7Вестник Командно-инженерного института МЧС Республики Беларусь, № 1 (21), 2015 УДК 614.843.8
МЕТОДИКА ГИДРАВЛИЧЕСКОГО РАСЧЕТА СИСТЕМ ПОЖАРОТУШЕНИЯ, ВКЛЮЧАЮЩИХ ОРОСИТЕЛИ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ АЭРАЦИЕЙ ОГНЕТУШАЩЕГО ВЕЩЕСТВА
Качанов И.В.*, д.т.н., профессор, Карпенчук И.В.**, к.т.н., доцент,
Павлюков С.Ю.**
*Белорусский национальный технический университет **Командно-инженерный институт МЧС
e-mail: *hidrokaf@bntu.by, **asb@kii.gov.by
Предложена методика расчета автоматических установок пожаротушения с оросителями с предварительной аэрацией огнетушащего вещества. Методика учитывает не последовательный подбор оросителей и значительно снижает фактический расход огнетушащего вещества.
The design procedure of automatic extinguishing systems with sprinklers with pre-aeration of the extinguishing agent. The technique takes into account not sequential selection of sprinklers, and greatly reduces actual flow of extinguishing agent.
(Поступила в редакцию 26 января 2015 г.)
Введение. Гидравлический расчет автоматической установки пожаротушения (далее -УП) имеет своей целью: определение расхода огнетушащего вещества, т. е. интенсивности орошения или удельного расхода, у «диктующих» (наиболее удаленных от узла управления) оросителей; сравнение фактического расхода с требуемым (нормативным), а также определение необходимого давления (напора) у водопитателей.
Имеющиеся на практике случаи отсутствия эффективности тушения УП нередко являются следствием неправильного расчета УП.
Расчету сети предшествует выполнение аксонометрической схемы с указанием на ней размеров и диаметров участков труб. Гидравлический расчет УП сводится к решению трех основных задач: определение давления на входе в систему; определение расхода воды по заданному давлению; определение диаметров трубопроводов и других элементов УП по расчетному расходу воды и давлению. Диаметры трубопроводов сети оказывают существенное влияние не только на падение давления в сети, но и на расчетный расход воды. Увеличение расхода воды водопитателя при неравномерной работе оросителей приводит к повышению в значительной мере строительных затрат на водопитатель, которые, как правило, являются решающими в определении стоимости установки. Расчетными параметрами, характеризующими ороситель, являются: коэффициент производительности и напор перед оросителем. Нормативные параметры для подбора оросителя - интенсивность орошения и площадь, защищаемая этим оросителем. В соответствии с выбранным типом оросителя, его расходом, интенсивностью орошения и защищаемой им площадью осуществляется трассировка оросителей и трубопроводной сети.
Рисунок 1 - Ороситель с предварительной аэрацией огнетушащего вещества
ТУ BY 100918940.002-2013
Ороситель (рис. 1) с предварительной аэрацией огнетушащего вещества [1] имеет в своем составе эжектор с отверстиями для газонасыщения в узком сечении. Пена, образуемая таким оросителем при работе автоматической установки пожаротушения более
дисперсная, соответственно имеет большую стойкость к растеканию при пожаре и кратность 7-9 [2] при аналогичных гидродинамических характеристиках установки пожаротушения (насосное и распределительное оборудование, система трубопроводов.
В работе [3] авторами предложено уравнение для определения потерь давления в таком оросителе, что должно быть учтено при гидравлическом расчете УП.
Методика расчета и выбора оросителя с предварительной аэрацией. В соответствии с существующими техническими нормативно-правовыми актами, определяющими порядок проектирования УП оросители вообще не рассчитываются. Основными параметрами являются расход из оросителя и минимальный необходимый напор (т. е. потери напора) на оросителе, которые задаются заводом-изготовителем. Однако, в данном случае даже при использовании стандартного оросителя, необходимо знать и параметры эжектора для аэрации огнетушащего раствора, а также расчетное давление (напор) на входе в ороситель с предварительной аэрацией огнетушащего раствора, определяемое по формуле:
Рораэр. = Рвых.эж. + АРэж., АРэж. = kэжAP, (1)
где рор свр - давление на входе в ороситель с предварительной аэрацией;
Рвых эж - давление на выходе из эжектора (входе в стандартный ороситель);
Арэж - расчетные потери давления в эжекторе;
Ар - фактические потери давления в эжекторе;
кэж - эмпирический коэффициент, учитывающий реальное повышение потерь давления в эжекторе оросителя.
Для определения этого коэффициента результаты экспериментов были обработаны с применением метода «наименьших квадратов» и получена зависимость:
кэж. = 1 + 0,95 • 0,26е. (2)
В работах [4,5] авторами предложена методика расчета оросителя с предварительной аэрацией огнетушащего вещества, учитывающая потери давления в эжекторе.
Данная методика отличается от существующих не последовательным подбором оросителей, причем любой ороситель заведомо, гораздо больший по требуемой производительности (расходу) по условиям [6], будет удовлетворять расчету.
1. В соответствии [6] определяем требуемый расход Qmp воды (раствора пенообразователя) в диктующей точке сети:
Qmp = I • S, (3)
где I - интенсивность орошения, л/(с-м );
S - максимальная площадь, контролируемая одним оросителем, м2.
2. Основным параметром эжектора является диаметр узкого сечения, который определяется по формуле [4,5]:
do = 7,8/Q. (4)
3. Диаметр выходного сечения требуемого стандартного дренчерного оросителя определяется по формуле:
dop = iWß. (5)
4. Диаметр входного сечения требуемого стандартного дренчерного оросителя определяется по формуле:
Dop = l&jQ. (6)
5. Определяем потери давления в эжекторе по общей формуле:
ьрж=£О2, (7)
где £ - общее сопротивление эжектора для аэрации огнетушащего раствора, которое определяется по формуле:
£ = А - 0,47. (8)
йо
6. Потери давления в оросителе с предварительной аэрацией огнетушащего вещества, т. е. давление, необходимое на входе в ороситель определяется по формуле (1).
С использованием разработанной методики проведены расчеты параметров экспериментального образца оросителя с предварительной аэрацией огнетушащего вещества, разработаны и утверждены технические условия ТУ BY 100918940.002-2013 «Ороситель с предварительной аэрацией огнетушащего вещества», рабочая конструкторская документация.
Методика расчета автоматических систем пожаротушения, включающих устройства для аэрации рабочей среды. Вышеприведенные зависимости, а также зависимости, полученные в [4, 5], можно использовать при расчете систем пожаротушения, включающих оросители для аэрации огнетушащего раствора.
Мощность, необходимая для транспортировки огнетушащего раствора пенообразователя, равна:
N = О ■ Р (9)
тр. ¿-'сист. ± сист.? \ /
где Рсист. - давление, необходимое для транспортировки огнетушащего раствора на заданное расстояние до диктующей точки:
Рсист. = Ророэр + АРт + ЛРм , (10)
где Лрт - перепад давления, необходимый на преодоление сопротивления на трение по длине на различных участках системы;
Лрм - перепад давления, необходимый на преодоление местных сопротивлений в системе, в соответствии с [7] предлагается считать равным
ЛРм = 0,2 Лрт. (11)
Сумма потерь давления по длине расчетных трубопроводов с учетом их параллельного или последовательного соединения определяется по следующей формуле [6]:
т I ■ О2
Лрт = £ ' ^трубл, (12)
¿=1 кц
где ¡1 - длина расчетного участка сети, состоящей из т элементов, м;
Отруб1 - расчетный расход огнетушащего вещества на участке сети, л/с;
- коэффициент, принимаемый по [6] в зависимости от принятых расчетных
диаметров трубопроводов;
На основании (7) формула (1) расчета давления на входе в оросители с предварительной аэрацией огнетушащего вещества с учетом их параллельного или последовательного соединения принимает вид:
п
Рор.аэр Р вых.эж. + £ Ж,, (13)
1=1
где Qор j - расход огнетушащего вещества на у'-том оросителе системы, л/с; п - число оросителей. Подставив (8) в формулу (13) получим
Рор .аэр г вых.эж.
^ 5 ^ --0,47
V do J
YQlj (i4)
i=1
С учетом формул (11), (12) и (14) формула (10) расчета давления, необходимого для транспортировки огнетушащего вещества принимает вид:
Р = Р +
сист. вых.эж.
( 5 ^ n m ] . 2
--0,47
V do J
YQIP] + 1,2^-dk^. (15)
i=1 ¿=1 k1i
Заключение. Представленная методика расчета автоматических установок пенного пожаротушения, включающих оросители с предварительной аэрацией огнетушащего раствора, позволяет учесть изменение гидродинамического сопротивления всей системы, в том числе изменение давления на входе в ороситель, изменение гидродинамического сопротивления оросителя и рассчитать режим подачи необходимого объема огнетушащего раствора на пожаротушение.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ороситель с предварительной аэрацией огнетушащего раствора: пат. 10277 Респ. Беларусь, МПК (2006.01) А 62С 31/00. / И.В. Карпенчук, И.И. Полевода, И.В. Качанов, С.Ю. Павлюков, Я.С. Волчек, С М. Палубец; заявитель КИИ МЧС. - № u 20140830; заявл. 10.01.14; опубл. 02.06.14 // Афщыйны бюл. / Нац. цэнтр штэлектуал. уласнасщ. - 2014. - № 5. - С. 175.
2. Оросители с предварительной аэрацией огнетушащего вещества: протокол испыт. № 52/987П; утв. 04.06.2014 / НИИ ПБиЧС МЧС Беларуси. - 2014. - 7 с.
3. Качанов, И.В. Повышение огнетушащей эффективности пены в автоматических установках пожаротушения / И.В. Качанов, В.В. Веременюк, И.В. Карпенчук, С.Ю. Павлюков // Инженерно-физический журнал. - 2013. - Том 86, № 3. - С. 495-502.
4. Карпенчук, И.В. Методика расчета гидродинамических параметров оросителя с предварительной аэрацией огнетушащего вещества [текст]: отчет о НИР/ КИИ МЧС Республики Беларусь; рук. И.В. Карпенчук, исполн.: С.Ю. Павлюков [и др.]. - Мн., 2012. - 22 с. -ГР 20121161.
5. Siarhei Pauliukou / Calculation of sprinkler with gas Saturation at automatic fire extinguishing foam systems / Ihar Kachanau, Ihar Karpenchuk, Siarhei Pauliukou, Liudmila Lyashenka // Scientific Journal of RTU, Safety of technogenic environment. - 2013. - 4. vol. - Pp. 18-23.
6. Технический кодекс установившейся практики. Пожарная автоматика зданий и сооружений. Строительные нормы проектирования: ТКП 45-2.02-190-2010 - Введ. 19.04.2010. - Мн.: Минстройархитектуры, 2010. - 78 с.
7. Технический кодекс установившейся практики. Системы внутреннего водоснабжения зданий. Строительные нормы проектирования: ТКП 45-4.01-52-2007 - Введ. 21.12.2007. - Мн.: Минстройархитектуры, 2007. - 47 с.
