2012, 58 s.

4. Navrotsky O.D. Investigation of the parameters of foam supplied by foam generating systems with compressed air. Chrezvychainye situatsii: preduprezhdenie i likvidatsiia (Emergency situations: prevention and elimination). 2011, no. 2 (30), pp. 125-132 (in Russ.).

5. Grachulin A.V., Kamlyuk A.N. Chislennoe modelirovanie dvizheniia peny po gorizontalnomu tsilindricheskomu kanalu. Obespechenie bezopasnosti zhiznedeiatel'nosti: problemy i perspektivy. Sb. materialov IX

mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii molodykh uchenykh [Numerical modeling of foam movement along a horizontal cylindrical channel. Ensuring life safety: problems and prospects. Proceedings of the IX scientific and practical international conference of young scientists. In 2 part. Part 1]. Minsk. University of Civil Protection of the Ministry for Emergency Situations of the Republic of Belarus Publ., 2015. Pp. 98-99 (in Russ.).

6. Kim A.K., Crampton G.P. Evaluation of the fire suppression effectiveness of manually applied compressed-air-foam (CAF) system. Fire technology, 2012, no. 48 (3), pp. 549-564.

7. Lu Q., Bao Zh., Chen T., Zhang X., Fu X. Experimental study on the performance of class A foam in extinguishing class A fires. Fire Science and Technology. 2013, no. 2, pp. 337-389.

8. Dicus C.A., Korman T., Grant C., LohrS., Madrzykowski D., Mowrer F., Pascual C., Turner D. Compressed air foam and structural firefighting research. Fire Engineering. 2013, no. 166 (7), pp. 65-69.

9. Proportioning Systems. Available at: http://www.rosenbauer.com (accessed November 24, 2020)

10. Grady C., Lafferty R. How high can you pump wildland firefighting foam? Foam applications for wildland and urban fire management. 2005, vol. 1, iss. 1.

10

© Molchanov V., Fedyaev V., Gumirov A., Strugov A., 2020