МЕТОДИКА РАСЧЁТА КОНСТРУКЦИИ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ВОДОПЕННЫХ НАСАДКОВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 614.843.8 DOI 10.25257/FE.2020.2.18-26

МЕЖЕНОВ Владимир Алексеевич Академия ГПС МЧС России, Москва, Россия E-mail: mezhenov2016@mail.ru

МЕТОДИКА РАСЧЁТА КОНСТРУКЦИИ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ВОДОПЕННЫХ НАСАДКОВ ДЛЯ ТУШЕНИЯ ПОЖАРОВ ОБЪЕКТОВ НЕФТЕГАЗОВОЙ ОТРАСЛИ

В статье рассмотрены проблемы обеспечения пожарной безопасности на объектах нефтегазовой отрасли. Развивающийся технологический процесс обработки углеводородов усложняет расстановку ствольной пожарной техники или прокладку дренчерных или спринклерных систем пожаротушения. Предлагается использование дренчерных оросителей с универсальными водопенными насадками для образования струй с разным углом факела распыла и изменяющимся расходом за счёт зажатия кольцевого зазора между дефлектором и корпусом самого насадка.

В статье численным, аналитическим и эмпирическим методом исследованы экспериментальные насадки, обоснованы конструктивные особенности. Методом регрессионного анализа определён коэффициент расхода огнетушащих веществ из универсального водопенного насадка, что может служить основой для оптимальной регулировки положений дефлектора универсального водопенного насадка при пуско-наладочных работах на объекте защиты.

Ключевые слова: нефтегазовая отрасль, универсальный водопенный насадок, моделирование, гидрогазодинамика, регрессионный анализ.

Нефтегазовая отрасль играет важную роль в формировании экономики Российской Федерации. Объекты нефтегазового комплекса относятся к критически важным объектам экономики, и выход их из строя или чрезвычайная ситуация на данных объектах приводят к высоким показателям прямогои косвенного ущерба.

Развитие данной отрасли экономики уводит от сырьевой продажи углеводородов к переработке нефтегазового сырья и реализации готовых продуктов производства - бензин, дизельное топливо, сжиженный газ и т. д. Это влечёт за собой строительство новых объектов (газонефтяные скважины, нефтеперерабатывающие заводы, резервуарные парки и т. д.) с усовершенствованными конструкциями для технологической обработки сырья, на которых становится всё сложнее расположить активные системы противопожарной защиты в виде ствольной пожарной техники или дренчерных и спринклерных систем пожаротушения. Трудной задачей также является тушение пожара объектов нефтегазового комплекса, так как существует угроза взрыва от горения нефтепродуктов, повышенное излучение теплового потока, возникает необходимость использования разных видов огнетушащих веществ (ОТВ) и интенсивное охлаждение соседних не горящих объектов.

Учитывая вышеизложенное, можно сделать выводы, что на современных технологических установках не всегда есть возможность расположить громоздкие лафетные пожарные стволы и обеспечить пожарную безопасность объекта защиты. Возникают трудности при расположении автоматических установок пожаротушения, а также существует опасность их выхода из строя в начальной стадии пожара, так

как почти всегда на объекте нефтегазового комплекса пожар начинается со взрыва [1].

Сегодня применяются дренчерные оросители с водопенными универсальными насадками (далее ороситель), которые по своей конструкции, как и универсальные насадки ствольной пожарной техники, состоят из корпуса, дефлектора и бампера (рис. /). Ороситель предназначен для защиты объёмных помещений, в которых нецелесообразно применение спринклеров или дренчеров общего назначения. Возможно применение оросителей на технологических площадках, этажерках, связанных с применением легковоспламеняющихся и горючих жидкостей,

1

Рисунок 1. Дренчерный ороситель с водопенным универсальным насадком:

1 - универсальный насадок; 2 - отсекатель струи; 3 - поворотное устройство Figure 1. Deluge sprinkler with water-foam universal nozzle: 1 - universal nozzle; 2 - jet cutter; 3 - rotary device

18

© Меженов В. A., 2020

технологических площадках газонефтяных платформ в море.

Ороситель может применяться не только для пожаротушения, но и для водяного охлаждения различных объектов, например, горизонтальные резервуары хранения сжиженного углеводородного газа под давлением, изотермические резервуары. Их можно применять для противопожарной защиты сливоналивных железнодорожных эстакад. Существует возможность установки оросителей не на потолке, а вдоль стен, что повышает эффективность и удобство.

Приняв во внимание все положительные качества оросителя, следует отметить, что для обеспечения пожарной безопасности, а именно тушения пожаров требуется выполнения ряда условий, одно из которых - обеспечение требуемого расхода на тушение или охлаждение. Для обеспечения требуемого расхода при номинальных показателях давления необходима методика расчёта конструкции универсального водопенного насадка для дренчерных оросителей для её дальнейшего применения при установке данных оросителей на объекте защиты.

В универсальном насадке имеются три критических сечения, которые влияют на расходные характеристики. Это площадь поперечного сечения внутри корпуса насадка (юк), площадь поперечного сечения кольцевого зазора (юз), а также площадь поперечного сечения между дефлектором и бампером (юб). Для обеспечения расходных характеристик расход огне-тушащих веществ должен удовлетворять условию:

ю > ю > ю,.

к з б

Но, как правило, в универсальном водопенном насадке формируется условие:

ю > ю, > ю ,

к б зт

то есть диктующим условием расхода становится площадь поперечного сечения между дефлектором и корпусом насадка. Напорные характеристики в универсальном насадке обуславливаются коэффициентом местного сопротивления, показатели

которого в насадке высокие из-за изменяющейся геометрии проточной части за счёт образования турбулентных завихрений. Это говорит о том, что для наименьших потерь напора не приемлемо изготовление тарельчатого дефлектора, он должен быть в форме вытянутого треугольника с заходом вершины в проточную часть корпуса универсального насадка. В этом случае возникнет сужение площади проходного сечения юз, вследствие чего снизятся расходные характеристики, следовательно, необходимо изготовление дефлектора с формой усечённого конуса, что обеспечит наибольшую пропускную способность, а также уменьшит гидравлические потери напора в насадке.

Так как конструкция корпуса универсального насадка без установленного дефлектора представляет из себя конусный насадок, то расход из корпуса универсального насадка без установленного дефлектора будет определяться по формуле:

Q = \lS0^H,

(1)

где 5о - площадь поперечного сечения выходного отверстия, м2; Н - напор, м.в.ст.; д - ускорение свободного падения, м/с2; ц - коэффициент расход (0,9).

Для определения расчётных формул универсального водопенного насадка были рассчитаны диаметры выходного сечения корпуса насадка по формуле (1) и изготовлены экспериментальные универсальные водопенные насадки для расходов равных 5, 10, 15 и 20 л/с при давлениях от 0,4 до 1 МПа (табл. 1,рис. 2).

Способ определения расхода при истечении жидкости из полого конусного насадка известен. Однако если в полый насадок устанавливается дефлектор, то насадок становится универсальным, расход зажимается и его невозможно рассчитать аналитическим способом.

Данную задачу возможно решить численным способом при помощи математического моделирования течения жидкости в универсальном водо-пенном насадке. Численное моделирование течения жидкости основывается на решении системы дифференциальных уравнений Навье - Стокса в частных производных, описывающей движение вязкой ньютоновской жидкости. Точные аналитические

Результаты расчётов для корпуса насадка без дефлектора

Calculation results for the nozzle body without deflector

Таблица 1 Table 1

Расход ОТВ, Диаметр поперечного сечения (мм) при различной величине давления (МПа)

л/с 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

5 16,07 15,20 14,52 13,97 13,51 13,12 12,78

10 22,72 21,49 20,53 19,76 19,11 18,55 18,07

15 27,83 26,32 25,15 24,20 23,40 22,72 22,13

20 32,14 30,39 29,04 27,94 27,02 26,24 25,56

Рисунок 2. Схемы разработанных деталей универсального водопенного насадка: а - корпус; б - дефлектор; в - бампер Figure 2. Schemes of the developed parts of the universal water-foam nozzle: a - body; b - deflector; c - bumper

решения этой системы в силу её нелинейности удается найти только для небольшого числа простых симметричных течений [2-8]. Для полного расчёта движения двухфазной среды «жидкость-воздух» в объёме универсального насадка требуется применение электронно-вычислительных машин, так как для сложных нестационарных задач в процессе вычисления обрабатывается большой массив данных. Кроме этого, в программном комплексе возможно разделить внутренний объём универсального водо-пенного насадка на контрольные объёмы сложной формы (тетраэдр, гексаэдр) (рис. 3 а).

dvY

)—-dt

dv„

ЭР

V

Гъ 2

Р9 + V-

Э vv эч Э vv

•У ЭР

уЪх2 'Э2у„

- +

Эу2 d2v.

dz2 a2v,

дх by2

dz2

dv2

)—-dt

ЭР

Эу'

2

Р9 + V-

эч эч эч

-+-

дх2 ду2 dz2

(2)

где ц - вязкость жидкости, Па-с; р - плотность, кг/м3;

д - ускорение свободного падения, м/с2; — -

dt

изменения скорости жидкости в точке; Р - давление, Па.

Моделирование производилось при пошаговом с шагом 1,5 мм увеличении зазора между дефлектором и корпусом. При величине значения щелевого зазора между дефлектором и корпусом насадка равным 6 мм и более показатель расхода ОТВ не изменялся и расчёт был остановлен. Рассчитанные с помощью численного моделирования показатели значения диаметров поперечного сечения выходного отверстия корпуса универсального водопенного насадка с установленным дефлектором с различными показателями зазора представлены в таблице 2.

После расчёта напорно-расходных характеристик и оценки влияния щелевого зазора между дефлектором и корпусом универсального насадка на данные характеристики были изготовлены сами насадки, и началась подготовка к эмпирическому исследованию, то есть натурному подтверждению расчётных данных (рис. 4).

аб

Рисунок 3. Модель полости универсального насадка: а - разделение полости насадка на контрольные объёмы; б - визуализация потока Figure 3. Model of the cavity of the universal nozzle: a - dividing the cavity of the nozzle into control volumes; b - flow visualization

Таблица 2

Результаты численного моделирования

Table 2

Numerical simulation results

Щелевой зазор, Расход ОТВ, Диаметр поперечного сечения (мм) при различной величине давления (МПа)

мм л/с 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

5 19,35 18,30 17,48 16,82 16,27 15,80 15,39

1,5 10 27,36 25,88 24,73 23,79 23,01 22,34 21,76

15 33,51 31,70 30,28 29,14 28,18 27,36 26,65

20 38,70 36,60 34,97 33,65 32,54 31,60 30,78

5 18,67 17,66 16,87 16,23 15,70 15,24 14,85

3 10 26,40 24,97 23,86 22,96 22,20 21,56 21,00

15 32,34 30,58 29,22 28,12 27,19 26,40 25,72

20 37,34 35,31 33,74 32,47 31,40 30,49 29,70

5 18,32 17,33 16,56 15,93 15,41 14,96 14,57

4,5 10 25,91 24,50 23,41 22,53 21,79 21,16 20,61

15 31,73 30,01 28,67 27,59 26,68 25,91 25,24

20 36,64 34,65 33,11 31,86 30,81 29,92 29,14

5 17,60 16,65 15,91 15,30 14,80 14,37 14,00

6 10 24,89 23,54 22,49 21,64 20,93 20,33 19,80

15 30,49 28,83 27,55 26,51 25,64 24,89 24,25

20 35,20 33,29 31,81 30,61 29,60 28,74 28,00

5 17,23 16,30 15,57 14,98 14,49 14,07 13,70

> 6 10 24,37 23,05 22,02 21,19 20,49 19,90 19,38

15 29,85 28,23 26,97 25,95 25,10 24,37 23,74

20 34,46 32,59 31,14 29,96 28,98 28,14 27,41

восьмью соединительными головками для подсоединения пожарных напорных рукавов (рис. 5) [9-13].

Гидравлический стенд (рис. 6) представляет собой разборную конструкцию, предназначенную для монтажа ствольной техники с любой ответной частью фланца. В состав стенда входят следующие элементы:

- центральный блок, который представляет собой вертикальный цилиндр с универсальным фланцем в верхней части, заглушкой в нижней части и четырьмя трубами с фланцами 80/2,0 установленными на нижней четверти цилиндра через каждые 90 градусов. Кроме того, внутри цилиндра располагается успокоитель для формирования потока ОТВ, проходящих через трубы с фланцами 80/2,0;

- аутригеры, в количестве четырёх штук, представляют собой трубу диаметром 89 мм с опорой, оборудованную фланцем 80/2,0 с одной стороны и головкой муфтовой ГМ-80 с другой. Аутригеры посредством болтового соединения крепятся к трубам с фланцами 80/2,0 на центральном блоке;

- измерительная вставка с манометром, имеет внутреннюю резьбу с одной стороны и наружную с другой. Устанавливается как проставка между проточной частью ствола и насадком. Вставка оборудована штуцером для установки манометра.

Для этих целей была изготовлена измерительная установка, состоящая из вставки с расходомером и непосредственно гидравлического стенда для измерения напорно-расходных характеристик ствольной пожарной техники. Вставка с расходомером обеспечивает диапазон измерений расхода ОТВ от 0 до 175 л/с, имеет диаметр условного прохода 150 мм, оборудована

Рисунок 4. Испытание универсального водопенного насадка Figure 4. Testing the universal water foam nozzle

~ 1500

/77 777-777-777-777-777 777

1 2 3

Рисунок 5. Чертёж измерительной вставки с расходомером: 1 - панель индикации: 2 - фланец 150/1,6: 3 - труба 0154: 4 - опора: 5 - патрубки 080 с ГМ-80 под углом 45° к продольной оси (3 шт.): 6 - патрубок 080 с ГМ-80 по продольной оси Figure 5. Drawing of a measuring insert with a flow meter: 1 - display panel: 2 - flange 150/1, 6: 3 - pipe 0154: 4 - support: 5 - pipe branches 080 with GM-80 at an angle of 45° to the longitudinal axis (3 PCs.): 6 - pipe 080 with GM-80 on the longitudinal axis

Натурные испытания показали те же результаты, что и в программном комплексе для проведения численного моделирования гидрогазодинамических процессов (табл. 2), разность между программными и эмпирическими показателями была в пределах 5 %.

Для расчёта расходных характеристик универсальных водопенных насадков при расстановке их на объекте защиты можно пользоваться программными комплексами, но для их освоения требуется время. Значительное количество времени также занимает расчёт для разных положений дефлектора или бампера насадка. Принимая это во внимание, можно сделать вывод, что для универсального водопенного насадка необходимо определить зависимость расхода ОТВ от расстояния выдвижения дефлектора и величины щелевого зазора с разной пропускной способностью.

Анализ полученных данных позволил определить следующую тенденцию - при различном зазоре между дефлектором и корпусом универсального водопенного насадка расход снижается на один и тот же долевой показатель (%) от показателя, который был бы при истечении жидкости из универсального насадка без установленного в нем дефлектора, то есть расход определялся бы по формуле (1). Зависимость зазора и уменьшения расхода представлена в таблице 3.

Экспериментальные исследования показали, что для получения требуемого расхода ОТВ из универсального водопенного насадка при установке определённого зазора к расчётному показателю расхода корпуса насадка без дефлектора требуется добавить соответствующий процент расхода (табл. 3). Затем для данного показателя расхода проводится расчёт площади поперечного сечения корпуса насадка по формуле:

S =

с?+(пс?) vJbjH :

(3)

где П - показатель процента снижения расхода из-за уменьшения зазора (табл. 3).

По формуле (3) возможно определить требуемые размеры поперечного отверстия корпуса универсального насадка при стандартной геометрической форме дефлектора и бампера (рис. 2). Также, используя расчётные данные, методом регрессионного анализа можно определить зависимость расхода ОТВ из предлагаемого водопенного насадка от диаметра проточной части корпуса насадка и щелевого зазора между дефлектором и корпусом. То есть определить для водопенного универсального

~ 1070

-2140

Рисунок 6. Чертёж гидравлического стенда:

1 - центральный блок, оснащённый манометром; 2 - лафетный ствол (испытания); 3 - измерительная вставка L = 100 мм (для испытания на герметичность используется в комплекте с заглушкой, оснащённой шаровым запорным устройством); 4 - фланец 80/1,6; 5 - фланец-переходник 100/1,6; 6 - фланец 100/1,6; 7 - фланец 80/2,0; 8 - аутригер из трубы 089 (4 шт.); 9 - опора; 10 - патрубок 080 с ГМ-80 (4 шт.)

Figure 6. Drawing of the hydraulic stand: 1 - central unit equipped with a pressure gauge; 2 - fire monitor (tests);

3 - measuring insert L = 100 mm (used for leak testing complete with a plug provided with a ball locking device);

4 - flange 80/1, 6; 5 - flange adapter 100/1, 6; 6 - flange 100/1,6; 7 - flange 80/2,0; 8 - pipe outrigger 089 (4 PCs.); 9 - support;

10 - pipe branch 080 with GM - 80 (4 PCs.)

насадка коэффициент расхода в зависимости от давления и величины щелевого зазора.

Регрессионный анализ - это метод исследования, позволяющий показать зависимость того или иного параметра от одной либо нескольких независимых переменных [14]. Если рассматривается зависимость между одной зависимой переменной V и несколькими независимыми, то речь идет о множественной линейной регрессии. В этом случае уравнение регрессии имеет вид:

У= ап + а,Х, + ... + а X.

(4)

где а - коэффициенты регрессии; х - влияющие переменные; п - число факторов.

Сначала вычисляется стандартная ошибка модели, которая приблизительно показывает, насколько велика ошибка предсказания значений переменной V на основании значений переменных X.

Таблица 3 Зависимость снижения расхода (%) от величины щелевого зазора

Table 3

Dependence of the flow rate reduction (%) on the size of the slotted gap

Зазор между дефлектором и корпусом насадка, мм Уменьшение расхода (П), %

1,5 45 (0,45)

3 35 (0,35)

4,5 30 (0,3)

6 20 (0,2)

>6 15 (0,15)

Таблица 4

Результаты регрессионного анализа

Table 4

Regression Analysis Results

Параметр Коэффициент Стандартная ошибка Значение R2 Значение F

Y-пересечение 1,44-10-14 1,3-10-14

Зазор 3,34 3,1 ■ 10-15 0,99 0,043632

Диаметр 9-10-16 8,7-10-16

d2=^ = MS£, (5)

n-p

где SSE - сумма квадратов значений ошибок; n—p -количество степеней свободы, то есть число параметров системы, которые могут изменяться независимо; MSE - средняя квадратическая ошибка.

Далее проводится оценка адекватности регрессионной модели, мерой оценки является коэффициент детерминации R2 (R-квадрат), который определяет, с какой степенью точности полученное уравнение регрессии аппроксимирует исходные данные. Если R-квадрат > 0,95, то точность аппроксимации высокая.

Значимость регрессионной модели оценивается с помощью критерия Фишера (F-критерия). Если величина F-критерия значима (р < 0,05), то регрессионная модель является значимой.

Для аппроксимации экспериментальных данных линейным уравнением был использован программный продукт MS Excel и определена зависимость расхода от поперечного сечения проточной части корпуса универсального водопенного насадка и щелевого зазора между дефлектором и корпусом.

Так как показатель R2 = 0,99 и значение F не превышает 0,05, то можно утверждать, что уравнением регрессии можно решить задачу по нахождению расхода на предложенном универсальном водопен-ном насадке. Учитывая, что показатель Y-пересечения и переменной диаметра поперечного сечения стремится к нулю, то формула определения расхода для предложенного водопенного универсального насадка будет выглядеть следующим образом:

О = 3,34 • юз, (6)

где юз - показатель зазора между дефлектором и корпусом насадка.

Если единицами измерения для показателя зазора (юк) в формуле (6) являются миллиметры, то расход ОТВ будет исчисляться в л/с, если метры, то м3/с.

В данной статье рассмотрены методы определения напорно-расходных характеристик для универсальных водопенных насадков на основе численных, эмпирических и аналитических результатов исследования. Также предложены конструктивные решения для разработки универсального водопен-ного насадка и определён коэффициент расхода, равный 3,34, зависящий от диаметра поперечного сечения проточной части корпуса насадка и щелевого зазора между дефлектором и корпусом насадка. Стоит отметить, что полученный коэффициент применим для конструкции универсального насадка с геометрическими показателями, представленными на рисунке 2.

Предложенную в статье методику, суть которой заключается в определении эмпирических коэффициентов посредством численного моделирования и применения регрессионного анализа, можно применять для всей линейки универсальных насадков пожарной ствольной техники. Также предложенная методика может служить основой для оптимальной регулировки положений дефлектора универсального водопенного насадка дренчерных оросителей при пуско-наладочных работах на объекте защиты.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горбань Ю. И., Синельникова Е. А. Пожарные роботы и ствольная пожарная техника в пожарной автоматике и пожарной охране. I. Устройства формирования струй // Пожаровзры-вобезопасность. 2014. Т. 23. № 4. С. 62-64.

2. Карлберг К. Регрессионный анализ в Microsoft Excel. М.: Диалектика, 2019. 400 с.

3. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Физматлит. 1962. 478 с.

4. Волков К. Н, Емельянов В. Н. Моделирование крупных вихрей в расчётах турбулентных течений. М.: Физматлит, 2008. 368 с.

5. Гарбарук А. В., Стрелец М. Х., Шур М. Л. Моделирование турбулентности в расчётах сложных течений. СПб: Политехнический университет, 2012. 88 с.

6. Шаблий Л. С., Кривцов А. В., Колмакова Д. А. Компьютерное моделирование типовых гидравлических и газодинамических процессов двигателей и энергетических установок в ANSYS Fluent. Самара: Самарский университет, 2017. 108 с.

7. Брушлинский Н. Н., Шимко В. Ю., Карпов В. Л., Усма-нов М. Х., Семёнов В. П., Джураев С. М. Исследование работы струеобразующего устройства // Пожаровзрывобезопасность. 2010. Т. 19. № 11. С. 40-43.

8. Жуков Н. П. Гидрогазодинамика. Тамбов: ТГТУ, 2011. 76 с.

9. Камлюк А. Н, Максимович Д. С., Чан Д. Х, Пармон В.

B. Исследование водопенных насадков пожарного ствола с целью повышения уровня пожарной безопасности // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация. 2014. № 2 (36).

C. 113-120.

10. Ольховский И. А., Скворцов С. С., Саботницкий П. В. Определение гидравлических характеристик пожарных лафетных стволов // Исторический опыт, современные проблемы и перспективы образовательной и научной деятельности в области пожарной безопасности. Сборник тезисов докладов материалов международной научно-практической конференции. 2018. С. 410-415.

11. Ольховский И. А, Фещенко А. Н, Меженов В. А, Скворцов С. С. Способ определения кратности пены при подаче из воздушно-пенных и лафетных стволов с пенными насадками //

Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2019. № 4. С. 57-61. 001: 10.25257/РБ.2019.4.57-61

12. Ольховский И. А., Лебедев А. Н., Меженов В. А., До-ротюк 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

13. Ольховский И. А., Меженов В. А., Данилов М. М. Применение вычислительной гидрогазодинамики при конструировании пожарных стволов // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2020. № 3. С. 69-76. 001: 10.25257/РБ.2020.3.69-76

14. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. 840 с.

Материал поступил в редакцию 13 ноября 2020 года.

Vladimir MEZHENOV

State Fire Academy of EMERCOM of Russia, Moscow, Russia E-mail: mezhenov2016@mail.ru

CALCULATION PROCEDURE FOR UNIVERSAL WATER-FOAM NOZZLE DESIGN TO EXTINGUISH FIRES AT OIL AND GAS INDUSTRY FACILITIES

ABSTRACT

Purpose. In the study we consider water-foam universal nozzles, substantiate their design features, calculate their pressure-flow characteristics and propose a method for substantiating their design. The aim of the study is to develop new approaches to calculating the given water-foam nozzle design, the task of the study is to develop and implement the computational fluid and gas dynamics simulation and the regression analysis method to design the pressure-flow characteristics of universal water-foam nozzles.

Methods. The systems of Navier - Stokes differential equations in partial derivatives have been used. The method of regression analysis has been used as well.

Findings. The possibilities of the computational simulation of the fire extinguishing agent flow in the universal water-foam nozzle have been demonstrated. The method for calculating the universal water-foam nozzle design has been developed. Structural concepts

for the development of the universal water-foam nozzle have been proposed and the flow coefficient has been determined. It equals 3.34, depending on the diameter of the cross-section of the flow part of the nozzle body and the slotted gap between the deflector and the nozzle body.

Research application field. The results obtained will be used in developing new types of universal water-foam nozzles for fire-fighting equipment to protect oil and gas industry facilities.

Conclusions. The developed technique can serve as a foundation for manufacturing universal water-foam nozzles based on the calculation of pressure-consumption indicators during the flow of fire extinguishing agents in them. The proposed technique can be applied to the entire line of universal nozzles for fire-fighting equipment.

Key words: oil and gas industry, universal water-foam nozzle, simulation, fluid and gas dynamics, regression analysis.

REFERENCES

1. Gorban Yu.I., Sinelnikova E.A. Fire robots and trunk fire equipment in fire automation and fire protection. I. Devices for forming jets. Pozharovzryvobezopasnost (Fire and explosion safety). 2014, vol. 23, no. 4, pp. 62-64 (in Russ.).

2. Kamlyuk A.N., Maksimovich D.S., Chan D.H., Parmon V.V. Investigation of water-filled nozzles of a fire trunk in order to increase the level of fire safety. Chrezvychainye situatsii: preduprezhdenie i likvidatsiia (Emergency situations: prevention and elimination). 2014, no. 2 (36), pp. 113-120 (in Russ.).

3. Olkhovsky I.A., Skvortsov S.S., Sabotnitsky P.V. Opredelenie gidravlicheskikh kharakteristik pozharnykh lafetnykh stvolov. Istoricheskii opyt, sovremennye problemy i perspektivy obrazovatelnoi i nauchnoi deiatelnosti v oblasti pozharnoi bezopasnosti. Sbornik tezisov dokladov materialov mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii [Determination of hydraulic characteristics of fire carriage trunks. Historical experience, modern problems and prospects of educational and scientific activities in the field of fire safety. Proceedings of the international scientific and practical conference]. Moscow, State Fire Academy of EMERCOM of Russia Publ., 2018. Pp. 410-415 (in Russ.).

4. Olkhovsky I., Feshchenko A., Mezhenov V., Skvortsov S. Method for determining foam expansion when delivering from foam cannons and monitors with foam nozzles. Pozhary i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie, likvidatsiia (Fire and emergencies: prevention, elimination). 2019, no. 4, pp. 57-61 (in Russ.). DOI: 10.25257/FE. 2019.4.57-61

5. Olkhovsky I.A., Lebedev A.N., Mezhenov V.A., Dorotyuk A.A History and prospects for developing pump and hose systems, complexes and equipment. Pozhary i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie, likvidatsiia (Fire and emergencies: prevention, elimination). 2020, no. 2, pp. 58-65 (in Russ.). DOI: 10.25257/FE.2020.2.58-65

6. Olkhovsky I.A., Mezhenov V.A., Danilov M.M. Applying computational fluid dynamics in the design of fire nozzles. Pozhary i chrezvychainye situatsii: predotvrashchenie, likvidatsiia (Fire and emergencies: prevention, elimination). 2020, no. 3, pp. 69-76 (in Russ.). DOI: 10.25257/FE.2020.3.69-76

7. Karlberg K. Regressionnyi analiz v Microsoft Excel [Regression Analysis in Microsoft Excel]. Moscow, Dialektika Publ., 2019. 400 p.

8. Shlikhting G. Teoriia pogranichnogo sloia [Boundary layer theory]. Moscow, Fizmatlit Publ., 1962. 478 p.

9. Volkov K.N., Emelianov V.N. Modelirovanie krupnykh vikhrei v raschetakh turbulentnykh techenii [Modeling large eddies in turbulent flow calculations]. Moscow, Fizmatlit Publ., 2008. 368 p.

10. Garbaryuk A.V., Strelets M.Kh., Shur M.L. Modelirovanie turbulentnosti v raschetakh slozhnykh techenii [Modeling turbulence in complex flow calculations]. St. Petersburg, Politechnical University Publ., 2012. 88 p.

11. Shably L.S., Krivtsov A.V., Kolmakova D.A. Kompiuternoe modelirovanie tipovykh gidravlicheskikh i gazodinamicheskikh protsessov dvigatelei i energeticheskikh ustanovok v ANSYS Fluent [Computer simulation of typical hydraulic and gas-dynamic processes of engines and power plants in ANSYS Fluent]. Samara: Samara University Publ., 2017. 108 p.

12. Brushlinsky N.N., Shimko V.Yu., Karpov V.L., Usmanov M.Kh., Semenov V.P., Dzhuraev S.M. Study of the operation of the jet-forming device. Pozharovzryvobezopasnost (Fire and Explosion Safety). 2010, vol. 19, no. 11, pp. 40-43 (in Russ.).

13. Zhukov N.P. Gidrogazodinamika [Hydrogasdynamics]. Tambov, Tambov State Technical University Publ., 2011. 76 p.

14. Loitsiansky L.G. Mekhanika zhidkosti i gaza [Fluid and Gas Mechanics]. Moscow, Drofa Publ., 2003. 840 p.

26

© Mezhenov V., 2020