Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Состояние вопроса и задачи исследований 12-33
1.1. Аналитический обзор исследований 12-16
1.2. Сведения о нормах проектирования и опыте строительства 16-22
1.3. Сведения об опыте эксплуатации оборудования пожарных водопроводов 22-30
1.3Л. Система подачи и распределения воды . 22-24
1.3.2. Пожарные гидранты 24-26
1.3.3. Контрольно-пусковые узлы 26-28
1.3.4. Стационарные лафетные стволы 28-29
1.3.5. Стационарные пенокаыеры 29-30
1.4. Цель работы и основные задачи исследований 30-33
Глава 2. Исследования эффективности систем пожарного водоснабжения и разработка рациональных струк турных схем 34-74
2.1. Эффективность варианта решения 34-39
2.2. Слагаемые показателя качества функционирования 39-47
2.2.1. Показатель назначения системы 41
2.2.2. Показатель надежности системы 41-47
2.2.3. Другие показатели качества 47
2.3. Показатель затрат 47-48
2.4. Анализ эффективности варианта решения . 48-50
2.5. Методика выбора рационального варианта . 50-57
2.6. Построение рациональной структуры 57-73
2.6.1. Водопитатель 60-62
2.6.2. Водопроводная сеть 62-69
2.6.3. Контрольно-пусковой узел 69-72
2.6.4. Система пожарного водоснабжения 72-73
2.7. Выводы 73-74
Глава 3. Разработка нового оборудования и конструктивных элементов водопроводных сооружений 75-108
3.1. Пожарный подземный гидрант 75-79
3.2. Наземный гидрант 79-93
3.3. Наземный гидрант с лафетным стволом . 93-98
3.4. Устройства для подачи и распределения пены 98-106
3.4.1. Устройство пожарной защиты резервуаров 100-103
3.4.2. Устройство для подачи пены в резервуар 103-104
3.4.3. Воздушно-пенный ствол 104-106
Глава 4. Экспериментальные исследования характеристик разработанного оборудования и конструктивных элементов 109-148
4.1. Экспериментальная установка. Приборы и устройства для изменений параметров исследуемых образцов 110
4.2. Методика гидралических исследований. Оценка точности результатов испытаний 116-122
4.3. Результаты гидравлических исследований гидрантов 122-135
4.4. Натурные испытания гидрантов 135-І41
4.5. Испытания наземного гидранта с лафетным стволом I4I-I43
4.6. Испытания макетов опытных образцов уст ройств для тушения пожара в резервуарах с нефтепродуктами 143-146
4.7. Испытания воздушно-пенного ствола 146
4.8. Выводы 146-148
Глава 5. Практическая реализация результатов диссертационного исследования I49-I6I
5.1. Рекомендации по совершенствованию требований к проектированию систем пожарного водоснабжения 149-154
5.2. Проекты новых систем пожарного водоснабжения 154-156
5.2.2. Схема компановки водопроводных сооружений и контрольно-пусковых узлов 155
5.2.3. Оборудование для отбора воды из водопровода 155-156
5.3. Регламент эксплуетации систем 156-157
5.4. Оборудование пожарных водопроводов . 157-160
5.4.1. Новый подземный гидрант 157-159
5.4.2. Новый наземный гидрант 159
5.4.3. Устройства для противопожарной защиты резервуаров с нефтепродуктом 159
5.5. Совершенствование учебного процесса . 160
5.6. Выводы I60-I6I
7. Заключение 162-165
Литература
- Сведения об опыте эксплуатации оборудования пожарных водопроводов
- Слагаемые показателя качества функционирования
- Наземный гидрант с лафетным стволом
- Методика гидралических исследований. Оценка точности результатов испытаний
Введение к работе
Программа дальнейшего наращивания темпов производства нефтехимической промышленности, открывает широкие перспективы для рационального использования производственного потенциала страны [ij . В 1985 году предусматривается обеспечить добычу нефти (с газовым конденсатом) в объеме 620-645 млн. тонн. Согласно "Генеральной схеме развития и размещения нефтеперерабатывающей промышленности до 1990 г.", капитальные вложения в эту отрасль промьшленности составят: I98I-I985 гг - 5650, а в 1986-1990 гг - 6100 млн. рублей [ij .
Решение поставленных задач обусловливает переход к строительству укрупненных и комбинированных технологических установок, требующих создания высокоэффективных систем пожарной безопасности и охраны воздушного и водного бассейнов [2-3 J .
На необходимость совершенствования существующей системы противопожарной защиты указывают значительные материальные потери, которые несет народное хозяйство в результате материального ущерба от пожара и возмещения последствий, вызванных нарушением нормального режима работы нефтеперерабатывающего комплекса И- и перебоями снабжения народнохозяйственных объектов горючесмазочными материалами и другими продуктами переработки нефти. Зачастую загорания на нефтеперерабатывающих заводах перерастают в крупные пожары с человеческими жертвами. Такие пожары произошли на нефтеперегонном заводе Фейзене (Франция 1966 г.); на нефтеперегонном заводе фирмы "Шелл" (Роттердам 1968 г.) с убытком в 12 млн. фунюв стерлингов Г 5 I ; на нефтеперерабатывающем заводе в Чеховицах-Дзедзицах (Польша 1971 г.) с трагической гибелью 33 человек.
Проблема борьбы с крупными пожарами требует принципиально нового подхода к решению задач пожарной безопасности и широкого внедрения надежных и экономических систем противопожарной защиты, которые должны являться неотъемлемой составной частью оснащения нефтеперерабатывающих предприятий современными средствами техники безопасности и охраны труда [6j .
Пути построения таких систем должны основываться на изучении специфических особенностей и условий работы технологических установок и элементов противопожарной защиты.
Системы пожарного водоснабжения, являеющиеся важнейшей составляющей системы противопожарной защиты нефтеперерабатывающих заводов, не всегда обеспечивают достаточное количество воды,обладают высокой металлоемкостью и стоимостью, имеют низкую надежность, неудобны в эксплуатации и зачастую оказываются в нерабочем состоянии [7 ] .
Настоящая работа посвящена решению задач совершенствования систем пожарного водоснабжения нефтеперерабатывающих заводов на основе разработки новых конструктивных элементов и использования совершенной методики технико-экономического анализа составляющих показателя качества функционирования. Она содержит экономические и экспериментальные исследования параметров процессов подачи и распределения воды на пожарные нужды; разработку и внедрение нового оборудования водопроводных сооружений, обеспечивающих надежную работу систем пожарного водоснабжения,практические рекомендации по проектированию и эксплуатации высокоэффективных систем пожарного водоснабжения .
Цель настоящей работы заключается в научном обосновании методики оценки составляющих показателя ка чества функционирования, позволяющей выявить пути интенсификации процессов подачи и распределения воды, выбрать направления в совершенствовании существующих и разработке новых рациональных систем, а также модернизировать оборудование, позволяющее повысить эффективность пожарных водопроводов.
Поставленные в диссертации задачи решены на основе аналитических и экспериментальных исследований процессов работы систем пожарного водоснабжения и их элементов.
В основу диссертационного исследования положено экспериментальное проектирование, лабораторные исследования на специально разработанных стендах, а также натурные испытания на действующих системах пожарного водоснабжения Мозырского НПЗ. При создании нового оборудования использован метод изобретения технических решений с практической проверкой теоретических предпосылок их построения. Результаты экспериментальных исследований положены в основу вновь разработанного оборудования, предназначенного для повышения надежности работы пожарного водоснабжения.
Научная новизна работы. В диссертационной работе изучены:
опыт проектирования, строительства и эксплуатации систем пожарного водоснабжения и выявлены путисовершенствования новых и модернизации существующих систем и их конструктивных элементов;
составляющие комплексного показателя качества функционирования и экономические показатели, отражающие экономический эффект и потери в результате материального ущерба и затрат на возмещение последствий от пожара.
В результате аналитических исследований получены:
комплексный критерий оценки эффективности, охватывающий наиболее важные составляющие свойства системы (показатели назначения, надежности, экономичности, безопасности труда, охраны окружающей среды);
методика выбора наиболее эффективного технического решения из числа альтернативных вариантов, позволяющая разработать перспективный вариант технологической структуры пожарного водоснабжения;
экспериментальный проект новой централизованной системы подачи и распределения воды для товарно-снрьевой базы нефтеперерабатывающего завода, имеющей более высокие технико-экономические показатели по сравнению с существующими;
предложения по сокращению непроизводительных потерь воды и пенообразователя в процессе длительной эксплуатации;
мероприятия по защите окружающей гидросферы от вредного воздействия содержащихся в пенообразователе биологически жестких компонентов;
новое оборудование, использование которого дает возможность повысить надежность работы пожарных водопроводов (повысить безотказность работы, срок службы и уменьшить время и затраты на техническое обслуживание), увеличить водоотдачу водопроводных сетей и существенно сократить затраты на строительство и эксплуатацию.
В ходе экспериментальных исследований определены:
технические характеристики подземного гидранта (гидравлическое сопротивление клапана и проточной части корпуса, крутящий момент для открывания и закрывания гидранта, расходная ха
рактеристика, и т.п.);
технико-экономические показатели быстродействующего наземного гидранта, оборудованного системой автоматического включения и выключения подачи;
количественные значения слагаемых комплексного показателя качества функционирования рассмотренных в диссертации вариантов систем пожарного водоснабжения, а также разработанной перспективной структуры пожарного водоснабжения и ее элементов;
размер экономического эффекта от внедрения предлагаемых решений, разработанных в результате диссертационного исследования.
Практическая реализация результатов диссертационного исследования нашла отражение в официальных документах (стандарте, рекомендациях по проектированию и расчету, инструкциях по эксплуатации, методиках), реальных проектах, а также при внедрении нового оборудования пожарных водопроводов нефтеперерабатывающих заводов.
Содержание диссертации базируется на работах, выполненных лично соискателем и в соавторстве с коллективом ВНИИПО МВД СССР, тематика которых определена Постановлением Совета Министров СССР № 655 и планом работ, утвержденным Министерством внутренних дел и Министерством нефтехимической промышленности СССР.
При написании диссертации частично использовались результаты работ, выполненных в соавторстве с Ивановым Е.Н., Орешон-ковым Г.И., Васильевым А.Д. и другими сотрудниками.
Полученные автором результаты обсуждались в Высшей инженерной пожарно-технической школе МВД СССР на кафедре инженерной теплофизики и гидравлики; на совместном заседании кафедр инженерной теплофизики и гидравлики, пожарной тактики и служ бы, строительных конструкций и их огнестойкости; на совещании работников УПО УВД Гомельского облисполкома, а также в НПО Лен нефтехим. Основное содержание диссертации опубликовано в брошюрах и статьях научно-технических сборников и журналов. Разработанное признано оборудование пожарных водопроводо Государственным комитетом СССР по делам изобретений и открытий.Основные идеи и разработки настоящей работы нашли отражение в освоении вновь созданных конструктивных элементов оборудования, позволяющих повысить эффективность работы пожарных водопроводов. Экономический эффект от внедрения и практического использования в народном хозяйстве научных результатов работы составит около 1,5 млн. рублей в год.
Автор выражает благодарность сотрудникам ВНИИПО МВД СССР, УПО УВД Гомельского облисполкома, Мозырского НПЗ, в совместной работе с которыми проведены отдельные экспериментальные исследования и опыты.
На защиту выносятся:
методика оценки эффективности варианта решения, учитывающая составляющие показателя качества функционирования пожарного водоснабжения и приведенные затраты, разработанная с позиции надежности водообеспечения и экономичности;
методика выбора перспективного варианта технического решения, учитывающая характеристику элементов системы, компановку узлов, надежность, приведенные затраты и другие параметры структурной схемы пожарного водоснабжения;
новая технологическая схема централизованной системы подачи и распределения воды, отличающаяся от существующих более высокими показателями эффективности;
новые разработки оборудования с высокими гидравлическими и тактико-техническими параметрами, значения которых превосходят параметры лучших отечественных и зарубежных конструкций;
результаты лабораторных и натурных исследований пожарных гидрантов, а также рациональных технологических систем пожарного водоснабжения и оборудования для отбора воды и подачи ее в очаг пожара;
рекомендации по проектированию и эксплуатации пожарных водопроводов, направленные на повышение надежности работы систем и ее элементов, снижение капитальных вложений и решения задач охраны труда обслуживающего персонала и защиты окружающей среды.
Сведения об опыте эксплуатации оборудования пожарных водопроводов
В работе [7J обобщен опыт проектирования, строительства и эксплуатации водопроводных сетей систем пожарного водоснабжения товарно-сырьевых баз крупнейших в стране нефтеперерабатывающих комплексов. Наиболее типичной является система водо-распределения по двум независимым ниткам водопроводной сети (рис. 1.2), первая из которых предназначена для подачи воды, вторая - водного раствора пенообразователя. Водопроводные сети в режиме ожидания постоянно содержатся под рабочим давлением 0,8 МПа, что приводит к большим утечкам воды и водного раствора пенообразователя через неплотности соединения труб, арматуры и другого водопроводного оборудования. Ежегодно через неплотности соединений в системе непроизводительно теряется свыше 700 м3 воды и 45 м3 пенообразователя. Для поддержания рабочего давления воды и пенообразователя в водопроводной сети ежегодно расходуется свыше 260 кВт»ч электроэнергии. Постоянная утечка пенообразователя, имеющего биологически жесткие компоненты, вызывает пагубное воздействие на окружающую гидросферу [2-з].
Факторы снижения надежности и экономичности водопроводных сетей приведены ниже I 7 1 : раздельная подача воды в установки водот&рошения, тушения и передвижную пожарную технику; высокое давление воды в водопроводной сети в режиме ожидания; резкое повышение давления воды в водопроводе при пуске насосно-силового оборудования; нерациональная схема децентрализованной подачи воды; возможность возникновения недопустимого давления в водопроводной сети при пуске и выключении подачи воды.
Пожарные гидранты На водопроводных сетях страны используются подземные пожарные гидранты. Многолетний опыт их эксплуатации выявил ряд недостатков.
В работах Е.Н.Иванова Г69-72j установлены причины нарушения работоспособности подземных гидрантов. Одной из основных причин выхода гидрантов из строя в момент отбора воды являются неудачная конструкция крепления резиновой прокладки клапана и плохая обтекаемость клапана, способствующая появлению незатухающего гидравлического удара.Были предложены мероприятия по усовершенствованию конструкции гидранта, имеющего обтекаемую форму клапана, исключающего гидравлический удар от периодического сбегания вихрей и срывной кавитации 72J. Несмотря на это в гидранте не устранены полностью недостатки, а разработанные двадцать лет назад технические условия, изложенные в ГОСТ 8220-62, морально устарели и требуют пересмотра на основе новейших научных достижений в этой области.
Как показали исследования I 7 (подземные гидранты, установленные на специальных водопроводах высокого давления работают неудовлетворительно и зачастую выходят из строя в процессе отбора воды на пожарные нужды.
Обзор литературных источников! 73 J по зарубежным конструкциям пожарных гидрантов показывает, что в большинстве стран и особенно в США применяются в основном наземные гидранты.
В начале освоения наземных гидрантов в суровых климатических условиях северных штатов Америки и Канады наблюдалось их замерзание. Разработанная позднее конструкция незамерзающего гидранта позволила полностью устранить этот недостаток за счет переноса чувствительных к замерзанию элементов вглубь гидранта, а также применения более совершенных и герметичных уплотнений.
Для пожарных водопроводов промышленных предприятий ВНИИПО совместно с Воронежским заводом Водмашоборудование разработан в 1964 г. наземный бесколодезный гидрант I 74 (, который по своим тактико-техническим показателям превосходит аналогичные конструкции промышленно развитых капиталистических стран.
В 1966 году была изготовлена опытная партия наземных бесколодезных гидрантов, которая прошла всесторонние испытания в лаборатории на соответствие гидравлическим и рабочим параметрам требований технических условий. Проверенная партия этих гидрантов была отправлена для опытной эксплуатации на действующие водопроводы Москвы, Ленинграда, Свердловска, Калинина, Омска, Воронежа, Куйбышева, Хабаровска, Владивостока. Пожарно-испытательные станции и службы водопроводных сетей городов провели эксплуатационные испытания гидрантов в соответствии с рабочей программой.
В 1983 г. поступили отчеты, протоколы и акты о положительных результатах эксплуатации наземных гидрантов Г75І. За все время эксплуатации не отмечено отказов в работе и случаев замерзания гидранта в зимнее время года.
Слагаемые показателя качества функционирования
Эффективность технического решения оценивалась критерием: w-i4v-rn« , (2Л) к-п. где Z фа - комплексный показатель качества функционирования системы, содержащий единичные показатели (назначения, надежности, условий безопасности труда, охраны окружающей среды); Z Пт - приведенные затраты, включающие капитальные вло Sz1 жения, издержки эксплуатации и ущербы; И- - число слагаемых показателя качества функционирования; т. - число слагаемых приведенных затрат. Количественные значения слагаемых показателя качества Функционирования системы отвечают требованиям норм проектирования, приведенные затраты на строикльство эксплуатацию соответствуют данным сметно-финансовых расчетов и нормативным отчислением, ущербы отвечают статистическим данным о потерях в результате пожаров.
Слагаемые показателя качества функционирования
Комплексный показатель качества функционирования системы, охватывает четыре частных показателя, наиболее полно характеризующих технологические, надежностные, эксплуатационные и социологические свойства системы пожарного водоснабжения.Причем показатель назначения, определяющий технологические свойства системы, характеризуются выражением : і - 1 {i Li , (2.2) 1-І где fi - показатель инерционности включения подачи воды; А - показатель подачи расхода воды; /з - показатель продолжительности подачи воды; /4 - показатель напора воды в системе; Ж г А - - коэффициенты весомости Гв7] показателей назначения. Показатель бесперебойности работы системы выражается следующей формулой . Ф, = fjfij , (2.3) а где - показатель безотказности работы; - показатель срока службы; & - показатель сохраняемости системы; % - показатель ремонтопригодности системы; ftiifltifib) - коэффициенты весомости показателей надежности. Показатель, характеризующий эксплуатационные свойства системы, определяется выражением : К-1 где X, - показатель эксплуатации системы в режиме ожидания, характеризующий полноту и удобство технического обслуживания; 2 2 - показатель эксплуатации системы в режиме подачи воды на пожарные цели, характеризующий оперативность выполнения операций в экспериментальных условиях работы; Э?з - показатель профилактического обслуживания; ЗС4 - показатель текущего и капитального ремонта; ОііҐгіХз Хї - коэффициенты весомости эксплуатационных показателей. Показатель, характеризующий социологические свойства системы, определяются выражением: где Ч ;Чг - коэффициенты весомости социологических показателей; ji - показатель безопасных условий труда обслуживающего систему персонала; ji - показатель охраны окружающей систему среды.
Показателем назначения характеризуется одно из важнейших свойств системы пожарного водоснабжения - удовлетворять потребителя водой требуемого качества, в определенных количествах по строго регламентированному режиму подачи и интенсивности распределения воды. Показатель назначения при проведении анализа решений оценивался по вероятности обеспечения требуемого количества воды, производительностью водопитателя, продолжительностью включения заданной подачи воды, вместимостью запасов воды для удовлетворения потребностей противопожарной защиты. При анализе эффективности решения физические величины показателей для удобства и наглядности переводились в безразмерные единицы,
Для оценки критерия надежности системы пожарного водоснабжения, представляющей собой сложную техническую систему, в первую очередь, устанавливалась номенклатура показателей надежности 90-91 J . При этом учитывались факторы конструктивного исполнения, ограничения длительности эксплуатации, режиме работы и последствий отказов. По конструктивному исполнению система относится к ремонтируемым изделиям. По режиму работы система пожарного водоснабжения принадлежит к изделиям, эксплуатируемым в повторно-прерывистом режиме с циклами случайной длительности, характеризующимися нерегулярностью включения воды потребителям. Доминирующим фактором при оценке функциональных последствий отказа системы бьш факт снижения уровня выполняемых функций водообеспачения, который характерен для режима эксплуатации в "режиме ожидания" и "режиме работы", Для оценки оборудования, агрегатов и других элементов при оценке функциональных последствий принимался факт увеличения параметра потока отказов, нарушения требований безопасности, а также морального старения.
Бесперебойность водообеспечения в настоящей работе определялась в зависимости от надежности системы водоснабжения, надежности оборудования пожарной и аварийной автоматики, пропускной способности системы подачи и распределения воды и от кратности резервирования основных элементов. Надежность системы пожарного водоснабжения оценивалась по результатам аналитического расчета учета показателей надежности входящих в нее элементов, схемы их соединения, параметров быстродействия аварийной автоматики.
Бесперебойность работы рассматриваемых вариантов системы оценивалась по показателям надежности элементов на основании методов расчета, используемых в практике проектирования водоснабжения ( 88-89 J . Для анализа показателей надежности вариантов решений были использованы следующие показатели: вероятность безотказной работы системы (вероятность отказа) и коэффициент готовности 90-92 .
Наземный гидрант с лафетным стволом
Устройство позволит существенно снизить инерционность включения и выключения подачи средств пожаротушения,упростить и облегчить операции регулирования подачи жидкости в процессе пожаротушения и уменьшить затраты на его возведение и эксплуатацию. Это достигается тем, что пуск и отключение подачи жидкости из трубопровода в лафетный ствол осуществляется гидрантом, оголовок корпуса которого служит опорой для вращения вокруг его оси гидравлического запорно-регулирующего клапана с лафетным стволом. Быстродействие трудоемких (в известных устройствах) процессов включения, выключения и регулирования подачи жидкости в лафетный ствол достигается при легкой и быстрой операции приведения в действие специального управляющего клапана, которым дополнен гидравлический запорный клапан.
Для подачи жидкости из напорного трубопровода I (см.рис. 3.12) в полость гидранта 22 вокруг его оси вращения гидравлический запорный клапан 17 и связанная через ступицу 19 гайка 4 создают поступательное движение вниз шпинделю 21, соединенного штангой 3 с затвором 2 гидранта 22. При открывании затвора 2 поток жидкости заполняет внутреннюю полость гидранта 22 и возникающее повышение давления в трубопроводе I от гидравли ческого удара, вызванного резким гашением скорости потока, гасится плавным закрыванием гидравлического запорного клапана. При повороте маховика 12 управляющего клапана II в положение "открыто" гидравлический запорный клапан 17 мгновенно включает подачу жидкости в лафетный ствол 14. Направлением полета струи из лафетного ствола управляет оператор. Включение подачи жидкости в лафетный ствол 14 происходит в определенной последовательности. В исходном состоянии затвор 2 гидранта 16 находится в положении "открыто", управляющий клапан 22 - в положении "закрыто". Давление жидкости, передаваемое в надмембранную полость 15 гидропривода через канал 5 в оси клапана 17, действует на мембрану 16 и плотно прижимает затвор 18 к седлу 20, перекрывая поступление жидкости в лафетный ствол 14. При повороте маховика 12 шпиндель 10 управляющего клапана б опускается вниз, отжимая подпружиненный шток. В результате этого золотник 9 открывает отверстие и надмембранная полость 15 гидропривода сообщается через канал 13 с атмосферой. Из полости гидранта 22 под напором через канал 5 в оси гидравлического запорного клапана 17 начинает перетекать жидкость в полость 15 гидропривода. В результате движения жидкости в канале 5, представляющем собой дроссель большого гидравлического сопротивления, возникают большие потери напора, давление в полости 15 гидропривода становится близким к атмосферному и под действием гидростатического давления жидкости затвор 18, поднимаясь, открывает подачу жидкости в лаоретный ствол 14. Включается подача жидкости поворотом маховика 12, с помощью которого управляющий клапан II приводится в исходное положение "закрыто". Действием пружины 7, сжатие которой отрегулировано на 1,2 Рр (РР - рабочее давление жидкости в трубопроводе I), клапан возвращается в исходное положение и перекрывает истечение жидкости через золотник 9 и канал ІЗ в атмосферу. Давление в надмембранной полости восстанавливается через канал 5. Под действием давления на мембрану 16 гидропривода гидравлического запорного клапана 17 затвор 18 опускается вниз. Быстрое дросселирование потока жидкости затвором 18 резко уменьшает скорость потока жидкости в трубопроводе I и вызывает повышение давления от гидравлического удара. Давление в трубопроводе I при гидравлическом ударе растет лишь до заданного предела (1,2fp ). Это давление воздействует на мембрану 8, сжимает пружину 7, отпускает вниз шток 6 с золотником 9 и тем самым на короткое время сообщает полость 15 с атмосферой, предотвращая таким образом резкое перекрытие затвора 18 и дальнейшее повышение давления в трубопроводе I.
Подача жидкости в лафетный ствол 14 регулируется следующим образом. Для оперативного изменения дальности полета струи в процессе пожаротушения или изменения интенсивности подачи средств пожаротушения маховик 12 управляющего клапана II устанавливается в промежуточном между положением "открыто" и "закрыто" состоянии. В результате этого регулируется рабочее давление в полости 15 гидропривода гидравлического запорного клапана 17 по мере его снижения увеличивается степень открытия затвора 18. В промежуточных между положениями "открыто" и "закрыто" состояниях управляющего клапана II запорный гидравлический клапан устойчиво регулирует подачу жидкости в лафетный ствол 14.
Методика гидралических исследований. Оценка точности результатов испытаний
Из графиков видно (рис. 4.8), что в бесколодезном гидранте (конструкция ЦНИИПО) изменение расхода (78%) происходит в интервале OT/ZX = 0,02 до Пэ = 0,7, причем при/Ъ = 0,25 расход через гидрант не превышает 10% номинального. В новом наземном гидранте существенное изменение расхода происходит в интервале от И . = 0,01 до #э я 0,7 (85% расхода), причем прп #э.=.0у3 расход через гидрант не превышает 8% номинального. Таким образом, в экспериментальном гидранте продолжительность дросселирования потока жидкости увеличена на 6,7%.
Расход воды у гидранта по ГОСТ 8220-62 существенно изменяется в интервале от И - 0,05 до /із = 0,35 (76% расхода), в интервале Пэ = 0,05 расход через гидрант отсутствует, так как при этом происходит разуплотнение резиновой прокладки клапана. У нового подземного гидранта существенное изменение расхода воды происходит в интервале от/гх= 0,04 до#э = 0,5 (80% расхода). Интервал дросселирования потока жидкости затвором нового гидранта увеличивается на 9%. Вместе с этим, сопротивление наземного гидранта (экспериментального) удалось уменьшить на 27% за счет улучшения гидравлического качества затвора. В новой конструкции затвора гидранта живое сечение потока воды через кольцевую щель, образуемую между телом клапана и седлом, имеет более равномерное поле скоростей на входе и выходе из нее. При этом поверхность клапана в местах возможного образования кавитации не имела неровностей и вые тупов. Среднее значение коэффициента местного гидравлического сопротивления клапана составляет для наземного бесколодезного гидранта (конструкция ЦНИИПО) 2,66, для наземного (экспериментального) на 18$ ниже - 2,18.
Был испытан запорный узел, имеющий клапан,обтекаемой формну ось которого закреплена в двух точках опоры (рис.4.9), расположенных по разные стороны от седла. Испытания показали, что такое решение позволяет устранить испытания воздействие несимметричного усилия гидродинамического давления потока воды на резьбовой привод и уменьшить усилие для открывания гидранта. Опыты показали, что предусмотренная для этой цели в нижней полости седла втулка, являющаяся скользящей опорой клапана, обеспечивают жесткое крепление его к седлу спицами, расположенными под острым углом к оси корпуса. Причем конструкция вращающегося в неподвижной втулке шпинделя, расположенного в наземной части гидранта и связанная пазом с выступом вала передачи, позволяет уменьшить крутящий момент при открывании клапана. Результаты испытания представлены в табл. 4-.2
Из таблицы видно видно, что крутящий момент для открывания нового наземного гидранта на 9% меньше, чем у наземного бесколодезного (конструкции ЦНИИПО). В новом подземном гидранте крутящий момент для открывания уменьшен на 17% по сравнению с моментом для открывания гидранта по ГОСТ 8220-62. На рис. 4ДО представлена зависимость крутящего момента ( ) и потерь напора ( А ГЬ ) от степени открытия клапана {/г = Г-сГ ) для нового наземного гидранта.
Для пожарных водопроводов в районах с суровыми климатическими условиями, в которых отмечается большая глубина промерзания почвы (до 3,5 м) в зимний период, предложено расширить параметрический ряд пожарных гидрантов. С этой целью гидравлические сопротивление пожарных гидрантов было предложено назначать дифференцированно в зависимости от длины корпуса. При определении лп.«Г гидранта учитывались потери напора в запорном узле клапана лп м и потери напора по длине гидранта л кал . Значения ( к , полученные экспериментально для различных видов клапанов (при К =1,0), представлены в табл. 4.3.
