Противопожарное водоснабжение

УДК 556.3(470.53)(076.5) П38

Рецензенты:

начальник главного управления МЧС по Пермскому краю, генерал-майор О.В. Попов; д-р техн. наук Г.А. Цветков

(Пермский национальный исследовательский политехнический университет); генеральный директор

ООО «Вертикать» (г. Пермь) М.А. Опарин; директор ООО «ПермНефтеГазПроект» (г. Пермь) А.Н. Рябов

Плеханов, М.С.

П38 Противопожарное водоснабжение : учеб.-метод. пособие / М.С. Плеханов, В.А. Гачегов, Е.В. Соловьев; под ред. М.С. Плеханова. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2016. – 151 с.

ISBN 978-5-398-01545-4

Изложены краткие теоретические основы гидравлики, гидростатики и гидродинамики.

Пособие знакомит со схемами движения подземных вод, определением радиуса депрессионных воронок подземных источников водоснабжения, а также со схемами водозаборных сооружений поверхностных источников. Даны примеры расчета подачи воды к месту возгорания, методы расчета водопроводных систем, а также примеры гидравлических расчетов тупиковых и кольцевых систем противопожарного водоснабжения и другое.

Предназначено для студентов-бакалавров строительного и горно-нефтяного факультетов технических вузов.

УДК 556.3(470.53)

2

5

ВВЕДЕНИЕ

Системы современного противопожарного водоснабжения основываются на расчетах конкретных задач по подаче воды в города, населенные пункты и промышленные предприятия при появлении техногенных или природных возгораний на контролируемой территории.

Работники пожарных подразделений должны знать правила эксплуатации систем противопожарного водоснабжения, которые основаны на законах гидравлики, и обладать умениями применять их в конкретных условиях практической деятельности.

Знание законов гидравлики при решении вопросов эксплуатации пожарных насосов, транспортирования воды по водопроводным магистралям и пожарным рукавам, умение создать дальнобойные и распыленные водные струи, грамотная эксплуатация водозаборных сооружений подземного или поверхностного водоснабжения, резервуаров хранения противопожарного запаса водных ресурсов позволяют оперативно решать проблемы пожаротушения, возникающие при возгорании на объектах промышленности или в населенных пунктах, городах.

Все расчеты следует выполнять в строгом соответствии с требованиями Федерального закона № 123-ФЗ от 22.07 2008 г. «Технический регламент о требовании пожарной безопасности», СП 8.13130.2009. «Свод правил. Системы противопожарной защиты. Источники наружного противопожарного водоснабжения. Требования пожарной безопасности».

Действующие директивные документы федерального и местного значения, методики расчетов необходимых параметров применяемого оборудования и приспособлений должны быть изучены до развертывания пожарной спецтехники в условиях возникновения пожара.

6

Глава 1

КРАТКИЕ ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ

Вприроде существуют четыре вида состояния веществ: твердое, жидкое, газообразное, плазменное.

Жидкость отличается от твердых тел тем, что она обладает малым сцеплением частиц, которое называется текучестью,

атакже отсутствием сил трения между частицами в состоянии покоя, способностью принимать форму сосуда, в котором она находится. В сосудах с наличием свободной поверхности, или если жидкость разлита на поверхности, она растекается по ней

ввиде тонкой пленки.

Вгидравлике изучают капельную жидкость, в природе наиболее распространенной жидкостью является вода.

Гидравлика делится на две основные составляющие части: гидростатику и гидродинамику.

Гидростатика изучает свойства и законы жидкости, находящейся в состоянии покоя.

Гидродинамика изучает законы, которым подчиняется жидкость при движении.

1.1. Плотность жидкости

Плотность жидкости – одно из основных ее свойств, определяется отношением массы к ее физическому объему, выражается в килограммах на кубический метр (кг/м3), зависит от ее температуры и определяется по формуле

где p – плотность жидкости, кг/м3; m – масса жидкости, кг; W – объем жидкости, м3.

Определить плотность жидкости возможно приборомареометром, работающим на основе закона Архимеда.

7

Закон Архимеда гласит: на погруженное в жидкость тело действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной им жидкости.

Ареометр опускают в жидкость, он плавает в ней, при этом чем выше плотность жидкости, тем трубка ареометра, на которой нанесена соответствующая шкала плотности жидкостей, меньше погружается в жидкость (рис. 1).

Пример расчета: жидкость – керосин, масса жидкости m в 1 м3 – 825 кг; объем жидкости W – 1 м3.

Справка. Плотности жидкости в кг/м3: вода – 1000; бен-

зин – 700–750; керосин – 820–830; мазут – 892–939; ртуть – 13 600.

1.2. Удельный вес жидкости

Удельный вес жидкости (для воды удельный вес имеет максимальное значение при температуре +4 °С) – это основная физическая величина, определяющая распределение силы тяжести, приложенной к физическому объему измеряемой жидкости (кгс/м3).

Удельный вес жидкости – это отношение веса жидкости к ее объему, которое определяется по формуле

где γ – удельный вес жидкости, кгс/м3; G – сила тяжести, кгс; W – физический объем жидкости, м3.

Между плотностью и удельным весом существует зави-

симость, равная произведению плотности жидкости на ускорение свободного падения, определяемая по формуле

8

где γ – удельный вес жидкости, кгс/м3; p – плотность жидкости, кг/м3; g – ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с2.

Справка. Удельные веса жидкостей в кгс/м3: вода – 1000;

бензин – 700–750; керосин 820–850; мазут – 890–940; ртуть – 13 600.

Все жидкости при нагревании расширяются, и каждая имеет температурный коэффициент объемного расширения жидкости ß.

Температурный коэффициент объемного расширения жидкости характеризует изменение объема жидкости при изменении ее температуры на 1 град Цельсия и определяется по формуле

где ß1 – температурный коэффициент объемного расширения жидкости; Vt1 – объем жидкости при температуре t1; Vt2 – объем жидкости при температуре t2; t1 – первая, начальная температура жидкости; t2 – вторая, конечная температура жидкости.

Пример: рассчитать температурный коэффициент объемного расширения жидкости: жидкость – вода объемом 4000 л (увеличение объема 3 л), перепад температуры 5–15 °С.

ßt = (4003 – 4000)/4000 · 1(15 – 5) = 3/4000 · 10 = 7,5 · 10 · 05.

1.3. Вязкость жидкости, формула Ньютона для определения силы трения в жидкости; коэффициент динамической вязкости; коэффициент кинематической вязкости

Любая жидкость оказывает сопротивлению сдвигу частиц при перемещении слоев жидкости между собой, которое возникает из-за наличия у нее внутримолекулярного движения.

При этом возникает определенная сила трения, установленная Ньютоном, который рассчитал, что сила трения на еди-

9

ницу площади прямо пропорциональна вязкости и градиенту скорости и определяется по формуле

где r – сила трения жидкости, приходящаяся на единицу площади; µ – динамический коэффициент вязкости, характеризующий вязкость жидкости, кгс·с/м2; dV – вязкость жидкости; dy – градиент скорости, т.е. изменение скорости, приходящееся на единицу длины расстояния между слоями жидкости.

Определение кинематического коэффициента вязкости v,

м2/с:

Кинематический коэффициент вязкости v равен динами-

ческому коэффициенту вязкости µ, умноженному на коэффициент вязкости p, а вязкость зависит от температуры и вида жидкости.

Справка. Изменение значение кинематического коэффициента вязкости v воды при изменениях ее температуры:

1.4. Сжимаемость жидкости

Сжимаемость жидкости – это свойство жидкости изменять свой объем при изменении давления на нее. У воды сжимаемость очень незначительна, в практике воду считают несжимаемой. Так, для того чтобы уменьшить объем воды на 1 %, необходимо приложить давление 200 кгс/см2.

10