Под общей редакцией

Владимира Сергеевича Артамонова

доктора военных наук, доктора технических наук, профессора,

заслуженного работника высшей школы Российской Федерации,

лауреата премии Правительства Российской Федерации

в области науки и техники

Юрий Григорьевич Баскин

доктор педагогических наук, профессор,

Владимир Валентинович Подмарков,

кандидат педагогических наук, доцент;

ПРОТИВОПОЖАРНОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

по выполнению курсового проекта

слушателями очной формы обучения

специальность 280104.65– «Пожарная безопасность»

Печатается в авторской редакции

Ответственный за выпуск

Подписано в печать 00.00.2007 Формат 60×84 _1/16

Печать трафаретная Объем 11,3 п.л. Тираж 000 экз.

Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России

196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149

Ю г баскин противопожарное водоснабжение

Пожарная безопасность запись закреплена

Внутренний противопожарный водопровод
Л.М. Мешман, В.А. Былинкин, Р.Ю. Губин, Е.Ю. Романова

Лучшее пособие по внутреннему противопожарному водопроводу! Методика проверки ВПВ, изложенная в заключительной части пособия, рекомендована к использованию УГПН МЧС России.

Учебно-методическое пособие содержит необходимый справочный материал, в частности, термины и определения, анализ эффективности ВПВ, классификация и устройство ВПВ, технические средства ВПВ, проектирование, гидравлический расчет, методика проведения испытаний ВПВ, условные графические обозначения.

Пособие предназначено для специалистов организаций, осуществляющих проектирование и техническое обслуживание внутреннего противопожарного водопровода, руководителей и инженерно-технического персонала предприятий, специализирующихся в области противопожарной защиты объектов, экспертов в области противопожарной защиты, а также для представителей Федеральной противопожарной службы, осуществляющих надзор за техническим состоянием ВПВ. В учебно-методическом пособии рассмотрены проблемы и причины неудовлетворительной работы внутреннего противопожарного водопровода (ВПВ). Приведены применительно к ВПВ термины и определения, основные положения нормативных документов, описаны физико-химические свойства и эксплуатационные параметры воды и пенных растворов. Представлена классификация ВПВ. Рассмотрены устройство, алгоритм и режимы функционирования ВПВ, конструктивные особенности и принципы компоновки его технических средств, даны типовые схемы, приведены основные технические параметры ВПВ и его технических средств. Анализируются существующие методы тестирования ВПВ на работоспособность в процессе эксплуатации, приведена методика испытаний ВПВ на водоотдачу, работоспособность насосных установок и пожарных кранов, одобренная УГПН МЧС России письмом от 15 мая 2007 г. № 19-2-1000. Регламентированы основные положения по тестированию технических средств ВПВ. Приведены основные положения по проектированию ВПВ и алгоритм его гидравлического расчета.

МЧС РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

1 МЧС РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ Ю.Г. Баскин, В.В. Подмарков ГИДРАВЛИКА Методические указания по выполнению контрольной работы слушателями заочной формы обучения специальность «Пожарная безопасность» Санкт-Петербург — 010

2 Рецензенты: А.Д. Ищенко кандидат технических наук, доцент (Начальник отдела координации деятельности органов пожарной охраны управления организации пожаротушения Северо-Западного регионального центра МЧС России) А.П. Решетов кандидат технических наук, доцент (Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России) Ю.Г. Баскин, В.В. Подмарков Гидравлика: Методические указания по выполнению контрольной работы слушателями заочной формы обучения / Под общей ред. В.С. Артамонова. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, с. Разработаны в соответствии с програой дисциплины «Гидравлика и противопожарное водоснабжение» и предназначены для слушателей СПбУ ГПС МЧС России заочной формы обучения. Изложены варианты заданий и рекомендации по выполнении контрольной работы, приведен перечень литературы. Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 010

3 3 ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ В соответствии с учебным планом заочной формы обучения по дисциплине «Гидравлика и противопожарное водоснабжение» слушатели-заочники выполняют контрольную и курсовую работу. Контрольная работа выполняется с целью изучения теоретических основ гидравлики и освоения методики решения задач, имеющих практическое применение в деятельности пожарной охраны. Контрольная работа состоит из 10 задач, исходные данные к которым выбираются по таблицам в зависимости от двух последних цифр номера зачетной книжки слушателя. Контрольная работа должна быть выполнена в отдельных тетрадях разборчивым подчерком, без сокращений слов (кроме общепринятых) грамотно и аккуратно оформлена. Все рисунки и схемы рекомендуется выполнять карандашом. На обложке работы следует указать: название учебного заведения, наименование изучаемой дисциплины, номер зачетной книжки, фамилию, имя, отчество, домашний адрес, место работы, должность и специальное звание слушателя-заочника. В конце работы необходимо указать литературу, которая была использована при выполнении контрольной работы. Выполненная работа отправляется в СПб университет ГПС МЧС России для рецензирования в срок, указанный в графике представления контрольных работ. Работа, выполненная не верно, не по своему варианту, не полностью освещающая вопросы задания, не зачитывается. Такая работа должна быть выполнена повторно с учетом замечаний рецензента. Все исправления необходимо выполнить в той же тетради (после рецензии преподавателя). Исправленный вариант работы слушатель должен направить в университет (вместе с первой работой и рецензией) для повторной проверки. Слушатели-заочники, не представившие в срок контрольную работу без уважительной причины, к экзаменационной сессии не допускаются.

4 4 ЗАДАЧА 1 Определить абсолютное и избыточное гидростатическое давление воды в точке А на глубине h от поршня, если на поршень диаметром 00 воздействует сила Р, атмосферное давление р а =0,1 МПа. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Абсолютное гидростатическое давление в точке А равно: Р А,абс =Р a +Р n +Р ж где: Р а — атмосферное давление; Р п — избыточное гидростатическое давление на поверхности жидкости от действия поршня; Р ж — избыточное гидростатическое давление в точке А от столба жидкости. Исходные данные к задаче 1. Предпоследняя цифра номера зачетной книжки h, м Последняя цифра номера зачетной книжки Р,кН 1 0,30 1 6,0 0,4 5,4 3 0,68 3 3,8 4 0,70 4 7,0 5 0,5 5 6,5 6 0,18 6 5,8 7 0,75 7 7,0 8 0,68 8 7,1 9 0,44 9 4,5 0 0,50 0 6,

5 5 ЗАДАЧА Определить максимальную глубину воды в водонапорном баке объемом W, установленном на перекрытии. Дополнительная нагрузка на перекрытие от установки бака с водой не должна превышать Р. Масса бака с арматурой m. Предпоследняя цифра номера зачетной книжки МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Полная нагрузка на перекрытие будет выражена формулой: Р полн =G+pgW, зная полную и дополнительную нагрузку на перекрытие, можно определить площадь, на которую действует эта нагрузка и затем найти значение глубины. W, M 3 Р, Па Исходные данные к задаче. Последняя цифра номера зачетной книжки m, т 1 30, ,0 8, , 3 6 3, ,4 4 5, ,0 5 4, , , , , ,3 8 3, , , ,0 0 19, ,1

6 6 ЗАДАЧА 3 Определить силу избыточного гидростатического давления на заслонку размерами axb, закрывающую отверстие в стенке резервуара с бензином плотностью р=800 кг/м 3. Высота слоя бензина до начала заслонки h. Построить эпюру избыточного гидростатического давления. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Сила избыточного гидростатического давления определяется графическим способом как произведение площади эпюры избыточного гидростатического давления S на ширину заслонки b: P=S b Эпюра избыточного гидростатического давления на заслонку имеет форму трапеции. Исходные данные к задаче 3. Предпоследняя цифра номера зачетной книжки а, см b, см Последняя цифра номера зачетной книжки h, м

7 7 ЗАДАЧА 4 Для заполнения пожарного водоема используется трубопровод длиной L. Определить необходимый напор насоса, если возвышение водоема над источником Z, гидравлический уклон i, свободный напор в конце линии Н св. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Составляется уравнение Бернулли для сечений I-I (по линии свободной поверхности) и II-II по оси трубопровода. Сечение I-I совпадает с плоскостью сравнения: P1 V1 P V Z1 Z h пот g g g g Z 1 =0; V 1 =0; P V 0 g g Исходные данные к задаче 4. Предпоследняя цифра номера зачетной книжки L, м Z, м ; H CВ Последняя цифра номера зачетной книжки ; i h i пот. L , , , , , , , , , ,05 7 Н св

8 8 ЗАДАЧА 5 Определить предельную высоту расположения оси центробежного насоса над уровнем воды в водоисточнике h, если расход воды из насоса Q, диаметр всасывающей трубы d. Вакууетрическое давление, создаваемое во всасывающем патрубке Р в, потери напора во всасывающей линии 1 м. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Составляется уравнение Бернулли для двух сечений: сечение П-П — по оси насоса; сечение I-I — по линии свободной поверхности (совпадает с плоскостью сравнения): P1 V1 P V Z1 Z h пот g g g g В сечении I-I скорость V i =0. Давление на свободной поверхности P 1 =P ат. Плоскость сравнения совпадает с сечением I-I, поэтому Z 1 = 0. Абсолютное давление в сечении II-II Р = Р ат — Р в Скорость движения воды во всасывающей трубе V P Подставляя выражение для V и в исходное уравнение и решая его g g относительно Z, определим относительную высоту расположения оси центробежного насоса. 4Q d

9 9 Предпоследняя цифра номера зачетной книжки Исходные данные к задаче 5. Q,Л/C d, Последняя цифра номера зачетной книжки Р в,па , , , , , , , , , ,7 10 4

10 10 ЗАДАЧА 6 Для сохранения неприкосновенного пожарного запаса воды в резервуаре всасывающая линия оборудована воздушной трубкой, верхний срез которой находится на уровне пожарного запаса в резервуаре. Предполагается, что при снижении уровня воды до пожарного запаса, воздух вследствие возникновении вакуума в сечении, к которому приварена труба, проникает во всасывающий трубопровод насосов, произойдет срыв работы насоса и забор воды прекратится. Определить, сохранится ли неприкосновенный запас воды, если уровень воды находится на высоте h выше оси всасывающей трубы. Диаметр трубы D, расход воды Q. Труба оборудована всасывающей сеткой с клапаном (ξ 1 =6,0) и имеет колено (ξ 1 =0,5). МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Выбираются два сечения, которые будут сравниваться с помощью уравнения Бернулли: Сечение: I-I выбирается по уровню неприкосновенного запаса воды; II-II — по оси всасывающей трубы. Плоскость сравнения 0-0 проходит по оси всасывающего трубопровода. P1 V1 P V Z1 Z h пот g g g g P g 0 — избыточное давление в сечении I-I; V 0- скорость снижения уровня в сечении I-I мала по сравнению с g прочими величинами; h M — потери напора на местные сопротивления (линейными потерями на участке от сечения I-I до сечения П-П можно пренебречь). Решая уравнение Бернулли относительно сохранится ли неприкосновенный запас воды. P g, определим,

11 11 Предпоследняя цифра номера зачетной книжки Исходные данные к задаче 6. h, м D, Последняя цифра номера зачетной книжки Q,Л/C 1, , , , , , , , , ,

12 1 ЗАДАЧА 7 Определить повышение давления в трубопроводе длиной L, диаметром d и толщиной стенок δ при гидравлическом ударе, если расход воды Q, модули упругости стенок трубы Е т = Па и воды Е ж = 10 9 Па. Время закрытия задвижки на трубопроводе t 3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ В зависимости от соотношения фазы удара L t ф а и времени закрытия t з задвижки определяется вид гидравлического удара. (полный или неполный гидравлический удар). Если t з t ф — удар не прямой (не полный), при этом повышение давления может быть найдено по формуле: t P=a ρ v t Скорость распространения ударной волны может быть вычислена по формуле: a 1 E 145 Ж Ф З ; d Em где Е ж — модуль упругости жидкости; d — внутренний диаметр трубы; Е т — модуль упругости стенок трубы; δ — толщина стенок трубы; скорость распространения ударной волны в воде в неограниченном объеме, м/с. Значения скорости распространения ударной волны представлены в приложении 6,

13 13 Предпоследняя цифра номера зачетной книжки Исходные данные к задаче 7. L, м d, м δ, Последняя цифра номера зачетной книжки Q,л/с t з, с , 5, , ,15 5,6 35 5, ,1 4, , ,15, , ,5 4, , ,3 3,3 6 0, ,35, , ,4 4, , , 3, , ,15,8 0 60,8

14 14 ЗАДАЧА 8 Определить предельно возможную длину магистральной линии L M, если из второго ствола (d Н ) необходимо получить струю производительностью g. Рукавная система состоит из магистральной линии диаметром d M и трех рабочих линий длинами l 1 ; l ; l 3 ; диаметрами d 1 ; d ; d 3 и стволами с диаметрами насадков d H1 ; d Н ; d H3. Стволы подняты относительно разветвления на высоту Z 1 ; Z ; Z 3, а разветвление установлено относительно оси насоса пожарного автомобиля АНР-40(130) на высоте Zраз., Рукава системы прорезиненные. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ Напор у разветвления определяется из условий работы второго ствола Н разв. = (S p n p + S H ) g +Z, Так как потери напора в параллельных рабочих линиях одинаковы, то приведенное выше выражение будет справедливо для первой и третьей рабочей линии. Из этих выражений определяются значения g 1 и g 3. Определяется предельно возможная длина магистральной линии, т.е. при работе насоса с максимальной частотой вращения, то необходимо использовать характеристику насоса Н р и рукавной линии Н н Н Р =Н Н H p =a-bq — характеристика насоса ПН-40У (Приложение 7) Н н. = S м n м Q +H разв. +Z разв. — характеристика рукавной линии. Приравняв правые части характеристик, найдем число рукавов в магистральной линии, а следовательно и предельно возможную ее длину.

15 15 Исходные данные к задаче 8 Предпоследняя цифра номера зачетной книжки g, л/с d M, l 1, м. L, м. L 3, м. D 1, d, 1 4, , , , , , , , , , d 3, Последняя цифра номера зачетной книжки d H1, d H, d H3, Z 1, м. Z, м Z 3, м Z разв, м

16 16 ЗАДАЧА 9 Определить количество автонасосов АНР-40(130), необходимое для подачи воды в перекачку, если разность высотных отметок между головным автонасосом и водоисточником Z. Перекачка производится на расстояние L по двум прорезиненным рукавным линиям диаметрами d 1 и d. Головной автонасос, расположенный у места пожара, обеспечивает работу двух стволов с диаметрами насадков d H1 и d H. Насос работает в режиме α=0,75. Рукава системы прорезиненные. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Количество автонасосов определяется из условия, что их суарный напор расходуется на преодоление сопротивлений в рукавных линиях h P и подъем на высоту z. K αh = h p +z Н = a-b Q — характеристика насосов; h p S сист Q S1 n 4 N — количество рукавов в одной рукавной линии от первого насоса до головного, которое с учетом неравномерности рельефа местности будет равно: n 1, z 0 Подставив в исходное уравнение значения Н и h p, и учитывая, что Q = g 1 + g, можно найти требуемое количество автонасосов. Q

17 17 Исходные данные к задаче 9. Предпоследняя цифра номера зачетной книжки Z, м L, м d 1, d, Последняя цифра номера зачетной книжки D h1, d h, Примечание: При перекачке из насоса в насос в конце магистральной рукавной линии (на входе во всасывающую полость следующего насоса) необходимо поддерживать остаточный напор не менее 10 м, при перекачке из насоса в цистерну на конце линии следует поддерживать напор не менее 3 м.

18 18 Задача 10 К лафетному стволу с насадком d H1 подача воды осуществляется от двух пожарных автомобилей АНР-40(130) и АА-40(131). От автомобиля АНР-40(130) проложена рукавная линия диаметром di из прорезиненных рукавов длиной L b а от автомобиля АА-40(131) — из прорезиненных рукавов диаметром d и длиной L. Ствол поднят на высоту Z Определить подачу каждого из пожарных насосов. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Аналитическое условие совместной работы насосов и рукавных систем выражается так a-bq =S c Q +z Определив сопротивление системы и подставив его в исходное выражение, получим значение подачи каждого насоса. Предпоследняя цифра номера зачетной книжки d h1, d 1, L 1, d, L, Последняя цифра номера зачетной книжки ПО 0 5 Z, м

19 19 Диаме тр d Приложение 1 Значения сопротивления S P одного стандартного пожарного рукава длинной 0 м. Непрорезиненные Сопротивление рукава (для Q л/с) Прорезиненные 51 0,4 0, ,077 0, ,03 0, , ,00045 Приложение Значение коэффициентов местного сопротивления Вид местного сопротивления А S Прямой ход из резервуара в трубу 30 0,5 Плавный ход из резервуара в трубу — 0,5 Выход из трубы в резервуар 30 1,0 Внезапное расширение, ω /ω 1 =1,1-30 1,01-1,0 Внезапное сужение, ω /ω 1 =0,1-0,9-0,45 Поворот трубопровода от 30 до ,-1,1 Угольник: , ,4 Обыкновенный вентиль ,0 Угловой вентиль ,8 Шаровой клапан Задвижка: полностью открытая п = ,15 n = 0, , n = 0,5 1300,0 n = 0, Диафрагма: n = 0, n = 0, n= 0, Всасывающие клапаны насосов Обратные клапаны — 5,5-6,5 Кран проходной — -4

20 0 Приложение 3 Значение коэффициентов местного сопротивления, сжатия, скорости и расхода для насадков различной формы. Тип отверстия или насадка ζ ε φ μ Круглое отверстие в тонкой стенке 0,06 0,64 0,97 0,6 Внешний цилиндрический насадок 0,5 1 0,8 0,8 Внутренний цилиндрический насадок 1 1 0,71 0,71 Конический сходящийся насадок, α=13 0,09 0,98 0,96 0,94 Конический расходящийся насадок α=8 3,45 1 0,475 0,475 Коноидальный насадок 0,06 1 0,98 0,98 Приложение 4 Таблица напоров, расходов и длин компактных струй для насадков диаметром до 5. Радиус действия компактной части струи R K, М Диаметр насадков d Н, м Q, л/с Н, м Q, л/с Н, м Q, л/с Н, м Q, л/с Н, м Q, л/с ,6 4,6 7,5 5, ,9 5,0 8,7 6, , 5,4 10,1 6, ,7 5,8 11,6 7, ,1 6,1 1,9 7, ,7 6,5 14,4 8, ,3 6,8 15,9 8, ,0 7, 17,5 9, ,8 7,5 19, 9, ,6 7,8 0,9 10, ,6 8,,7 10, ,7 8,5 4,7 10, ,0 8,9 6,8 11, ,5 9,3 9,1 11, , 9,7 31,5 1, ,3 10,1 34,3 1, ,6 10,6 37,3 13, ,4 11,1 40,6 13, ,7 11,7 44,3 14, ,7 1, 48,6 15, ,5 1,9 53,5 15, ,3 13,7 59,1 16, ,5 14,5 65,8 17,7

21 1 Значения сопротивлений SH И проводимости Р насадков (для Q л/с ) Диаметр насадка, S H Р Диаметр насадка, S H Приложение 5. Р Приложение 6 Значения скорости распространения ударной волны в воде. Скорость распространения ударной Материал волны, а, м/с Стальные трубы 100 Чугунные трубы 1000 Асбоцемент 700 Новые льняные рукава 80 Льняные рукава б/у 10 Прорезиненные рукава 300

22 Приложении 7 Характеристики пожарных насосов, установленных на пожарных автомобилях и мотопомпах. Модель мотопомпы, автомобиля. Марка насоса Параметры, характеризующие тип насоса МП-600 По марке 88 0,4 МП-800 Мотопомпы 86 0,048 МП-1400 МП ,016 АЦ-30, АНР-30, ПН-30 КФ ,0104 АА-30, АЦС-30 —//— —//— —//— АЦ-40, АНР-40,АА-40 ПН-40У 110,6 0,0098 ПНС-110 ПН ,7 0,0014 А b

23 3 Под общей редакцией Владимира Сергеевича Артамонова доктора военных наук, доктора технических наук, профессора, заслуженного работника высшей школы Российской Федерации, лауреата премии Правительства Российской Федерации в области науки и техники Юрий Григорьевич Баскин доктор педагогических наук, профессор, Владимир Валентинович Подмарков, кандидат педагогических наук, доцент; ГИДРАВЛИКА Методические указания по выполнению контрольной работы слушателями заочной формы обучения специальность «Пожарная безопасность» Печатается в авторской редакции Ответственный за выпуск Подписано в печать Формат /16 Печать трафаретная Объем 11,3 п.л. Тираж 000 экз. Отпечатано в Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России , Санкт-Петербург, Московский проспект, д. 149