CC BY
85УДК 614.843
DOI 10.25257/FE.2021.1.48-57
ОЛЬХОВСКИИ Иван Александрович Кандидат технических наук Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: 250615m@mail.ru
ЛЕБЕДЕВ Алексей Николаевич Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: dragee2721@mail.ru
МЕЖЕНОВ Владимир Алексеевич Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: mezhenov2016@mail.ru
ГЛАДЧЕНКО Владислав Ярославович
Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: siiviya2001@maii.ru
МЕТОД РАСЧЁТА КОЭФФИЦИЕНТОВ НАПОРНО-РАСХОДНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЖАРНОГО НАСОСА
В статье рассматриваются исторические аспекты исследований характеристик пожарных насосов. Выявлено отсутствие данных для расчётов согласования режимов работы современных образцов центробежных пожарных насосов и приводящих их в работу двигателей. Проведены замеры и получены экспериментальные показатели по напорно-расходным характеристикам современных центробежных насосов. С помощью метода наименьших квадратов выведены искомые данные для дальнейшего расчёта согласования работы двигателя и пожарного насоса.
Ключевые слова: напорно-энергетические показатели, тушение пожаров, центробежный пожарный насос.
Первые попытки людей сознательно упорядочить водоснабжение относятся к V тысячелетию до н. э. Для древних культурно-развитых городов и государств, таких как Вавилон, Китай, Древний Египет, имеющих большие территории с сухим климатом, орошение площадей, используемых для сельского хозяйства, а также обеспечение нужд тушения пожаров были жизненно важными вопросами. Собственно, в этот период и начинается история исследований в области оценки эффективности насосов и их напор-но-энергетических характеристик [1].
Одним из первых упоминаемых устройств для таких целей служило водоподъёмное колесо -древнейший водоподъёмный механизм (рис. /). Высота подъёма жидкости этим устройством составляла 3-4 м, максимальная подача ограничивалась лишь 3 л/с [1,2].
Это был удовлетворительный показатель на начальном этапе развития устройства, но в дальнейшем таких характеристик стало не хватать, что повлекло за собой поиски технических решений для устранения возникшей проблемы.
Спустя некоторое время начинают повсеместно применяться простые чигири, способные поднимать воду на высоту до 30 м, и цепные чигири с возможностью подъёма воды до 16 м, а также фланцевые подъёмники или цепные насосы (рис. 2), обладающие высотой подъёма до 5 м с производительностью до 20,8 л/с [3].
Зарекомендовал себя в действии и винт Архимеда с высотой подъёма воды до 4 м (для подъёма на большую высоту применялся каскад таких винтов) (рис. 3) [2, 3].
Стали также применяться объёмные (поршневые) насосы, которые работали за счёт изменения
внутреннего объёма рабочей камеры насоса. В 200 г. до н. э. грек Ктесибий изготовил первый двухцилиндровый пожарный насос с всасывающим и напорным клапанами и рычагом-балансиром для ручного
Рисунок 1. Схема водоподъёмного колеса: 1 - лоток для сбора воды; 2 - опорный штифт; 3 - ковш; 4 - колесо;5 - вода Figure 1. Diagram of the lifting wheel: 1 - tray for collecting water; 2 - support pin; 3 - bucket; 4 - wheel; 5 - water
48
© Ольховский И. А., Лебедев A. H., Меженов В. А., Гладченко В. Я., 2021
Рисунок 2. Схема цепного насоса:
1 - вода; 2 - цепь; 3 - черпак; 4 - барабан; 5 - труба; 6 - жёлоб для слива
Figure 2. Diagram of the chain pump: 1 - water; 2 - chain; 3 - scoop; 4 - drum; 5 - pipe; 6 - gutter for draining
привода. Насос Ктесибия имел все основные конструктивные элементы современного пожарного насоса ручного действия (рис. 4).
Рывок в развитии насосных установок был осуществлён европейскими учёными в эпоху Просвещения, в ХУ1-ХУП вв. Воздуходувка, усовершенствованная французским физиком Дени Папеном, стала первым центробежным насосом и обладала напором 30 м и подачей 19 л/с {рис. 5) [4].
Все вышеперечисленные насосы обладали различными характеристиками, вследствие чего их можно классифицировать по следующим параметрам: принцип движения жидкости, область применения, напорно-расходные показатели (табл. /).
При этом для центробежных и винтовых насосов применимы такие физические характеристики, как зависимость напора (Н, м) от производительности (С?, л/с) (рис. 6), а для поршневых - зависимость производительности насоса (С?, л/ход - литров за один ход поршня насоса) от хода поршня, то есть от продолжительности работы поршня (рис. 7).
Исторический анализ насосного оборудования позволяет сделать вывод, что все эти устройства приводились в действие посредством применения мускульной силы, кинетической энергией движимого ветром воздуха (на территориях с постоянным штилем применение такого способа было невозможно), либо течением воды. В начале XVIII в., когда остро встал вопрос о выборе стабильного универсального
Рисунок 3. Процесс работы винта Архимеда: 1 - вода; 2 - вал спирали; 3 - напорная спираль;
4 - закрытый лоток; 5 - привод Figure 3. The process of the Archimedes screw: 1 - water; 2 - spiral shaft; 3 - pressure spiral; 4 - closed tray; 5 - drive
Рисунок4. Схема поршневого насоса Ктесибия: 1 - цилиндр; 2,3- клапаны; 4 - поршень; 5 - уравнительный воздушный колпак; 6 - насадок
Figure 4. Diagram of the Ktesibia piston pump: 1 - cylinder; 2,3 - valves; 4 - piston; 5 - equalizing air cap; 6 - nozzle
Рисунок 5. Схема центробежного вентилятора
с быстрым вращением Дени Папена: 1 - коллектор; 2 - рабочее колесо; 3 - корпус; 4 - вал рабочего колеса Figure 5. Diagram of a centrifugal fan with fast rotation by Denis Pa pen: 1 - collector; 2 - impeller; 3 - body; 4 - impeller shaft
Таблица 1
Напорно-расхоАные показатели насосов
Table 1
Pressure and flow characteristics of pumps
Тип насоса
Параметр Винтовой Поршневый Центробежный
Принцип движения жидкости Винтовое Импульсное Центробежное
Область применения Сельскохозяйственные нужды, тушение пожаров
Высота подъёма, м 3-4 10 30
Подача, л/с 3 5 19
Привод Мускульный, механический Механический
H, M
Рисунок 6. Графикзависимости напора от подачи для центробежных и винтовых насосов Figure 6. The graph of the dependence of pressure on flow for centrifugal and screw pumps
Рисунок 7. Графикзависимости подачи от количества ходов поршня, л, в одноцилиндровом поршневом насосе
Figure 7 Graph of the dependence of the flow rate on the number of piston strokes, n. In a single-cylinder piston pump
привода для поршневого, винтового и центробежного насосов, ситуация кардинально изменилась [5, 6].
В 1712г. кузнец Томас Ньюкомен в результате своих научных трудов применил паровой двигатель Дени Папена для привода водяного насоса {рис. 8). Насосная установка Ньюкомена применялась для откачки воды из шахт [7,8]. При небольшой мощности 8 л.с. машина обеспечивала подъём воды с глубины 80 м.
В это же время активно развивается пожарное дело, усложняются схемы насосно-рукавных систем, становится необходимым минимизировать последствия гидроудара при резкой остановке подачи огнетушащих веществ. Это приводит к выводу, что для нужд пожаротушения предпочтительнее использовать центробежные насосы, которые работают от привода двигателя внутреннего сгорания. Это связано с простотой конструкции, дешевизной изготовления и возможностью работы насоса на себя, то есть нагнетании напора в рабочей полости насоса при производительности равной нулю [7, 9].
Прорыв в области конструирования пожарных насосов и приводов для их работы произошёл в начале XX в. С 1910 г. благодаря экспериментальным исследованиям австрийского инженера Иоганна Розенбауэра в качестве привода для пожарных центробежных насосов стали применять бензиновый двигатель, что позволило повысить напорно-расходные характеристики подаваемой воды (основного вида огнетушащего вещества на то время) по рукавным системам [1, 8]. В конце XX в. профессором М. Д. Безбородько были проведены научно-исследовательские работы по согласованию работы двигателя пожарного автомобиля и пожарного насоса. Результатом его исследования стало определение зависимости расхода от напора насосной установки и коэффициентов для нахождения данных
5
\
Рисунок 8. Насосная установка Ньюкомена: 1 - поршень насоса: 2 - стойка: 3 - уравновешивающий груз: 4 - цепь: 5 - коромысло: 6- бачокдля вспрыскиваемой массы: 7 - поршень: 8 - паровой цилиндр: 9 - печь (топка) Figure 8. Newcomen pumping Installation:
1 - pump piston: 2 - rack: 3 - balancing weight: 4 - chain: 5 - rocker: 6 - tank for the sprayed mass: 7 - piston: 8 - steam cylinder: 9 - furnace (burner)
напорно-расходных характеристик, применяемых в выведенном уравнении.
Н = А + ВО-СО2, (1)
где Я- напор, м.в.ст.; С? - расход, л/с; А, В, С-безразмерные коэффициенты, характерные для каждого насоса.
В таблице 2 представлен номенклатурный ряд коэффициентов для определения напорно-расходных характеристик насосов [10].
Уравнение (1) позволяет построить совмещённый график (рис. 9), состоящий из трёх четвертей, где в первой четверти координат представлена зависимость Н = ДС?) при различных постоянных значениях частоты вращения вала насоса. Во второй четверти координат представлена зависимость мощности, потребляемой пожарным насосом N = ДС?), при заданных значениях частот вращения вала насоса. В третьей четверти совместно с графиком внешней скоростной характеристики двигателя внутреннего сгорания N = Дл), который приводит в действие насос, строится график рабочего поля насоса. Анализ третьей четверти графика позволяет сделать вывод
Таблица 2
Коэффициенты для определения напорно-расходных характеристик
Table 2
Coefficients for determining head and rate characteristics
Насосная установка Коэффициент
А В с
ПН-40УВ 110,11 0,49 0,02
ПН-60 104 0,038 1,74-Ю"3
НЦПН-20/100 139,47 0,3 3,37 10--
НЦПН-40/100 92,55 0,815 1,4-10-"
НЦПН-70/100 109,45 0,14 1,8-Ю-3
НЦПН-100/100 106,05 0,11 3-1 о-4
о возможности двигателя пожарного автомобиля обеспечивать работу насоса во всём диапазоне расхода и напора, определённых по формуле (1).
N, кВт
Рисунок 9. График совместной работы двигателя и пожарного насоса: л - частота оборотов коленчатого вала двигателя, мин-1: точки а, Ь. с. d - предельные значения зависимости напора от подачи при номинальной и минимальной частоте оборотов вала насоса: точки а', Ь', с', d' - предельные значения зависимости потребляемой мощности от подачи при номинальной и минимальной частоте оборотов вала насоса: точки а", Ь", с", d" - граничные значения рабочего поля мощности, потребляемой насосом во всём диапазоне оборотов вала насоса: К - запас мощности: L - значение мощности при 75 % оборотов коленчатого вала двигателя Figure 9. Schedule of engine and fire pump joint operation:
n - ¡engine crankshaft speed, mln-1: points a, b. c. d - limiting values of the dependence of the pressure on the flow at the nominal and minimum frequency of the pump shaft revolutions: points a', b', c', of - limiting values of the dependence of the power consumption on the supply at the rated and minimum frequency of the pump shaft revolutions: points a", b", c", d" - boundary values of the worklngfleld of the power consumed by the pump In the entire range of pump shaft revolutions: К - power reserve: L - power value at 75% of the engine crankshaft revolutions
Исследования, проведённые в XX в., внесли большой вклад в данную тематику, на сегодняшний день центробежные пожарные насосы, в связи с широкой областью их применения, имеют большой спектр модификаций и применяются не только для тушения пожаров, но и для ликвидации чрезвычайных ситуаций [11, 12]. Поменялось техническое исполнение насосов, например, австрийская компания «ЯоэепЬаиег» в настоящее время не производит насосы консольного исполнения. Российская компания «Пожгидравлика» производит насосные установки с расходами 50 л/с, а не 40 л/с, чаще применяемыми в пожаротушении.
Сказанное приводит к выводу, что для создания современных насосных и насосно-рукавных комплексов на шасси мобильной пожарной техники или при использовании пожарных насосов в стационарных установках пожаротушения необходимо вывести зависимости на-порно-расходных характеристик и коэффициентов для определения возможности работы насоса от силового агрегата, в том числе двигателя внутреннего сгорания.
Весь современный модельный ряд пожарных насосов требует практической оценки таких показателей, как напор, расход при номинальной частоте оборотов, геометрическая высота всасывания и кавитационный запас [13, 14]. Данные характеристики для пожарных центробежных насосов определяются по методикам,
изложенным в нормативных документах и требующим определения напора при номинальной подаче с глубины всасывания 3,5 м при номинальной частоте оборотов вала насоса. Для согласования работы силового агрегата и центробежного насоса необходимо знать три показателя насосной установки: частота оборотов вала насоса при требующемся номинальном напоре и расходе, напор и расход [15-17], и внешняя мощностная характеристика силового агрегата.
Для более достоверной оценки напорно-рас-ходных характеристик были разработаны методика проведения испытаний и испытательное оборудование. Испытательная установка состоит из резервуара для воды (открытого водоисточника), испытываемого пожарного насоса (в составе основного пожарного автомобиля), вставки с мановакуумметром перед насосом (допускается установка в штатное место насоса), а также специально разработанной вставки с расходомером и датчиком давления (для повышения точности допускается использовать штатный манометр насоса). Разработанная вставка с расходомером обеспечивает диапазон измерений расхода огнетушащих веществ от 0 до 175 л/с, имеет диаметр условного прохода 150 мм, оборудована восьмью соединительными головками ГМ-80 для подсоединения пожарных напорных рукавов (рис. 10).
-1500
Рисунок 10. Измерительная вставка с расходомером: 1 - панель индикации: 2 - фланец 150/1,6: 3 - труба 0154: 4 - опора: 5 - патрубки 080 с ГМ-80 под углом 45 град к продольной оси (3 шт.): 6 - патрубок 080 с ГМ-80 по продольной оси
Figure 10. Measuring insert with a flow meter: 1 - indication panel: 2 - flange 150 / 1.6: 3 - pipe 0154: 4 - support: 5 - nozzles 080 with GM-80 at an angle of 45 degrees to the longitudinal axis (3 pes.): 6 - branch pipe 080 with GM-80 along the longitudinal axis
Рисунок 11. Схема использования испытательной установки: 1 - всасывающий рукав: 2 - напорная линия: 3 - вал карданной передачи: 4 - манометр: 5 - расходомер: 6 - мановаку/метр Figure 11. Test facility scheme: 1 - suction hose: 2 - pressure line: 3 - cardan shaft: 4 - manometer: 5 - flow meter: 6 - manovacuum meter
Для исследования был взят пожарный центробежный насос 1МН30 ЯоэепЬаиег как наиболее часто устанавливаемый на мобильной пожарной технике. Стоит отметить, что установка данного насоса на тот или иной пожарный автомобиль проводится методом подбора, так как для расчёта напорно-рас-ходных характеристик, влияющих на согласованную работу двигателя и пожарного насоса, отсутствуют коэффициенты, применяемые в формуле (1). На испытательной установке по принципиальной схеме были определены напорно-расходные показатели насоса центробежного пожарного комбинированного 1МН30 ЯоэепЬаиег (рис. 11).
Результаты испытаний при частоте оборотов вала насоса 2 700 об/мин с глубины всасывания 1,5 м представлены в таблице 3 и на рисунке 12.
Для определения зависимости Н = ДС?) используем метод наименьших квадратов. Теоретическое уравнение регрессии будет иметь вид (1). Неизвестные параметры А, В, С будут определяться из системы линейных алгебраических уравнений:
£о2Я=-C£Q4+b%Q3+ Ä£<?;
i=1 1=1 /=1 /=1
1=1 i=l i=l i=l
Проведём вычисления и получим следующую систему уравнений:
787 966,12 = -10 974 679,6 С+255 208,23-В+б 317,23 ■ А; 22 618 = -255 208,23• С + 6 317,23• В +174,9• Л; 816 = -6317-С + 174,9Я+6А
где л = 6 - количество значений известных нам пересечений результатов эксперимента, суммирование ведётся по / от 1 до 6 [17].
По получившейся системе уравнений составляем значения определителей данной матрицы.
Основной определитель:
'-10 974 679,6 255 208,23 6317,23^
А =
-255 208,83 -6317,23
6317,23 174,9
174,9 6
Дополнительные определители:
787966,12 22 618 816
255 208,23 6317,23 6317,23 174,9 174,9 6
д2 =
-10974 679,6 787966,12 6317,23
-255 208,83 22 618 174,9
-6317,23 816 6
-10974 679,6 255 208,23 787 966,12'
-255208,83 -6317,23
6317,23 174,9
22 618 816
180 ■
160 ■
140 ■
120 ■
d 100 ■
cL 80-о
га 60 " 40 ■ 20 ■
-1-1-1-1-1-
О 10 20 30 40 50
Расход, л/с
Рисунок 12. График зависимости напора от подачи и уравнение графика функции
Figure 12. The graph of the dependence of the head on the flow and the equation of the function graph
60
Результаты эксперимента
Experiment results
Таблица 3
Table 3
Q, л/с 0 8,3 16,6 25 33,3 41,7 50
H, m.b.ct 154 152 149 143 135 125 112
В ходе вычислений получим, что данные определители будут равны:
А = -1320 483 397; ^=-22374 837,74; Д2 = -38 673 076,95; А3 =-202016254559,65.
В
vC,
= FTYM~\
(2)
где Р - транспонированная матрица; У - матрица у; М-1 - обратная матрица М.
По результатам эксперимента составляем матрицы ^ М-1, У и производим вычисления:
Для поиска коэффициентов А, В, С используем формулы Крамера:
А А А
Подставив соответствующие определители в формулы, вычислим расчётные показатели коэффициентов: А = 152,98; В = 0,03; С = -0,017.
В качестве второго способа расчёта результатов эксперимента методом наименьших квадратов используем теоретическое уравнение регрессии.
Неизвестные параметры А, В, С определим с помощью системы нормальных уравнений Гаусса:
F =
1 1 1 8,3 16,6 25 68,89 275,56 625
1 1 1 33,3 41,7 50 1108,89 1738,89 2 500
М-1 =
3,18 -0,23
0,0035 -0,00032 5,54-10"
0,23 0,0035 0,019 -0,00032
FTY =
816 22618 78809,12
180-1
160-
140-
120-
и
m 100-
Ь
Q. 80-
d
а X 60-
40-
20-
0
~Г
10
и-1-
20 30
Расход, л/с а (a)
~г
40
50
Н
60
18016014012010080 60 40 20
10
20
-1-
30
Расход, л/с б (b)
40
~г
50
60
180160140120 100 8060 40 20-
-1-1-1-1-1-1
0 10 20 30 40 50 60
Расход, л/с в (с)
Рисунок 13. Экспериментальные и расчётные показатели напорно-расходных характеристик насоса NH30 Rosenbauer: а - эксперимент; б - расчёт с помощью уравнения регрессии; в - расчёт с помощью системы уравнений Гаусса Figure 13. Experimental and calculated parameters of the pressure-flow characteristics of the NH30 Rosenbauer pump: a - experiment; b - calculation using the regression equation; с - calculation using the system of Gauss equations
0
Подставив полученные значения в формулу (2), найдём коэффициенты А, В, С:
'А* ' 153,43 ^
в = FTYM~i = -0,01107
S) v-0,01625,
Вычисления матрицы дают следующие результаты показателей коэффициентов: А = 153,43; В = -0,01107; С = -0,01625.
Для наглядного сравнения представим три получившиеся напорно-расходные характеристики H = экспериментальные и расчётные, в одной системе координат (рис. 13).
Результаты исследования показали, что оба способа расчёта коэффициентов А, В, С для определения напорно-расходной зависимости центробежного пожарного насоса ЫИ30 ЯоэепЬаиег приводят
к 99 % совпадению результатов последующих расчётов с экспериментальными показателями. Данный факт говорит о возможности применения обоих способов расчёта напорно-расходных характеристик центробежных пожарных насосов. Однако учитывая практическую значимость данных расчётов, для упрощения инженерных изысканий при конструировании технических средств пожаротушения с центробежным пожарным насосом целесообразно применять вычисления с помощью системы нормальных уравнений Гаусса (2).
Применение предлагаемого метода расчёта коэффициентов напорно-расходных характеристик пожарного насоса для согласования режимов работы центробежного насоса с двигателем внутреннего сгорания возможно не только для насосов серии ЫИ ЯоэепЬаиег, но и любых других пожарных центробежных насосов, которых на сегодняшний день насчитывается более сотни.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ильин В. В., Мешалкин Е. А. История пожарной охраны России. Учебник. М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. 348 с.
2. История пожарной охраны. Курс лекций. М.: Академия ГПС МВД России, 2001. 151 с.
3. Есьман И. Г. Насосы. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Государственное научно-техническое издательство нефтяной и горно-топливной литературы, 1954.
4. Лебедев А. Н., Меженов В. А., Ольховский И. А., Доро-тюк А. А. История и перспективы развития насосно-рукавных систем, комплексов и оборудования // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2020. № 2. С. 58-65. 001:10.25257/РБ.2020.2.58-65
5. Алешков М. В., Безбородько М. Д., Роенко В. В. [и др.] Основные направления развития пожарной техники в системе Государственной противопожарной службы. Учебное пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. 276 с.
6. Безбородько М. Д., Цариченко С. Г., Роенко В. В. [и др.] Пожарная и аварийно-спасательная техника. Учебник: в 2 ч. Ч. 1/ Под ред. М. Д. Безбородько. М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. 353 с.
7. Безбородько М. Д., Алешков М. В. Развитие механизированных средств подачи воды на пожарах // Пожаровзрывобезо-пасность. 2003. № 3. С. 65-69.
8. Бадеке К., Градевальд А., Хундт К. Х. [и др.] Насосы. Справочное пособие/ Пер. с нем. В. В. Малюшенко, М. К. Бобка. М.: Машиностроение, 1979. 502 с.
9. Хоанг З. Б. Гидравлическое сопротивление напорных пожарных рукавов и его снижение при введении в поток воды геля полиакриламида при тушении пожаров на объектах энергетики: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М.: Академия ГПС МЧС России, 2011. 24 с.
10. Меженов В. А., Ольховский И. А., Неровных А. Н., Скворцов С. С. К вопросу достоверности применяемых исходных данных для расчёта сил и средств в документах предварительно-
го планирования // Материалы III Международной научно-практической конференции «Гражданская оборона на страже мира и безопасности». М.: Академия ГПС МЧС России, 2019. С. 155-161.
11. Алешков М. В., Безбородько М. Д., Плосконосов А. В., Ольховский И. А. Технические средства подачи огнетушащих веществ для ликвидации пожаров и чрезвычайных ситуаций на объектах энергетики // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2012. № 1. С. 10-14.
12. Чуприян А. П., Бондар А. И., Доротюк А. А. Ключевые аспекты развития водоподающих технических средств нового поколения и тактики их применения // Пожарное дело: техника и технологии. 2020. № 6. С. 46-51.
13. Яковенко Ю. Ф., Зайцев А. И., Кузнецов Л. М. [и др.] Эксплуатация пожарной техники. Справочник. М.: Стройиздат, 1991. С. 190-252.
14. Малютин О. С., Васильев С. А., ОсавелюкП. А. Прямой и обратный методы расчёта насосно-рукавных систем // Сибирский пожарно-спасательный вестник. 2019. № 3 (14). С. 54-60. D0I:10.18322/PVB.2016.25.11.77-83
15. Крамаренко Г. В. Техническая эксплуатация пожарных автомобилей. М.: Транспорт, 1983. 224 с.
16. Рассохин М. А., Перевалов А. С., Сащенко В. Н. Опыт применения насосно-рукавного комплекса на шасси Урал 63701 (6х6) в ходе проведения аварийно-спасательных работ при ликвидации наводнений // Сборник материалов XIII Международной научно-практической конференции «Пожарная и аварийная безопасность». Иваново, 2018. С. 475-477.
17. Горяинов В. Б., Павлов И. В., Цветкова Г. М., Тескин О. И. Математическая статистика / Под ред. B. C. Зарубина, А. П. Кри-щенко. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2001. 424 с.
Материал поступил в редакцию 18 января 2021 года.
Ivan OLKHOVSKY PhD in Engineering
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: 250615m@mail.ru
Alexey LEBEDEV
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: dragee2721@mail.ru
Vladimir MEZHENOV
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: mezhenov2016@mail.ru
Vladislav GLADCHENKO
State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: silviya2001@mail.ru
THE METHOD OF CALCULATING PRESSURE AND FLOW CHARACTERISTICS OF A FIRE PUMP
ABSTRACT
Purpose. The article provides a historical outlook on the development of pumping installations. A nomenclature series of coefficients for determining pressure and flow characteristics of pumps is presented. The study is due to the lack of data for calculating the coordination of operating modes of modern samples of centrifugal fire pumps and engines driving them.
Methods. The authors used the least squares method and the theoretical regression equation.
Findings. The test installation, according to the principle diagram, allowed determining pressure and flow characteristics of the combined centrifugal fire pump NH30 Rosenbauer.
To determine the dependence of pressure on the water flow, the method of least squares was implied. The unknown parameters were determined from a system of linear algebraic equations. The theoretical regression equation was applied as the second calculation method, the unknown parameters were determined using the system of Gaussian normal equations.
Both methods of calculating the coefficients for determining pressure and flow dependence of the NH30 Rosenbauer pump led to 99% coincidence of the results of the subsequent calculations with the experimental data. This fact indicates the possibility of using both methods for calculating pressure and flow characteristics of centrifugal fire pumps. However, to simplify engineering surveys when designing technical fire extinguishing equipment with a centrifugal fire pump, it is reasonable to make calculations using the system of Gaussian normal equations.
Research application field. The obtained results are applicable for calculating the operation coordination of modern fire pumps and engines while designing fire trucks of different types.
Conclusions. The study prospect is calculating dimensionless coefficients of pressure and flow characteristics for the entire range of modern centrifugal fire pumps.
Key words: firefighting equipment, fire extinguishment, centrifugal fire pump.
REFERENCES
1. Ilin V.V., Meshalkin E.A. Istoriia pozharnoi okhrany Rossii [History of Fire Protection of Russia]. Moscow. State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ. 2003. 348 p.
2. Istoriia pozharnoi okhrany [The History of Fire Protection]: Lecture Course. Moscow. State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2001. 151 p. (in Russ.).
3. Esman I.G. Nasosy [Pumps]. Moscow, State Scientific and Technical Publishing House of Oil and Mining and Fuel Literature, 1954.
4. Lebedev A.N., Mezhenov V.A.,Olkhovsky I.A., Dorotyuk A.A. History and prospects for developing pump and hose systems, complexes and equipment. Pozhary i chrezvychajnye situacii: predotvrashhenie, likvidacija (Fire and emergencies: prevention, elimination). 2020, no. 2, pp. 58-65 (in Russ.). D0I:10.25257/FE.2020.2.58-65
5. Aleshkov M.V., Bezborodko M.D., Royenko V.V. Osnovnye napravleniia razvitiia pozharnoi tekhniki v sisteme Gosudarstvennoi protivopozharnoi sluzhby [Main directions of fire engineering development in the GPS system]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2010. 276 p.
6. Bezborodko M.D., Tsarichenko S.G. Roenko V.V. Pozharnaia i avariino-spasatel'naia tekhnika [Fire and Rescue Equipment]. Moscow. State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2013. 353 p.
7. Bezborodko M.D., Aleshkov M.V. Development of the firefighting equipment for water supply. Pozharovzryvobezopasnost (Fire and Explosion Safety) 2003, no. 3, pp. 65-69. (in Russ.).
8. Badeke K., Gradevald A.,. Khundt K.Kh. Nasosy [Pumps] . Moscow, Mashinostroenie, 1979. 502 p
9. Khoang Z.B. Gidravlicheskoe soprotivlenie napornykh pozharnykh rukavov i ego snizhenie pri vvedenii v potok vody gelia poliakrilamidapri tusheniipozharovna ob"ektakh energetiki [Hydraulic resistance of pressure fire hoses and its reduction when introducing polyacrylamide gel into the water stream when extinguishing fires at energy facilities. Abstract of PhD in Engin. Sci. diss.]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2011. Available at: https:// www.elibrary.ru/item.asp?id=30350459.
10. Mezhenov VA, Olkhovsky IA., Nerovnykh A.N., Skvortsov S.S. K voprosu dostovernosti primeniaemykh iskhodnykh dannykh dlia rascheta sil i sredstv v dokumentakh predvaritel'nogo planirovaniia. Materialy III Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Grazhdanskaia oborona na strazhe mira i bezopasnosti» [On the Reliability of the Applied Source Data for Calculating Forces andMeans in the Documents of Preliminary Planning]. Moscow. State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2019, pp. 155-161.
11. Aleshkov M.V., Besborodko M.D., Ploskonosov A.V., Olkhovsky I.A. Technical means of supplying fire-extinguishing substances for fire and emergency situations at energy facilities. Pozhary i chrezvychajnye situacii: predotvrashhenie, likvidacija (Fire and emergencies: prevention, elimination). 2012, no. 1, pp. 10-14/ (in Russ.).
12. Chupriyan A.P., Bondar A.I., Dorotuk A.A. Key aspects of the development of water-supplying technical environments of a new
56
© Olkhovsky I., Lebedev A., Mezhenov V., Gladchenko V., 2021
generation and tactics of their application. Pozharnoe delo: tekhnika i tekhnologii (Fire Business: equipment and technologies) 2020, no. 6, pp. 46-51
13. Yakovenko Yu.F., Zaitsev A.I., Kuznetsov L.M. Ekspluatatsiia pozharnoi tekhniki: Spravochnik. [Operation of Fire Equipment: Directory]. Moscow, Stroyizdat Publ., 1991, pp. 190-252.
14. Maliutin O.S., Vasilev S.A., Osaveliuk P.A. Straight and reverse pump-hose systems computation methods. Sibirskii pozharno-spasatel'nyi vestnik (Siberian Fire and Rescue Bulletin). 2019, no. 3 (14), pp. 54-60. (in Russ.).
15. Kramarenko G.V. Tekhnicheskaia ekspluatatsiia avtomobilei [Technical operation of fire trucks]. Moscow. Transport Publ., 1983. 288 p.
16. Rassokhin M.A., Perevalov A.S., Sashchenko V.N. Opyt primeneniia nasosno-rukavnogo kompleksa na shassi Ural 63701 ^6) v khode provedeniia avariino-spasatel'nykh rabot pri likvidatsii navodnenii. Sbornik materialov XIII Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Pozharnaia i avariinaia bezopasnost'» [The Experience of Using a Pump and Hose Complex on the Chassis Ural 63701 (6x6) in the Course of Rescue Works at Liquidation of Floods. Collection of materials of the XIII International scientific and practical conference "Fire and emergency safety"]. Ivanovo. 2018, pp. 475-477. (in Russ.).
17. Goriainov V.B., Pavlov I.V., Tsvetkova G.M., Teskin O.I. Matematicheskaia statistika [Mathematical statistics]. Moscow, 2001. 424 p.
