Диссертация (1172930), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Исследованияпроводились на специально разработанном для этих целей измерительномкомплексе, включение которого в процесс подачи огнетушащих веществ показанона рисунке 3.2.Рисунок 3.2 – Измерительный комплекс для исследования гидравлическиххарактеристик технических средств подачи больших объемов ОТВ:1 – пожарный автомобиль; 2 – рукавная линия; 3 – вставка с приборами; 4 – расходомер;5 – датчик температуры; 6 – датчик избыточного давления; 7 – испытываемый участокрукавной линии; 8 – разветвление четырехходовое; 9 – многоканальный регистратор;10 – компенсационный кабель; 11 – ЭВМ; 12 – датчик разности давлений;13 – бобышки для подсоединения импульсных трубокПроведенные в [25] исследования позволили определить гидравлическиепотери напора для рукавных систем с пропускной способностью более 100 л/с,что помогло экспериментально определить коэффициент гидравлическогосопротивления.
На основании полученных результатов были разработаны91математические зависимости, по которым возможно определить потери напора взависимости от длины рукавной линии для рукавов с диаметрами условногопрохода 150 и 300 мм, что также необходимо для успешного тушения пожаров иликвидации чрезвычайных ситуаций в условиях, когда требуется подачабольшого количества огнетушащих веществ.Проведенный анализ работ по определению особенностей, связанных спотерей напора, позволил установить, что при транспортировке огнетушащихвеществ в виде воды основным критерием, влияющим на потери, являетсякоэффициентгидравлическоготрения,связанныйсотносительнойшероховатостью поверхности и зависящий от числа Re.В работах, рассматриваемых ранее, основным огнетушащим составомявлялась вода, следовательно, все полученные значения характеризуют движениеводы по рукавным линиям.
Но на сегодняшний день в подразделениях пожарнойохраны появляются новые виды пожарно-спасательной техники, где в качествеогнетушащего вещества может выступать не только вода, но и ее смеси.Так, в системах пожаротушения с гидроабразивной резкой в качествеогнетушащего вещества применяется не только вода, но и смесь воды иабразивных частиц, необходимых для резки конструкций. При добавленииабразивных частиц в поток жидкости он видоизменяется и начинает представлятьсобой двухфазный суспензионный поток, в результате чего возникаютдополнительные потери напора, связанные с переносом твердой фазы.Двухфазный поток представляет собой случай многофазного течения, вкотором вещества находятся в разных агрегатных состояниях (фазах) [124].Наиболее часто двухфазные потоки встречаются в гидротехническомстроительстве или гидротранспорте.
Основным отличием движения двухфазныхпотоков от движения воды является наличие процесса взаимодействия фаз, прикоторых возникают дополнительные потери напора [125].В отличие от потока жидкости, плотность двухфазного потока существуеттолько при движении жидкости, следовательно, она зависит от скорости потока иколичества твердых частиц в вертикальной плоскости.
Повышение потерь напора92в двухфазном потоке связано с увеличением вязкости потока по сравнению связкостью жидкости и выражается уравнением: см 1 С0 ,(3.3)где С 0 – мгновенная объемная консистенция Н/м3; – коэффициент, отражающий влияние наличия твердых частиц в потоке.Зависимость 3.3 применима для двухфазных потоков с относительнонебольшойконсистенциейиприменима в настоящейработе, таккакконцентрация твердых частиц составляет не более 4% от количества воды.Условием движения двухфазного потока является его транспортирующаяспособность, которая заключается в переносе твердой фазы основной фазойжидкости, и выражается критической скоростью Vкр . Критическая скорость придвижении потока несвязанных твердых частиц определяется по следующейформуле:Vкр 8,33 D 6 C 0 * ,(3.4)где D – диаметр трубы, м;С 0 – действительная объемная консистенция двухфазного потока; * – коэффициент транспортабельности, характеризующий способность твердыхчастицтранспортироватьсяпотокомводы,которыйявляетсяфункциейгидравлической крупности * f W .Потери напора в двухфазных потоках, как и в случае с водой,подразделяются на местные и линейные.
Наличие твердых частиц в потокеопределяет дополнительные затраты энергии, следовательно, и дополнительныепотери напора. Потери напора по длине рукавной линии представляют собойсумму потерь условно-однородной жидкости и дополнительных потерь,обусловленных наличием твердых частиц в потоке. Потери напора выражаютсяуравнением (3.5) и представлены на рисунке 3.3 [125].iсм iв i.где i в – удельные потери напора при движении воды, м;i – дополнительные потери напора, м;(3.5)93Рисунок 3.3 – Зависимость потерь напора от средней скорости:1 – вода; 1* – условно-однородная жидкость; 2 – двухфазный потокЗона «А» на рисунке 3.3 характеризуется тем, что при увеличении скоростипотока потери напора увеличиваются незначительно, а значение критическойскорости соответствует минимальным потерям напора.В зоне «В» кривые 1 и 1* приближаются к кривой, характеризующей чистуюводу. На этом участке распределение твердых частиц в потоке выравнивается, ився масса жидкости начинает принимать участие в переносе твердых частиц.
Врезультатесниженияамплитудытурбулентныхпульсацийиприрассматриваемых скоростях происходит уменьшение относительных потерьнапора.Зона «С» характеризуется тем, что кривые 1 и 1* начинают отходить откривой потерь для чистой воды, ввиду того, что в этой области преобладаютбольшие скорости и поток начинает вести себя как «новая» однородная жидкость.94Удельные потери напора при движении потока в круглом трубопроводемогут быть рассчитаны по формуле Дарси–Вейсбаха, записанной в виде:iсм i0 cм i.(3.6)Для расчета дополнительных потерь i напорного потока используютследующее уравнение:i 4 j 3 C 02VкрV,(3.7)где – коэффициент, учитывающий влияние относительной крупности частиц поотношению к диаметру трубы d/D; j – коэффициент разнозернистности твердыхчастиц; C 0 – действительная объемная консистенция Н/м3; Vкр – критическаяскорость движения смеси, при которой частицы начинают двигаться вдоль потокам/с; V – скорость потока м/с.Величина i0 (3.6) обуславливает точность оценки значений icм и зависит отрежима движения воды и поверхности труб, которые характеризуютсякоэффициентом гидравлического трения λ (рисунок 3.4) [125].Изменение шероховатости оказывает значительное влияние на величинупотерь напора по воде i0 .Чаще всего при движении двухфазного потока по стальному трубопроводурассматриваются системы гидравлически гладких труб, так как было установлено,что происходит шлифовка внутренней поверхности трубы.
Так, для шлифовкитруб при транспортировке песчаного грунта требуется около 100 ч [126]. Этоусловие справедливо и для резиновых рукавов, где в результате воздействиятвердых частиц происходит изменение шероховатости поверхности.95Рисунок 3.4 – Зависимость удельных потерь от средней скорости движения:1 – двухфазный поток в гладком трубопроводе; 2 – двухфазный потокв шероховатом трубопроводе; 3 – зависимость для водыМестные потери напора, как и в случае с водой, возникают при деформациипотока (задвижки, переходники, повороты и пр.).
При деформации потокапроисходит изменение структуры двухфазного потока, что приводит к затратамэнергии на восстановление распределения скоростей и сопротивление движениюпотока. Местные потери напора выражаются формулой:V 2 смhм м,2g (3.8)где м – коэффициент местных гидравлических сопротивлений, определяемый посправочникам; см – плотность смеси, кг/м3; – плотность воды, кг/м3.Еще одним условием стабильной работы рассматриваемых систем являетсяисключение седиментации твердых частиц при подаче смеси.
Явлениеседиментации представляет собой процесс, при котором происходит оседаниетвердых частиц под действием гравитационного поля. Для исключения этогоявления течение потока смеси должно быть турбулентным, что характеризуетсячислом Рейнольдса Re, зависящим от скорости потока.96Рассмотревособенностигидравлическиххарактеристиксредствтранспортировки и подачи огнетушащих веществ, можно сделать вывод, чтонаиболее оптимальным с практической точки зрения является, определениепотерь напора эмпирическим путем. Связано это в первую очередь снеоднородностью коэффициента гидравлического трения.Рассматривая двухфазный поток, к потерям напора по воде добавляютсядополнительные потери напора, возникающие при транспортировке твердыхчастиц. На потери напора при транспортировке твердых частиц влияет большоеколичество факторов, начиная от количества частиц в смеси, до относительнойкрупности частиц.
Представленный поток смеси, транспортируемый установкойпожаротушения, и значения ее рабочих параметров, позволяют заключить, что сточкизренияинженернойгидравликизадачаоценкигидравлическиххарактеристик установок пожаротушения является достаточно специфичной, таккак оценка гидравлических характеристик при заданных параметрах работы итехнических характеристиках до настоящего времени экспериментально непроизводилась.В связи с этим для установления значений гидравлических потерь напорапри работе установки пожаротушения с гидроабразивной резкой наилучшимвариантом с практической точки зрения будет проведение экспериментальногоисследования по определению гидравлических потерь напора при подачеогнетушащих веществ в виде воды и смеси воды и абразивных частиц.
Помимоэтого, на основе экспериментальных данных удастся определить условияработоспособности, при которых возможно исключить возникновение явленияседиментации.3.2 Измерительный комплекс для исследования гидравлическиххарактеристик установок пожаротушения с гидроабразивной резкойРабочие параметры установок пожаротушения с гидроабразивной резкой вомногом отличаются от параметров насосно-рукавных систем традиционныхсредств тушения. Основным отличием является то, что помимо воды в насосно-97рукавных системах транспортируется смесь воды и абразивных частиц,необходимая для резки конструкций.
Помимо этого, рабочее давление в системахпожаротушения с гидроабразивной резкой составляет около 30 МПа, чтосущественно превышает рабочее давление насосно-рукавных систем пожарныхавтомобилей, работающих при давлении, не превышающем 0,4 МПа (ступеньвысокого давлении).В связи с этим, для определения гидравлических характеристик установокпожаротушения с гидроабразивной резкой был разработан измерительныйкомплекс, позволяющий в режиме реального времени фиксировать значенияизбыточного давления в начале и в конце исследуемого участка, работая при этомс абразивными средами.Измерительный комплекс состоит из двух рукавных вставок, с диаметрамиусловного прохода 12 мм, которые включаются в процесс при помощи резьбовыхи быстросъемных соединений (рисунок 3.5). Основные конструктивные элементывставок представлены в приложении Г.Рисунок 3.5 – Рукавные вставки с разделителями сред,клапанными блоками и датчиками давления98Рукавные вставки оборудованы переходниками, выполненными из рукавоввысокого давления DKOS, имеющих стальной каркас и рассчитанных на давлениев 410 бар, связанных обжимными кольцами с резьбовыми фитингами,рассчитанныминавысокоедавление.Переходникипредназначеныдлясоединения Т-образных переходных соединений, включенных в процесс, склапанными блоками.Для фиксации значений избыточного давления и передачи информации нарегистратор рукавные вставки оснащены преобразователями давления.Преобразователи давления измерительные АИР-20 -/M2-Н/ ДИ/ 190/ -/ -/12N/ А3И2/ t1070/ C05/ 0...40 МПа/ -/ 42/ C/ -/ -/ -/ -/ -/ BA/ ГП предназначены длянепрерывного преобразования избыточного давления в унифицированныйвыходной токовый сигнал и в цифровой сигнал на базе HART-протокола.макс = 6,0 МПа, класс точности А, пределы допускаемой основной погрешности0,5%, диапазон измерений от 0 до 4,0 МПа, температура эксплуатацииот –10 до + 70℃ (рисунок 3.6).Рисунок 3.6 – Преобразователь давления измерительный АИР-20-M2-НДля проведения работ с абразивными средами преобразователи давленияоснащены мембранными разделителями сред типа ВA 1T/ 1/ 1/ A/ 5321 с99керамической подложкой, предназначенными для защиты чувствительногоэлемента преобразователя давления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
