Высота вертикальной струи

Требования пожарной безопасности обязывают руководителя организации обеспечивать исправность ВПВ (внутреннего противопожарного водопровода) и организовывать проведение проверок в части водоотдачи… (п.48 ППР РФ).

Расход воды ВПВ находится в зависимости от высоты компактной части струи, диаметра клапана пожарного крана и диаметра выходного отверстия пожарного ствола (спрыска).

Согласно измеренному давлению (свободного напора) в зависимости от диаметра выходного отверстия пожарного ствола определяют расход воды из пожарного ствола и высоту компактной части струи.

Водоотдача ВПВ – способность ВПВ в диктующей точке обеспечить нормативные и/или проектные значения расхода, давления и высоты компактной части струи.

За критерий положительной оценки результатов испытаний ВПВ принимают значения давления, расхода и высоты компактной части струи… (7.3.10.1 ГОСТ Р 59643-2021).

Мы уже рассматривали вертикальные струи по ссылке: http://malahov-consultant.ru/vysota-kompaktnoj-chasti-strui/.

Теперь более расширено.

Пожарные струи подразделяются на сплошные и распыленные, вертикальные и наклонные. Сплошные струи воды разделяются на три характерные части: компактную, частично раздробленную и распыленную. Сегодня речь идёт о сплошных компактных вертикальных струях воды, подаваемых на пожаротушение. Именно такие струи рассматриваются для решения задач по внутреннему противопожарному водоснабжению.

Высота компактной части струи — это условная высота водяной струи, вытекающей из пожарного ствола и сохраняющей свою компактность. (п.3.3. СП 10.13130.2009)

Согласно п.7.16 СП 10 высота компактной части водяной струи величина расчётная и определяется по формуле (3):

Нр = 100αР / (1+100φР)

где:

Hp – расчетная компактная часть водяной струи, м;

P – давление (свободный напор) на пожарном стволе, МПа;

α = 0,82 – коэффициент сплошных компактных вертикальных струй воды;

φ – коэффициент выходных диаметров по таблице 7.4. СП10.13130.2020

Разработчики СП 10.13130 заимствовали эту формулу у Люгера (1895 г). Здесь я бы хотел поставить жирный восклицательный знак – знак внимания. Из своей личной практики скажу, что расчётная высота струи, как правило, не равна фактической высоте струи, а несколько ниже.

Предоставление Заказчику информации, которая не является истиной, не даёт мира сердцу и покой совести. Представляете, если расчётные струи удовлетворяют, а фактическое положение дел не обеспечит должного уровня пожаротушения, кто будет виноват?

Уважаемый Люгер предложил формулу для идеальных условий с минимальным применением коэффициентов. Коэффициент φ выходных диаметров находится эмпирически, опираясь только на опыт и факты, но разве только он (φ) играет весомую роль в дальности полёта струи.

Рассмотрим ряд коэффициентов, влияющих на результаты испытаний:

ξ – коэффициент местного сопротивления, потери энергии на местные сопротивления;

°Ж – жёсткость (мягкость) воды, выражается в градусах жесткости ГОСТ 31865-2012;

f – коэффициент аэрации воды и прочие лягушки.

Коэффициенты потерь

Коэффициент местного сопротивления ξ (КМС) – показатель, который характеризует сопротивление, оказываемое потоку на определенном элементе трубопровода – спрыск ствола пожарного. Это вызывает потери удельной энергии потока (напора). К сожалению, и пластмассовые и металлические стволы, поставляемые в продажу, имеют спрыск, скажем, не опрятного вида, с заусенцами, шероховатостями и прочими неровностями, сужающими площадь выхода воды из системы и вызывающие дополнительное сопротивление и потери напора.

Потери напора жидкости в случае с местными сопротивлениями определяются в большинстве случаев только опытным путем. Но и в теоретическом обосновании есть некоторые прорывы — так, местное сопротивление по своим свойствам и характеристикам аналогично сопротивлению, которое наблюдается при внезапном расширении струи. И это логично, если учитывать, что поведение потока жидкости при преодолении любого локального сопротивления сопровождается сужением или расширением сечения.

Коэффициент местного сопротивления при входе струи потока в среду без жидкости связан с потерей кинетической энергии и равен 1 (при идеальных условиях), но в случае, если спрыск ствола пожарного необработанная штамповка, то сопротивление увеличивается, а значит должен быть увеличен коэффициент местного сопротивления.

Жесткость воды – это совокупность физико-химических свойств, связанных с содержанием растворенных в воде солей жесткости (соли кальция, магния, бериллия, бария, стронция и т.д.).

Когда доля растворенных солей малочисленна, считается, что такая вода мягкая. И наоборот – многочисленность растворенных солей делает её жёсткой. Согласно методам определения жёсткости воды по гидрохимии считается:

0-4 мг-экв./л – мягкая вода

4-8 мг-экв./л – средней жесткости

8-12 мг-экв./л – жесткая вода

Петербургская вода в городской черте всегда отличалась мягкостью. По данным ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга» в Северной Пальмире градус жёсткости воды по городским водопроводным станциям (ВС):

Замечу, что все формулы по гидротехнике и гидродинамике: и Бернулли, и Торричелли, и Люгер иже с ними – все они справедливы лишь для несжимаемых жидкостей. Жидкости несжимаемые – так меня учили в школе. Теперь, я знаю, что я знаю – если есть понимание несжимаемых жидкостей, то нельзя отрицать существование сжимаемых жидкостей.

Сейчас несжимаемая жидкость — математическая модель сплошной среды, плотность которой сохраняется при изменении давления. Плотность среды (воды) зависит от растворённых в ней твёрдых и газообразных примесей.

Наличие таковых примесей в жидкости влияет на скорость потока струи, а значит и на длину струи. Когда тушат пожары с нефтепродуктами, в воду специально добавляют смачиватель (пенообразователь). Пена лучше контактирует с поверхностью нефтепродуктов и лучше оттесняет кислород, чем прекращает горение. Но есть и отрицательный момент – чем больше пены, тем короче длина струи. Чем больше пены в воде, тем больше сопротивление струи со средой, тем меньше длина струи.

Рассмотрим пример аэрации воды.

Аэрация — процесс интенсивного насыщения воды газом. Чем мягче вода, тем короче её полёт. Чем больше газов в струе воды, тем меньше высота её струи.

Можно ли избежать насыщение воды газами? Практически нет. Чем больше турбулентности в воде, тем больше в ней будет газиков и чем дольше вода стоит в покое в пожарных водопроводах, тем больше в ней образуется жизни и процессов распада органики, выделяя газы, вызывающие процесс аэрации. Коэффициент аэрации для технических расчетов ф = 0,85 – 1,0.

Эту жижу из источников пожаротушения мы называем лягушками, очень похожих на чёрных дождевых лягушек – самых грустных созданий на нашей планете.

Кстати, лягушка на английском frog, от сюда коэффициент аэрации – f.

Коэффициент аэрации для пожарных расчетов f = 0,85 – 1,0. Для определения высоты полёта воды из пожарного ствола от совмещённого ХВП и ВПВ коэффициент аэрации f = 1,0, а от замкнутой (обособленной) системы ВПВ коэффициент аэрации f = 0,85.

Таким образом, формула для расчёта высоты компактной части вертикальной водяной струи от пожарного водопровода может выглядеть так:

Нрf = 100αРf / (1ξ + 100φР°Ж)

Произведём математические расчёты по обеим формулам:

по формуле – Нр = 100αР / (1+100φР)

100 0,82 • 0,21 / (1+100 • 0,0165 • 0,21) = 17,22 / 1,3465 = 12,8 м

Высота вертикальной струи по идеальным условиям составила – 12,8 м.

По формуле – Нрf = 100αРf / (1ξ +100φР°Ж)

100 • 0,82 • 0,21 • 0,85 / (1 • 1 + 100 • 0,0165 • 0,21• 1,1) = 14,637 / 1,38115 = 10,6

Высота вертикальной струи по реальным условиям (с лягушками) составила – 10,6 м.

При Нр = 12,8 м критерий положительной оценки в части высоты струи удовлетворён.

При Нрf = 10,6 м критерий положительной оценки в части высоты струи не удовлетворён.

Если эту неудовлетворённость (Нрf < 12) рассматривать через призму ст. 20,4 КоАП РФ, то стоимость таковой амбиции может стоить юрику 300 000 рублей.

Библиография

Г.И. Николаев, Э.Ю. Лубсанов «Противопожарное водоснабжение». Учебно-методическое пособие. Улан-Удэ Издательство ВСГУТУ 2012

А.А.Качалов «Противопожарное водоснабжение» Стройиздат 1975 г.

Е.Н.Иванов «Противопожарное водоснабжение» Стройиздат 1986 г.

С.В.Черкасов «Аэрация воды»

Справочник химика 21 «Химия и химическая технология»

СП 10.13130.2020 «Внутренний противопожарный водопровод»

СП 30.13330.2020 Внутренний водопровод и канализация зданий

P.S. Да как же назовём эту формулу? Мои труды и моя ответственность. Так пусть будет дано ей имя моё – ибо оно чудно.

Полезная статья?
Малахов В.А.
Добавить комментарий