Упрощенные формулы для определения потерь напора в трубах

Условия движения воды в трубах при пропуске пожарных расходов в большинстве случаев соответствуют сопротивлениям, при которых коэффициент гидравлического трения не зависит от числа Рейнольдца и является велечиной постоянной. В том случае при пользовании формулой Дарси-Вейсбаха можно заранее подсчитать значение λ.

Так, если в формуле (11) выразить среднюю скорость через расход Q

, (36)

а ввести обозначение:

, (37)

получим

. (38)

Следовательно, велечина А характеризует потери напора на единицу длины трубы или пожарного рукава при расходе Q, поэтому ее называют удельным сопротивлением. Произведение – называется сопротивлением и обозначается как s. Тогда формула (38) принимает вид

. (39)

В таблице 15 (приложение 1) значение А для стальных и чугунных труб при сопротивлениях с постоянным значением λ, которые по данным Ф.А. Шевелева в водопроводных трубах наблюдаются при м/с.

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 заданных напоре у насоса и системе подачи;

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

Определение напора насоса

Рис. 6. Схема подачи воды автонасосами

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 h_р, подъема жидкости на высоту H_г (высота здания) и создания свободного напора у ствола H_св для подачи струи, т.е

, м . (40)

Свободный напор у ствола определяют по формуле:

, м. (41)

Величина потерь напора в рукавных линиях зависит от схемы их прокладки.

a) определение потерь напора при последовательном соединении рукавов (рис. 7)

Рис. 7. Последовательное соединение рукавной системы

Потери напора по отдельным участкам:

; (42)

; (43)

; (44)

.

Потери напора по всей системе составляют сумму потерь напора по отдельным участкам:

,

где – сопротивление всей системы последовательного соединения трубопроводов.

Отсюда – потери напора в пожарных рукавах при последовательном соединении; (45)

б)определение потерь напора при параллельном соединение рукавов (рис. 8).

Рис. 8. Параллельное соединение рукавной системы

Общее количество воды, протекающее через систему, равно сумме расходов отдельных ответвлений:

,

а потери напора в каждом ответвлении:

. (46)

Для каждого из параллельных участков:

; ; ; ,

откуда с учетом уравнения (46) найдем:

; ; ; .

Расход всей системы:

.

Отсюда потери напора в системе:

. (47)

При параллельном соединение n равноценных участков , общее сопротивление системы будет в n раз меньше сопротивления одного участка:

,

где s₁ – сопротивление одного участка;

в) при смешанном сединение пожарных рукавов (рис. 9)

Рис. 9. Схемы насосно-рукавных систем:

а – последовательное соединение; б – параллельное соединение; в – смешанное соединение

с равноценными рабочими линиями; г – смешанное соединение с различными рабочими линиями

Сопротивление отдельной рабочей линии с присоединенным стволом определяют по формуле:

_,

где n – количество рукавов в рабочей линии;

s – сопротивление одного рукава;

s_cт – сопротивление ствола.

Сопротивление всей смешанной системы, которую можно рассматривать как последовательное соединение магистральной линии и параллельных рабочих линий, равно сумме сопротивлений, составляющих участок:

.

Сопротивление магистральной линии S_м, составленной из одинаковых рукавов, будет равно:

.

Общее сопротивление рабочих линий определяют по правилам параллельных соединений:

.

Напор у насоса для смешанного соединения определяют по формуле:

, (48)

в которой потери напора в линиях и свободный напор учтены произведением .

Таким образом, при определении требуемого напора у насоса необходимо в первую очередь вычислить сопротивление системы подачи воды к месту пожара;

д) определение расхода воды по рабочему напору.

Эта задача может быть решена графически и аналитически.

При графическом решении задачи строят график характеристик насоса и рукавной системы, точка пересечения которых указывает на предельные возможности насоса при данных условиях.

При аналитическом – совместно решают уравнения (31) и (40), характеризующие насос и рукавную систему H_насоса = H_рукава

,

отсюда

. (49)

Контрольные вопросы

1. Классификация насосов и их применение в пожарном деле.

2. Коэффициент быстроходности.

3. Основные рабочие параметры насосов.

4. Высота всасывания и явление кавитации.

5. Рабочая характеристика насоса.

6. Работа насоса на сеть.

7. Аналитический метод определения расхода воды по рабочему напору (Н_нас=Н_р).

8. Определение потерь напора при последовательном соединении пожарных рукавов.

9. Определение потерь напора при параллельном соединении пожарных рукавов.

10. Определение потерь напора при смешанном соединении пожарных рукавов.