Противопожарное водоснабжение - Иванов Е.Н.

Автор: Иванов Е.Н.
Теги: санитарная техника санитарно-технические сооружения водоснабжение канализация освещение пожарное дело пожарная охрана строительство проектирование эксплуатация противопожарное водоснабжение
Год: 1986
Похожие
Внутренние системы водоснабжения и водоотведения. Проектирование справочник
Противопожарное водоснабжение многоэтажных зданий
Очистка промышленных сточных вод
Справочник проектировщика инженерных сооружений
Текст
                    КБ к 3S'Jli
УДК 628 174 614 84
Печатается но решению секции литературы по пожарной охране
редакциониою совета Стройиздата
Рецензент —начальник КБ «Пожарная техника» ВПИИПО МВД
СССР, доктор техн иаук, проф В В Дьяков.
Иванов Е. Н.
И 20 Противопожарное водоснабжение — М: Строй-
издат, 1986 — 316 с , нл
Обоби;епы и систсматтиров.шы нa^чllыe исследования и практи
ческий опыт проектирования, строительства н эксплуатации систем,
сооружений и оборудования противопожарного водоспабжспия горо
лов, сельских населенных мест, промьпнленных ирслприятий, общест
вепнь1\ и административных зданий, сооружений с массовым нребы
ванием людей и иожароонасных объектов новострос^к Даны приемы
техпико экономического анали1а систем водоснабжения, иснолыуемых
для противопожарных целей
Для инженерно технических работников, занимающихся вопроса
ми проектирования, сооружения и эксплуатации систем противопожар-
ного водоснабжения различных отраслей хозяйства
И
3405000000—239
047@1)—86
188—86
ББК 38.96
6С9.6
©Стройиздат, 1986

ПРЕДИСЛОВИЕ
Основные направления экономическою и социальною развития
СССР на 1986—1990 годы и на период до 2000 юда предусматри-
вают необходимость всемериого >скореиня на>чно технического про-
гресса Актуальные задачи на^ки и техники предстоит решить в ре-
зультате перевода экономики на рельсы всесторонней ннтенсифика-
цин и новышенин технического уровня производства Своевременное
внедрение в народное хозяйство нриициииалыю новых 1ехнологин
позволит снизить энерго- и материалоемкость нроизводства
Непрерывное развитие ножаро- и взрывоопастлх производств
химической, нефтяной, нефтехимической отраслей иромышлсниости,
широкое нриченение в производстве и быту синтетических матерна
лов, тенденция увеличения площадей и этажности производственных,
административных, обш,естве1и1ых и жилых зданий требуют усилен-
ною внимания со стороны государства, партийных, советских, обще-
ственных, охранных opiaiioB к вопросам профилактики иредунреж-
дення пожаров и необходимых условий для их успешною тушения
Э1И важные юсударственные задачи определены постановле-
нием Совета Министров СССР «О мерах но новышению пожарной
безонасности в населенных nyiiKiax и па объектах народного хо-
зяйства», принятом 15 июля 1977 г. Претворение этого постанов-
ления и жизнь ор1апнческп связано с перспективами экономическо-
ю и сопиа 1ьио10 развития нашей страны в двенадцато!! пятилетке
и на период до 2000 юда
Системы противопожарного водоснабжения представляют со
бой комплекс СЛ0Ж1ГЫХ технических устройств, обеспечивающих
пожарную безопасность людей, технологическою оборудования и
материальных ценностей.
Задачи иротивоиожарной защиты объектов современных отрас-
лей промышленности усложняются в связи с концентрацией иро-
изводственных и эиерютических мощностей, увеличением вмести-
мости тоиарпо материальных складов, применением в строительстве
облегченных конструкций из металла и полимерных материалов с
низким пределом огнестойкости Достижения в развитии техники
нротнвоножариого водоснабжения способствовали выделению ряда
проблемных вопросов в новое перспективное направление теории
водоснабжения и гидравлики оборудования противопожарных во-
допроводов Это потребовало нового подхода к решению проблемы
повышеиня эффективности систем противопожарного водоснабже-
ния и создания научно обоснованных требований и принципов их
проектирования Необходимо было выявить пути питеисификации
процессов эффективною исиользовання воды и рациональной ее по-
дачи и распределения, усовершенствовать существующие и разрабо-
тать новые расчетные методы и приппии1>1 построения высокоэффек-
тивных систем иротивоножарною водоснабжения, примеиить повое
пысокоэффективиое оборудование водопроводных сооруже1Н1Й, а
также функциональные и техполои1ческие модели автоматизпро
ванных систем противопожарного водоснабжения с теоретическим
оооснованием их построения.
■"^ '■'ОДержаине kihith направлено на решение теоретиче-
их н практических задач, выдви1аемых народным хозяйством
(-TpatHii
1' Зик 179 ^

Глава 1. ПОТРЕБИТЕЛИ ВОДЫ И ТРЕБОВАНИЯ
К КАЧЕСТВУ ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ
ПОЖАРНОЙ ТЕХНИКИ И ОБОРУДОВАНИЯ
Расчет требуемого объема воды — первоочередная
задача при проектировании, так как от правильного ее
решения зависят эффект системы противоиожарной за-
щиты и технико-экономическпе показатели противопо-
жарного водоснабжения.
Достижения в развитии техники водоснабжения и
оборудования для подачи воды, а также создание но-
вых химических добавок (пенообразователей, смачива-
телей, загустителей и др.). повышающих эффект приме-
нения воды при тушении пожаров, потребовали разра-
ботки методов определения потребного количества во-
ды для пожарных целей.
Потребление воды для тушения пожаров колеблется
в зависимости от площади очага пожара, категории по-
жарной опасности объекта, рациональности использова-
ния техники для подачи воды и др. Расход воды для
тушения пожаров играет важную роль при расчете па-
раметров технических средств подачи воды и разработ-
ке требований бесперебойного водоснабжения во время
тушения пожаров. Из-за многообразия и малой досто-
верности информации о режимах водопотреблеиия за-
частую принимают субъективные решения, что отрица-
тельно отражается на эффективности системы противо-
пожарного водоснабжения.
Для тушения пожаров воду используют в виде
сплошных и капельных водяных струй. В очаг горения
воду подает оператор, используя передвижные или ста-
ционарные технические средства подачи. Воду можно
подавать через специальные оросители в самой началь-
ной стадии возникновения пожара. Воду используют
также а в установках, предназначенных для создания
условий пожарной безопасности (например, для огра-
ничения интенсивности теплового излучения пламени
пожара, снижения температуры нагретых газов, защи-
ты пожароопасного технологического оборудования пу-
тем охлаждения его водой, а также создания безопас-
ных условий при аварийно-спасательных работах). Ши-
роко используют водяные, паровые и аэродисперсные
завесы, защитное действие которых основано на погло-
'1

щении и рассеянии энергии теплового излучения пла-
мени пожара.
Орошение при пожаре несущих строительных конст-
рукций капельными воляаыми струями позволяет со-
хранить их прочность. Основным параметром оборудо-
вания водоорошения является интенсивность подачи во-
ды для поглощения тепла, воспринимаемого конструк-
цией, установкой или ан{{аратом во время пожара.
Облегченные стальные коаструк{1,ии замкнутого про-
филя защищают от огня наполнением их водой. Основ-
ным показателем, характеризующим огнестойкость во-
донаполненных стальных конструкций, является расход
воды для поглощения тепла, воспринимаемого конст-
рукцией во время пожара. Условия использования во-
ды для пожарных целей весьма разнообразны, поэтому
целесообразно подразделить общую задачу определе-
ния потребности в воде на ряд самостоятельных задач,
характерных для каждой конкретной области ее приме-
нения в пожарном деле.
1. виды потребителей воды
На территории города, поселка, npoMbiiiuieiinoro
предприятия расположены водопотребители различных
категорий, предъявляющие неодинаковые требования к
качеству и количеству потребляемой воды.
Водопотребители делятся на три основные катего-
рии: хозяйствеино-питьевые, производственные (для
удовлетворения технических целей на предприятиях
промышленности, ipaiicnopia, э{{сргетпки), пожарные
для созда{{ия пожаро-взрывобезопасных условий жило-
го и производственного сектора города.
Для тушения пожаров водой используют:
передвижные средства тушения пожаров [воду в
очаг пожара подают операторы (ствольщики) по вре-
менно проложенным насосно-рукавпым система.м];
стацио11ар{{ые установки тушения пожаров в зда-
ниях (с автоматическим, полуавтоматическим и ручным
иключепием подачи воды);
установки водопеиного тушения пожаров;
установки для тушения пожаров водно-химическими
растворами;
оборудование для создания водяных завес, предот-
вращающих опасность теплового излучения пламени
или снижающих температуру нагретых газов;

оборудование водоорошсипи для повышения огне-
стойкости строительных конс1рукцнй и технологических
устаионок во время пожара;
оборудование водонаполиеиия стальных конструк-
ций замкнутого профиля.
Процесс ({одачи воды для тушения пожаров и со-
здания условий пожарной безопасности зависпт от: по-
жарной опасности сюраемых веществ и материалов,
плон1,адн пожара, характера объемно-планировочных и
строительных penieiinfi, квалификации операторов и
опыта организации тактических решений при подаче
воды передвижными средствами, уровня оснащения
техническими средствами для отбора, подачи и распре-
деления воды па пожаре и других факторов. При опре-
делеппп требуемого количества воды выбирают наибо-
лее весомые факторы, достаточно объективно отражаю-
И1,ие процессы горения и тун1ения пожаров и вероятно-
стный характер процесса потребления воды на пожар-
ные нужды.
При решении задачи пснользования поды па пожар-
ные нужды ее подразделяют па частные подзадачи.
Для математического описания используют два метода.
Первый осповаи па использовании физико-химических
закопомериостей, второй — па описании процесса с по-
моп1,ью математических выражений, учнтываюп1,нх слу-
чайные факторы.
Первый метод основан на изучении процессов теп-
ло- и массоиереноса при возпнкновепин пожара. Мате-
матическое описание в этом случае состоит из уравне-
ний материальною и те{{лового балансов. Например, в
основу описания процесса туи1сния пожара положено
ypaiuicHne теплового баланса, а процесса повышения
огнестойкости конструкций водонаполпением — уравне-
ние теплопередачи от среды пожара к наружной по-
верхности водонаполпеппой коиструкцип.
2. НОРМЫ ВОДОПОТРЕБЛЕНИЯ
Для обеспсчеиня гарантированной п бесперебойной
рабогы водопровода во время пожара его водопровод-
ные сооружения и оборудование рассчитывают на про-
пуск требуемого количества воды. Причем сооружения
должны подавать иоду под соогистствующим напором
в течение времени, достаточною для тун1епня пожара.

Параметры подоУ1ро1юдиы\ сооружений npoxiiuodo-
жаркого водопровода определяют на пропуск расхода
воды, необходимой для впутренпего, наружного и авто-
матического туп1еппя пожаров:
где Qi, -расход поды для тушения пожаров BH>Tpii зданий (от |)нутрсн)П1Х
пожарных кранов). <?„ —расход воды для тушения наружных пожаров (от
пожарных гидрантов); (?,, —расход волы для тинепия пожаров автомати
чсскнмн НЛП стацнонарпыми ^становкачн
Расход воды для тушения
пожаров передвижными средствами
Расход воды для тупюнпя пожара зависит ог ха-
рактера развития пожара п услоинп иодачи поды в
очаг горения. ^1ем вып1е пожарпаи опасиость объекта,
тем больше требуется воды для 1уп1еиия пожара. По-
дапая в очаг пожара значительное количество воды,
можно ликвидировать его в течение сравнительно ко-
роткого промежутка времени. Однако для строительст-
ва водопроподо», рассчитаппых на пропуск боль{иого
количества волы, необходимы зиачптсмьныс магсриаль-
ные затраты. Если предусмотреть незначительные рас-
ходы поды для туп1епия пожаров, можно сократить ка-
иита.1ьпые затраты на строительство водоировода, но
при этом трудно создать нормальные условия ллп борь-
бы с пожарами Пожары и эгпх с,1учаях носят затяж-
ной характер и соировождаюгся больишми >и1ербами
от упичтожсипи огнем материальных ценностей, нару-
шения нормального технологического н,икла при ава-
рии, вызванной пожаром. Поэтому расход поды для ту-
шения пожаров назначают в зависимости от пожарной
опасности объекта и его значимости, а также исходя из
условия обеспечения требуемой пожарной безопасности
при паименьишх затратах па строительство и эксплуа-
тацию противопожарных водопроводов. Расход воды
для тушения пожара прпнедеп в нормативных докумен-
тах, которые составлены на основании обработки ста-
тистических данных о фактических расходах воды с
учетом создания требуемых условий тушения пожаров
на различных объектах.
Ниже приведены данные о фактическом расходе во-
ды для туп{ения пожаров на открытых технологических
установках'
Число пожаров, "о 70 85 90 94 Ч.') 97
Расхо.1 воды, л/с 44 60 81 98 116 128

Таблица 1. Расход воды для 1ушения наружных пожаров
в населенных пунктах городского типа
Число жителей в на-
селенном пункте,
TUt. че т.
5
10
25
50
100
2@
3(Ю
400
500
6(Д)
700
800
1000
2000
Расчетное число од-
попремснных ложаров
1
1
2
2
2
3
3
а
3
3
3
3
3
1
Расход воды, л/с, для тушения
пожара в зданиях высотой
до двух этажей
(включительно)
10
И)
10
20
25
—
—
-
—
.—
—.
—
-
3 атажа и
выше
10
15
15
25
35
40
55
70
80
85
90
95
ИЮ
КО
Расход воды для чушекия пожароп п иаселеоиых
местах заносит от численности населения и характера
застройки (табл. 1).
Расход воды для наружного пожаротушения в иро-
ишодствениых зданиях с фонарями и в зданиях шири-
ной до 60 м без фонарей зависит от объема здания,
степени огнестойкости его строительных конструкций, а
также категории пожарной опасности производства,
размещенного в здании (табл. 2).
Параметры водопроводных сооружений рассчитыва-
ют исходя ич услопня одновременности возникновения
пожаров на промытлешюм предприятии, которую при-
нимают при площади территории предприятия менее
150 га — одни пожар, более 150 га — два пожара. Рас-
ход воды для наружного пожаротушения в производст-
венных зданиях ншрнной 60 м без фонарей и более при-
нимают в соответствии с данными табл. 3.
Для крупных иромышлеипых предприятий (напри-
мер, нефтеперерабатывающих заводов, химических коы-
бннатпп) создают сам(;стоятельные системы подоспаб-
жения, которые не связаны с городским водопроводом

^00 СО^
о о lo с; о о
г- CN CN СС со "^
о Ю >0 0 о 10
о о о о о lO
е§2
иГ<1-'ааиаа
S
01
Q.
03
S
о
•о-
м
ш
ю
X
к
S
X
а
со
S
о
с
с;
2
О
«
О
X
U
<в
IX
о ю
о ю
оо
ОО
•:=:s>>
1 »-^-
о
А
CQ
S
О
и.
р
я
о
о.
а
э
с
к
X
Е
Э
к
с;
=t
S
г(
о
«
О
х
<в
Q.
в
2
X
Q.
а
S
S
о
S
г;
VO
i-
~
(В
S
Г-
8
ю
о
о
о
сг
о
оо
о
'О
о
о.
та
о
с
CD

Расход поды на наружное тун1ение пожаров в таких
случаях определяют в соответствин с Противопожарпы-
ми техническими >словиями строительного проектиро-
вания (ПТУСП). Протпноможарпыс водопроводы чаких
предприятий обычно рассчитывают исходя из условия
подачи воды в пожарные автомобили (при системе низ-
кого давления), для подачи воды пожарными 1идранта-
ми (при системе высокого давления), для работы ла-
фетных стволов, а также для тушения пожаров внутри
зданий с noMOUibro внутренних пожарных кранов и
стационарных систем водяного или пенного тушения
пожаров.
Расход воды для тушения
пожаров внутри зданий
Расход воды на тушение пожаров внутри жилых,
общественных, производственных и вс110М01ателы1ых
зданий принимают в зависимости от производительно-
сти (расхода) струи и числа одновременно действую-
HU'X струй
Расход воды для внутреннего ножаротунюния (л/с
на одну струю) в зависимости от вида здания и числа
подаваемых струй приведен ниже:
Ч'исло Расход
струй воды
Жплыс здания высотой 17—25 этажей ... 3 5
» » » более 25 » . . . . 6 5
Административные здания высотой бо.-се 5'. м
и объемо.ч до 50 тыс. м' . . • 4 5
Административные здания пысотой более 50 м
и объемом более 50 тыс. м' 8 5
1"остиницы, пансионаты, санатории, ;,омл от-
дыха Высотой более 50 м 3 5
Производственные здания и 1аражи иысою»'
Ло 50 м 2 2,5
Производственные н вспомогательные здания
промыиглсииых предприятий высотой более
50 м 8 Г)
Для тун1епия пожаров внутри зданий нредусматрн-
нают внутреннее ножаротушенне в оби1,ежитпях, гости-
нииах, пансионатах, административных зданиях, hiko-
лах-пигсрнатах, санаториях, домах отдыха, больницах
и других лечебио-ирофилактнческих учреждениях, дет-
10

ских садах-яслях, летских домах, домах ребенка, домах
пионеров, спальных корпусах пионерских лагерей и
школ-интернатов, музеях, библиотеках, выставочных
павильонах, магазинах, кинозалах, предприятиях обте-
стпепиою питания и бытового обслуживания, учебных
заведениях, вспомогательных зданиях промышленных
иоедприятий высогой 40—50 м и объемом более
25 тыс м^, номещепиях, расположенных под трибунами
на стадионах, спортивных залах объемом более
25 тыс м^ конференц-залах и актовых залах более
700 мест и актовых залах и конференц-залах, оборудо-
ванных стационарной аппаратурой, при вместимости
более 500 мест
Зачастую внутренние противопожарные водопрово-
ды обеспечппают потребность в воде не только для на-
ружного и вну1реннего тунюния пожаров, но и для ра-
боты установок автоматического тушения пожаров
(спринклерно-дренчерных установок, установок туше-
ния пожаров распыленной водой, установок водопенно-
го ту1неиия пожаров). В этих случаях водопровод мож-
но использовать как вспомогательный или основной
водонитатель В табл. 4 приведен суммарный расход
воды, необходимой для туиюния пожара в бесфопар-
ных производственных зданиях нифииой более 6 м.
Расход воды для питания спринклерно-дрепчерного
оборудования принимают в соответствии с результатами
гидравлического расчета систем подачи и распределе-
ния воды.
Нормативные требования к расходу воды для туше-
ния пожаров периодически изменяют но мерс совершен-
ствования характера строительства, внедрения новых
технических средств для борьбы с пожарами, ин-
тенсификации ножароонасных нроизводственных про-
цессов и др., причем в отдельных случаях возможно
уменьшение требуемого количества воды для туи1ения
пожаров, а в других случаях существенное его увеличе-
ние. Это положение подтверждают исследования
Н Л Тарасова-Лгалакова, О. М. Курбатского,
Н Л Шелудько и других авторов.

Расчет требуемого количества воды
по зарубежным данным
Раскол полы лля тушения пожаров в населенных
местах н на промышленных пред11р1гят!1ях США уста-
новлен Национальным советом страхования от огня
(National Board of Fire Underwriters NBFU),
Ниже привелеи расход воды (л/с) на наружное ту-
пгепие пожара (по требованиям NBFU) в зависимости
01 степени воздействия пламени:
Малозаселенные районы Слабая Умерен- Сильная
пая
Жилые здания (два этажа и ме-
нее) 32 64 96
Жвлые здания (три этажа) ... 64 96 160
Средпезаселенные районы
Жилые и административно-хозяй-
ственные здания (два этажа п
менее) 96 123 160
Жнлые и административно-хозяй-
ственные здания (свыше четырех
этажей) 160 240 320
Плотнозаселениые районы
Жилые и адмипистративно-хозяй-
стве1гныс здания (спытнс четырех
этажей) 2Г0 290 380
Расход поды для тушения пожаров промышленных
зданий по требованиям NBFU опенивают в зависимости
от плчи1,ади здания, его этажности, условий воздействия
пожара на соседние здания (противопожарные разры-
вы), огнестойкости строительных конструкций, пожар-
ной опасности производства и др.
Для плотнонаселенных торговых, деловых и произ-
водственных районов, где более вероятны значительные
ущербы от пожаров, для расчета пожарного расхода
воды (галл/мин) рекомендуется формула Фримапа:
^ма,с=250(Л+10), A)
где Л^ — численность иаселення тыс чел
Формула Хазеиа и Куичлинга рекомендуется для
расчета требуемого для тушения пожара числа пожар-
ных струй (при pacMOTHoi'i нротводительпости струи
16 л/с):
V =2,8/77". B)
12

Наиболее распространенной в США и Канаде явля-
ется формула NBFU, которая дает возможность опре-
делить расход воды для тушения пожаров в зависимо-
сти от численности населения района города:
Q~\020/77'(\—0,0\ /W). C)
Расход воды для тушения пожаров, определяемый
по формулам A) — C), учитывает вероятность потерь
воды в случае повреждения какого-либо упястка водо-
провода и достигает 1000 л/с и более (рис. 1).
В связи с коренным изменением характера застрой-
ки и планировки городов после второй мировой войны
пожарную опасность зданий оценивают не столько в
зависимости от численности населения, сколько в за-
висимости от важности и размеров зданий, их объемно-
планировочных реи1ений, а также огнестойкости и воз-
гораемости строительных конструкций.
Во Франции расход воды для тушения пожаров рас-
считывают по формуле
Q= 100+ с у'Т,
где Q — расход волы, м', С — коэффициент, характеризующий последствия
пожара (С=1.5—5), Л — площадь пожара, м^
Более современные нормы расхода воды для туше-
ния пожаров разработаны Международным комитетом
стандартизации ISO. В основу этих норм положены ре-
зультаты обработки ^fнoгoчиcлeпныx статистических
данных о тушении пожаров в США. Расход воды для
тушения пожаров Q (галл/мин) по нормам ISO рас-
считывают в зависимости от площади А (фут^) и пара-
метра С, характеризующего пожарную опасность зда-
ния (С=0,6—1,5): _
0= 18С V' Л .
Значения Q по нормам ISO, пересчитанные авто-
ром в принятую в СССР систему ед1шиц, значи-
тельно превышают расходы поды для тушения пожа-
ров, которые принимают в СССР в соответствии с тре-
бованиями СНиП. Из обзора принципов оценки норм
расхода воды для тушения пожаров можно сделать вы-
вод о необходимости совершенствования существующей
системы нормирования с уметом дополнительных фак-
торов, позволяющих более ючно определить потреб-
ность в воде для тушения пожаров.
Анализ действующих отечествешгых и зарубежных
норм, а также результатов исследований, проведенных
13

'^ 750
^500
to
7-
^^^
/\^^
"//
. —Г 1
^J^r" '
3
4
\
1
О ЮО 200 JDO ^00
Рис 1 Зависимость рас-
ход;! воды для тушения пожа-
ров от чисмеппости населения
района города
/ — по Фрччану, 3 -по NBFU.
3 — по Хазеиу Куичлиигу; ^ — по
СНиП
различными авторами, сви-
детельствует о разном под-
ходе к решению задачи и
противоречивых результа-
тах. Фактические расходы
поды для тушения пожаров
в ряде случаев значительно
превышают нормативные
(по дспств\ющим отечест
венным нормам), но в то
же время они значительно
Л!1ет1ьше тех, которые полу-
чают по формулам ISO,
KBFU, Фримана, Хазена н
Куичлинга. Следует отме
тить, что нормативы не от-
ражают н не пслользуют пероятиостпой оценки в отно-
Hiennn допустимого уровня водообеспечения, базнрчются
на разнотипных факторах, которые недостаточно полно
характеризуют процесс подачи воды при тушении пожа-
ра. В связи с этим представляет интерес анализ pa6oi
но прогнозированию режима нолопотрсблеиия при Tyinc-
ннн пожаров
Прогнозирование водопотребления
Водопотребленис нрн тунении пожарон характери-
зует определенную последовательность подачи воды,
которая объединяет три этапа: приведение передвиж-
ных средств тушения в действие, локализация пожара
н его ликвидация. Каждому этапу присущи определен-
ные признаки: первому — число и протяженность ру-
кавных линии, необходимых для подачи требуемого ко-
личества воды от пожарных гидрантов до очага пожа-
ра; второму — периметр пожара (фронт распростране-
ния огня) Пп н скорость развития пожара {/[,; третье-
'^У — удельный расход воды для тушения пожара /. На
основе обработки экспериментальных данных о разви-
тии пожаров и зданиях получена эмпирическая форму-
ла для определения скорости развития пожара в зданип
^п, содержа{цем твердые сгораемые материалы (харак-
теристика которых близка к показателям пожарной
опасности древесины):
f/n = Qm*(SA)'(SL)!',
14

fM* v'дe^'b'faя t,hop( 17h пьиир^чия MdiepudTOR КГ (m" • cf (отиесепная к по
всрчтиюти торенмя), 6' - 1)пверхиость сгораемых материалов и обьеме м/м';
/1 - мысота штабеля ciojiaeMbix материалов, м. L -длина (иернчегр) фрои
та пламени, м V',, —скорость всгра У"- скорость раталтия пожара объ
ектоп, рас11оложонн1.1х на открытом воздухе (вне чданнП) В -константа,
характеризующая объект
Условие локали.чации (о{ раничепие возможности
распрострапення огня и создание условий для его лик-
видации) пожаров при достагочпой интенсивности во-
дообеспечепня (/ф^/т) II. М hnTioHJKiiH и В, М. Пана-
рин предложили описать уравнением
^2
I
V ,,lz - 1/,,г/т - (\
где v.,, — требуемая скорость увеличения иодачн поды iV^'^l^U^^). м''с",
Кф — фактическая скорснчь увеличения мо1ачн ноты в период локалп la
ими {V^ = l^l'n), м" VI
Это уравнение является основой для выявления за-
кономерное гей, характеризующих режим подачи воды
при пожарогутенпн. Наиболее характерными фактора-
ми, опреде.тюниши расход воды на эгапе локализации
пожара, яиляются площадь пожара А, скорость разви-
тия пожара t/ii и продолжительность т, которые связа-
ны между собой следую{цпмн ныраженнями.
Л=-0,35т25б, t/„ = 0,896T'56 @<т^30 мни);
/1 = 2300(т—30)о 8, t/u = 387(T—30) '>.8i2 C0<т^80 мин)
В ряде случаев потребление воды характеризуется
не столько параметрами пожара, сколько случайными
факторами, определяю1цими техническое состояние тех-
ники и психологическое состояние пожарных. Практика
показывает, что количество расходуемой во время
реального пожара воды в 4—5 раз превышает количе-
ство воды, расходуемой при т>п1ении опытных пожаров
Потребление воды при тун1еиии пожаров в реальной
обстановке достигает 500—875 л/м^. Потребление воды
резко возрастает при тун1снни крупных пожаров. Па
основании стагнстических данных установлена зависи-
мость для определения числа водяных струй и продол-
жительности подачи Воды для таких условии:
у (М ) Т, )
т , Л".
На основе обработки статистических данных установ-
лено, что расход воды для тунюння пожара (л/с) зави-
15

сит в основном от объема W (м^) горящего помещения-
Q = 0,0223 W.
Рассмотренные данные свидетельствуют о преобла-
дающем влиянии случайных факторов на процесс во-
допотреблсния при тушении пожаров передвижными
средствами, поэтому вопросы водопотрсбления целесо-
образно рассматривать с привлечением аппарата тео-
рии вероятностей и математической статистики.
Расход воды на хозяйственно-бытовые
и производственные нужды.
Неравномерность водопотрсбления
Подача воды из коммунального водопровода должна
быть достаточной для обеспечения: хозяйственно-быто-
вых пужд в жилых зданиях; водопотреблсния в общест-
венных зданиях; расхода на поливку улиц и насажде-
ний, на работу фоитаиов и т и ; хозяйстненно-интьевого
водопотреблсния на предприятиях; подопотребления
промышленных ирс/шрнятий, получаюп1,их воду для тех-
нологических пужд от юродскою водопровода и т. п.
Нормы потребления воды (количество воды, расхо-
дуемой нодопотребителсм в течение суток) принимают
в соответствии с требованиями СНиП в зависимости от
степени благоустройства жилых зданий и от тепловыде-
ления производственных цехов.
Расходы воды на производственные нужды промыш-
ленных предприятий принимают на основании сведений
промышленных предприятий или данных проектных ин
ститутов, разрабатывающих технологию производства.
Средний суточный расход воды q^p^ в населенном
месте зависит от нормы водопотребления и расчетного
числа жителей:
<?с?т= ?ср.сут/И,
где вер сут — среднесуточная норма водопотреблсния, М — число жителей на
расчетный период
Суточный расход воды на технологические нужды
промышленного предприятия определяют по формуле
где 9о — Норма водопотребления на единицу продукции, п — часовая нро-
дукция предприятия, т —число часов работы предприятия п сугкн
16

Расходование воды в населенных местах и предприя-
тиях происходит иеравпомерно в течение суток года и
в течение часов суток. Дчя расчета элементов системы
водоснабжения устанавливают пределы возможных ко-
лебаний расхода воды в отдельные часы суток. Расчет
параметров водопроводных сооружений производят па
максимальный часовой расход воды в дни максималь-
ного водопотребления, который определяется по фор-
муле
где К " коэффициент часовой нсроппомерности, показывающий во сколЬ1<о
раз млчслмальный часовой расчп i превышает средЕГ1гй.
Неравномерность водопотребления в населенных
местах зависит от численности пасслепня и степени их
благоустройства. Так, в больших городах неравномер-
ность водопотребления меньше, чем в городах с неболь-
шим населением. Это объясняется тем, что, с увеличе-
нием численности потребителей сглаживаются колеб*
ния водопотребления, и разница между максимальным
и средним водопотребленпсм уменьшается. Характер
колебании водопотребления но часам суток в зависимо
сти от величины среднесуточного расхода воды QJ''^ '
виден из данных табл 5. Неравномерность водопотре^
леипя выражают графиками, на которых по оси абсцисс
откладывают время в часах, а по оси ординат — расха
ды воды в процентах от полного суточного расходе.
Средний часовой расход воды применительно к графи-
кам водопотребления равен 4,17 % (определяют дел;»
нием 100% на 24 ч суток).
При расчете режимов работы систем водоспабженн*-
(насосно-силового оборудования, запасных и регул*
Рующих емкостей, водопроводной сети и т. п.) по гра-
фикам водопотребления для каждой категории потре-
бителей, получающих воду нз водопропода, строят сум-
марный график водопотребления и находят часовые
(секундные) расходы воды в целом и по отдельным
группам потребителей.
Подача полного расчетного расхода воды для туп1с-
•Ч'я пожара должна быть обеспечена при наибольшем
ll^^&ew р«е^еяе-всг;гы по. ;фугнс нужды. При этом рас-
^'^^^ по/ць! wd inuJAHBh^' терт^-итот^й!, прием душей, мытье
полов, в «ронзйодегвеинмх зданиях и мойку технологи-
и

Таблица Л. ВодопотреЗление по часам суток
MdLlJ
суток
I
0—1
1—2
2-3
3-4
4—5
5 -6
6-7
7-8
8-9
9-10
10—11
11—12
12-13
13-14
14—15
15-16
1()-17
17-18
18-19
19-20
20--21
21—22
22- 23
23-24
Итого
Ряс-
15
2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
3,1
4,8
7,4
7,95
7,95
7,95
6,3
3,6
3,6
3,8
5,6
6,2
6,2
G,2
5,25
3,4
2,2
1,25
1.25
100
'т в III
3"
3
1,25
1,25
],25
1,25
1,25
3,3
5
7,2
7,5
7,5
7,5
6,4
3,7
3,7
4
Г), 7
6,3
6,3
6,3
5,25
3,4
2,2
1,25
1,25
100
Ч, для
50
1
1,25
1,25
1,25
1,25
1,'5
3,55
5,2
7
7,1
7,1
7,1
6,5
3,8
3,8
4,2
5,8
6,4
6,4
6.4
5,3
3,4
2,2
1,25
1,25
КО
'■pe-'Ht,
1П0
5
1,55
1,55
1,55
1,55
1,55
4,35
5,95
5,8
6,7
6,7
6,7
4,8
3,95
5,55
6,05
6,05
5,0
5,6
4,3
4,35
4,35
2,35
1,55
1,55
1 КО
i ro'Cicr
[inro
2()U
e
1,65
1,65
1,65
1,65
1,65
4,2
5,8
5.8
5.85
5.85
5,85
5,05
4,2
5.8
5.8
5.8
5,8
5,75
5,2
4,75
4.1
2,85
1,65
1,65
100
" [)JCnO;ij водь
300
7
1,85
1,85
1,85
1,85
1,85
4,8
5
5
5,65
5,65
5,65
5,25
5
5,25
5,65
5,65
5,65
4,85
4,85
4,85
4,85
3,45
1,85
1,85
100
5(Ю
8
2
2
2
2
2
5,05
5,15
5,15
5,2
5,2
5,2
5,1
5
5,1
5,2
5,2
5,2
5.15
5,1
5,1
5,1
3,8
2
2
100
QV^r
8U0
9
2,25
2,25
2,25
2,5
2,5
4,9
4,9
5
5
5
5
5
4,7
5
5
5
5
5
5
5
5
4,5
2,4
2,25
100
/с, p'.p
12^0 и
более
JO
2,6
2,6
2,6
2,6
2,6
4,8
4,8
4,8
4,8
4,8
4,8
4,8
4,7
4.8
4.8
4.8
4,8
4.7
4.8
4.8
4.8
4,8
3
2,6
100
Колебания недопотребления по часам суток на про-
мышленном предприятии зависят от вида производст-
венных потребителей поды, времени обеденных переры-
вов и око{{1гания работы смеп. Коэффициенты часовой
неравномерности нодопотребления на хозяйственно-
питьевые нужды в «холодных» цехах производственных
предприятий следуюи\ие:
Час|.| работ|,1
смены
Коэффицисни,! неравно-
мерности
1—2 2-3 3-4 4-5 5-6 6-778
0,5 1 1,5 0,5 1 1 3

На промышленных предприятиях воду расходуют
для охлаждения производственной аппаратуры; про-
мывки сырья, пол>фабрпкатов н готовой продукции;
промывки аппаратуры; для питания котлов; для гидро-
транспорта; гидроочистки ir т и. Неравномерность во-
допотребления в производственных преднриятнях уста-
навл1гвается соответствующими технологическими рас-
четами.
Глава 2. СИСТЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
И РЕЖИМ ИХ РАБОТЫ
Система водоснабжения представляет собой комп-
лекс водопроводных сооружении и устройств, ocyuiecTB-
ляющпх получение коды из природных источников, очи-
стку (в случае необходимости), транспортирование,
храпение запасов воды и подачу потребителям.
1. КЛАССИФИКАЦИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
КласС1гфикация систем водоснабжения зависит от
вида обслуживаемого объекта, числа выполняемых
функций, условий приведения в работу, а также спосо-
бов создания напора воды в водопроводной сети
По виду обслуживаемого объекта систс-
мы водоснабжения подразделяют па городские (комму-
нальные), производственные, сельскохозяйственные
и т. и По числу выполняемых функций систе-
мы водоснабжения бывают многофункинопальиые
(обеспечивающие одновременио иодачу воды для выпол-
нения нескольких определенных задач), и специального
назначения (предназначенные для иодачн воды для вы-
полнения только одной определенной задачи) В з а в ir-
симости от условий ири иедени я в работу
системы классиф1щ[груют на автоматизированные
системы водоснабжения и системы, приводимые в дей-
ствие операторами (например, прибыв{иими к месту по-
жаротушения подразделениями пожарной охраны). По
способу создания напора воды в водопро-
водной сети системы водоснабжения бывают: постоян-
ного высокого давления; высокого давления, создавае-
мого при тушении пожара; низкого давления в водо-
проводной сети.
19

Многофункциональные системы водоснабжения
Многофункциональные системы водоснабжения соо-
ружают для выполнения нескольких задач водообеспе-
чепия потребителей города или крупного населенного
места. Например, системы коммунального водоснабже-
ния обеспечивают водой питьевые, хозяйственные и бы-
товые нужды населения, снабжают водой небольшие
промышленные предприятия, расположенные в черте
города, являются источником отбора воды при наруж-
ном и внутреннем пожаротушении зданий и сооруже-
ний Основные потребители воды, пользующиеся этими
системами, распределяются в зависимости от объема
потребляемой воды следующим образом, %: хозяйст-
венпо-питьевые нужды населения ^, нужды администра-
тивно-общественных зданий—17, промышленные нуж-
ды—16, пожарные — 3, городские нужды (поливка
улиц, питание фонтанов и др ) ^—1, прочие — 5. Отбор
воды на пожарные нужды из таких систем в течение
года невелик и составляет незначительную часть обще-
го водопотребления, но во время пожара расход воды
иа пожарные нужды становится решающим (в боль-
шинстве населенных мест, за исключением многочис-
ленных) при расчете бесперебойности водообеспечения
потребителей.
В настоящее время на крупных промьплленных
комплексах пожароопасных производств широко рас-
пространены многофункциональные системы противопо-
жарного водоснабжения Например, многофункциональ-
ная снсте\{а противопожарного водоснабжения нефте-
перерабатывающею завода подает воду на нужды на-
ружного пожаротушения (отбор воды) из установлен-
ных на водопроводной сети пожарных гидрантов при-
бывшими к месту пожара подразделениями пожарной
охраны; во внутренний противопожарный водопровод
зданий и сооружений, используемый в качестве первич-
ных средств пожаротушения от установленных внутри
помещения пожарных кранов; в стационарные и авто-
матические установки ножароту{нения, а также другое
пожарное оборудование, предназначенное для тушения
пожаров, водоорошения, водоохлаждения и создания
Потребление вот для npiiioum гения нищи и 1ЧП1,я —30, для
стирки—10, для пользования ванными —30 и для работы смыв-
ных бачков канализации — 30 %.
20

пожаробезопасных условий эксплуатации технологиче-
ского оборудования производства.
В настоящее время в городах и промышленных
предприятиях построено более 11 тыс. многофункцио-
нальных систем водоснабжения. Наряду с этим опере-
жающими темпами ведется строительство аптоматизи-
ровапных систем противопожарного водоснабжения.
Внедрение в практику современного строительства та-
ких систем способствует развитию высокопроизводи-
тельных машин и автоматизированных линий, позволя-
ет совершенствовать объемно-планировочные и конст-
руктивные ре1пения зданий и сооружений пожароопас-
ных производств. Темпы внедрения автоматизирован-
ных систем противопожарного водоснабжения особенно
высоки на объектах с большой концентрацией мате-
риальных ценностей (базах, складах и т. п.), предприя-
тиях с пожаровзрывоопасными производствами. Ниже
приведены данные по оснащению объектов народного
хозяйства автоматизированными системами пожароту-
шения:
Годы 1972 1974 1976 1978 1980 1982 198t
Число систем, тыс. . . 28,7 40 50,2 76 82 97 106
Автоматизированные системы противопожарного ио-
доспабжспия в зависимости от функционального назна-
чения подразделяют на три группы:
тушения (для ликвидации пожара в результате воз-
действия воды или создания условий, прекращающих
процесс горения);
локализации (для сдерживания развития пожара с
момента его возникновения до прибытия подразделений
пожарной охраны и аварийно-спасательных служб);
блокирования (для предохранения объекта от опас-
ного иоздействия факторов пожара — теплового излу-
чения или высоких температур, например, при защите
людей, находящихся в зоне повышенной тепловой ра-
диации; технологических аппаратов, содержащих легко-
воспламеняющиеся жидкости и горючие газы, или для
защиты строительных конструкций с низкой огнестой-
костью и др.).
Ниже дана классификация многофункциональных
систем водоснабжения но разлнч{{ым признакам:
по видам потребителей — системы хозяйственно-
питьевого водоснабжения, в том числе и противопожар-
21

1
1 -
1
* 2
1
J
\
Г
4
L.
1
4
;i
Piic 2
Принципиальная
схема системы водоснаб/кеиня
j- водоисточник с соор\же11мямм
водозабора, 2 — водоиитатель с
соор>жеииями водоо'1Истки, 5 - со
оружепия подачи и распределения
воды с запасными li рег>лирую1Ци-
ми емкостями •* — обор>довс1иие
контроля и автоматического >и1)ан
лепия процессачн водоснабжения
5 — водоразборные устройства
иого; системы производст-
венно-противопожарного во-
доснабжения;
по охвату снабжаемых
объектов — системы водо-
снабжения одного объекта;
групповые системы водо-
снабжения, охватываютие
группу объектов, разнород-
ные объекты па территории
района;
по кратности использова-
ния подаваемой воды — си-
стемы прямоточные: с обо-
ротом воды; с последова-
тельным использованием
воды на различных установ-
ках
Устройство каждой из перечисленных систем водо-
снабжения может быть различным, но структурная схе-
ма любой из них должна содержать: водоисточник с
сооружениями очистки воды, водоиитатель, сооружения
подачи и распределения воды с запасными и регули-
рующими емкостями, оборудование контроля парамет-
ров и автоматического управления процессами водо-
снабжения, водоразборные устройства (рис. 2).
Водозаборные сооружения предназначены
для забора воды из источника питания (реки, озера,
подземного источника) с целью использования се для
нужд водоснабжения
Сооружения водоочистки определяют комп-
лекс технологического оборудования для доведения ка-
чества воды, поступающей в водопроводную сеть из ис-
точника водоснабжения, до установленных нормами по-
казателей.
Сооружения подачи и распределения
воды объединяют водопроводную сеть, представляю-
uiyra совокупность водопроводных линий (трубопрово-
дов) для подачи воды к месту потребления, н располо-
женные на ней насосные и емкости для хранения и ре-
гулирования подачи воды.
Обору д о в а н и е контроля и а в т о м а т и ч е-
ского управления процессами водоснабжения
представляет собой комплекс измерительной и управ-
22

ляющей аппаратуры, в которой обрабатывается инфор-
мация, формируются команды для управления водопро-
водными сооружснилмп без участия человека.
2 СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Система водоснабжения охватывает следующие эле-
менты:
водозаборные сооружения, осуществляющие забор
воды из природных источников;
насосные станции (водоподъемные сооружения), со-
здающие требуемые давления в водопроводных трубах
для нодачн расходов воды;
сооружения для очистки и обработки воды (очист-
ные сооружения), улучшающие качество (очистку) при-
родной воды в соответствии с требованиями потреби-
теля;
водоводы и водопроводные сети, транспортирующие
воду к местам потребления;
регулирующие и запасные емкости--ре (ервуары
для хранения и аккумулирования воды
Схема расположения водопроводных сооружеппн си-
стемы водоснабжения города при использовании при-
родного источника воды показана на рис. 3 Если очи-
стные сооружения и pc.sepByap чистой воды расположе-
ны иа достаточно высоких отметках местности, очищен-
ная вода может подаваться объекту но водоводам са-
«мотеком, без устройства водонитателя. Иногда целесо-
образно приблизит!» очистные сооружения с резервуа-
ром чистой воды и водонптатель к обтзекту водоснаб-
жения.
Если качество во^1Ы природного источника позволяет
использовать воду без очистки, потребность в устройст-
ве очистных сооружений отпадает. Например, без очи-
стки используют воду поверхностных водоемов пред-
приятий ряда отраслей иромышленности.
Напорная регулирующая емкость (водонапорная
башня или резервуар иа высокой местности) размеща-
с'тся на территории объекта, причем место ее располо-
жения онределястся в зависимости от нлаинропки обт»-
скта и рельефа местности.
Рассмотрепные варианты схем относятся к водопро-
водам населенных пунктов и иромын1лспиых предприя-
23

5
—^
7
1
\^
\
8
Рнс. 3. Схема расположения водопроводных сооружений
J — водоисточник с водозаборными сооружениями; 2; 3 — сооружения
водоочистки с насосной первого подъема воты; 4 — емкости для
хранения «чистой» воды. 5 — подопитатель (насосная второго подъе
ма воты), 6 — водоводы, 7 — водонапорная бан1ня; S — водопроводная
сеть
тий. Существуют системы водоснабжения специально
для промышленных объектов. К ним относятся системы
оборотного водоснабжения, где вода после использова-
ния ее для технических целей не загрязняется и нагре-
вается при охлаждении производственных агрегатов.
При недостаточном дебите источника или большой
стоимости иодачп из него требуемого количества воды
(например, при удаленности источника) экономически
целесообразно сбрасываемую предприятием воду охлаж-
дать и подавать снова для использования. При этом из
источника добавляется некоторое количество воды для
восполнения потерь при обороте и охлаждении. Охлаж-
дают воду в прудах, брызгальных бассейнах и гра-
дирнях.
Когда воду, сбрасываемую одним промышленным
потребителем, использует другой потребитель, устраи-
вают систему повторного (последовательного) использо-
вания воды. Такая система также позволяет снизить
количество забираемой из источника воды. В зависимо-
сти от назначения объекта и требований, предъявляе-
мых потребителями к качеству воды, а также экономи-
ческих соображений предусматривают единую систему
водоснабжения для всех целей — единый многоцелевой
водопровод. Для отдельных (основных) категорий во-
допотребления устраивают самостоятельные водопро-
воды.
В городах обычно сооружают хозяйствеипо-противо-
пожарпыи водопровод. Этот же водопровод подает во-
ду для хозяйственно-питьевых нужд промьпнлснных
нреднрнятпП, расположенных в городе, и для техниче-
ских нужд предприятий, для которых требуется вода
?4

питьевого качества. Для промышленных предприятий
города, которые являются крупными потребителями во-
ды и могут использовать неочищенную или малоочи-
шенную воду, устраивают самостоятельные производст-
венные водопроводы.
Особо учитываются потребители воды крупных про-
мыпшенных предприятий, расположенных ппе город-
ской территории. При проектировании водопровода для
такого предприятия учитывают расходы воды на произ-
водственные нужды предприятия, хозяйственно-питье-
вые нужды рабочих во время их пребывания на произ-
водстве, в том числе на прием ими душа, поливку за-
водских проездов и зеленых насаждений и для тушения
пожара. Обычно при заводе имеется рабочий поселок,
для которого дополнительно предусматривается подача
воды на хозяйственно-питьевые нужды населения и на
тушение пожара в поселке.
На промын1лен!10м предприятии устраивают как
объсднноиныс, так и раздельные системы для подачи
воды на нроилюдствеииые и хозяйственно-питьевые
нужды. Единую систему подачи и распределения воды
на хозя1ктвснно-нитьевыс и нроплволство1тые нужды
сооружают в тех случаях, когда требования к качеству
воды производства мало отличаются от требовании к
питьевой воде (например, па предприятиях пишевоп
промышленности). Обычно на территории промышлен-
ного предприятия предусматривают раздельные систе-
мы водоснабжения для производственного и хозяйст-
венно-питьевого водопотребления, подающие воду с
разной степет>ю очистки. Иногда система производст-
веппого водоснабжения значительно усложняется тем,
что отдельные потребители предприятия предъявляют
различные требования к качеству воды. Это вызывает
необходимость в возведении нескольких систем водо-
снабжения на предприятии. Иногда сооружение не-
скольких раздельных систем производственного водо-
снабжения обусловливается тем, что для отдельных пе-
хов требуется неодинаковое давление в сетях. Строи-
тельство водопроводных сетей с разными напорами
позволяет сократить расход энергии на подачу воды,
оопрос^ы объединения противопожарного водопровода
с хозяйственно-питьевым или производственным водо-
проводом реи1ают па основе техпнко экономичсск-нх
расчетов.
25

Водопроводы для наружного пожаротушения
Схемы водопроводов выполняют в зависимости от
характера водопровода, который должен обслуживать
пожарные нужды, и его назначения.
По способу создания напоров противопожарные во-
допроводы бывают:
постоянного высокого давления;
высокого давления, повыП1аемого только во время
пожара. В этом' случае давление в водопроводной сети
достаточно для непосредственной подачи воды для ту-
П1епия пожаров от гидрантов, установленных на сети
(без помощи привозных пасосов);
низкого давления (подача воды для тушения от при-
возных насосов).
Противопожарный водопровод постоянного высокого
давления устраивают редко вследствие больших мате-
риальных затрат на создание водопроводной сети, об-
служивающей только пожарные нужды, н необходи-
мости устройства высокой водонапорной ба1ппн или от-
дельной пнсв.матической установки.
Противопожарный водопропод высокого давлении,
повьнпаемого только во время пожара, устраивают
главным образом на писчебумажных комбинатах, круп-
ных нефтенерерабатываюни1Х комплексах и других про-
мышленных объектах, характеризующихся высокой по-
жарной опасностью, Ирошвопожарный водопровод вы-
сокого давления, новьипаемого во время пожара, объ-
единяется с хозяйствснно-пнтьевым водопроводом про-
мышленных предприятий. Папор для ножаротушения
увеличивается только в хозяйствеппо-питьевон сети, в
промышле1Пюм водопроводе напор в это время остается
без изме}1ения, поэтому при пожаре не нарушаются
производственные процессы, требуюни1е наличия по-
стоянного давления в сети.
Строительство противопожарных водопроводов, объ-
единенных с хозяйственно-питьевыми, целесообразно
также потому, что хозяйственная сеть, как правило, яв-
ляется более разветвленной, чем производственная, и
охватывает нанбольп1ую часть территории объекта. При
таких водопроводах наружное пожаротупюние может
производиться непосредственно от гидрантов без при-
возных насосов, а впугреннее противопожарное водо-
снабжение обеспечивается устройством в здании по
26

жар11ых стояков с пожарными кранами. При этом водо-
напорную башню устраивают высотой, достаточной для
спмотсчной подачи воды для тушения пожара от внут-
ренних пожарных кранов (в начальной стадии пожа-
ра). Бак водонапорной бап1ни во время пожара после
пуска пожарного насоса выключается с помощью авто-
матического приспособления, так как напор, развивае-
мый пожарным насосом, превышает высоту водонапор-
ного бака.
Противопожарный водопровод высокого давления,
объединенный с производственным водопроводом,
устраивают в редких случаях, когда при пожаре при-
ходится подавать под высоким давлением все коли-
чество воды, необходимой для производственных
нужд (как правило, это количество бывает зпачитель-
иым).
Противопожарный водопровод низкого давления,
объединенный с хозяйственно-ннтьевым водопроводом,
рассчитывают таким образом, что во время пожара
увеличивается только количество подаваемой воды, на-
пор же в сети поддерживается не ниже 10 м. При водо-
проводах низкого давления выключать водонапорную
6аи1ию или контррезервуар во время пожара не требу-
ется. Такие водопроводы инфоко распространены в го-
родах и поселках, где других сетей, кроме хозяйствен-
ных, не бывает. Отбор воды для тун1ения пожаров из
таких водопроводов производят с помощью привозных
пожарных насосов (автопасосов, мотопомп и др.).
Противопожарный водопровод низкого давления,
объединенный с производственным водопроводом, уст-
раивают на производствах, где пожарный расход, по
сравнению с производственным, невелик и не влияет
на напор производственного водопровода. Однако если
для Пожарных нужд необходим пуск добавочного насо-
са, возможно понижение напора в сети, что не всегда
допускается требованиями технологии. При рассматри-
ваемой схеме водопровода отбор воды на наружное
пожаротушение производится от сети объединенного
Гфоизводствснно-протпвопожарного водопровода низко-
'"о давления, а внутреннее пожаротун]сние — от внут-
peiHuix хозяйственно-производственных водопроводов.
1акая схема рацпональпа, потому что внутренняя сеть
" этом случае подает воду как на хозяйственно-питье-
вые нужды, так н нужды внутреннего пожаротушения.
27

Противопожарный водопровод объединяют иногда
одновременно с хозяйственно-питьевым и производст-
венным водопроводами. В этом случае водопроводная
сеть получается единой, и водопроводы могут быть вы-
сокого и низкого давления.
Приведенные схемы противопожарных водопроводов
применяют в разнообразных комбинациях. Выбор той
или иной схемы зависит от характера производства, за-
нимаемой им территории, характеристики пожарной ог-
неопасности производства, дебита источников водоснаб-
жения и технико-экономических показателей, а также
местных условий рассматриваемого объск1а. При боль-
ших производственных расходах воды более рациональ-
ной в ряде случаев оказывается схема противопожар-
ного водопровода высокого давления, объединенного с
хозяйственно-питьевым водопроводом. Если для объек-
та допустим пожарный водопровод низкого давления,
то он может быть объединен с производственным при
условии достаточного охвата водопроводной сетью зда-
ний и сооружений на территории объекта. На выбор
схемы водопровода оказывают влияние характеристики
внутреннего противопожарного водопровода, спринк-
лерно-дренчериого оборудования, а также стационар-
пых установок пожарогутения. Кроме того, при выборе
противопожарного водопровода необходимо учитывать,
имеется ли на объекте или вблизи него пожарная
команда.
Водопроводы низкого давления можно сооружать
лишь при наличии на объекте или в непосредственной
близости от него пожарных команд с передвижными
пожарными насосами. Водопроводы высокого давления
целесообразно устраивать при отсутствии пожарной
команды или при недостатке передвижных пожарных
насосов для подачи па тушение пожара полного расчет-
ного количества воды (например, на отдаленных от на-
селенных пунктов объектах). При выборе схемы водо-
снабжения необходимо учитывать технико-экономиче-
ские показатели варианта технического решения, вклю-
чающие капитальные вложения и издержки эксплуата-
ции системы водоснабжения. В табл. 6 даны характе-
ристики противопожарных водопроводов, отражающие
преимущества и недостатки вариантов при выборе ра-
циональной схемы.
28

=5|
§1
Л К й
^ t^ п
5 4°
н о-
> га
!^ к 3
2 я С!
§ X =
2 S U
га й 2
r-i CJ к
S О
Q.ra Я
t—, u о
«о
о
3
!2
га
со
S
я
я
а
о
н
О
са
О
и
о»
S
S
л*
Я
о.
о
U.
X
га
га
га
Х
*
а:
о
о
?!
СО
и
о
о
о»
я
(Л
г;
S,
О] . до
о § eg-а.
" « 2 "
а X (D
X Ч
я о а
3 х S
3 ^; =
(U
га
О °- =
^ ^ 3
S я S
я о
::: с
га ^
га GJ
il
::i О
5 с
S я
CQ t^
с О
СП :г
О =
CL CJ
о н
ю О
В5
со
gag
s = §
я s о
rang
о с
£-о о
о
се
о
т
о
I я
s-
о \о
я
о- .S
я о
S я
- £:>5
^ я
. я '=(
! ^ S
; о о
, GJ
о
S ^ :^ с:
:1^
о
_ о
"Ti н ш ш
Si га ся
СИ
о, Q_;
Р^ Н CJ
; 3 П
; с( о
1 я D
]Г1 си
Р 5 Й
О га
о ш л
S Й о
а >,я
!^ п :^
CQ о Й
га VO °
СО о S
«1
о сг
с с( с(
я S X
g-.o я
^ и я
\о ш
к о CQ
t^ CL) н
t=i; Я b
Я
я
о
со f'^
О 5
я
а.
с
2 3
и S S
J^ га ^
О" со
о, о
о VO
о
с
CL> ^
I- В
я о
га у
0,0
я га
U я
§1
I
О я
^ °
^ X
Д VO
1- о
CJ CL)
О Я
Я
с
к
о
S-i
о
с
а
>.
=: S
'=' Й
й-
S с
S eg
со —
I-.' Cd
о о
с с
д к
а г-( о
о о я
t ш я
— СП CL)
га Я ш is
Ci. о t- <U
-4 о," t:;
я с '5 <u
н 2 s
о go
о л СИ
о —
2 5
о н
S
О г-
^ га ,^,
2 о-в
о 5 =
- S с^
- Й о
«eg
О, S-
в
« S 5
о
о о
S S >^ '^
t^ Ш — Т:
о щ а Е
CJ Д^ U я
§^
к я
п о
я О" га
3- ХО —
f^ о
о я
к к я
2 =
я ? "
g 3 о
5 я
а га
S с<
и
О о
о-::;
■^ 2
11
л
>Ч.Я
га -^
я £
II
о
с-
о
S
о
га
га
со
о
CJ
ск
я
се
О,
га
о
с
к
%
а.
п
о
о
о
о
-^ я
о S
о-Э-
о» о
о» я С1 я
3" ¥ S ^<
ни
Д с{ я
о» к
CD
CJ CL) ^ и
S 3- 0J о
се Я ^! ?р
О
=: а
к я
я о
га S = « g е-
-- Й га я ° о
г, О ш я S с
а i-
VO g S
° 9 о
я й
к S 2
Я О Я
я с ^
о с '^
"^ я
03 о
га CJ !={
с( о
>я я
t- Я Я
g я а
S CJ я
2 я я
I г-С в
29

а
о
15
о
1?-°
о о m
н а. о
= с X
S L_ о 'о н
= с; о ь g
ш Q
с та
О а: ._
= =^ 2
— ^ CQ
гт:
о.
п
X
сз
о
^
L-
!„'
т.
га
^
с^
G
-г- \0
= = 2
d:i
та О»
isi
3 CQ '*'
:= сз
::: со
о
§.;
о»
о
, с:
1Г
о =
я
3
S ^
с-
с -
Н '< »
" g «о
=5 CQ
о '^
5 к °
™ г m
^ со
S я о
JS^ о а-
С -о с
о о
о о»
о ^ п: —
о» J — и
3" В S! "
S S 5«
= ь S к
■^ " о ?;
^§&"
т. ш о
S о а
r-t с о
ГС СЗ
г; S3
с >->
Hi
= о g Я)
о' э- з: j^
^^ « 3 о
о S £
и СП Ч
О О О
g-m "
Г
2?
' 2 «
I S со
; X X
I а>
м га
■ й га
га ^
5g
о о»
в а.
■i =
о „
Р. 3
CQ со
н о а
сч 3
_ S
О
щ
^ а л
= 3 0,
0J га
ш 2
>2 а.т а.
^ о S а
г: о '
о о "
VO ^
S S S
га , о»
а >,
>. с S
'- ^
^ 3
с =
5 ^
■ Ji = С
||
О vd
Ю о
:? U =:
= га га
^-^ — 1-^
ю
I
^ Э к
- 0.0
О О
О
" 2 и»
о О ►
со о»
^ 3
30
= о
'=^5
т
та CJ -^
О 3 И
= н
о» ы
о ==
а: =
о „
и —
.с ~ 6
02^ = 4
о = о
г=1 о Ш
Ю = О
" §■
S S и
та О f;
n -
О 3 "ji
U - Л
° S t
.5 S 6 О
— с( = Ч
о
о
1=1
о 3 = S
° 5 а 1
о 2 3 о
ti —■ ^ .а
3 == = t
Ю 3 п С
о н 6 Э
■^ 2 = §
о о о о
Ш CQ Э
- m и О
К S О О.
S о >а с
= о. к о
о с со
CQ
га о
'< а
о 5 = Э
>-' — .^ ."^
" = = iS
5 S S S
Ж с{ В5 S

Внутренний противопожарный водопровод
Внутренний водопровод должен обеспечивать пода-
чу воды для образования струй, необходимых при ту-
шении пожара. Для этого требуются устройство водо-
напорной бацпт с определенным запасом воды, непре-
рывная работа насосов, или устройство пневматическо-
го водоснабжения, заменяющего водонапорную бантю.
Влияние требований внутреннего противопожарного водопро-
вода на выбор схемы наружного водопровода можно показать па
примере Положим, что противопожарный водопровод можно вы-
полнить по схеме низкого давления и объединить с производствен-
ным водопроводом, подающим неочищенную воду (не пригодную
для хозяйственно-бытовых нужд) Возникает вопрос к какому во-
допроводу можно присоединить вр|утреннюю противопожарную
сеть''
В случае обьедннення внутренней противополарной сети с
производственной необходимо учесть влияние увеличения напора
и сетп на экоплуатацр1ю наружного 11роп!водс1вет101-о водопрово-
да, исходя из условия тунгения пожара от внутренних ножар1ЦIх
кранов Если требуемый напор для производственною водопровода
невелик, а расход вслр1к и панор для т>1не1П1я через внутре1пп1е
краны больше пронзводст венного напора, то обьедннять внутрен-
нин протнвоножарный 1Юдопровод с нрон июдс! псиным пецелесо-
образ1Ю
Спринклерное и дренчерное оборудование
(] п р н п к л с р и о с об о р у д о в а и н е предназна-
чено для автоматической подачи сигнала о пожаре и
его тун1ен!1я. Оборудование состоит из труб, нроложен-
ных внутри помен1епия под потолком. На трубах уста-
новлены спринклеры, которые автоматически открыва-
ются при иовытеппи температуры в помен1ении до за-
данного предела и подают в очаг горения воду в виде
капельных водяных струй Спринклерная система по-
стоянно находится под давлением во.^ы, чтобы обеспе-
чить ее подачу к месту пожара при открывании замка
спринклера. Водоисточником спринклериого оборудова-
ния служит хозяйствснно-нротнвопожарный, пронзвол,-
ственно-противопожарный п другие водопроводы, а так-
же естественные водоисточники и искусственные водо-
емы В зависимости от вида водоисточника выбирают
тип водопитателя. Обычно спринклерное оборудование
Имеет два водопитателя: вспомогательный (автоматиче-
ский) и основной. Автоматический водонитатель (водо-
напорный бак, гидр(Л1невматическая установка, водо-
провод) подает воду и установку до момента включе-
31

ния в работу основного водопитателя. В качестве ос-
новного водопитателя используют насосно-силовое обо-
рудование, водопроводы и запасные емкости. Трубо-
проводы спринклерного оборудования в режиме ожида-
ния заполняют водой или воздухом в зависимости от
температуры воздуха в помещении. Распределительные
сети спринклерного оборудования подразделяются на
самостоятельные секции (обычно секция защищает по-
мещение или этаж здания) с тупиковой или кольцевой
разводкой трубопроводов. Капельные водяные струи
образуются при выходе воды из спринклера при напоре
не менее 5 м.
Дрен черное оборудование предназначено
для автоматического или ручного туишния пожара в
помещениях путем орошения капельными водяными
струями на расчетной площади здания. Дренчсрное
оборудование используют также для создания водяных
завес в проемах днсрей или окон, орошения отдельных
элементов технологического оборудования и т. п. Такое
оборудованпо применяют для пожароопасных объектов,
где возможно быстрое распространение огня. При го-
ренин легковоспламеняющихся вен1еств и жидкостей
дрсичерное оборудование локализует пожар (сдержи-
вает развитие очага пожара), позволяет пожарным при-
близиться к очагу горения и предотвращает возмож-
ность распространения огня на соседние объекты. Уст-
ройство дрсичсриого оборудования схоже со спринклер-
ным, только вместо спринклеров на распределительной
сети установлены дренчеры (спринклеры без легко-
плавкого замка) и автоматическое включение подачи
воды осуществляется по команде пожарного извещате-
ля, реагирующего на один из факторов, сопутствующих
пожару (теплота, дым, пламя).
Стационарные установки локального
действия используют для тушения загораний на от-
дельных участках технологических установок особо вы-
сокой пожарной опасности, когда применение сприпк-
лерно-дренчерного оборудования неэффективно. Эф-
фект тушепня в данном случае достигается мгновенной
подачей большого количества воды в очаг пожара за
короткий промежуток времени. Тушение пла.мени твер-
дых горючих материалов и жидкостей в данном случае
достигается в результате подачи распыленных или ту-
мапообразиых водяных струй. Для образования таких
32

струй используют специальные оросители, в которые
вода подается под высоким давлением (до 1 МПа).
Установки водопенного пожаротуше-
ния применяют для тушения пламени легковоспламе-
ияюш,ихся и горючих жидкостей. Наибольшее распрост-
ранение эти установки получили в системах противо-
пожарной защиты химической, нефтехимической и дру-
гих отраслях промышленности, где добывают и
перерабатывают нефть и природный газ. Огнетушащим
средством в таких установках является пепа, которая
получается из 4—6%-"Ого водного раствора пенообра-
зователей. Пенные установки имеют снринклерное или
дренчерное исполнение. По споему устройству они ана-
логичны стационарным установкам водяного пожароту-
шения. Отличие состоит в том, что спринклеры замене-
ны оросителями пены, а дренчеры — генераторами пе-
ны. Кроме того, водопитатели пенных установок допол-
нительно оборудуют дозаторами для введения требуе-
мого количества пенообразователя в поток воды.
Установки лафетных стволов
Лафетные установки применяют для подачи
и управления водяными или пенными струями боль-
пюй мощности. Для этой цели пожарные лафетные
стволы большой производительности (до 100 л/с) уста-
навливают на специальных вышках, кровле зданий или
площадках и подключают к специальному противопо-
жарному водопроводу высокого давления. Лафетные
установки предназначены для тушения пожаров в
складах лесо-, пиломатериалов, па технологическом
оборудовании большой высоты (например, ректифика-
ционных и вакуумных колоннах нефтеперерабатываю-
щих заводов), а также складах со сжиженным горю-
чим газом. Для оперативной работы лафетного ствола
предусматривается быстродействующая арматура вклю-
чения и выключения подачи жидкости из водопровода.
Лафетные установки бывают с ручным и автоматизиро-
ванным приводом. Приведенные выше схемы определя-
ют лии1ь состав и взаимное расположение элементов
системы водоснабжения. Размеры отдельных сооруже-
ний и установок, число и мощность насосов, вмести-
мость резервуаров, высоту и вместимость водопаиор-
"Ь1х башен, диаметры труб рассчитывают в зависимо-
^ Зак. 179
33

сти от расхода подаваемой воды и намеченного для них
прогнозом режима работы.
Основным фактором, определяющим параметры ра
боты элементов системы водоснабжения, является рс
жим расходования воды потребителями, которых этл
система обслуживает. В отличие от многих инженерных
систем, рассчитываемых но заранее известным и задан
иым нагрузкам, системы водоснабжения должны учи-
тывать непрерывно меняющийся режим водообесиечс-
пия, поэтому при проектировании систем водоснабже-
ния необходимо точное прогнозирование водопотреб
лення.
Для промыиглениых предприятий расходы воды на
производственные нужды задают в соответствии с тех-
нологическим регламентом потребления воды. Сложнее
прогнозировать водоиотребление в населенных пунктах,
так как расходование воды населением определяется
рядом факторов, связанных с укладом жизни и трудо-
вой деятельностью людей.
3 ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТНЫХ РЕШЕНИЙ
Проектирование систем водоснабжения связано с
построением структурной схемы и оценкой иарамстрор
входящих в нее элементов. В результате расчета опре-
деляют производительность водопитатсля, размер диа-
метров водопроводных сетей, в.местимость запасных п
регулирующих емкостей и т. п При этом необходимо
установить тип системы, рационально разместить водо-
проводные сооружения, представить компоновку агрс
гатов и оборудования, а также реп1ить экономические
задачи. В настоящее время, проектировщик располага-
ет арсеналом технических решений и должен выбрат!,
из них наилучшие. Задача усложняется необходи-
мостью учета объективно ограниченных ресурсов и по
терь неэкономического характера При этом риск про-
счета намного \меньшается, если удается изучить тех-
нические и экономические факторы. Технико-экономи-
ческий анализ, положенный в основу проектирования
систем водоснабжения, в настоящее время является са-
мостоятельным разделом теории обоснования проект
ных ретпеннй. Предметом технико-экономического ана
лиза является сложная техническая система, для кото
рой заданы цели и характеристики функционирования
используемые при технико-экономическом анализе
34

Первый вид задачи, когда заданными явля-
ются параметры водообеспечения процесса тушения по-
жара и тип системы (с конкретными элементами и ха-
рактеристиками надежности). В этом случае необходи-
мо отыскать по критерию минимума приведенных за-
трат вариант водоподачн с распределением потоков во-
ды, отвечающих наилучшему процессу технического об-
служивания водопроводных сооружений. Решение по-
добного тнна задач основывается на методах теории
исследования операций
Второй вид задачи, когда за чаются лишь ха-
рактеристики на!начсния и надежности водоснабжения
и требуется определить тип системы лтля подачи воды.
Из >словия задачи видно, что она сложнее первой, так
как отличается большей неопределенностью (наряду с
режимом подачи и распределения воды неизвестными
являются также элементы системы и их характеристи-
ки). Для решения этого класса задач применяют ме-
тоды технико-экономического анализа
в сочетании с методами проектирования систем водо-
снабжения.
В третьей задаче неизвестными являются тип
системы и характеристики назначения и надежности.
Этог класс задач имеет наиболыиую степень неонредс-
леипости и требует при решении применения методов
теории анализа систем.
Эффективность варианта технического решения
Основонолагаютцнм в технико-экономическом ана-
лизе является эффективность решения. В соот-
ветствии с ГОСТ 15467—79 «Управление качеством
иродукцин. Основные понятия Термины и определения»
вариаиг рассматриваемого реи1ения может быть пред-
ставлен в виде продукции, которая «рассматривает-
ся^ как материализованный результат процесса трудо-
вой деятельности, обладающий полезными свойствами,
полученный в определенном месте за определенный ин-
тервал времени и предназначенный для использования
потребителями в целях удовлетворения их потребно-
стей» I Показатель эффективности согласно
1 ОСТ 15467—79 это «количественная характеристика
стсп^ш достижения полезных результатов при исполь-
' С 9-27 с
-" '"^ '^^ 35

зовании продукции в конкретной эксплуатационной си-
туации с учетом эксплуатационных затрат» '.
Под эффектом (результатом) понимается
полное или частичное достиженпе определенных техни-
ческих, экономических н социальных целей. Если си-
стема обеспечивает требуемую норму водопотребления,
значит достигается техническая цель. В результате мо-
дернизации оборудования, позволяющего увеличить ин-
теисив]юсть подачи воды при пожаротуп1ении и, следо-
вательно, уменьшить материальный ущерб от пожара
достигается экономическая цель, направленная на сни-
жение потерь по восстановлению объекта. Благодаря
оснащению прсднриятпя автоматизированной (быстро-
действующей) системой противопожарного водоснабже-
ния, обеспечивающей ликвидацию очага загорания в
начальной стадии развития пожара и исключающей ги-
бель людей и катастрофические разруп1сния оборудова-
ния, достигается социологический эффект.
При оценке эффективности системы противопожар-
ного водоснабжения необходимо учитывать капиталь-
ные вложения на возведение водопроводных сооруже-
ний, издержки эксплуатации и iiOTcpn, обусловленные
ущербами от пожаров, развиваюншхся в результате не-
достаточного водообсснсчсния ножар1К)й техники и обо-
рудования пожаротуп1ения Система водоснабжения
имеет множество сложных свойств, которые проявляют-
ся при се проектировании, строительстве и эксплуатации
(техническом обслуживашш, ремонтах и использовании).
Например, одно из множества свойств системы — на-
дежность характсризусгся такими относительно просты-
ми свойствами, как безотказность, долговечность, сохра-
няемость и ремонтнопригодность
Свойства системы количественно характеризуются
параметрами, совокупность которых представляет
комплексный показатель качества функ-
ционирования. Многие показатели качества функ-
ционирования системы являются функциями ее пара-
метров.
Свойства системы противопожарного водоснабжения
в соответствии с определением качества^ подразлсля-
' С 7—27 с
^ Качество — совокупность свойств продукции, обусловливаю
щих ее способность удовлетворять определенные потребности в со-
ответствии с назначением продукции.
36

ются на технологические (характеризующие си-
стему как комплекс взаимосвязанных водопроводных
сооружений), потребительские (характеризующие
принадлежность системы к определенному классу по-
требителей), экономические (характеризующие
экономичность) и эксплуатационные (характери-
зующие систему как объект эксплуатации).
К первой группе относятся многофункциональ-
ные системы водоснабжения городов, полезный эффект
которых оценивается экономическими и социологиче-
скими показателями в виде дохода от оказываемой го-
роду помощи в реализации программы пожарной без-
опасности населения.
Ко второй группе относятся системы, полезный
эффект которых проявляется в потенциальной форме.
Эту группу составляют автоматизирова1Шыс системы
специальною противопожарного водоснабжения. Основ-
ное их назначение — постоянная готовность к автомати-
ческому тушению пожара, хотя потребность в этом мо-
жет и не возникнуть в течение всего срока службы
этой системы.
К третьей группе относятся системы противо-
пожарного водоснабжения промышленных объектов,
полезный эффект которых проявляется за счет сокра-
щения вынужденных простоев предприятия в результа-
те обеспечения своевременного тушения пожаров и та-
ким образом предотвращающих крупные аварии техно-
логических линий.
При проектировании системы водоснабжения ис-
пользуют количественные методы оптимизации пара-
метров, смысл которой заключается в установлении
таких значений этих параметров и такого изменения
их во времени, при которых достигается максимально
возможная в определенных условиях эксплуатации си-
стемы водоснабжения эффективность.
Математическая модель оптимизации состоит из це-
левой функции и ограничений. Целевая функция, пред-
ставляющая собой максимум эффекта на единицу за-
трат, равняется:
ц=э/з,
1ДеЭ —эффект (результат) 3 — затраты
При 3 = const D, = 3->-rnin, при 3 = const Ц=^Э-«-
-*-max. Из этого следует, что для оптимизации пара-
метров необходимо количественно оценить: характерн-
37

стики системы; эффект от эксплуатации; затраты на
разработку, строительство и эксплуатацию; потери от
ненадежности функционирования.
На практике используются три вида оценки эффек-
та и затрат:
техническая — в виде технических единиц измерения
(мощность, производительность, расход, вместимость
и т. п.);
денежная — в виде денежных единиц;
полезностная — в виде условных единиц (баллы, ко-
эффициенты весомости, индексы, шкалы полезности
н т. п.).
Ограничениями в расчетной модели являются усло-
вия проектирования, строительства и эксплуатации си-
стемы, характеризуемые научно-техническими, техноло-
гическими и эксплуатационными возможностями, тре-
бованиями пожарной безопасности, мероприятиями но
охране окружающей среды и т. п.
Основным требованием к работе систем подообесис-
чепия различных объектов является выполненпе ими
заданных функции при высоких показателях надежно-
сти п экономичности. Иначе говоря, система должна
не только выполнять с наимен1>И1Ими затратами средств
заданные функции водоснабжения, но и фактически
выполнять их в процессе эксплуатации без нарушений.
При определении эффективности проектируемых си-
стем противопожарного водоснабжения, как правило,
используют аппрокспмацпонные модели. Их построение
основано па применении специальных разделов теории
вероятностей и математической статистики. Эти модели
разрабатывают в предположении, что процесс эксплуа-
тации определяется внешними причинами и зависит от
так называемого внутреннего состояния самой системы.
Противопожарное водоснабжение представляет собой
сложную систему', состоящую из нескольких функцио-
нально самостоятельных подсистем, десятков агрегатов,
сотен узлов и элементов. В каждом элементе заложе-
■ Сложной системой называют совокупность взаимоспятанных
элементов^, обеспечивающих выполнение заданных функций не-
сколькими различными гиособамп п отлпчаюншхгя уровнями каче-
ства функционирования.
^ Элемент системы — часть системы, выполняющая определен-
ные функции п ие подлежащая дальнейшему расчленению на части
при данной степени подробности рассматриваемой системы (дета-
ли, узлы, агрегаты, машины, простые системы).
38

fia потенциальная возможность отказа, прпподяшая п
конечном счете к снижению иадежностп системы в це-
лом Это в значительной мере обуслов.ншает процесс
эксплуатации системы и ожидаемы!! уровень качества
ее функционирования.
Простая система представляет собой совокупность
[иаимосвязанных элементов, обеспечивающих выполне-
ние заданных функций с одним определенным уровнем
качества функционирования.
Как видно из определения, систему можно отнести
к сложной или простой в зависимости от требуемой
цели и постановки реи1сния задачи. При моделирова-
нии последовательно обобн1,а10т информацию, исходя
из структуры отде;1Ьных 4acTei'i моделей (элементов),
последовательно укрупняемых в более общие. Напри-
мер, в качестве частных могут рассматриваться модели
определения продолжительноеги подачи воды, вмести-
мости водоисточника инерционности системы контроля
и автоматики и т. п. Расчеты по таким моделям неза-
висимы один от другого и основаны на использовании
соответствующей исходной информации. Результаты
расчета выражают в виде таких усредненных показате-
лей, как условные математические ожидания величин и
вороятости рассматриваемых событий'.
Для анализа качества функционирования систем в
настоящее время применяют модели, основанные на
нрннцинах теории случайных или марковских^ процес-
сов. Самостоятельным разделом теории марковских
процессов является теория массового обслуживания.
Под обслуживанием понимают удовлетворение некото-
рой системой поступающих в нее требований (заявок).
[laupHMcp, такой системой является иротивопожарное
водоснабжение (обслуживающая система), а заявки иа
ее использование представляют требования на отбор
воды для тушения пожаров, которые выражаются в ви-
де врсмснпой тюследовательности (входяшего потока).
Этот раздел прикладной математики наиболее перспек-
тивен при построении моделей функционирования (по-
Определяемые при условии, что предшествующие им зави-
симые события произошли (например, математическое олидаиие
расхода воды для тушения пожара при условии, что система обес-
печит требуемую продо.1Ж1пе.1Ы|Ость подачи).
Случайный процесс, поведение которого после любого момен-
та времени заипсит только от его состояния в этот момент н не
авнснт от поведения процесса в предшестн^ющпй период.
39

лезного эффекта) элементов системы. Особенность за-
дач теории массового обслуживания — случайный ха-
рактер изучаемых явлений: длительность обслуживания
и интервалов между поступающими требованиями. Ряд
мoдeJreй, построенных па основе применения аппарата
теории массового обслуживания, описан в соответст-
вующих разделах настоящей книги.
Для примера рассмотрим структуру сложной мпого-
функцпопальной системы водоснабжения, в которую
входят водоисточник, водопитатель, система распреде-
ления, система управления водоподачи и водоразбор-
ные устройства для отбора и подачи воды на противо-
пожарные нужды. Работа системы противопожарного
водоснабжения характеризуется случайными процесса-
ми, связанными с переходами этой системы из одного
состояния в другие: подача заданного расхода воды при
тушении пожара в течение определенного времени, а
затем восстановление израсходованного запаса воды и
приведение системы в состояние готовности и ожида-
ния перед очерсд[гы.м включением Работу системы во-
доснабжения при туП1ении пожара характеризуют сле-
дуюш,не показатели: потребность в воде (расход); про-
должительность отбора воды; частота отбора; одновре-
менное число отборов т; неравномерность частоты от-
боров и характера водопотреблсния. Система водоснаб-
жения состоит из большого числа элементов, каждый
113 которых (водопроводные сети, водонрие.мные соору-
жения, станции очистки воды, насосные станции и др )
может быть как расчетным элементом, так п сложной
системой. Папрн.мер, если рассматривать систему про-
тивопожарного водоснабжения с точки зрения интен-
сивности нодачи воды для тушения пожаров, пропуск-
ной способности водопитателей н распределительной
системы, а также оптимального регулирования водопо-
дачи ff распределения воды при возникновении пожара,
то элементами системы будут водоисточник, водопита-
тель, а также системы распределения воды и управле-
ния ее подачей. В этом случае сложную систему рас-
сматривают с точки зрения качества обеспечения нода-
чи Воды на противопожарные нужды. Здесь возникают
вопросы предварительного создания необходимых запа-
сов воды в водоисточнике, обеспечивающем нормаль-
ную работу водопитателя и системы распределеиия во-
ды, а также проблемы, связанные с нормальным и свое-
40

[фемспиым управлением большим числом взаимосвя-
занных и взаимодействующих элементов системы.
Число комбинаций состояний, и которых может на-
ходиться рассматриваемый расчетный элемент, харак-
теризует переход системы из рабочих состояний в со-
стояние отказа Для расчета системы, состояндей из п
элементов, необходимо рассмотреть п{п—1) возможных
снязей между ее элементами Рен1ение задачи для си-
стемы с больишм числом элементов очень громоздко
В связи с этим важно сократить число рассматривае-
мых элементов до минимума, объединяя ряд элементов
в подсистему Расчленение системы на элементы явля-
ется первоочередной задачей при построении расчетной
модели для формального описания системы.
Поведение и свойства сложных систем оцеиипают
количественны.ми показателями, которые получают экс-
периментально (если это возможно) или расчетом.
Каждый показатель зависит от процесса функциониро-
пания н дает представление об одном из свойств систе-
мы Обычно для этой цели используют комплексный по-
казатель качества функциопирования, который пред-
ставляет собой количественную оценку степени пригод-
ности системы к выполнению поставленной перед нею
задачи. Показатель эффективности представляет собой
отношение численпого значения показателя качества
функционирования к приведенным затратам на строи-
тельство, эксплуатацию системы. Такой показатель
позволяет согласовать разнородные цели и стимулиру-
ет оптимальное использование ассигнований на систе-
му противопожарного водоснабжения. Комплексный по-
казатель эффективности Ф выражают в виде функцио-
нальной зависимости
*-'i'(:i:«b i^>
р
V
/^1 ; 1 /- I
где а — -параметры in) :)лсмонт;1 iiicrcMi.i, Р, — iiiip,iM0T[) /тон составляю
meii характеристики uucmiieii сре.гы. у, параметр / го элемента прине
■■1ен11|,|ч затрат
Значения показателей эффективности — это де1'1ствн-
тельные числа, поэтому множество процессов функцио-
инрования, заключенных впутрн некоторого интервала
можно представить в виде отображения множества
действительных чисел. Показатель эффективности (в

пределах изменения значений этого показателя) иыра-
жается функционалом от процесса функционирования.
Показатель качества функционирования мпоюфуик-
циональпой системы водоснабжения зачастую пред-
ставляют в виде общего количества воды в сутки, пара-
метром распределения ее между потребителями по ча-
сам суток. В результате устанавливают, сможет ли си-
стема обеспечить потребителей водой в течение уста-
новленного срока. Нормы проектирования водоснабже-
ния при этом рекомендуют простой прием, в основу ко-
торого положены требования «подачи полного расчет-
ного расхода на тушение пожара» при «наибольшем
часовом расходе воды на другие нужды». Подобный
прием при всей кажущейся очевидности исиользования
вероятностного репгения задачи принят волевым поряд-
ком. Этот этап расчета является очень важным, по-
скольку именно здесь решается вопрос о качестве фуик-
щюнирования и экономичности системы. Таким обра-
зом, для суждения о качестве функционирования важ
но знать слагаемые показателя качества функциониро-
вания проектируемой системы водоснабжения и учиты-
вать влияние случайных факторов на процесс отбора
воды.
Характеристика качества функционирования
системы противопожарного водоснабжения
Качество ф]) нкццонироиаиия cncicMbi npoi ииоиожар-
ною водоснабжения оценивают количественной харак-
теристикой, охватывающей наиболее важные свойства
системы в конкретной эксилуатационной ситуации. Чис-
ло слагаемых, определяющих эту характеристику, за-
висит от имеющейся информации при разработке новой
системы водоснабжения, сложности компоновки струк-
туры и уровня совершенства оборудования, используе-
мого в водопроводных сооружениях Характеристика
для оценки качества функционирования системы долж-
на как можно полнее отражать свойства назначения си-
стемы, надежности ее работы, технологичности соору-
жения и т п. Каждое из указанных свойств может
объединять несколько различных свойств качества си-
стемы. Например, показатель назнамения системы про-
тивопожарного водоснабжения характеризует одно из
42

важнейших ее свойств — удовлетворять потребителя во-
дой требуемого качества, в определенных количествах
II по строго рекпаментированному режиму подачи. Та-
кая характеристика может выражаться, например, ве-
роятностью обеспечения требуемою качества воды, про-
и.^1зод1Пслы10С1ыо водопитателя (м''/с), продолжитель-
ностью включения подачи заданного количества воды
ддя ту1псния пожара (с), объемом запаса воды для по-
жаротушения (м^). При анализе эффективности системы
часто используют безразмерные единицы. Показатель
надежности водоснабжения характеризуется безотказ-
ностью, ремоитнопригодностью, сохраняемостью и дол-
говечностью. Эти свойства характеризуют надежность,
от которой зависит выполнение возложенных на систе-
му задач, а следовательно, общая оценка характеристи-
ки качества функционирования.
Показатель назначения характеризует тех-
нологические свойства системы и определяет ее основ-
ные функции, для которых она предназначена, отража-
ет область и условия применения. Единичный показа-
тель назначения характеризует свойства системы,
структурную схему и устройство системы водоснаб-
жения.
Параметры, характеризуюпхне показатель назначе-
ния миогофункциональнон системы ко.ммунального водо
снабжения для пожарных целей, приведены ниже:
отнонюние расчетного расхода воды, потребляемой
для пожарных целей, к суммарному расчетному расхо-
лу воды на хозяйственные, питьевые, производственные
н другие нужды;
продолжительность водообеспечення расчетного рас-
^oдa воды для работы пожарной техники;
возможная водоотдача системы на пожарные нуж-
ды при среднесуточном уровне водообеспечення других
потребителей;
возможная продолжительность водообеспечення рас-
чсгного расхода воды для работы пожарной техники
при среднесуточном уровне водообеспсчения других по-
требит елен.
Каждый параметр характеризует совокупность не-
скольких простых свойств, причем каждый параметр
может иметь различные единицы измерения и по свое-
му вносить вклад в оценку комплексного показателя
назначения системы. Для наглядности оценки таких
43

свойств можно пользоваться средневзвешенным по-
казателем /Со, определяемым по формуле
п
\^
/-)
где Л',-—параметр, характершующп/) ('е спойство системы а^- - коэффи
цнемт весомости' мо параметр.! выражаемым в доляч сшмицы. причем
п
V П;_ I
Г"|
Классификационным показателем оце-
нивают принадлежность рассматриваемой системы во-
доснабжения по заранее определенной классификаци-
онной группировке На основании этого показателя вы-
бирают аналог или базовый вариант технического ре-
шения системы.
Функциональный показатель (технической
эффективности) оценивает полезный эффект, создавае-
мый системой в результате ее эксплуатации. Этот пока-
затель характеризуется вероятностью выполнения по-
ставленных перед системой противопожарного водо-
снабжения задач (например, вероятностью водообеспс-
чеиия потребителя), размером сокращения ущербов от
пожаров в результате повышения уровня надежности
водообеспечения при модернизации системы противопо-
жарного водоснабжения и др. Чаще всего полезный
эффект объединяет ряд слагаемых, которые определяют
технические параметры системы противопожарного во-
доснабжения, входящих в обобщенный показатель Ко.
Показатель /(о, вычисляемый методами средневзвещеп-
пого (арифметического, геометрического, гармоническо-
го и т. п ), чаще всего выражают в условных единицах,
не имеющих физического содержания. Это обусловлено
необходимостью соизмерения разных по физическому
характеру параметров При технико-экономическом ана-
лизе значения параметров Ki удобно представлять в
виде индексов, которые численно определяют отноще-
ппе разнородных параметров
где fej, k-Q — численные зиачення параметров i го свойства разрабатываемой
системы и системы, нрниятой за базу для сравнения; выражается в раз-
личных единицах (например, м^'ч, пож/сут н т. п.).
' Количественная характеристика значимости даииого пара-
метра среди других параметров, входящих в показатель.
44

Показатель надежности системы противопо-
жарного водоснабжения характеризует свойства систе-
мы выполнять заданные функции, сохраняя во времени
значения установленных показателей в заданных пре-
делах. Надежность работы системы противопожар-
ного водоснабжения, подопроводных сооружений и обо-
рудования отражает комплексное свойство системы,
охватывающее безотказность, долговечность, ремонтпо-
прпгодность и сохраняемость.
Безотказность оценивается показателем P{tp) —
вероятностью безотказной работы за расчетное время
Вероятность безотказной работы Р (t^^)
позволяет определить свойстно системы непрерывно со-
хранять работоспособность в течение установленного
времени. Этот показатель устанавливают на основании
обработки статистических данных по результатам экс-
плуатации или лабораторным испытаниям.
Показатель среднего срока службы до списания оп-
ределяет долговечность системы и характеризует
свойство ее сохранять работоспособность до наступле
ния предельного состояния при заданном регламенте
технического обслуживания и ремонтов.
Значение среднего срока службы принимают по ре-
зультатам обработки статистических данных с мест экс-
плуатации При отсутствии данных значение показате-
ля определяют согласно техническому заданию или по
техническим условиям на аналогичное по техническому
уровню оборудования,
Р е м о н т н о и р и г о д и о с т ь — свойство, характери-
зующее возможность восстановления системы водоснаб-
жения в состояние готов1Юсти за данный интервал вре-
мени путем профилактики или устранения отказов. Ре-
монтнопригодность оценивают продолжительностью или
трудоемкостью технического обслуживания и устране
ния отказов.
Показатель р е м о m н о и р и г о д и о с т и пред-
ставляет собой среднюю оперативную продолжитель-
ность (трудоемкость) планового (непланового) текуще-
го ремонта и определяет математическое ожидание опе-
ративной продолжительности планового (непланового)
текущего ремонта системы за определенный период
эксплуатации.
При проектировании системы необходимо учитывать
45

режимы предстоящей эксплуатации и рациональность
системы технического обслуживания. При этом рас-
сматривают трудоемкость технического обслуживания,
условия бес11рспятстве1И1ого доступа к ремитируемым
узлам и агрегатам, удобство контроля за параметрами
функцноиироваиня, пзанмозаменясмость узлов и другие
аспекты восстановления, ремонта и технического обслу-
живания водопроводных сооружений, узлов и агрега-
гов, входящих а систему водоснабжения Ремонтпонри-
годность оценивают также показателем удельной отно-
сительной стоимости запасных частей, который опреде-
ляется стоимостью комплекта товарных п покупных
запасных частей, используемых прп эксплуатации и ка-
питальном ремонте системы за определенный период ее
эксплуатации. Таким образом, совокупный показатель
надежности включает перечисленные выше показатели,
вклад каждого из которых в обпи'И показатель надеж-
ности системы водоснабжения оценивается коэффи-
циентом весомости. Ориептировочные значения числен-
ных показателей коэффициентов приведены ниже: ве-
роятность безотказной работы—0,5; срок службы до
списания — 0,3; оперативная продолжительность (тру-
доемкость) технического обслуживания — 0,2
Нормальная работа системы протипоножарпого во-
доснабжения нарушается из-за воздействия случайных
событий, в результате которых выходят из строя от-
дельные ее элементы. Анализ и изучение вероятностных
характеристик таких событий, а также оценка надеж-
ности действия систем относятся к теории надежности.
Требуемую надежность систем противопожарного водо-
снабжения обеспечивают при проектировании, строи-
тельстве и эксплуатации
В процессе проектирования надежность систем учи-
тывают показателями надежности, для определения ко-
торых формулируют требования, выбирают показатели
н выявляют 1И)рмы надежности для заданного уровня
качества ф\ икционнроваиия.
П о к а 3 а т е.т ь те X н о л о г и ч н о с г и системы про-
тивопожарного водоснабжения характе|)изует уровень
технологии производства и строительства водопровод-
ных сооружений, а также монтажа оборудования (иа-
сосно-силовых агрегатов, трубопроводной арматуры,
средств автоматизации процессов водообеспечения по-
требителей и т. п.). Показатель технологичности оцепи-
46

иается коэффициентом сбориост» (блочпости), удель-
ной массой металла и материалов.
Конструктивный показатель охватывает
осноиные параметры технического реи1ения (например,
размеры насосной станции, протяженность н диаметр
водопроводных линий, число пожарных гидрантов на
водопроводной сети, высоту водонапорной банши, мате-
риалоемкость системы водоснабжения и т. п ) Коэффи-
циент сборности оценивает простоту и удобство монта-
жа оборудования в процессе строительства, определяет-
ся отношением количества сборочных единиц, включая
покупные, к общему количеству составных частей. Ко-
личество сборочных един1Щ и деталей определяют на
основании данных спецификации. Удельную материа-
лоемкость системы My, характеризующую степень тех-
нического совершенства системы и рациона.чьность кон-
структорского замысла, рассчитывают по формуле
Му=(Мс+Мз)/рГ,
где М(, — чатериэлоечкосГь системы .^Vi ~ часе.) ^пи.кпых частой на нор
мативпый срок службы, /? —полезным j(l)(l)ei\T и.-ги octumiUiii техмнчссклй
1'а])амстр, Г- С])с.т11ин срок службы (до сннсаиия)
Показатели стандартизации и унификации оценива-
ют коэффициентами применяемости и повторяемости.
Коэффициент применяемости дает представление об
уровне конструктивной преемственности составных час-
тей Q проектируемой системе водоснабжения. Коэффи-
циент применяемости выражается отношением числа
типоразмеров составных частей в системе (без ориги-
нальных) к общему числу типоразмеров, входящих в си-
стему составных частей. Коэффициент повторяемости
устанавливает уровень внутриироектной уипфикацип
системы противопожарного водоснабжения и взаимоза-
меняемость составных частей оборудования внутри того
или иного водопроводного сооружения. Этот коэффи-
циент выражает отногнение повторяющихся составных
частей к обн1ему числу составных частей Показатели
удобства и безопасности эксплуатируемой системы оп-
ределяют санитарно-гигиенические условия работы че-
ловека. Эти показатели учитывают комплекс гигиениче-
ских, антропометрических, физиологических, психологи-
ческих свойств человека. Показатель соответствия из-
делия силовым возможностям человека дает оценку
конструкции того или иного оборудования с точки зре-
ния соответствия его силовым возможностям человека.
47

Этот показатель определяют методом экспертных оце-
нок и оценивают величиной условного балла.
Каждый показатель качества имеет свою весомость ',
устанавливаемую, как правило, экспертным методом и
определяемую соответствующим коэффициентом весо-
мости. Ниже приведены ориентировочные численные
значения коэффициснтс^р весомости показателей качест-
ва системы противопожарного водоспабжения:
Показатель Коэффиц,иент
Назначение 0,45
Надежность 0,3
Технологичность схемы и консгрукцнй ... f\ ' ^
Стандартизация и унификация 0,05
Удобство и безопасноегь экхплуатацин . . 0,08
Для оценки уровня качества проектирования систе-
мы противопожарного водоснабжения применяют сме-
шанный метод, заключающийся в сочетании диффереи-
цнального (для сравнении с аналога.ми и зарубежными
образцами) и комплексного (для сравнения с аналога-
ми п базоиымн образцами) методов. Дифференциаль-
ный метод основан на сопоставлении значений показа-
телей качества с соответствующей совокупностью зна-
чений показателей базового варианта. При таком сопо-
ставлении определяют, достиг ли технический уровень
разрабатываемой системы уровня показателен базовой
системы В основу комплексного метода оценки уровня
качества положен обобщенный показатель качества си-
стемы, который представляет собой функцию от груп-
повых едтшичных показателей качества системы. Пока-
затели качества базового варианта системы должны со-
ответствовать показателям качества, отвечающим со-
временному уровню развития систем противопожарного
водоснабжения, а также прогнозу развития научно-тех-
нического прогресса в области создания новых систем.
4. технико-экономический анализ
Система противопожарного водоснабжения должна
иметь наиболее высокий уровень качества функциони-
рования. Но повышение качества функционирования
' Количественная характеристика значимости данного показа-
теля среди других показателей.
18

связано с дополнительными затратами на возведение и
эксплуатацию системы. С другой стороны, возрастаю-
щие темпы развития систем противопожарного водо-
снабжения требуют экономии капитальных затрат и
реализации простых проектных решений. Возникает не-
обходимость согласования этих противоречивых интере-
сов. Це.1Ь технико-экономического анализа в этом слу-
чае— найти оптимальное решение задачи. Как правило,
проектировщик располагает несколькими вариантами
проектных решений, которые отвечают одним и тем же
требованиям, но отличаются техническим иснолпеиием
и экономичностью, и необходимо выбрать лучшее нз
них, которое подлежит реализации.
Главное содержание технико-экономического анали-
за—ианти рациональные проектные решения при сов-
местном рассмотрении вопросов проектирования, строи-
тельства и эксплуатации. Основным вопросом, возни-
каюш,им при этом, является определение оптимального
уровня качества функционирования Это исключает из-
лишние капитальные затраты, эксплуатационные расхо-
ды и неоправданно бoльпJиe народнохозяйственные
ущербы от пожаров.
Этапы технико-экономического анализа
Технико-экономический анализ при реп1снии задач
проектирования систем противопожарного водоснабже-
ния вк.'1ючает ряд типовых этапов Первый этап — фор-
мулирование задачи и уточнение целей, поставленных
перед системой. Эффективность капитальных вложений
в систему противопожарной запщты оценивают но сни-
жению уровня ун1ербов от возможных пожаров после
ввода со в действие, иоэто.му решении, принимаемые в
проекте системы водоснабжения, экономически обосно-
вывают с учетом будущей эксплуатации. Общая цель
обоснования технического реи1ения — отыскать наибо-
лее рациональное использование объективно ограни-
ченных ресурсов или повысить эффективность общест-
вениого труда. Конкретные цели анализа разнообраз-
ные, например: обоснование целесообразного соотноше-
ния между параметрами водопитателя и системы рас-
пределения воды; определение оптимальной иптенсив-
ности подачи воды для тупюния пожаров; определение
оптимального режима подачи воды для расчета элемен-
49

тов системы противопожарного водоснабжения; обосно-
вание целесообразности замены оборудования водо-
орои1ения другим оборудованием, обеспечивающим уве-
личение плопхади oponieriHH защищаемой поверхности,
и др. На втором этапе намечают возможные варианты
проектного оформления, отличающиеся способами до-
стижения поставленной задачи.
Д.пя создания необходимых условий пожарной без-
опасности объекта строительные нормы и правила уста-
навливают допустимый уровень водообеспечения, кото-
рый должен предусматриваться на стадии проектирова-
ния системы. Варианты проектных решений, разраба-
тываемые в соответствии с требованиями норм, оцени-
вают эконо.мически, сравнивая по критерию «мини-
мумы приведенных затрат» При обосиоваиин характе-
ристик технических репюний основных элементов систе-
мы устанавливают число вариантов с изменяющимися
параметрами (например, для системы противопожарно-
го водоснабжения: производительность подачи водопи-
тателя, вместимость водоисточников, пропускная спо-
собность систем подачи и распределения воды и т. д.).
На этом этапе анализа используют метод сравнитель-
ной оценки экономической эффективности капитальных
вложений с учетом эксплуатационных расходов. Эконо-
мическую эффективность варианта технического реше-
ния оценивают в таком случае но коэффициенту эконо-
мической эффективности
Ен=(Э,-Э2)/(К2-К,), D)
г .0 Э| (( Э —годовые эксплуатаииочиыо расхо;ы по первому и итор<ту
1Ы{>|1Л1там К| и Кг — капитальные вложения ьо тем же вариантам
Вариантный анализ позволяет выбрать из конкури-
рующих вариантов наиболее рациональный. Третий
этап — наиболее ответственный — это установление кри-
терия оптимизации, с помощью которого можно найти
наибольший эффект от вложения средств или необхо-
димый их минимум для достижения поставленной \1елн.
Этот критерий должен учитывать капитальные затраты,
эксплуатационные расходы и возможные ущербы от
пожаров. В то же время он должен допускать возмож-
ность сравнения приведенных затрат в зависимости от
изменения уровня качества функционирования в едином
измерителе экономического эффекта
Задача проектировщика заключается в усгаиовле-
иии признаков, по которым отдается предпочтение тому
50

или иному решению. Критерий оптимизации в данном
случае должен представлять собой соотношение между
ожидаемым полезным эффектом (результатом) реше-
ния и снизанными с ним затратами. Когда рассма1ри-
ваемые варианты проектного реп1епия имеют равноцен-
ный ожидаемый полезный эффект, в качестве критерия
используют коэффициент экономической эффективности
[см. формулу D)]. В остальных случаях проектные ре-
шения нельзя оценивать с помощью этого критерия, по-
скольку он не определяет ожидаемого результата, ко-
торый будет достигнут за наименьшую плату. Недоста-
точным будет этот критерий и для оценки решения,
обешаюи1его наибольший полезный эффект. Едино!! ме-
тодики выбора критериев, удовлетворяющих встречаю-
щиеся на практике ситуации, нет, поэтому в общем слу-
чае экономическую эффективность системы противопо-
жарной зашиты оценивают по коэффициенту экономи-
ческой эффективности
Е„=[(Э,-Э2) + СУ,-У2I/(К,-К,),
1Д0 '-^1 и Э> ~ ^Kt inydTjiiuioiiMbic расходы по первому и meipoMv иарпамтам
N I У2 --годиные ущербы от пожаров по тем же варпаптгШ, Ki и К>-
|\(К111гальпыо пложешя но тсч же вариантам
Четвертый этап состоит в определении характерных
затрат на основании сметно-ф1Н1ансовых расчетов, экс-
нл} атадионных расходов и возможных ущербов от по-
жаров, а также других характеристик, входяии1х в эко-
номико-математнческ\.ю модель оптимизации проект-
ных решений Этот этан анализа представляет собой
расчстио-творческии процесс, для выполнения которого
наиболее целесообразно применять вычислительную
технику.
Пятый этап содержит математические операции lu)-
строения экономико-математической модели и ее реше-
ния При проектировании приходится находить peiue-
нни, обеспечивающие экстремальные значения критерия
^ффек1ивн()стн Эти задачи решают с ирнменеинем спе-
циальных методов оитимпзацнн В простых случаях для
^того достаточны элементарные модели арифметики И
алгебры. В более сложных сл\чаях приходится исноль-
човагь модели, учитывающие влияние случайных фак-
торов. Наиболее часто в практике нроектироваиня си
сте.м водоснабжения используют метод перебора ва-
риантов (слепой поиск), суть которого сводится к
сравнению по выбранному критерию технических реше-
ний, отличающихся различным сочетанием основных
51

элементов, в ряде случаев для решения указанных за-
дач рекомендуют методы математического (предельно-
го) анализа, с помощью которых функцию эффективно-
сти выражают п зависимости от искомых переменных с
последующим дифференцированием функции и прирав-
ниванием производных нулю после соответствующего
анализа на наибольшее или паимеиьщес значение фуик-
дни. Для решения многомерных экстремальных задач
(при наличии ограничений в области изменения пере-
мешшх) применяют методы математического програм-
мирования. В наибольшей степени разработаны методы
линейного программирования, иредусматриваюпгие на-
хождение экстремума линейных н целевых функций.
Следует отметить, что зависимости полезного эффекта и
затрат or параметров элементов проектных решений си-
стемы прогивоножарного водоснабжения, как правило,
нелинейны, что требует использования спеги1альных ме-
тодов нелинейного программирования, реализация кото-
рых возможна лнн1ь при исиольз(;ваиии современных
электроиио-вычнслительных м а hi ни.
Шестой этап — решение задачи и отыскание опти-
мального варианта ка основе построенной экономико-
математической модели, анализа полученных результа-
тов и разработки рекомендаций.
Система нротнвоножарпого водоснабжения, как бы-
ло сказано, представляет собой группу водопроводных
сооружений, действующих совместно при выполнении
поставленной задачи. Peniennc вопросов оптимизации
системы в целом па основе тех[1Ико-экономнческого ана-
лиза оказывается очень сложным, поэтому прибегают к
penieHKio оптимизации входящих в систему элементов
или подсистем. Экономический анализ по частям тре-
бует сопоставления результатов частной оптимизации
при получении единого комплексного критерия.
В проектном задании целесообразно приводить не
один оптимальный вариант проектного решения систе-
мы, а несколько лучших (близких к оптимальному) с
указанием затрат на каждый из них. Это дает возмож-
ность более детально рассмотреть варианты в нроцсссс
выбора окончателыгого решения и учесть возможности
технического исполнения и социально-экономические
соображения.
52

Определение параметров экономически
наиболее выгодного режима подачи воды
А\ногие задачи оптимизации успешно решают с по-
мощью предельного анализа, основывающегося на на-
хождении экстремумов max или min соответствующих
функций методами дифференциального исчисления.
Рассмотрим этот метод отыскания оптимальных реше-
ний на примере.
Оценка эффективности установок тушения пожара
представляет собой сложную техническую и экономиче-
скую задачу. При решении этих задач устанавливают
оптимальный режим работы установки, при котором
воду подают в очаг горения своевременно в заданных
количествах с наименьшей затратой на строительство н
эксплуатацию и для сокращения ущерба от пожаров.
Решение задачи выбора экономически наиболее вы-
годного режима работы по минимуму приведенных за-
трат П выражается следующим образом:
П = (р+Е„) SK-f Э+У-^ min,
где р - нормативные ежегодные отчисления на амортизацию Устаиоики
Е ,1 — нормативный коэффи[и1ент эффективности капит.ыьных вложений,
}1К — сумма капитальных затрат на системы аитоматииеского обнаружения и
ту[[1ения гюжаров, руб. Э — заработная плата обслуживакинего персонала,
руб'год У ущерб от пожара, руб год
Первое слагаемое — это приведенные затраты строи-
тельной стоимости систем автоматического обнаруже-
ния пожара и тушения, второе и третье слагаемые —
основные эксплуатацногпгые затраты и ущерб от пожа-
ров. Капитальные затраты для установок автоматиче-
ского тушения пожаров (АТП) EIK) складываются из
стоимости оборудования пуска (система обнаружения
пожара п пуска установки) и стоимости оборудования
подачи воды (система хранения, подачи и распределе-
ния воды). Стоимость оборудования пуска определяет-
ся видом пожарного извещателя, конструкцией сигналь-
но-пусковой установки и конструктивными особенностя-
ми ее устройства. С повышением чувствительности, а
следовательно, и уменьшением инерциопности установ-
ки повышается стоимость оборудования. Стоимость
оборудования пуска установки К^ представляется эмпи-
рической формулой
Ka-'a + bz-"',
где а, b н т — коэффициенты, характеризующие стоимость оборудования
пуска (определяют при анализе сметно-фииансовых расчетов); т^ —продол-
жительность пуска (инерционность).
S3

Стоимость оборудования подачи воды определяется
производительностью установки тушения Kt и зависит
от продолжительности туше[1ия, что выражается эмпи-
рической формулой
К, - с-1 /х;",
где с, f, п — коэффицнеЕпы, характерич>юш,ие стоимость оборудовании и
MotiTd^a ciicit'M подачи воды (определяют при .лили^е сметпо фииаисоиыч
расчетов или по укруппенныч показателям стоимости), т^ — иродолжптоль
мпсть туиюипя
Среднегодовой ущерб от пожаров для группы объек-
тов с одинаковыми условиями пожарной опасности
устанавливают методы математической ,статист11кп, па
основании построения матричной модели материально-
го ущерба от пожаров.
Уравнение множественной регрессии для расчета
yiu,ep6a от пожара имеет вид:
У=а (У.-f г/1Ти-Ь г/2Тт-Ь г/з^ц—(/iCt),
( le а кoJффцциoит, учитЫваюштЧ косбсииый yuiep6, вызпа11иый пожаром,
>, ггрямой ущерб от пожара, руб. Уи Уг. !/з. У»—параметры, определяй
мые при об]1аб()тко статистических даииы.х, х^ - г/родолж|[Гельность свобот
ного горения (с момента загорания до начала тушения) т^ Продолжи
тельчость туп]спия пожара, F^ наибольшая площадь пожар.!, G - расхо,^
срс;!!» тУпюния
Величина ущерба для группы объектов, имеющи.ч
одинаковое оборудование, сырье и готовую продукцию,
.зависит от 1;ероятиых последеibhiI пожара, которые \а-
рак7еризую1ся количеством тепла Q, выделившегося в
процессе свободного горения и тушения пожара. Зада-
чей проектирования в этом случае будет определение
онтпмалыюн структуры установки тушения с использо-
liauHCM средс1в аигоматическогс; тутепчя onaia
пожа])а. Онтими.-^ация проскгною ретсния связана с
paccMoiрением большого числа возможиыч париаитов
1',заимосвязи элементов системы. Для исследования это-
10 вопроса 1рсб\стся значительный объем исходной ин-
формации.
Решение задач оитнмизацнн требует преодоления
противоречий, заключаю(цихся в том, что увеличение
величины параметра установки автоматического обна-
ружеггия пожара приводит к уменьшению величины па-
раметра установки автоматического обнаружения по-
жара. Оптимальное распределение капитальных затрат
должно обеспечить максимальный суммарный эффект
ко.милекса в целом. Аналитический метод выбора опти-
54

малыюй структуры установки автоматического тугпении
пожаров изложен ниже
Переменную часть величины приведенных затрат
для установки автоматического обнаружения и туше-
ния пожаров можно представить в виде функции неиз-
вестных Ти, Тт:
П = (р + Ей) (а - с f 6т-'" + /^;") + '^g (х„ -F хг/'-').
Задача сводится к нахождению оитпмального режи-
ма работы установки, которому соответствуют т*и и т*т,
определяющие экономически нанвыгодисппин"! вариант
ггрн заданных величинах р, Ей, а, Ь, с, f, т, п
Прежде всего необходимо выяснить, имеет ли функ-
нии П экстремальные значения, при каких значениях ти
п Тт они имеют место.
В результате дифферснциропания по Ти получим
^П/^х., = -(/>' £„) т*х-''" ^" + Gg - 0. E)
После соответствующих преобразований получим
В результаю диффсрегщирования но Тг подучим
f)li;c)x, - - (/7 I /:„) /(/xjf ' " ; Gi'/i' - 0. F)
После соотпстстпующнх преобразований получим
т; = [-/,/(/; 1 /:„)/(ал')]''<"'".
Остается исследовать характер экстремума функции
П и выяснгпь, является ли точка кривой П^^/(т,г, Тт),
полученная из уравнений E) и F) и имеющая коорди-
наты т'',,, т'^, мигпгмумом фуггкцпи п.
Вторые производные фуггкцпи П но псремсиггым Тп и
Тт буду! иметь вид:
d^nid-z-^ -(/J f Е) (m !- I) mux-""-"-';
d-nidz; - (p J- E) (n -I 1) n/--f"-^-' ;
а2П/((9т„с)тт)=0
Условием наличия экстремума функции двух нере-
менных является ноложителыгый знак гессиана функ-
ции:
д-и,()-1 (>-|i/(dx„^x,)
>0.
55

Поскольку величины
ат/((9ттйт„) =(J-'n/(dT„f}TT)
согласно те()|)еме Шварпа, эго условие может быть за-
писано так:
(t> -i Е„) (m + !) т6/т;'Ч -'(/; j F„) (я + )) «//<''- > Г. G)
Рассматривая сомножители выражения G) при ис-
следовании экстремума переменной части величины
ггриведепных затрат, выраженной в функции двух пере-
менных Ти и Тт, при всех практически возможных значе-
ниях р, Ей, Ь, т, п, f можно сказать, что знак выраже-
ния G) зависит от величин т:„, ty. Величины tn, tj во-
шли в функцию как выражение параметров установки
тушения, поэтому они могут быть только положитель-
ными. Следовательно, ныраженне G) будет всегда по-
ложи гел1,но Это свидетельствует о том, что функция
И (т,„ Тт) имеет экстремум в точке %*,„ t*T, которая и
прсдсгавляет минимум функции, так как с?2П/£/т^„>0,
Таким образом, полученные выражения для т*и, т*т
дают наиболее выгодные режимы работы установки
ЛТП. Задаваясь предварительными значениями Ти и Тт
с учетом требований на.чежиости противопожарной за-
nu-iTbi, определяют напвыгоднеГипие режимы работы
установки из условия
Т„^Т*„ II TtS^T't
Авюро.м получена формула для определения [1Лоща-
дп возможною пожара, необходимая для определения
расхота воды:
/•n = (?/[go(T*„-fTT/2)l
Псгюльзуя эмпирическую формулу для расчета
удельного расхода воды, определяют расход средств
тупгения при наиболее выгодном режиме
С- = Л/*„=[п4-6/(Тт Тот)]/-!.,
где а. h, Т|.^ - параметры. 011релоляеМ1>1е в процессе испытании
Описанный метод оптпмнзаг1ИИ предполагает, что
проектировщик имеет совокупность различных средств
автоматического обнаружения и тушения пожаров
Следует отметить, что необходимость использования
стандартного оборудования (пожарных пзвсшателей,
насосов, труб и др.) вносит в процесс технико-экономи-
ческого расчета затруднения. При выборе onTHMavibHoil
56

Схемы задачу решают методом вариантного проектиро-
вания, используя технико-экономические расчеты эле-
ментов системы н комбинацию различных элементов в
их взаимосвязи. В результате последовательного при-
ближения выбирают стандартные виды элементов обо-
рудования (ближайшие к наивыгоднейгпим) и уточняют
фактические режимы установки в пелом. Полученные
зависимости позволяют обоснованно выбрать наивыгод-
нентие режимы совместной работы системы автомати-
ческого включения и оборудования хранения, подачи и
распределения воды. Примером использования ггредель-
ного анализа могут служить также задачи оптимизации
числа действующих при пожаре спринклеров, которые
описаны ниже.
Оптимизация надежности системы
противопожарного водоснабжения
Рассмотрим вопрос оптимизации надежности системы, состоя-
щей 1п водоисточника, водонитателя и распределительных сетей, и
оценим нлиянне приведенных затрат комплекса водопроводных
соору/кемий па надежность системы Определим минимум приведен-
ных затрат по .«данному уровню надежности Надежность систе-
мы Р*о задают таким образом, чтобы нринеде1и1ые затраты были
минимальными. Задача сводится к минимизации функции П =
п
■ч '
-2. П,-) {П( — Приведенные затраты i'-io элемента системы) при
г- 1
огратгченнп
ПA
/,',).•
/ I
In A — /',*)- Y 14A—Л',)>
(-1
1ДС /''и и /^*о ~ Коэффициенты бесперебойности водоснабжения i го нотре
бителя и системы
Функциональная зависимость П,==/(Р'о) считается известной
и задается при расчете. Для нахождения условного минимума
функции II от переменных Р'о используем метод неопределенных
Множителей Лагранжа Функцию Лагранжа представим в виде
II П
lAP,..l\i, ..,Яо„)= ^П, I л V,in(l-/'o/),
|Де ?.—множитель Лагранжа
57

Используя известные методы, получаем систему урагшеиий для
определения к:
дХA\,, /'о, /'i,n)IO/\t - *. I
я
^ 1пA-/л/)^1пA-я,;). (
1=1 '
Отсюда можно получить
п п
/-1 1=1
или
йП1=ХдРЛ\—Ры), Л,=-Х1п A-Яо/)+С,
Оптимальные приведенные затраты для каждого элемента снсгемы
определяют в зависимости от коэффициента бсснеребой|10С1И Pq;
но графикам In Poi=/(ni), 1пРо2=ф(П2) и т. п Графоаналитиче-
ский метод решения задачи с помощью итераций ншроко исполь-
зуют в практике, когда решение уравнений аналитически вы!ыиае1
труд||ости. Для приближенных расчетов (с оин|5кой не более 4 "/о)
экснонснциальная функция в интервале Р(л) г |1, 0,6] может
быть аннрокснмиронана линейной зависнмопыо. Тогда минимум
приведенных затрат но данному уровню ||адежносп| можно онре
долить методом нодс^ановкн и миюдом неонределе1И11,1х множшс-
лей Лагранжа Исно.игюпанне современных вы'111слн1елы1ых ерелстн
и amiapaia экономнко математических исследоиа1[т'| снособствова
ли успешному решению ряда задач ошимизацнн систем, постанов-
ка KOiopbix ранее каза.|а(Ч> нереа.'и.нои При риненнн задач технн-
ко экономического а||ал|[за необходимо знать каншальные вложе-
ния, зкси.|),1тац1К)Нные р.кходы, yiHepOi.1 oi ножарин.
Капитальные вложения
Капитальные вложения определяют в результате
с\1ет1го-ф1111ансовых расчетов. Для удобства технико-
экономического анализа и возможности применения вы-
числительной техники при расчетах выявляют характе-
ристики капитальных вложений для элементов системы.
Эти характеристики представляют собой зависимости
величины капитальных вложений от наиболее харак-
терного для них признака. Например, характеристики
капитальных вложений соорул^еиип системы водоснаб-
жения аппроксимированы следующими моделируюши-
ми уравнениями.
Стоимость бурения скважин
5 = яЯ@,134§с/п+36,6)
58

Стоимость оголовников насосной станции I подъема
5 = 660 руб/шг
Стоимость насосной станции I подъема с гидроннев-
матичсским баком
5 = 5,50»"+1280
Стоимость насосной станции II подъема с гндро-
пнснматпчсским баком
5 = 6,850""+1600
Стоимость нисосиой станции (с диумя насосами)
>S=I920 руб.
Ctohmocti) насосной счаннии И иодьема (с тремя
насосами) 5 = 2930 руб.
Стоимость оборудонання к насосной ciaimini I 1и)дъ-
сма 5=3550 руб.
Стоимость ()Г)()руд(>1!ання и iiacociH)!! стапннн П
подъема (пожарный насос отсутствует)
S--=3,9t;+023
Стонм()С1ь оборудования и насосной CTamuni II
нодьома (пожарный насос имеется)
S=5,lj?+980
Стон.мость открытого пожарного резервуара
5 = (80 )' G г 12.С)«|,.
Стоимость оборудования в насосной станции I нодТ)-
ема с гидроннепматически.м баком
5 = A2Q°."+560) + A,60" ^5+450),
Стоимость оборудования в насосной станции II
подъема с гндронневматическим баком
5 = A SQi'.^+TOO) Ч- BC" "+560),
г le п число ск(Зс1Ж1111. // 1лубнна скважин, м, я, иршиводитслыюсть
скиажины, m''/ч, ^ часовая проишодительность iMCootoii станции, м-* ч, Q
к\ТОЧИОС ВОДОНОгроблеННС. М^CVT, П—число воtOCMuB
Наиболее характерным признаком при опрсде icmhh
капнталып>1Х затрат на спрннклср1И)-дрснчериое обору-
дование является защищаемая системой нлонхадь.
Технико-экономические показатели системы пожар-
ной защиты во многом зависят от принятой принци-
пиальной схемы. Это можно проиллюстрировать на
59

примере системы автоматической противопожарной за-
щиты цехов производства капролактама.
Технико-экономические показатели сиринклерной устапонкн в
цехе гидрирования бензола приведены ниже
Развернутая площадь, м- 2540,7
Защищаемая площадь здания, м' 2540,7
Стоимость, тыс. руб.:
здания (без технологическою оборудования) . . . 2266,5
спринклерноИ установки 64,9
Стон.мосгь, руб..
I м^ развернутой нлощадн здания 890
сиринклерной установки на 1 м' защин1.аемой пло-
щади 25,6
Автоматическая установка пенною ножаротунения н цехе по-
лучения капролактама имеет след>к)Н1ее >стройст110 Вода для
установок пенотушения подается из водопровода диаметром 400 мч
Для дозиронания заданного количества пенообразователя па вво-
де \станов.|еи дозатор, в который пенообразователь поступает из
ценгрализованной системы подач1г. На вподе установлены конт
рольио пусковой узел дренчерной водяной установки и контрольно-
пусковые узлы десяти секций нодонспной установки Каждая сек-
ция оборудована системой э.шкгрической пожарной стнализанми и
побудительной сетью трубопроводов с пожарными извещателямм,
реатрующнмп на скорость изменения температуры окружающей
среды ирм пожаре В качестве первичных средств т>н1е11ия пожара
предусмотрены ручные пенные стволы, которые подключены к нно-
,iy уста1К)нки через самостоятельные контр().1Ьио пусковые узлы
Здание цеха капролактама — мноюэтажное, рашером » плане
24X78,4 м. высотой (до HHia несущих конструкиий покрытия) ЗГ) м
Конструкции — сборные желеюбетониые Категория пожарной
ouacnocTii А Производственное помсщенмс разделено противопо-
жарной стеной на два отсека В торце размещены подсобно пронз-
водстве1П|ые помеше1П1я В здании предусмотрены две капитальные
лесттншые клетки, которые отделены от производственных отде.ю-
1П1Й огнестойкими стенами и сообп1аются с ihimh через тамбур
В цехе капролактама автоматическая установка м.'чиюю ножа
ротушеиня имеет следующие показатели расчетный ;)р1.'[од 175 л/с,
число секций—12 шт, общее число пенмых оросителей — 300 hit,
спринклеров (побудительная система)—250 uit , пожарных изве-
щателей — 16 тт.
Водяная (дреичерпая) установка деха капролактама имеет c.ie
д\ющне показатели расчетный расход 60 л/с, число секций —
I HII , оросителей — 40 шт
Технико-экономические Показа le.ni установок тушения в нехе
капролактама следующие
Развернутая плО|цадь здания, м- • . 9368,1
Защшцаемая площадь здания, м- 3'6'i
Стонмос1Ь, тыс р\б
здания (без оборутовапия) 6119,85
установок 11ожаротзще1П|я 74,7
% стоимости здащ|я 1,22
60

Стоимость, руб.-
1 м^ развернутой площади здания 650
установок АТП на 1 ы- .iaiuHHiacMoii площади 24,3
Все пожароопасные цеха производства капролакта-
ма защищены автоматическими установками тушения,
технико-экономические показатели которых приведены
в табл. 7.
Автоматические пенные установки имеют следую-
щие показатели: рабочее давление в противо1Южар1ГОМ
водопроводе—1 МПа, рабочее давлеппе у генератора
пены — 0,5 МПа, расход 4%-iioro водного раствора пе-
нообразователя— 180 л/с, расчетное время тушения пе-
ной— 15 мин, расчетное время тушения водой — 1 ч,
расчетный запас пенообразователя — две емкости (по
12 т каждая), емкост1> автоматического водоиитатсля —
два бака (объемом 65 м^ каждый).
Дренчерные подяные установки имеют следующие
показатели- удельный расход воды — 0,12—0,5 л/(м^-с),
расчетный папор у оросителя — 0,1—0,3 МПа, расчет-
ный радиус орошения — 0,5—2,5 м, производительность
оросителя — до 3,3 л/с.
Сиринклерные иодяные установки имеют следую-
П1,ие показатели: удельный расход воды — 0,085—
0,17 л/(м^-с), расчетное давление у спринклера — 0,05—
0,15 МПа; производительность спринклера — 0,85—
1,75 л/с, температура плавления замка — 70°С и выше.
Стоимость контрольно-пусковых узлов составляет
И) %, питательных трубопрово.чов 25 %, распределитель-
ных трубопроводов 45 % и арматуры (спринклеров,
дренчеров и пр ) 20 % общей стоимости установки.
Приведенные и табл. 7 тех1П1ко-экопомические пока-
затели заимствованы из проекта акипонсрного общест-
ва «Контипенталь энджнпиринг» (Нидерланды), разра-
боганною для производства капролактама в г. Гродно.
Под руководством автора разработаны нринцн-
пиально новые установки пожаротушения, которые име-
ют более высокие техиико-экоио.мическне показатели по
сргшпению с установками пожаротушения, используе-
мыми в развитых капиталистических странах. Эти уста-
новки, предназначенные для автоматического обнару-
жения очага пожара, подачи тревоги и локально-объем-
ного тушения пожара пламени легковоспламеняющихся
и горючих жидкостей воздуиию-механической пеной,
успешно внедряются. Техиико-экономические показате-
61

Ik
ii
о
о.
се
^
о
в
к!
О
СО
о
се
ч * л
о я Н
н.
S3
со »о
Ю СОЦЭ
О ^ О
i^'M со
со 'О '?J'
GC со с:0
о с^|
DO "Cf
та I
S I
I о.
Со
к
S
о
о.
о.
ч
S «
— 1=!
CR
О
S
U
О
^1
0> — 10
с:; о t^
т^ 10 ^^
со ^ —
Х--
в <и jC
рз sr а:
sis
S i; D.
ш с с
3
Ю1М
о
S
00 с:
_. со о
о.
W о
::: о
0^ СХ,
eel
ч
С1
с
U
£^ га
=■ о
bi 5
О Щ
02

Таблица 8. Технико-экоиомические показатели устьиовок
ленного пожаротушения
I'j3MC(» сек-
ции, мхм
IJxU
12x12
12x12
18x18
18x18
18X18
•|И1 Л1' "Д111>В|>С-
Mciiii" действ) го-
тих секции при
1111жарAТ)Шонии,
шт.'
4
6
9
4
6
8
Г'НСХЬД В'|Д-
mirii |>аствч11.|
пепчибразоиа-
тсля, л/с
70
104
156
156
234
350
(,Т0ИМ1'СТ1
тис. руб.
27,7
27,7
27,7
23
23
23
уста11"вьи
руб/м'
2,66
2,66
2,66
2,22
2,22
2,22
лн установок пенного пожаротун1ения приведены в
табл. 8.
Установка пенного тугпения состоит из водопровода,
автоматического дозатора пенообразователя, емкости с
пенообразователем, запорно-пускового узла, генерато-
ров пены, пожарного отсека для ограничения площади
разлива горючей жидкости и датчиков, реагирующих
на пожар.
Технико-экономические показатели пенной устапов-
кн локального действия для защиты неха полимериза-
ции завода синтетического каучука ириведеиы ниже
с троитсльный объем здания, тыс. м' 100
Расчетный расхот (по раствору), л с 175
Чи^ло секций, шг 24
Число генераторов, шт 150
Продолжительность работь!, мин 20
Запас воты, м' 200
Зшлс пенообразователя, м' 10
Стоимость установк», тыс. pjO 5,6
Ооимосгь установки ьа 1 м^ занипцаемон плеща ти,
Руб'м^ 5,1
Технико-экономические показатели автоматической
установки неииого пожаротушения в экстракционном
цехе маслоэкстракциониого завода приведены ниже
Расчетным расход (по раствору), л с 24'>
Напор на вводе, м " 60
Число секций, шт 7
Число reFieparopoB немы, шг 80
Продолжительность работы \ста1'овкм, мин 15
Запас воды, м' " 200
Запас пенообразователя, м= • 8
(лонмость установки тунюння, тыс. руб 10,3
(.тоимость установки пожаротушения, отпесепная на
1 м^ защищасмоП площади, руб.'м^ 6,05
63

в отличие от установки поверхностного действия
установки локально-поверхностного действия заихища-
ют наиболее пожароопасные участки промышленного
здания и расположенное п них технологическое обору-
дование, поэтому стоимость защиты 1 м^ новсрхности
обходится дороже, чем при защите установками но-
псрхностного действия. Если стоимость установки ло-
кально-поверхностного действия отнести к полной пло-
Н1,ади производственного здания, то такие установки мо-
1ут оказаться депювле, чем установки поверхностного
действия Если сравнить стоимость установки локаль-
ного действия со стоимостью установки поверхностного
действия, то окажется, что стоимость установки локаль-
но-иоверхностного действия, отнесенная к полной пло-
Н1ал11, в два раза меньп1е стоимости установки поверх-
постного действия.
Общая стоимость установки тушения пожаров Су
складывается из стоимости установки тушения Су (обо-
рудование внутри цеха или сооружения) и стоимости
впепшнх сооружений водонитателя С,, (инженерных
соо|)ужений, расположенных вне защ1Ш1аемого объек-
та) Стоимость установки туи1ения внутри цеха опреде-
ляют по формуле
Сч=С,/-,
где Ci — стоимость \стамопкп {оборудования внутри объекта) отнессин<1Я
I* 1 м" i.Huiim.toMoit нонерхиости руб/м^, / — нлои;<1Дь заиипцаемой но
всрхностн, м^
Стоимость водонитателя установки изменяется в hih-
роком диапазоне в зависимости от условии водоснаб-
жения заишщаемого установкой туи1ения объекта. На-
пример, при наличии водопровода с достаточным для
работы установки туиюння напором и расходом воды
затраты на водонитатсль будут минимальными и в за-
висимости от расхода воды составят 5—9 % Су.
Стоимость водонитателя (без сооружения насосной
станции) определяют по формуле
Ca = aCj,
г U' а коэффициент. инЯК'ЯНии! от р<>СХОД.) поды С^ — стоимость \СТ<1Н(И1
;н pvfi
Ниже приведена зависимость коэффициента а от
расчетного расхода воды (л/с).
Расход воды .... 20 30 4) 50 70 U-0 150 L30 350
а 1,05 1,15 1,22 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,9
64

Если такой водопитатель отсутствует, сооружают
самостоятельный водопитатель с резервуаром чистой
воды и насосной станцией.
Стоимость инженерных сооружений (резервуаров
чистой воды, насосной станции и водоводов) определя-
ют по формуле
где Р — стоимость I кВт установочной мощности, руб , W — установочная
мощность водопитателя, кВт, С^ — стоимость 1 водовода, руб: г — длина
водовода, м; х — стоимость 1 м'' резервуара чистой воды, р>б , W7 — объем
pe'iepByapa, м'
Значение р для расчетов стоимости принимают рав-
ным 70—80 руб. Стоимость водовода зависит от диа-
метра трубопровода, материала труб и категории грун-
тов, в которых его прокладывают. Ниже приведена
стоимость (руб.) водопроводов из стальных труб, про-
ложенных в грунтах I—II категории, в зависимости от
диаметра трубопроводов (мм):
Диаметр трубопроводов .... R0 150 200 300 4С0
Стоимость 4,02 6,11 8,54 14,5 'А ,7
Значения % для расчетов стоимости железобетонных
резервуаров принимают равными 20—30 руб
Затраты на возведение резервуаров чистой воды со-
ставляют 20%, насосной станции 20—60%. водоводов
20—60% стоимости инженерных сооружений. В уста-
новках водопенного тушения затраты на сооружение
резервуаров чистой воды составляют 15%, насосной
станции (с дозаторами и емкостями для пенообразова-
теля) 20—65%, водоводов 20—65% стоимости установ-
ки. На основании проведенных исследований установ-
лены значения стоимости водопитателей установок ав-
томатической пожарной защиты (при расходе воды
70—350 л/с; напоре 60—80 м, протяженности водоводов
до 200 м и продолжительности работы установки до
20 мин). Стоимость инженерных сооружений (тыс. руб.)
в зависимости от расчетного расхода воды (л/с) приве-
дена ниже:
Расход воды 70 1!,0 150 230 350
Стоимость 18 25 ЗО 38 50
Для оценки капитальных затрат на систему проти-
вопожарной защиты здания необходимо знать общую
стоимость (оборудования внутри объекта и сооруже-
3 Зак. ,79 65

НИИ, расположенных вне защищаемого объекта), отне-
сенную к 1 м2 A м^) защищаемой поверхности (объе-
ма). Стоимость защиты 1 м^ поверхности объекта уста-
новкой пожаротушения с водопитателем( без сооруже-
ния насосной стапцип) определяют по формуле
Co=(l-fa)C,.
Стоимость защиты 1 м^ поверхности установкой по-
жаротушения с водопитателем, содержащим насосную
станцию, резервуары чистой воды и водоводы, опреде-
ляют ио формуле
C„ = C,+ (CB/f)(Q/2Q), (8)
где С\ — стоимость оборудования внутри защищаемого объекта, отнесенная
к ( м^ заии1щаемой поверхности, руб.; Сд — стоимость водопитателя — ик
жеисрпых сооружений {насосной, резервуаров, водоводов), руб ; F — по-
верхность, защищаемая установкой пожаротушения, м^; Q — расчетный рас-
ход установки, л/с 2Q сумма расчетных расходов установок, обслуживае
мь|х водопитателем, л'с
Значение Св определяют в зависимости от расчетно-
го расхода воды. При этом из группы обслуживаемых
водопитателем установок выбирают такую, расчетный
расход воды для которой имеет максимальное значение.
В табл. 9 приведены показатели стоимости элементов
установок тушения пожаров в производстве капролак-
тама, подсчитанные по формуле (8).
Ниже приведены технико-экономические показатели
установок пенного пожаротушения, разработанных по
рекомендациям ВНИИПО и Акционеррюго общества
«Континенталь энджинерипг» для автоматической по-
жарной защиты производственных зданий с категорией
опасности А.
ВНИИПО „Контпнен-
таль энд-
жинеринг"
Производитель! ость, л/с 170 170
Напор, м 60 КО
Стоимость оборудования внутри цеха,
руб m2 • . 2,7—6,05 26
Стоимость инженерных сооружений,
руб/м^ 18—27 22—32
Общая стои.мость установки, руб/м^ . . до 28 до 58
Стоимость установки, % строитель-
ной части защищаемого здания. ... до 3,1 до 6,4
Капитальные вложения на оборудование производ-
ственных зданий установками автоматической противо-
пожарной защиты изменяются от 2 до 6,5 % стоимости
66

Таблица 9. Показатели ctohmocih элементов установок
пожаротушения
-
Llex
Гилриропгшпя
Окисления
Ректификации
Капролактама
("ульфата аммония
Кристаллизации
Промежуточный
склал
И т 0 1 0'
Стоим н ть, тыс. руб
инженерного
оборудования
С,
79,2
62.8
73.8
87,4
15
15
30,4
363,6
установки
Biiyij и цеха.
С,
64,9
48,6
Г6,7
74,7
5,9
23,5
1'1
365.3
с.
144,1
111,4
200,5
162,1
20,9
38,5
51,4
728,9
Общая стои-
м .сть, %
стоимости
строительной
части
6,4
3.56
4,4
2,64
8,5
1,88
12,6
—
строительной части здания. Капитальные вложения в
элементы противопожарной защиты административных
и общественных зданий (% стоимости строительной
части здания) приведены ниже
("-троитсльныс конструкции (созданиеогнестойкости) . .0,1
Инженерные сооружения (канаты, шахты, брандмауэры и
лр.) ". 0,1
Первичные средства тушения пожаров (пиутренннй по-
жарный водопрово'') . . . 0,5
Пути эвакуации ... . 0,7
Всего ,1
Ниже приведены капитальные вложения i; систему
иротивоножарнон защиты строительной части (% стои-
мости).
Ороительные конструкцил ( ,8'i
Огнестойкие потолки, перегородки и двери . 0,62
Инженерные сооружения 0,5
Дымовая вентиляция 0,2
Пути эвакуации (лестничные клетки, крышевые люки) 0,4
Специальное противопожарное водоснабжение ... 2,2
Первичные средства тутенн;? пожаров 0.3
Всего 5,05
Наибольшими являются капитальные вложения в
системы специального противопожарного водоснабже-
ния, которые в промышленных зданиях в ряде случаев
достигают 5—7 % общей стоимости строительства зда-
3* Зак 179 QJ

Внедрение системы противопожарной защиты дает
иногда возможность резко сократить сроки введения
объекта в строй. Например, применение системы авто-
матизированного противопожарного водоснабжения на
лакокрасочном заводе позволило заменить при строи-
тельстве производственных зданий железобетонные
конструкции металлическими и значительно уменьшить
сроки их строительства. Технико-экономический анализ
вариантов технических решений в данном случае за-
ключается в сопоставлении разновременных экономиче-
ских показателей. В этом случае необходимо, чтобы со-
поставляемые величины затрат и полезного эффекта
были оценены с экономических позиций. При сопостав-
лении стоимости объектов с различными уровнями эф-
фективности систем противопожарного водоснабжения,
внедрение которых влияет на продолжительность по-
стройки, необходимо их фактическую стоимость (в те-
кущих ценах) привести к стоимости на базисный год
(относительно которого определены индексы цен).
Ущербы от пожаров
При сравнений вариантов технических решений воз-
никает необходимость определения ущерба от пожара.
Общий ущерб от пожаров учитывает затраты на вне-
плановый ремонт, которые определяют в результате
оценки последствий (составления сметно-финансовых
расчетов) для ликвидации вызванных пожаром неис-
правностей, ^пхсрбы от стоимости невыработанной про-
дукции, стоимость простоя рабочей силы и оборудова-
ния, стоимость потерь, связанных с нарушением техно-
логического процесса, и выход из строя технологическо-
го оборудования в результате возникшего пожара, а
также ущерб, связанный с гибелью или получением по-
страдавшими телесных повреждений. Ущерб в этих слу-
чаях рассчитывают по формуле
Y=^aN+bM+cL,
где У — ущерб от пожара, руб/год, а — математическое ожидание прямо-
10 ущерба от одного пожара, руб., А/— интенсивность возникновения пожа-
ров, год—1, Ъ — математическое ожидание косвенного ущерба от I ч простоя
технологического процесса руб'год, М — математическое ожидание с>ммариой
дтнтельности простоя, пьпваиного пожаром, ч/год, с — ущерб, связанный с
гибелью одного человека или получением пострадавшим телесных понреж-
Депнй I. — число человеческих жертв в году
Следует отметить, что для расчета ущербов от по-
жаров необходимо иметь объективную исходную ин-
68

формацию об ущербах от пожаров. Проведенные авто-
ром исследования показывают, что прямой ущерб от
пожаров является случайной величиной, распределение
которой достаточно хорошо описывается законом Вей-
булла:
Р{У<Уя}^Р(У) = 1-ехр [—(У/У.) ='],
где Р(У< Уд} — вероятность того, что все значения переменной величины У
будут меньше детерминированной (фиксированной при любых условиях)
ве;1ичнны У или равны ей; У — ущерб от возможиого пожара, тыс. р^й .
у =у/г[A+>4)/х1 — параметр распределения; У — математическое ожидание
ущерба, тыс руб ; Г[A+и)/и] — гамча-фупкдия, и — константа распределения
5 ПОСТРОЕНИЕ РАЦИОНАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
ПРОТИВОПОЖАРНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Наиболее рациональную структуру системы, отве-
чающую оптимальному решению, выбирают в результа-
те рассмотрения технико-экономических показателей
конкретных вариантов решений систем противопожар-
ного водоснабжения. В основе построения рациональ-
ной структуры лежит системный подход к рептепню за-
дачи, позволяющий разработать алгоритм расчета ха-
рактеристик элементов и компоновки \злов системы,
прогнозировать поведение водопроводных сооружений
в условиях предстоящей эксплуатации, оценить показа-
тели надежности и экономичности реи1ения и отыскать
параметры, характеризующие оптимальный режим ра-
боты системы.
Определение рационального варианта рен1ения
включает следующие этапы:
постановку задачи и уточнение цели;
создание вариантов решения, отличающихся спосо-
бом достижения поставленной задачи;
определение номенклатуры параметров показателя
качества функционирования систе.мы;
определение слагаемых приведенных затрат, вклю-
чая капитальные вложения на возведение сооружений,
издержки эксплуатации и потери в результате пожаров;
отыскание наиболее рационального варианта техни-
ческого решения, отвечающего наибольн1ему значению
критерия эффективности.
В результате анализа необходимо:
выявить наиболее весомые факторы, определяющие
слагаемые комплексного показа геля качества функцио-
нирования создаваемой системы;
69

определить численные значения показателей качест-
ва функционирования и экономичности для оценки кри-
терия эффективности вариантов решения;
оценить показатели эффективности вариантов реше-
ний для осрювных сооружений, необходимые для ана-
лиза и синтеза рациональной структурной схемы компо-
новки водопроводных сооружений.
6. МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ РАЦИОНАЛЬНОГО ВАРИАНТА
СИСТЕМЫ ПРОТИВОПОЖАРНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
При выборе рациональной схемы компоновки водо-
проводных сооружений предварительно используют по-
казатели, позволяющие установить техническую и эко-
номическую целесообразность варианта решения. Впо-
следствии применяют более подробный анализ технико-
экономических показателей выбранной модели техни-
ческого решения. При этом принимают во внимание:
значимость (главенство) элементов системы [с по-
мощью показателей значимости (весомости)],— количе-
ственно оценивающих вклад каждого элемента системы
в решение поставленной перед системой цели;
структурную схему и принцип действия системы (с
помощью комплекса отношений, позволяющих опреде-
лить значимость отношений между элементами систе-
мы);
параметры, позволяющие качественно оценить вклад
каждого элемента в общий функциональный показатель
системы (выявить наиболее слабые места в связях
между элементами, разработать программу реализации
принятого решения и детально исследовать работоспо-
собность системы);
надежность работы системы (характеризующую
безотказность работы системы, условия обнаружения
п|)нчин аварий и устранения их, а также трудоемкость
технического обслуживания);
показатели безопасности работы операторов, харак-
теризующие условия их работы при эксплуатации и
техническом обслуживании системы под воздействием
механических и электрических факторов, а также ядо-
витых и взрывчатых паров, представляющих угрозу для
жизни и здоровья человека;
экологические показатели, определяющие уровень
вредного воздействия воды и химических водных рас-
70

творов на материальные ценности и окружающую среду
при испытаниях, ложных срабатываниях, утечке этих
компонентов во время эксплуатации системы;
эффективность работы системы и экономичность
предлагаемого технического решения.
При а1гализе вариантов технического решения учи-
тывают опыт проектирования аналогичных объектов;
показатели назначения системы (время подачи воды
для тушения, режим подачи поды, инерционность вклю-
чения подачи поды и т. п.); экономические условия.
Иаилучпшй вариант технического решения выбирают в
результате обоснования задачи, построения альтерна-
тивных вариантов структуры системы, генерирования
технического решения, обоснования принимаемого ва-
рианта.
На уровне О рассматривают характеристику объекта
в отношении режима водообеспечения и его стоимость;
характеристику пожарной опасности объекта (пожар-
ную нагрузку в Зданиях и сооружениях, частоту воз-
никновения пожаров, вероятность человеческих жертв и
размеры возможного ущерба от пожаров, косвенные по-
тери в результате простоя); требования защиты окру-
жающей среды (био-, гидро- и атмосферы).
На уровне I анализируют архитектурно-планировоч-
ные условия объекта (площадь пола между пожарны-
ми отсеками, высоту технологических аппаратов, объем
помещений); требования к пожарным разрывам; харак-
теристики инженерных сооружений; мощность энерго-
снабжения; производительность промышленного водо-
снабжения и др.
На уровне II рассматривают задачи наиболее ра-
ционального применения систем противопожарного водо-
снабжения; уточняют требования функционального на-
значения; выявляют режимы потребления и расходова-
ния воды; определяют уровень бесперебойности подачи
воды; рассчитывают инерционность включения подачи
воды, намечают схемы подачи и распределения воды;
назначают напор воды в расчетных точках системы;
намечают конструктивное исполнение основных водо-
проводных сооружений; уточняют номенклатуру пара-
метров, характеризующих показатель качества функ-
циоиирования.
На уровнях II и III решают вопросы анализа и син-
теза структуры. На уровне III представляют пред-
71

проектные (эскизные) решения элементов системы (под-
земный водопровод, наземный сухотруб, водопнтатель
оснопноп и автоматический, дозатор пенообразователя,
емкости для запасов воды и пенообразователя, поме-
щение пожарной насосной станннн, пожарная автома-
тика, энергоснабжение насосно-силового оборудования
и т. п ).
На уровне IV уточняют номенклатуру оборудования
противопожарного водопровода (тип пожарного гидран-
та; размер и вид вытки для установки стационарного
лафетного ствола; тип лафетного пожарного ствола; вид
арматуры для включения и выключения подачи воды и
водного раствора пенообразователей; размер н тип под-
земного водопроводного колодца и камеры; характери-
стику побудительной системы; вид оборудования водо-
орошения; характеристики генераторов пены; вид по-
жарного извещагеля и т. п.). На данном уровне ставят
конкретные задачи по комплектованию того или иного
узла в зависимости от специфических особенностей.
При анализе вариантов и моделировании решений
возможны три подхода. Первый подход заключается в
том, что процесс формирования структуры рассматри-
вают как систему, содержащую множество операций
(элементов системы), которые воздействуют друг на
друга и ведут к достижению общей цели — разработке
рациональной схемы. Второй подход к моделированию
операций построения схемы основан на анализе, синте-
зе и оценке параметров системы. Третий подход заклю-
чается в том, что при анализе рациональной схемы осо-
бое внимание уделяют ее структуре с учетом специфи-
ческого характера варианта решения. При построении
варианта схемы решения учитывают опыт проектирова-
ния аналогичных объектов; материально-технические
возможности для возведения разрабатываемой систе-
мы; информацию о работе существующих конструктив-
ных элементах системы; экономические условия и про-
изводственные возможности объекта водоснабжения
Создание технического решения включает следую-
щие этапы работы:
идею создания нового технического решения и фор-
мулирование основных функций системы водоснабже-
ния;
разработку технического задания, включающего
определение требований к проектированию системы и
72

устарювленне необходимых параметров водопроводных
сооружений;
разработку рекомендаций по проектированию водо-
проводных сооружений п оборудования противопожар-
ных водопроводов;
технологическое решение (построение принципиаль-
ной схемы, определение структуры системы, установле-
ние слагаемых комплексного показателя качества функ-
ционирования системы и определение его числовых зна-
чений) и оценку затрат на возведение и предстоящие
издержки эксплуатации;
структурный анализ и синтез оптимальной струк-
туры;
определение показателя эффективности выбранного
варианта решения (путем сравнения показателей эф-
фективности нового и базового варианта решений);
экспериментальное проектирование и строительство
системы;
опытную эксплуатацию с целью выявления и устра-
нения наиболее слабых мест, определяющих неэконо-
мичность и низкую эффективность системы
Глава 3. МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
КОММУНАЛЬНОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
При проектировании системы водоснабжения преж-
де всего необходимо определить требуемое количество
и режим расходования воды потребителями. Много-
функциональные системы водоснабжения обеспечивают
различных потребителей, расходующих воду на разно-
образггыс нужды. От того, насколько точно определены
расходы воды потребителями, насколько режим расчет-
ного потребления воды приближен к фактическому, по
многом зависит качество функционирования системы
водосгга^бжсння и входящих в нее водопроводных соо-
ружении. Основными потребите. 1ЯМИ вод1,1 являются
жители городов и насслсннык пунктов, а также рабо-
чие во время пребывапих их на работе. Ниже рассмот-
рены методы определения расчетных расходов воды.
73

1 РЕЖИМ ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
РАБОТЫ СООРУЖЕНИЙ
Суточные объемы водопотребления населенных мест
Расход воды, потребляемой в сутки на хозяйствен-
но-питьевые и бытовые нужды города или поселка в
целом, рассчитывают по формуле
п
1=\
где 5 — суточный расход воды м^ сут—'; (?^ — средний (за год) расход
воды на одного жителя в 1ы микрорайоне, Л'сут-', принимаемый по нор-
мам [4], Л/; — расчетное число жителей в i-м микрорайоне с >четом ожн
даемой перспективы развития населения, тыс чел , п — число микрорайонов
юрода, отличающихся между собой уровнем санитарио технического благо-
>стройства
Среднесуточный расход воды служит отправной точ-
кой определения расчетного расхода, который должен
удовлетворить потребность населения в любое время
года, месяца, недели, включая сутки наибольшего во-
допотребления.
Режим потребления воды населением
Параметры водопроводных сооружений систем во-
доснабжения городов и населенных мест рассчитывают
на определенный расчетный период, который может
включать несколько очередей строительства, учитываю-
щих перспективу развития города и повышение уровня
благоустройства потребителей воды. Расход воды, на
пропуск которого рассчитывают элементы системы во-
доснабжения, изменяется в течение кварталов года, ме-
сяцев сезона, часов суток и минут часа. Эти колебания
водопотребления необходимо учитывать при проектиро-
вании системы водоснабжения и водопроводных соору-
жений. Изменение потребления воды по годам обуслов-
лено увеличением численности населения и повышением
уровня благоустройства. Рост численности населения и
увеличение норм водопотребления поддаются прогнозу,
характеристики которого получают на основании обра-
ботки статистической информации о работе действую-
щих систем водоснабжения. Данные о прогнозе разви-
тия города учитывают в процессе проектирования но-
вых систем водоснабжения путем резервирования до-
74

полнительных площадей для развития тех или иных
элементов, предусмотренных очередностью строительст-
ва. Сезонные изменения водопотребления определяют
главным образом миграция населения и климатические
факторы, характерные для заданного места расположе-
ния города. Летом население ряда городов уменьшает-
ся в связи с отъездом за город, на отдых, и водопотреб-
ление снижается. В других городах, главным образом
курортных, численность населения летом значительно
возрастает, что приводит к резкому увеличению водо-
потребления.
Параметры водопроводных сооружений системы во-
доснабжения рассчитывают таким образом, чтобы
удовлетворить потребности населения в воде в период
сезонных пиков. При подборе насосного оборудования
и особенно при технико-экономическом расчете водово-
дов и водопроводных сетей учитывают кратковремен-
ность периодов максимального водопотребления.
Суточные и часовые колебания расходов воды яв-
ляются результатом неравномерности потребления во-
ды в городе. Неравномерность потребления воды в дни
недели обусловлена укладом жизни города и связана,
главным образом, с чередованием рабочих и нерабочих
дней и в значительной мере зависит от производствен-
ного профиля города или населенного места.
В городах, большая часть населения которых имеет
выходные в субботу и воскресенье, суточное водопотреб-
ление изменяется весьма значительно. При выходных
по «скользящему» графику разница в расходах воды по
дням недели сглаживается. Параметры водопроводных
сооружений системы водоснабжения должны иметь до-
статочную производительность для гарантированной
подачи воды в сутки «максимального водопотребле-
ния». При этом допускается форсированный режим ра-
боты—повышенные скорости движения волы в трубах
водопроводных сетей, выход насосов из зоны оптималь-
ных значений коэффициентов полезного действия, по-
вышенный расход реагентов на очистных сооружениях
и т. п.
Форсированный режим работы системы в сутки мак-
симального водопотребления оправдывается тем, что в
сутки среднего водопотребления, составляющие значи-
тельную часть работы водопроводных сооружений, они
находятся в оптимальном режиме эксплуатации.
75

в наибольшей мере на режиме работы системы от-
ражается часовая неравномерность водопотребления.
Колебания часовой неравномерности трудно оценить
какими-либо параметрами. В большинстве случаев
процесс отбора воды потребителями характеризуется
множеством не поддающихся учету факторов, часто но-
сящих случайный характер. В то же время имеется
вполне определенная общая закономерность возраста-
ния расходов воды в дневные часы и уменьшения их
ночью. Практика показывает, что амплитуда этих слу-
чайных изменений водопотребления завис^'т от числа
водопотребителей — уменьшается с его возрастанием.
Для выполнения расчетов параметров водопровод-
ных сооружений систем водоснабжения с учетом нерав-
номерности водопотребления в СНиПе даны средне-
суточные за год нормы хозяйственно-питьевого водо-
потребления и приведены значения суточного и часового
коэффициентов неравномерности.
Нормативные указания, основанные на анализе фак-
тической работы систем городского водоснабжения,
позволяют определять величины расчетных суточных
расходов воды в сутки наибольшего 5макс и наименьше-
го 5м11и водопотребления. Величина 5маис является ос-
новным расчетным параметром для расчета системы
водоснабжения и ее сооружений.
Режим работы систем подачи воды должен учиты-
вать характер потребления воды в течение суток, т. е.
колебания отборов воды в отдельные часы суток. Про-
цесс отбора воды потребителями является случайным и
неуправляемым, зависящим от влияния многих факто-
ров (санитарно-технического оборудования жилищ, гра-
фиков работы учреждений и предприятий, из.менений
погоды и т. д.). Вследствие этого представление о ре-
жиме водопотребления можно получить только исходя
из результатов анализа фактического режима водо-
потребления в городах с условиями жизни, близкими к
условиям жизни города, для которого проектируют си-
стему водоснабжения.
На основе анализа статистических данных об экс-
плуатации городских водопроводов СНиП даны реко-
мендации для определения наибольшего часового Q^avc
и наименьшего часового Qmhh расходов воды. Расходы
Рмакс и Qmhh На хозяйственно-питьевые нужды населе-
ния рассчитывают по формулам:
76

Таблица 10. Потребители воды на хозяйственно-питьевые
нужды и души иа промышленных предприятиях
Потребители воды
Поливка И мойка покрытий
проездов и площадей, по-
ливка зеленых насаждений
Хозяйствеипо-питьевые
нужды и души на промыш-
ленных предприятиях
Расход воды, % максимального суточного
расхода, по периодам видопотреблепия
максимальною
0
20-40
среднего
20—50
30—50
минимального
50—80
10-50
ДЛЯ суток наибольшего водопотребления максималь-
ный часовой расход
Ц;макс =ОмакоОмакс/24,
минимальный часовой расход в те же сутки
Vmhh = СЕмяно макс/^4,
■"Д^ ''мако " "нвв ~ коэффициенты неравномерности часового водопотреб
ления в течение суток.
Расход В час наименьшего водопотребления суток
определяют по формуле
Ч*мян=ам«н5мян/24.
Значения коэффициентов Дмакс и Дмин определяют
по формулам:
"макс ~' 01мвкс Рмакс» I
"мии ^ <Хмии Рмин< I
где а — коэффициент, учитывающий степень благоустройсгва зданий, ре
жим работы предприятий и другие местные условия, Р — коэффициент, j4h
тывающий количество жителей в населенном пункте
Требования СНиП рекомендуют следующие числен-
ные значения коэффициентов а : амакс = 1,2.. .1,4 и
«мин = 0,4. ..0,6.
Коэффициент р следует принимать в зависимости от
числа жителей.
Число 5кнтелей,
тыс. чел 1,5 4 10 20 30- 100 300 10(,0
Рмакс 1,8 1,5 1,3 ],2~ 1,15 1,1 1,03 1
Рмим 0,1 0,2 0,4 0.5 0,6 0,7 0,83 1
К расходам воды Смаке И Qmhh на хозяйственно-
питьевые нужды населения добавляют расходы воды
"а поливку и мойку поездов и площадей и на поливку
городских зеленых насаждений (табл. 10).
77

'/(, птЬ
16 78 70 П ?4
Часы суток
Рис. 4 График подачи и потребления воды по часам суток
I — потребление воды, 2 — подача воды; 3 — среднесуточное потреблеине
График потребления воды населением
Для определения параметров водопроводных соору-
жений системы необходимо знать динамику отбора во-
ды потребителями в течение суток. Подобные графики
режима водопотребления составляют на основании ин-
формации о действующих системах, близких к проекти-
руемой системе по условиям климата, численности на-
селения, степени благоустройства. Это дает возмож-
ность получить предельные расчетные часовые расходы
Для суток наибольшего и наименьшего водопотребле-
ния—Q макс И Q
Графики расхода воды по часам представляют со-
бой ступенчатые диаграммы, в которых расход воды в
пределах каждого часа предполагается постоянным, а
возможные изменения отборов воды в пределах часа не
учитываются. Такое допущение не вызовет существен-
ных нарушений водообеспечения потребителей, так как
в расчетный период до ее очередного расширения все
сооружения системы имеют резерв для увеличения по-
дачи воды. Кроме того, водопроводные сооружения об-
ладают определенной гибкостью и резервами произво-
дительности. Примеры графиков водопотребления по
часам суток приведены на рис. 4 и в табл. П.
Если система водоснабжения подает воду пред-
приятиям, расположенным в городе, графики отборов
78

Таблица 11. Колебания часового расхода воды по часам
суток
Часы
суток
0—1
1—2
2—3
а-4
4—5
5-6
6-7
7-8
8-9
!)—!0
10-П
11-12
Часовой расход, % су-
точного при
а=1,35
3
3,2
2,5
2,6
3,5
4,1
■1,5
4,9
4,9
5,6
4,9
4,7
а=1,25
3,35
3.25
3,3
3.2
3,25
3,4
3,85
4,45
5,2
5,05
4,85
4,6
1
Часы
CVTOK
12—13
13—14
14—15
15—16
16-17
17—18
18—19
19—20
20—21
21 —22
22—23
23—24
^Гacoвoй
расход, % (.у-
точною при
а-1,Ч5
4,4
4,1
4.1
4,4
4,3
4,1
4,5
4,5
4,5
4,8
4,6
3,3
а = 1,25
4,6
4,55
4,75
4,7
4,65
4,35
4.4
4.3
4.3
4,2
3,75
3,7
ноды следует сложить с графиками хозяйстпенно-пптье-
пого водопотребления. В большинстве случаев крупные
промышленные объекты расходуют воду сравнительно
равномерно в течение суток. Изменения расходов ис-
пользуемой воды обычно носят сезонный характер
Следует отметить, что графики водопотребления в
пределах суток отражают различные события, происхо-
дящие в городе, например в периоды интересных спор-
тивных соревнований, радио- и телепередач потребле-
ние воды резко падает. Графики потребления воды в
праздничные и предпраздничные дни отличаются от
графиков потребления воды в будние дни и т. д.
Режим взаимодействия работы сооружений
После того как выбрана структурная схема водо-
снабжения города, т. е состав, виды п взаимное распо-
ложение основных сооружений, определены расчетные
суточные расходы воды 5ср и 5„акс, задан график водо-
потребления в течение суток, устанавливают режим ра-
ооты сооружений с учетом их взаимодействия и взаимо-
связи Система водоснабжения должна чдоплетворять
ребованиям потребителей к объему и режиму снабже-
ния их водой.
Взаимосвязь в работе отдельных сооружений систе-
мы водоснабжения города показана на рис. 3. В систе-
79

\iy входят водоисточник с водозаборными сооружения-
ми и иапорно-регулирующая емкость (башня), распо-
ложенная в точке примыкания водоводов к сети Гра-
фик изменения часовых расходов воды в пределах су-
ток наибольиюго водопотребления 5манс приведен на
рис. 4
Воду в систему подают насосные станции HC-I и
ИС-И Станция первого подъема HC-I подает суточный
расход (в том числе ^макс) 43 природного источника на
очистные сооружения. Режим работы водозабора, на-
сосной HC-I п станции очистки воды обычно принима-
ется равномерным в течение суток. В соответствии с
этой нагрузкой определяют производительность и мощ-
ность сооружений, а также величину сброса в резер-
вуар чистой воды.
Из резервуара очин1,еппая вода насосами станции
второго подъема IIC-1I подается по водоводам в водо-
проводную сеть. Прн этом режим подачи воды должен
приближаться к графику водопотребления. Поэтому
график работы станции ИС-И обычно принимают сту-
пенчатым. Резервуар чистой воды является первой «ре-
гулирующей емкостью», на границе с различны.ми режи-
мами работы системы. Второй регулируюп^ен емкостью
является водонапорная бапшя (или напорный резервуар).
В отдельные часы суток подача воды насосной станцией
второго подъема может быть больше или меньше отбо-
ра воды по графику водопотребления. В этом случае
избыток поданной воды поступает в бак водонапорной
башни или, наоборот,— из водопроводной сети отбира-
ется вода от НС-П и банши. Водопроводная сеть по-
дает воду к водоразборным устройствам, из которых
потребители забирают воду. В рассматриваемом слу-
чае на насосной станции второго подъема установлены
два насосных агрегата (не считая запасных) Первый
работает с О до 4 ч, подавая за 1 ч 2,5 % суточного
расхода воды (максимального), второй насос вступает
в работу в 4 ч и действует вместе с первым до 24 ч.
Оба насоса подают за 1 ч работы 4,5 % суточного рас-
хода. График работы насосной станции представлен на
рис. 4 пунктирной линией. За сутки насосы подают ко-
личество воды, какое расходуется городом: B,5-4)-)-
4-D,5-20) = 100 %. В отдельные часы суток подача на-
сосов больн1е нли меньше потребления воды Из графн
ков подачи и потребления воды легко уяснить роль во-
80

доиапорной башни. В часы, когда подача насосов пре-
пышает потребление (например, от 4 до 6 ч), избыток
поды подается в башню. Центробежные насосы при лю-
бом графике водопотребления могут подавать воду в
сеть, не имеющую башен или резервуаров. Использова-
ние безбашенных систе.м оказывается экономичным
только при относительно небольших ЗР1ачениях коэффи-
циента часовой неравномерности расхода воды. Для оп-
ределения параметров элемергтов системы водоснабже-
ния необходимо уяснить связь не только между расхо-
дами, но н между напорами, создаваемыми в системе.
Насосные станции должны подавать воду потреби-
телю под требуемым напором. Разбор воды большинст-
вом потребителей происходит на некоторой высоте над
поверхностью земли, поэтому в водопроводной сети
должно быть давление, достаточное для подъема воды
до наивысшей водоразборной точки и ее излива, а так-
же для преодоления сопротивлений, встречающихся на
ее пути.
Пьезометрическую высоту Ясв, необходимую для
нормальной работы водопровода, или «свободный на-
пор» I! водо1гроводнон сети определяют по формуле
Ясв=Яо+/гн+/г,
г ^е //о — геометрическая высота расположения наивысшем по,шразбо1)Н()Г1
точки над поверхиостыо земли, h„ ^ иапор у водоразборных приборов,
h — потери напора от точки городской сети до полорлзборпон точки внутри
здания
Для городского водопровода величину Ясв прини-
мают в зависимости от этажности их застройки: при
одноэтажной застройке Ясв=10 м; при большей этаж-
ности— плюс 4 м на каждый следующий этаж (в часы
минимального водопотребления — плюс 3 м на этаж).
Во всех точках водопроводной сети при работе водо-
провода (при отсутствии пожара) должен быть обеспе-
чен напор не меньше указанных значений Ясв-
На рис. 5 приведена расчетная схема для определе-
ния пьезометрических линий. Неблагоприятными по
располагаемому напору оказываются точки, наиболее
Удаленные от башни и имеющие высокие геодезические
отметки. В этих точках самые низкие свободные на-
поры.
Для определения расчетного напора, который необ-
одимо создать в начале сети, выбирают «критические»
Очки сети, неблагоприятные как в отношении их геоде-
ических отметок, так и удаленности от источника пи-
81

Рис 5 Расчетная схема для определения пьезометрических ли-
тания. На рис. 5 критической будет точка а (с отмет-
кой z), наиболее возвышенная из конечных точек сети.
Отложив в этой точке требуемый свободный напор Ясв,
получим расчетную пьезометрическую высоту для кри-
тической точки сети 2+Ясв. Необходимая величина Ясв
должна быть обеспечена в точке а в любой момент ра-
боты сети, включая максимальный водоразбор, при ко-
тором потери напора 2Л на всех участках от башни до
критической точки сети будут иметь максимальную ве-
личину. Пьезометрическая линия, характеризующая па-
дение напора в сети в часы максимального водоразбо-
ра, представлена на рис. 5 линией 6iai. В точке б дол-
жен быть создан такой напор Яб, чтобы при макси-
мальном уклоне пьезометрической линии напор в точ-
ке а не падал ниже заданного Ясв- Таким образом,
высоту расположения дна бака башни над поверх-
ностью земли определяют из выражения
Яб = ЯсН-2Л-(гв-г).
Напор насосов для подачи воды определяют по
формуле
Ян = (гб-г„) -f (Яб+Яо) -ЬЛз,
где го — отметка осн насосов, И^ — расчетная высота бака башни
2 ПОДАЧА воды К МЕСТУ ПОЖАРА
Воду из водопровода отбирают через пожарный гид-
рант передвижными пожарными автонасосами или мо-
топомпами (рис. 6). При отсутствии водопровода с до-
82

А
w^ykwww^^^".
Ли^л.р^ к»л »i.^»i
\///////7
Рис. 6. Схема отбора воды из водопровода
пожарным насосом
/ — пожарная подставка, 2 — водопровод; 3 — водопро-
водный колодец; 4 — пожарный гидрант, 5 — пожарная
колонка, 6 — рукавная линия, 7 — пожарный автона-
сос; * — пожарный рукав, 9 — пожарный ствол
Рнс. 7 Виды iiacociio рукавных систем
а — простейшее соединение, б — последовательное соединение, в — смешан-
ное соединение, / — насос, 2 — магистральная рукавная линия, Л — рабочая
рукавная линия, 4 — пожарный ствол
статочным для тушения пожара расходом воду забира-
ют передвижными пожарными насосами из естествен-
ных (реки, озера, пруды и т. п.) и искусственных водое-
мов (резервуары, копани и т. д.). Для нормальной рабо-
ты передвижных пожарных насосов к водоемам устраи-
вают специальные подъезды и пирсы. Для подачи воды
во время пожара предусматривают прокладку насосно-
рукавных систем. Выбор того или иного вида иасосио-
83

рукавных систем диктуется характеристикой водопро-
вода (водоотдачей, удаленностью гидранта от очага по-
жара), характером развития пожара и рядом других
показателей, определяющих тактические схемы развер-
тывания техники. Если тушение пожара возможно при
подаче небольшого расхода воды, то от передвижного
пожарного насоса прокладывают одну рукавную линию.
Такой вид насосно-рукавной системы называется про-
стейшим соединением (рис. 7). Если для туше-
ния пожара воды, содержащейся в автоцистерне пожар-
ного автомобиля, недостаточно, то от передвижного по-
жарного насоса прокладывают магистральную рукавную
линию до места пожара и к ней подсоединяют рабочие
рукавные линии. Если к магистральной рукавной линии
подсоединена одна рабочая рукавная линия (см. рис.
7, б), то такой вид насосно-рукавной системы называет-
ся последовательным соединением. Если к
магистральной рукавной линии подсоединяется несколь-
ко рабочих рукавных линий (см. рис.7), то такой вид на-
сосно-рукавной системы называется смешанным со-
единением.
Для борьбы с крупными пожарами применяют лафет-
ные стволы. К таким стволам вода, как правило, пода-
ется одновременно по нескольким магистральным лини-
ям (рис. 7). Такой вид насосно-рукавной системы назы-
вается параллельным соединением.
Расчет насосно-рукавных систем
Расчет насосно-рукавных систем сводится к опреде-
лению требуемого напора насоса в зависимости от рас-
хода воды, подаваемой к месту пожара. Для определе-
ния этих параметров строится расчетная схема (рис. 8).
Требуемый напор насоса определяют по формуле
Я=Лр+Яс+г,+22-ЬЛв,
где Лр — потери напора в рукавной системе; Я,. — свободный напор перед
стволом; Zi — высота подъема стволов над осью насоса; Zz —высота вса-
сывания; ftg — потери напора во всасывающей линии.
Для практических расчетов напор насоса определя-
ют по формуле
H=Sc.ctQ4z, (9)
где 5,,^^^ — сопротивление рукавной системы, зависящее от вида рукавиой
системы и диаметра установленных на пей пожарных стволов, Q — рас-
четный расход воды; г — высота подъема пожарных стволов над осью
насоса
84

Рис 8 Расчетная схема насосно-ру-
кавиой системы
/ — пожарный автопасос, 2 - рукавная систе
ма; 3 — пожарный ствол
Гидравлические расчеты насосно-рукавных систем
сводят к решению трех основных задач.
1. Определение напора насоса, если заданы расчет-
ный расход воды (напор перед пожарным стволом),
вид насосно-рукавпой системы, а также длина и диа-
метр рукавов.
2. Определенно расхода воды по заданному напору
насоса.
3. Определение предельной длины насосно-рукавной
системы по расчетному расходу воды и напору насоса.
1. Определение напора насоса. Требуе-
мы11 напор насоса определяют по формуле (9). Для ру-
кавного соединения (рис, 7,а), состоящего из одного ру-
кава, сопротивление системы вычисляют по формуле
где So — сопротивление рукавной линии; s^ — сопротивление ствола
При последовательном соединении рукавов (см.
рис. 7, б) расход воды в любой точке линии будет оди-
наковым, а общее сопротивление соединения равно сум-
ме сопротивлений всех включенных в соединение рука-
вов.
85

при последовательном со ед и н ен и и рав-
ноценных рукавов общее сопротивление определяют по
формуле
а сопротивление рукавной системы
5с«от^5овщ+*с=ЛЯо+5с. A0)
где л — число рукавов в соединении.
При параллельном с о е д и не и и и рукавных
линий (см. рис. 7, в) общее количество воды, протека-
ющее ежесекундно через каждое из рукавных ответвле-
ний, равно расходу системы до разветвления рукавного
соединения.
При параллельном соединении равноценных (si =
=S2=S3= ... =s„) рукавных линий общее сопротивле-
ние будет равно
где S — сопротивление одной лниии, ft — число линий в параллельном со
единении; So—сопротивление одного рукава; п — число рукавов в каждой
линии.
Сопротивление системы, состоящей из рабочих рукав-
ных линий с пожарными стволами, определяют по фор-
муле
5сяст = «общ-|-«о=Лр5''о/^'-+-5с- A1)
Рассмотрим CMC !п а иную систему (см. рис. 7, в)
с тремя пожарными стволами, вода к которым подает-
ся от насоса по магистральной линии и разветвлению
на три рабочие рукавные линии. Сопротивления отдель-
ных рабочих линий со стволами определяют по правилу
последовательного соединения, т. е. Sp=s+Sc (Sp — со-
противление рабочей рукавной линии, Sc — сопротивле-
ние ствола).
В практике пожаротушения чаще используют одина-
ковые пожарные стволы и рабочие линии, поэтому на-
пор перед стволами одинаков и равен Не, общее сопро-
тивление рабочих рукавных линий, которое вычисляют
по правилу параллельных соединений, будет равно
Таким образом, общее сопротивление смешанной систе-
мы соединения рукавов с разветвлением на три рабочие
линии будет равно
Оеа«т

Когда в разветвлении используют несколько рабочих
линий k и несколько магистральных линий е, общее со-
противление смешанной системы соединения рукавных
линий будет
где i„ — сопротивление магистральной рукавной лнпни; s^ — сопротивление
одного ответвления рабочей линии.
При смешанном соединении рукавных ли-
ний (см. рис. 7, в) общее сопротивление рукавной сис-
темы определяют по формуле
Sc,oi=s"onM/e2-fs''onp-fSc/62, A2)
где SMon„/e' — сопротивление магистральной линии (s«a — сопротивление од-
ного рукава, л„ — число рукавов в магистральной линии, е — число ли
иий); S ?/1р/й'— сопротивление рабочей линии (sP—сопротивление одного
рукава; п. — число рукавов в каждой из рабочих линий, fe — число линий
рабочих рукавов, равное числу пожарных стволов).
Напор насоса для смешанного соединения рукавных
линий устанавливают но формуле
Я = sc (Q/6J-f «РоЛр (Q/6)»-f s-олм (Q/e) ^+z,
ые Sj(<?/ft)^ — напор ствола, м (Sj. — сопротивление ствола), s"o'i^(<?,'e)^—
потери напора в магистральной линии, м (s^o — сопротивление одного ру-
Kdca магистральной линии); х^Лр(С/йJ — потери напора в одной из рабо
чих линий, м {sR — сопротивление одного рукава рабочей линии), г — вы
сота подъема стволов над осью насоса, м; k и г — число рабочих и ма
гистральных линий; п^ и п^ — число рукавов в одной из магистральных
линий и одной на рабочих линий; Q — расход 80,(Ы в иасосно рукавной
системе, равный сумме иронзводительностей стволов, л/с
Все приведенные расчеты насосно-рукавных систем
справедливы при условии, если Нц'^Н (Ян — напор на-
соса) при расчетных значениях расхода воды Q.
2 Определение расхода воды по за-
данному напору. При определении расхода воды
учитывают характеристику рукавной системы и рабочий
режим насоса Задачи о совместной работе насосов и
рукавных систем решают графически и аналитически.
При аналитическом peniennn задач о совместной работе
насоса с рукавной системой используют уравнение, ха-
рактеризующее параметры насоса, и уравнение (9), ха-
рактеризующее параметры рукавной системы
а—bQ2=5c„ctQ2-|-2 A3)
Для расчета расхода воды, подаваемой насосно-ру-
кавной системой, из уравнения A3) получим формулу
Q- /(а-г)/Eсист + в).
87

Рис 9 Характеристика ре
жима работы иасосио р> кавпой
системы
3. Определейис пре-
дельной длины ру-
кавной системы. Зада-
чу определения предельной
длины рукавной системы ре-
шают графически и аналити-
чески, если заданы расчет-
ный расход Q и высота
подъема стволов z. При гра-
фическом рен1ении задачи
строят характеристику Q —
Я насоса (кривая Л5 рис. 9).
На расстоянии величины z,
равной высоте подъема ство-
лов, проводят прямую СД
параллельно оси расходои Q. Из точки Q^, соответствую-
щей величине расчетного расхода воды в рукавной си-
стеме, проводят прямую QE параллельно оси напоров
до пересечения с рабочей характеристикой насоса АВ.
Точка пересечения (точка Е) характеризует рабочий
режим насоса: подачу Q, и напор И,. Отрезок прямой
EQ представляет величину общих потерь напора в ру-
кавной системе. Подставив значение Si„cT, рассчитанное
по формуле A0), в выражение (9) и peinnB уравнение
относительно п, определим предельное число рукавов
для простейшего вида рукавного соединения
n=[(//-2)/Q2-Sc]/sPo
Подставив значение 5сист, подсчитанное но формуле
A2), в выражение (9) и решив уравнение относительно
Пч, определим предельное число рукавов в магистраль-
ной рукавной линии для смен1анного соединения рукав-
ной системы:
n.M=[(W-2)/Q-'-(Sc-fnpsPo)/62]/sVe=
Предельное расстояние от пожарного автонасоса до
.места пожаротушения находят но формуле
L = 20(n„-f/ip).
Перекачка воды автоиасосами
При удаленном водоисточнике используют перекачку
воды по рукавным линиям несколькими пожарными на-
сосами, включенными последовательно. При перекачке
воды первый насос подает воду во всасывающий патру-

Рис. 10 Расчетная схема
для определения гидравличе-
ских параметров пасосио-ру-
кавной системы при перекачке
воды последопательно включен-
ными пожарными насосами
Рис 11. Расчетная схема
для определения числа насо-
сов, работающих вперекачку
', 2, 3. 4, 5 — насосы
бок второго насоса, а последний подает воду в напор-
ную рукавную линию с пожарными стволами (рис. 10).
Для бесперебойной работы системы в конце каждой
ступени перекачки (у всасынающего патрубка последу-
ющего насоса) должен быть свободный напор Ль равный
10 м. В конечной ступени перекачки (у пожарного ство-
ла) величину Не принимают равной напору для созда-
ния требуемого расхода воды через пожарный ствол.
Таким образом, напор каждого насоса в системе пере-
качки складывается из высоты подъема одного насоса
над другим 2, свободного напора h (или Не в конце сис-
89

темы перекачки) и потерь напора в рукавных системах
/ii_2, /^2-3 и т. д. При решении практических задач опре-
деляют число пожарных насосов, работающих висрекач-
ку, н предельные расстояния между ними. Рассмотрим
последовательную работу двух одинаковых пожарных
автонасосов (см. рис. 10).
Расстояние между водоисточником и местом пожара
обозначим через L (рис. 11), а расстояние между авто-
пасосамп но линии перекачки — через I, тогда
L = m/+Z,= (x--l)Z+/„
где т — число ступеней перекачки х —число автопасосов равное т+\
Число автонасосов в системе перекачки воды (при
одинаковых насосах) определяют по формуле
где Н — требуемый напор, //i — папор 1кпвиваемый одинм иасосом.
Требуемый напор для работы насосов вперекачку оп-
ределяют по формуле
H=h+Hc+z,
где h — потерн напора в рукавноП линии, //^ — свободный иапор иа коппе
рукавной линии, м; 2 — высота подъема пожарных стволов над уровнем
в )доисточника.
Потери напора в рукавной линии системы перекач-
ки h равны сумме потерь напора в каждой ступени пере-
качки
Л=А1-2+А2-3+Лз-4-|-. . +Л(т-П-т,
где Л|_2—потери напора в линии между первым н вторым насосами
Высоту подъема г представляют в виде равенства
2^г1_2-1-г2-з+2з-4+- • .+^(m-i)-m,
где 2j_2 — высота подъема иасоса в первой стунеин перекачки (индекс
указывает номер иасоса в системе перекачки)
В конечной ступени перекачки принимают высоту
подъема пожарных стволов над осью последнего авто-
насоса.
Таким образом, для решения задачи должны быть
заданы величина L, расчетный расход воды Q и высота
подъема пожарных стволов г. Предельное число рука-
вов между соседними автопасосами при перекачке в
одну линию определяют по формуле
-2 ==■ hi_2/S„Q-;
где /1 —число Рукавов между соседними автонасосами, /i.j —потерн на
пора в рукавной линии между первым и вторым насосами, So — сопротив-
ление одного рукава в линии между насосами; Q — расход воды.
90

Напор каждого насоса находят по формуле
^т-\ — ^(т-1 )-т + ^(m-l)-m + ^^с (т-\у
где Я| — иапор у первого иасоса, '1,_2—потери напора в рукавной липни
между первым и вторым насосами: Zj_2 — высота превышения второго ав-
тонасоса над первым, Н^ — свободный напор в конце рукавной линии
первого автонасоса
Свободный напор Нс{т-\) в конце рукавной линии,
подающей воду к пожарным стволам, принимают равным
величине требуемого напора для работы пожарных
стволов (при заданном расходе воды).
При перекачке воды по двум параллельным рукав-
ным линиям число рукавов между соседними автонасо-
сами определяют по формуле
«i_2 = 4A,_2/S.Q=;
«2_3 = 4A,_,/S,Q=;
A4)
= 4A,„_„_„/S„Q^
Из формулы A4) видно, что при перекачке по двум
линиям расстояние между автопасосами может быть
увеличено в 4 раза по сравнению с перекачкой по од-
ной линии.
Параллельная работа насосов на лафетные стволы
Для тушения крупных пожаров применяют мощные
водяные струи, которые создаются лафетными ствола-
ми. Воду к лафетным стволам часто подают несколь-
кими иожарны.ми автонасосами по общей магистраль-
ной линии (рис. 12, а), либо по самостоятельным рабо-
чим рукавным линиям (см. рис. 12, б).
Для рукавной системы (см. рис. 12, в), представляю-
щей смешанное соединение с одним стволом, Schct опре-
деляют по формуле A2):
5смст=5"оПм/е2+5РоЛр/й2+яс. A5)
Для рукавной системы (см. рис. 12,6), представля-
ющей параллельное соединение насоспо-рукавной сис-
темы с одним стволом, Schct ОНреДбЛЯЮТ НО форМуле
ScHci = S>'onp/*2-bSc. A6)
91

1 2 1
Рис. 12 Схема подачи воды в лафетный ствол
а—по общей магистральной линии; б — по самостоятельным рукавным ли
ииям, / — насос, 2 — рабочая рукавная линия, 3 — магистральный рукан,
4 — лафетный ствол
При параллельной работе насосов на лафетный ствол
приходится решать три задачи.
1. Определение числа пожарных автонасосов при за-
данной рукавной системе и производительности
ствола
2 Определение наиболее рациональной рукавной сис-
темы при заданной производительности ствола и числе
пожарных автопасосов.
3. Определение производительности лафетного ство-
ла для заданной насосно-рукавной системы
1. Определение числа пожарных авто-
пасосов. При параллельной работе пожарных насо-
сов на лафетный ствол производительность лафетного
ствола QcTD должна быть меньше или равна сумме по-
дачи насосов Q, т с. QcTB^y-Q.
Уравнение A3) совместной работы насосов с рукав-
ной системой можно записать и виде
(a-BQ2cT,,)/x2 = Sc„cTQ^CTB-fZ A7)
После преобразований уравнения A7) получим фор-
мулу для определения числа пожарных насосов, работа-
ющих на лафетный ствол:
X = ]/"в/[(а- г)/Q^,з-Scиcт] •
2. Определение наиболее рациональной рукавной
системы. Из уравнения A7) можно определить значе-
ние сопротивления системы
Sc„cT=(a-2)/Q2.TB- в/хЛ A8)
Путем сопоставления вариантов рукавных систем, со-
противления которых находят по формулам A5) и A6),
выбирают систему с наименьнтм числом рукавов. При
этом значении величины 5сист> определенные по форму-
9:^

лам A5) и A6), должны быть меньше или равны зна-
чению 5сист, определенному по формуле A8).
3 Производительность ствола при заданной насос-
ио-рукавной системе. Из уравнения A7) определяют
производительность лафетного ствола для рукавной сис-
темы, имеющей сопротивление 5сист
а — Z
v\
r/et.^
3 ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕСПЕРЕБОЙНОСТИ ПОДАЧИ ВОДЫ
ПРИ ПОЖАРОТУШЕНИИ
Количество воды, отбираемой из водопровода для
тушения пожаров, составляет в течение года незначи-
тельную часть повседневного хозяйственно-питьевого во-
допотребления Qx- Во время пожара расход воды Qn
значительно увеличивается. Подающие и распределяю-
щие воду сооружения системы водоснабжения должны
иметь такие элементы (водопитатели, водоводы, водо-
проводные сети и емкости), которые подавали бы тре-
буемое количество воды нод соответствующим напором.
На рис. 13 показана зависимость QJQx от численности
населения, из которой видно, что в небольших населен-
ных местах с численностью населения до 10 тыс. чел.
расходы воды для тушения пожаров превышают повсе-
дневные расходы воды на хозяйственно-питьевые нуж-
ды. Поэтому выполнение водопроводом функций проти-
вопожарной защиты требует определенных капитальных
затрат, которые определяют по формуле
C=92/x°'3-f0,31 при 5<х^500,
где С — капитальные затраты для достижения требований пожарной за
щиты, выраженные в процентах от общих затрат И4 систему водоснабже-
ния, X — чистенность населения, тыс чел
Трассировка водопроводной сети
Водопроводная сеть предназначена для распределе-
ния воды по территории города, промышленного пред-
приятия, поселка и подачи ее потребителям. В водопро-
водную сеть вода подастся водоводами. При работе
системы ПС исключаются аварии в водоводе, которые мо-
'Ут привести к полгюму прекращению поступления воды
^ "ротивоножарпый водопровод, что недопустимо, по-
этому водоводы прокладывают в несколько линий, и
93

0,i
0.5
0.1
.,
\^
1
"
5 20 го 30 so wo 200 wo 500
тш.чм.
Рис 13 Зависимость Qu/Qx
ОТ численности населения
(^/^oif/feij авария на одной линии при-
водит лишь к снижению по-
дачи воды. Недопустимое
снижение подачи воды пре-
дотвращают путем устройст-
ва перемычек, с помощью
которых в момент аварии
выключается не весь водо-
вод, а лишь поврежденный
участок. Необходимое число
ниток водоводов и перемы-
чек между ними рассчитыва-
ют исходя из условия, чтобы
при аварии водовода во вре-
мя пожаротушения подача
воды не снижалась более
чем на 30%, При устройст-
ве переключений длину ре-
монтных участков водоводов в две линии и более при-
нимают не более 5 км, а при одной линии — пе более
3 км. В городах и поселках обычно устраивают единую
наружную водопроводную есть, распределяющую воду
между всеми потребителями и одновременно позволяю-
щую отбирать воду в случае пожара. Водопроводную
сеть, как правило, прокладывают вдоль дорог, улиц и
проездов, поэтому трассировка наружных водопроводных
сетей тесно связана с планировкой объекта. Трассу се-
ти хозяйственно-питьевого водопровода проводят по
всем улицам, чтобы можно было присоединить к ней
каждое здание. На промышленных предприятиях трассу
сети прокладывают по кратчайшему направлению к ос-
новным сооружениям, отбирающим воду. Для удобства
отбора воды из водопроводной сети па пожарные нужды
расстояние между основными водонроводиыми линиями,
на которых установлены пожарные гидранты, не долж1ю
превышать 200 м. Эги линии соединяются поперечными
линиями (связками), укладываемыми на расстоя-
нии не более 500 м друг от друга. Таким образом,
водопроводная сеть, используемая для отбора воды
на пожарные цели, представляет собой ряд связанных
колец.
Водопроводные сети бывают: разветвленные (тупико-
вые) (рис. 14, а), кольцевые с выраженными магистра-
лями, по которым подается основное количество воды

s)
^
Рис 14 Трассировка водопроводной сети
цазветвлсииая (тупиковая); 6—кольцевая с выраженными магпстра-
(рис. 14, б), и обезличенные кольцевые, в которых нет
резко выраженных основных магистралей. Разветвлен-
ные (тупиковые) сети не рекомендуется использовать
для распределения воды на пожарные нужды. Тупико-
вые сети водопровода разрешается применять на про-
изводственных водопроводах, допускающих перерыв в
подаче воды во время ликвидации аварий; на хозяйст-
венно-питьевых водопроводах при диаметре труб не бо-
лее 100 мм; для пожарных водопроводов при длине ли-
ний не более 200 м (возможная длина рукавных линий,
прокладываемых от пожарных автомобилей). Проклад-
ка тупиковых линий в противопожарных водопроводах
длиной более 200 м допускается лишь при условии уст-
ройства пожарных водоемов и в исключительных случа-
ях по согласованию с органами Государственного по-
жарного надзора.
В городах и па крупных объектах водопроводные
линии подразделяются на магистральные (диаметром
300 мм и более) и распределительные линии (наимень-
ший диаметр распределительных линий 100 мм). В
крупных и развивающихся городах распределительные
линии прокладывают диаметро.м 150—200 мм Часто в
водопроводных линиях бывает трудно выделить магист-
ральные и распределительные линии. Такие сети назы-
вают обезличенными. Обезличенные кольцевые сети до-
роже, чем сети с выраженными магистралями. Приме-
няются в поселках, на нсбольпшх промышленных пред-
приятиях и т. н.
Наиболее целесообразны (по условиям падежной и
бесперебойной подачи воды) для распределения воды
95

te—
;
1
-J^
l4
Рис. 15 Трассировка водо-
проводной сети при расположе-
fiHH водонапорной баиши в кон-
це сети
на пожарные нужды коль-
цевые водопроводные сети
с магистралями п рацио-
нально устроенными связка-
ми между ними. Последние
должны быть рассчитаны
на пропуск количества воды
в район, питаемый магист-
ралью, noTepncBHieii аварию
Магистральные линии для
надежности работы должны
быть закольцованы.
На характер трассировки водопроводной сети сущест-
венное влияние оказывают принятая схема распределе-
ния воды в расчетном режиме системы водоснабжения,
а также место расположения водонапорной башни или
возвышенного резервуара (контррезервуар). В часы мак-
симального водопотребления вода в водопроводную сеть
поступает одновременно от насосной станции и из водо-
напорной башнн (рис. 15) и наоборот, в часы мини-
мального водопотребления водопроводная сеть не толь-
ко распределяет воду между потребителями, но и
транспортирует определенное количество воды для по-
полнения ее запаса в водонапорной башне или возвы-
шенном резервуаре, израсходованного в часы макси-
мального водоразбора или пожара.
Основные требования, предъявляемые к трассировке
водопроводных путей, следующие:
водопроводные линии должны максимально охваты-
вать потребителей, чтобы при распределении воды к
устройствам для ее отбора не требовалось добавочной
прокладки большого числа труб;
трассировка водопроводной сети должна иметь та-
кое иотокораспределенио, при котором достигаются ми-
нимальные затраты на строительство, а также расходы
на эксплуатацию и амортизацию;
трассировка водопроводной сети противопожарного
назначения должна производиться с добавочными ли-
ниями, обеспечивающими надежность и бесперебойность
подачи воды на тушение пожара в случае аварии от-
дельных линий сети;
трассировка водопроводной сети должна учитывать
принятую систему водоснабжения и ее гидравлические
параметры.
96

4. УСТРОЙСТВО ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ
Для подопроподпоп сети и водоводов применяют чу-
гунные, стальные, асбсстоцемептные, бетонные и железо-
бетонные трубы. Вид труб выбирают в зависимости от
величины рабочего давления в водопроводе, условий
укладки (в земле, каналах и т. н), а также из эконо-
мических соображений.
Чугун!1ые водопроводные трубы (ГОСТ 3525—75)
имеют раструбное соединение (раструб одной трубы сое-
диняется с «гладким концом» flpyroii трубы). Трубы из-
готовляют длиной 2—5 м, внутренним диаметром 50—
1000 мм и рассчитаны на внутреннее рабочее давление
1 МПа, усиление трубы 1,6 МПа Чугунные водопро-
водные трубы предохраняют от коррозии методом ас-
фальтирования внутри и снаружи. Стыковое соединонис
труб водоненроницаемое и имеет некоторую гибкость,
допускающую незначительные деформации при просад-
ках грунта по длине линии без нарушения прочности и
герметичности стыка
Оборудопаиис и арматура водопроводных сетей крс-
ПИ1СЯ к трубам с помощью специальных фасонных ча-
стей Некоторые виды фасонных частей (ГОСТ 5525—75
и ГОСТ 9583—75) и их условные обозначения приве-
дены на рис. 16.
Пожарные гидранты устанавливают на сети с помо-
щью специальных фасонных частей — подставок. Они
представляют собой раструбные патрубки, тройники или
кресты (см. рис. 16) с вертикальными фланцевыми от-
ростками диаметром 200 мм, предназначенными для ус-
тановки пожарных гидрантов Чугунные раструбные
трубы используют при устройстве наружных водопро-
водных сетей. Недостатком чугунных труб являются
плохая сопротивляемость динамическим нагрузкам и вы-
сокая металлоемкость по сравнению со стальными труба-
ми. Чугунные трубы (в отличие от стальных) имеют еще
один недостаток — в случае нарун1епия целостности тру-
бы при аварии часто разрушаются крупные участки сте-
нок трубы, что вызывает значительные утечки воды,
особенно на линиях большого диаметра.
Стальные трубы (ГОСТ 10704—76 п ГОСТ 3262—75)
применяют для строительства наружных водопроводных
сетей и водоводов. Эти трубы изготовляют с гладкими
концами и соединяют между собой сваркой. Промыш-
4 Зак. 179 97

Jcu.}
Услобног
ойсзнаиение
на схег^е
Иа и мено8а ни е
Speaod раструбный
КЗ
т
ч раструб - iJiadKULt нонец
X
"и-приЬсх српанец-раструб
72гаиРи.'гл[2д^<иы ионеу
идпичпй раструб
Уитта надбижиая
Ц U о
.UXLa.
У^^
,, с&ертная
е-Ц
5 "I г j'^ ил на срланцеЬая
Седелна срланцебая
^К.
■>j с резьбой
tm
XX
Покирная подстабка раструбная
У^
Тройник раструб -фланец с
пожарной подстабиой
^
Тройник срлпнцеЬый с
по/нарной подстабкой
^
Крест срланец-раструд с
пожарной подстабкой
^
Крест срланиеЬый с по/уарной
годстабкой
98

Эскиз
-Ь— ^
*?*
-^h
-^
Ф
-ф
ф
53^
#^
J^
/f2
^
^
s==1}
Нет-
Услобное
обозначение
на схеме
>-
К^^
Рк
>^Ч
ьЯ
>^
>1<
НрН
>р<
/^
/^
Г
/^
^
>=а
1^х
//о (У меноВа н и е
Труда oai трудная
Тройник срланцебыи
») раструбнь'и
1-1 растру^-rprci^f.l
Кгест СП •ahj.eSb'u
11 раструЯнь й
TI раструб' српанеи
Выгу ч аопонц'^Ьыи
>1 nacmpc/dHfi'u
Уоле^'О qi/hiHueSop
?? раструбное
11 pacmnyi? ггади, й «оир^
Cm Бед раструбный
1) раструб-гладкий конец
Т''вре'од срланце^ь'О
71 oacmoyS срранен
Рис 16. Фасонные часги чугунных водопроводных труб
(ГОСТ 9583—75) и их условные обозначения
4* Зак. 179
99

леиностыо выпускаются также спиральные сварные тру-
бы, имеющие большую прочность при относительно ма-
лой толии'не стенок. Стальные трубы используют в мак-
ропористых гр;унтах, п се11смнческих районах, нрн уст-
ройстве переходов под железными и автомобильными
дорогами, но мостам н эстакадам и при устройстве дю-
керов, т. е. в условиях, где могут возникать большие
динамические нагрузки и изгибающие усилия.
Стальные трубы по сравнению с чугунными выдер-
живают болыпее внутреннее давление, имеют ме]идиую
то.1щнну стенок. Больпшя длина стальных труб (но
сравнению с чугунными) уменьшает число стыков и,
следовательно, упрощает и удешевляет работы по мон-
тажу водопроводных линий
Внутренняя поверхность труб предохраняется от кор-
розии Г1>1ем применения полимерных, псментпых и дру-
гих покрытий.
Асбестоиемеитные тр>бы (ГОСТ 539—80) 1!зготов-
ляют четырех марок: ВТЗ; ВТ6, ВТ9; ВТ12 (на рабочие
давления соответствепно 0,3; 0,6; 0,9, 1,2 МПа) с ус-
ловным проходом 50—500 мм. По сравнению с чугун-
HbiMH и стальными асбестоцементные трубы имеют ряд
преимуществ: меньи1ую .массу и подверженность корро-
зии, а также более гладкую внутреннюю поверхность.
О.шако асбестоцементные трубы хрупки. Соединения
труб выполняют с помощью специальных муфт и рези-
новых колец Оборудование водопроводной сети уста-
навливают на те же фасоипыс части, что н для чугун-
пых труб.
Железобетонные трубы при.меггяют в основно.м для
строительства водоводов и в отдельных случаях для
участков магистральной сети большого диаметра E00—
1600 м.м). Железобетонные трубы изготовляют методом
виброирсссования но ГОСТ 12586—74 трех классов:
I, II, III для расчетных давлений 1,5; 1 и 0,5 МПа.
Для устройства водопроводных сетей применяют и
пластмассовые (полиэтиленовые) трубы (ГОСТ 18599--
73). Такие трубы легки и гибки, имеют малую тенло-
ироводиость, не подвержены коррозии, имеют большой
коэффициент линейного расширения, не разрушаются
при замерзании воды. Пропускная способность пластмас-
совых труб на 20—25 % больпю, чем стальных.
На водопроводной сетн устанавливают задвижки,
вантузы, выпуски (рис. 17, а, б, в), пожарные гидранты,
100

в)
Рис 17 Арматура водопроводной сети
п—задвижка, б — вантуз, я -выпуск
предохранительные клапаны н т. п. Задвижки служат
для отключения отдельных участков в сети при ава-
рии на ней и для регулирования расходов воды по от-
дельным участкам. На водопроводах применяют задвиж-
ки с выдвижным или певыдвижным нтннделсм, кото-
рые имеют ручной, электрифицированный или гидравли-
ческий привод. Промышленностью выпускаются задвиж-
ки с диаметром условного прохода 50—2000 мм. Для
автоматического включения и выключения подачи воды
используют электрифицированные задвижки. Для раз-
мещения задвижек увеличивают paSiMcp водопроводных
колодцев (особенно но высоте).
Вантузы служат для выпуска и впуска воздуха в
трубопроводы. Устанавливают их на возвышенных точ-
101

Каменная
отмостко /?юк
1500
Рис
колодец
18 Водопроводный
ПГ-1
BK-t
nr-i
Щ^г^и.
Рис 19 Деталировка уча-
стка водопроводной сети
ПГ —пожарный гидрант, ВК — во-
допроводным колодец / — крест
фланцевый с пожарной подстав
кой. d-150 мм 2- задви/кка d =
= 150 мч, J — патр>бок — фланец—
растоуб d=150 мм -/ — патрубок-
фланец - гладкий конец tl 1511 мм
5 - тройник флачцевый с пожарной
нодставкой d'\oii мм в — переход
фланцевый loO'IOO мм 7 — крест -
фланец--расгруб с пожарной под
ставкой ^/ = 150 мм, 8 — тройник
флапн,е151.1A (i-I50 мм, 9 — задвиж
ка (( 100 мм, /О -пожарная под-
етав1ча раструбная d-I50 мм
ках профиля сети Основной частью вантуза является
плавающий тар. При скоплении воздуха в вантузе шар
опускается и открывает отверстие для выпуска воздуха.
Вантузы для впуска воздуха устанавливают в случаях,
когда имеется опасность образования вакуума или
разрыва сплопшости потока воды.
Выпуски предназначены для слива воды из водопро-
водной сети при ремонте участков: устанавливают их в
наннизшнх точках профиля сети.
Для удобства осмотра, ухода и ремонта арматуру
размещают в водопроводных колодцах (рис. 18), размер
которых определяется диаметром трубопроводов, а так-
же числом размещаемой арматуры. Колодцы строят
из кирпича, железобетона и другого строительного ма-
102

териала. Колодец оборудуют скобами для спуска в пе-
го и горловиной с чугунным люком. Колодцы, устраива-
емые в «мокрых» грунтах, имеют гидроизоляцию. Водо-
проводные колодцы круглой в плане формы собирают
из сборных железобетонных колец.
Составной частью каждого проекта является дета-
лировка водопроводной сети. Деталировкой сети назы-
вается схема сети с нанесением на нее арматуры, ко-
лодцев, фасонных частей и основных размеров (рис. 19).
На основании деталировки сети состав.'.яют специфика-
цию— перечень числа труб каждого размера, задвпжек,
гидрантов и другой арматуры, тнн и число фасонных
частей, размер и число колодцев. Глубина заложения
труб должна быть больше расчетной глубины промер-
зания грунта при диаметре труб 300 мм на 0,2 м, а при
диа.метре 600 мм на 0,5 м
На про.мьннлеиных предприятиях с большим числом
коммуникаций водопроводные линии прокладывают в
туннелях. В условиях Крайнего Севера и районах веч-
ной мерз юты тепло.'.ое воздействие трубопроводов на
мерзлый грунт может вызвать оттаивание и деформацию
грунта п привести к разрушению трубопровода, а так-
же тех сооружений, которые расположены вблизи него.
Поэтому в этих местах трубопроводы часто укладывают
над землей на искусственное основание.
Пожарные гидранты и колонки
Подземные и надземные пожарные гидранты пред-
назначены для отбора воды из водопроводной сети на
пожарные нужды.
Гидрант пожарный подземный (ГОСТ 8220—62) сос-
тоит из чугунного корпуса (рис. 20), затвора с клапа-
ном обтекаемой формы, нишпделя, соединительной муф-
ты, натанги и ниппеля, закрывающегося крышкой.
Важной характеристикой гидранта является величина
гидравлического удара, который возникает при открыва-
нии и закрывании гидранта. Для предотвращения гид-
равлических ударов в запорном узле гидранта распо-
ложен клапан обтекаемой формы, который исключает
возможность появления срывной кавитации.
Подземные гидранты размещают в водопроводных ко-
лодцах (рис 21) так, чтобы расстояние между ними пе
Превышало 150 м и чтобы они были расиолол<епы не
103

Рнс 20 Гидрант пожармыГ!
1юдземг11.1Й (ГОСТ 8228- 62)
/ — корпус, 2 -крышка, J — штан-
га, 4 — шпиндель, 5 — затвор (кла-
пан)
Рис 21 Устапоика пожар-
ного ио.иемною iHipauTa \\
1юдо1!ро|!од1Юм колодце
/-гидрант, г —скобы, J — во1о-
провод
а=16'70 см
ближе 5 м от стен здаинп. Иаиболыисс расстояние от
гидрантов до обслуживаемых им» .зданий не должно
нревьинать при [тротивоножарных водопроводах низкого
давло1шя 150 м Водопроводные лини» с пожарными гид-
рантами располагают вдоль проездов не далее 2,5 м от
края проезжей части дороги. На водопроводных ли-
ниях диаметром более 500 мм гидранты не устанавлива-
ют из-за сложности монтал<а устройства колодцев. В
этих случаях иногда прокладывают сопровождающие
линии меньшего диаметра, на которых и монтируют
104

Рис 22 Пожарная колон-
ка (ГОСТ 7499 71)
/ — корпус; 2 — вентиль, 3 - руко
ятка, 'J — соединительная юловка,
5 — ттап! а
Рис 23 Пожарный назем-
ный тидраит бесколодезиого
Типа
гидранты. Для отбора воды при пожаротушении из под-
земных гидрантов применяют пожарную колонку (ГОСТ
/499—71) (рис 22). Пожарная колонка состоит из кор-
105

пуса, в нижней части которого имеется резьбовое соедн-
ненне, прсдназиачспиое для подключения к гидранту,
и корпуса с двумя патрубками, снабженными соедини-
тельными головками для подключения пожарных ру-
кавов. Внутри колонки раснолол<еп трубчатый шток с
муфтой, которая предназначена для соединения со штан-
гой гидранта. Пожарная колонка имеет блокируюш,ее
устройство для предотвращения открывания и закрыва-
ния затвора гидранта нрн открытых вентилях, поэтому
прежде чем привести в действие затвор гидранта, необ-
ходимо закрыть вентиль пожарной колонки. Поскольку
вентили закрывают более продолжительное время, чем
гидрант, то величина давления при гидравлическом уда-
ре несколько уменьшается.
Процесс блокировки при работе колонки достигается
расположением выдвижных маховиков на штуцерах ко-
лонки, в результате нею гидрант можно открыть или
закрыть при полностью перекрытых отверстиях штуце-
ров.
Гидравлические показатели пожарной кОлоики
Расход волы, л'с . • 10 20 ЗО 40
Потери напора, м 0,35 1,4 3,15 5,6
ВПИИПО совместно с воронежским заводом «Вод-
машоборудование» разработал бесколодезный назем-
ный гидрант (рис. 23). Он состоит из чугунного корпу-
са, сверху которого расположены два патрубка диамет-
ром 76 мм и один патрубок диаметром 125 мм. При
вращении гайки нпанга, соединенная со шпинделем,
опускается вниз, открывая затвор гидранта для подачи
воды. В момент закрывания гидранта затвор поднима-
ется вверх и уплотпительное кольцо прижимается к
седлу, перекрывая подачу воды. Нижняя часть корпуса
гидранта расположена в грунте и с помощью фланцево-
10 соединения прикреплена к стандартной пожарной под-
ставке водопровода. Для уменьшения усилий, возникаю-
щих при открывании и закрывании гидранта, в верх-
ней части корпуса расположен опорный шариковый
подшипник, который закрыт крышкой. Для предотвра-
щения попадания воды из корпуса гидранта в резьбо-
вое соединение гайки и ншинделя (особенно зимой)
в крышке установлены два уплотпнтельных кольца. Про-
пускная способность бесколодезного наземного гидран-
та (при потере напора /г=10 м) —67 л/с.
106

гж
в сельской местности,
поселках и пригородах от-
падает надобность в под-
земных гидрантах. В 1961 г.
во ВИИИПО разработана
конструкция гидранта, сов-
мещенного с водоразборной
колонкой (рис. 24). При
подъеме рукоятки 2 вверх
трубчягая штанга 7 отжима-
ет пружину 14 и открывает
клапан /5 для впуска воды
в эжектор // колонки. По
окончании отбора воды руч-
ка отпускается, клапан под
давлением воды и пружины
закрывается, подача воды
прекращается. После вык
лючения колонки вода ели
вается в нижнюю часть кор-
пуса /. При следуюн1,ем от-
боре сливн1аяся часть воды
засасывается эжектором в
подающую трубу 6 колонки.
При тушени!! пожара гид-
раит открывается и закры-
вается специальны.м ключом
Во время открывания гид-
ранта рукояткой ключа вра
щается гайка 5 итинделя 4,
II трубчатая Н1танга 8 с
затвором 10 гидранта опус-
кается вниз. Вода через
открывшийся затвор за-
полняет корпус гидранта и
черкез отвод 5 и всасываюи],ий рукав поступает в пожар-
ный насос. В водопроводах высокого давления подача
воды к месту ножаротункмтя может осуществляться не-
посредственно от гидранта. Конструкция гидрант-колон-
ки предусматривает нрн ее ремонте возможность извле-
чения наружу всех деталей без раскопки Tpaiiuien. Для
этой цели на конце штанги 8 закреплено металлическое
кольцо 9 с двумя выступами. Выступы входят в пазы
седла 12.
Рис 24. Гидрант, совме-
щенный с водоразборной ко-
лонкой
107

Для снижения величины гидравлического удара при
работе гидранта использован затвор W обтекаемой фор-
мы с фигурными окнами для прохода воды. Его приме-
нение позволило почти в 2 раза увеличить время рав-
номерного дросселирования потока воды.
Гидравлические показатели гидрант-колонк}!
Расход, л/с 21 29 36
Потери напора, м 10 20 30
5. ОБЕСПЕЧЕНИЕ БЕСПЕРЕБОЙНОЙ ПОДАЧИ ВОДЫ ПО
ВОДОПРОВОДНОЙ СЕТИ И ВОДОВОДАМ
Для обеспечения требований бесперебойной работы
водопроводпо!'! ссти нсобходимо знать возможность и
размер допустимою снижения подачи воды во время
аварии. Эти сведения устанавливают па основании ана-
лиза уп1србов, причиненных потребителям временным
прекращением или снижением подачи воды при туп!с-
нии пожара пли на основе оценки пожароопасных осо-
беппостей коикренюю потребителя, анализа ножариой
опасности исходных и npovicA-yTOMiibix продуктов, обра-
щающихся в производстве, представления о характере
развития пожара и т. п.
Надежность любой техиическо!! системы обусловли-
вается безотказностью работы, долювечгюстью, ремонто-
пригодностью и другими показателями. Все элементы
системы водоснабжения являются «ремонтируемыми» и
по истечении времени, необходимого для восстановле-
ния, снова вступают в работу. Поэтому отказ участка
водопроводной сети может явиться следствием таких
причин, как ошибки при проектировании, плохое каче-
ство строительства, неудовлетворительные условия экс-
плуатации, износ (старение) и аварии, вызванные не-
предвиденными обстоятельствами. Безотказность работы
и долговечность элементов водопроводной сети (ее уча-
стков) зависят от .материала и конструкции труб и их
стыковых соединений; параметров и режимов работы во-
допроводного оборудования и арматуры; качества про-
изводства работы при укладке сетей и условий эксплуа-
тации. Основным показателем, характеризующим на-
дежность водопроводной сети и ее участков, является
вероятность безотказности их работы.
108

Анализ теории систем массового обслуживания пока-
зыйает, что закон распределения числа отказов в водо-
проводной сети достаточно близок закону Пуассона:
где п — средт1ее чпсло отказов за ггродолжптельность работы т, I п Л) — ве
роятность возникновения п отказов за продолжительность работы т, hi — nap-i
метр Пуассона, равный среднему числу отказов в единицу времспм, т —
гарантированная продолжительность работы
Значения X на 1 км водопроводных труб в год, по-
лучея11ые в МИСИ им В. В. Куйбышева, приведены
ниже:
Диаметр, мм 100 600 900
X для стальных труб 0,92 0,53 0,56
к для чугунных труб 0,46 A,59 0,95
По величине Лт находят среднее число отказов за
указанный срок. При этом устанавливают также допу-
стимую длительность периода снижения (или перерыва)
иодачи воды Таким образом, зная частоту (повторяе-
мость) или вероятность возникновения аварий (интер-
валы между отказами) н их продолжительность, можно
предсказать и предусмотреть дополнительные меропри-
ятия, направленные на устранегше последствий отказов,
вызванных авариями на водопроводной сети или водо-
водах (натфимер, планово-предупредительные ремонты,
графики форсированной работы насосов и т п.). Однако
нельзя прогнозировать аварии, вызванные непредвиден-
ными обстоятельствами (например, землетрясения, за-
сухи, суровые зимние условия и т п.), поэтому важно
знать требуемые численные критерии надежности во-
допроводной сети для каждой группы потребителей во-
ды на пожарные нужды. В настоящее время отсутству-
ют такие численные критерии надежности водопровод-
ных сетей, как допустимое число отказов за определен-
ный срок, вероятность безотказной работы за онреде-
ленный срок и т. п., но требования СНиП допускают
возможность снижения подачи воды при аварии на од-
ной из водопроводных линии или водоводе не более чем
на 30%. Вместе с этим указывается иродолжнтельность
ликвидации возможных аварий на водогфоводной сети.
Продолжительность ликвидации аварнп Та (срок восста-
новления) зависит от материала и диаметра труб, осо-
бенностей трассы водоводов, условий прокладки труб и
109

о) S)
_J 1 1 i t 4 ^ ^~ ^
\
\ \
^^ ^ Л /
И ^ ^ /
\
Рис 25 Схемы распределения подачи воды подо1[рово,1пыми
линиями
а -тупиковая линия, б — тупиковая ссгь с олиом ма1истралью, d- т^мпко
вая сеть с иара.'глельиыми ма1нстралячи
Рис. 26. Схемы повышения надежности разветвленной сети
а — без связок, б — с тремя связками; в — с четырьмя связками г — с те
стью связками
принимается по СНиП. Авария на участке с равнознач-
ным показателем надежности может оказывать совершег!-
по различное влияние на характер снижения подачи воды в
зависимости от места расположения расчетного участ-
ка и его роли. Например, в водопроводной линии, сос-
тоящей из п последовательно соединенных участков се-
ти с одинаковыми характеристиками надежности (рис.
25, а), авария на участке 5—6 лишает подачи воды лишь
одного потребителя из пяти (снижение подачи воды на
110

Рис 27 Расчетная схема водовода
а—разрез и связь между пьезометрическими nariop.iMFi. б— план с >ка
злжсм перемычек и поюкораспределения воды Т1ри аварии, в графм<
соиместной работы насосной и водоводов при нормальном и авари1|иом ре
жнмах
20%), тогда как авария на участке t—2 полиостью пре-
краи],ает подачу воды. Рассматривая другие типы рас-
пределительной сети (рис. 25,6, в), нетрудно убедиться,
что надежность существенно зависит от трассировки во-
допроводной сети. При этом наиболее высокую надеж-
ность будет иметь сеть, приведенная на рис. 25, в. На-
дежность туииковон водопроводной сети (рис. 26, а, б,
в, г) с нюстью веришнами повьппают путем введения в
нее резервных элементов, т. е. включением дополпи-
тельг1ых связок, превращающих тупиковые линии в коль-
цевую сеть Это приводит к увеличению протяженности
сети, и следовательно, ее стоимости, поэтому необходи-
мо знать наимепьн1ее число связок для превращения раз-
ветвленной сети в кольцевую. Из рассмотренных приме-
ров легко установить, что минимальное число связок для
превращения разветвленной сети, имеющей К вершин
первой степени, необходимо при нечетном значении К
добавить (/(+1):2, связок и /С/2 при четном значении
А^. т е. для примера (рис. 27) G+1) :2 = 4.
Надежность водопроводной сети характеризует раз-
мер допустимого снижения подачи воды потребителям
в случае аварии и выхода из работы некоторых ее уча-
стков. Выполнение требований по обеспечению потреби-
111

телей водой при аварии достигается выбором соотноше-
ния пропускных способностей магистралей и их связок.
При проектировании водопроводиую сеть рассчитывают
на ряд наиболее неблагоприятных с точки зрения бсс-
неребонности режимов работы. К ним относятся режи-
мы работы системы во время наибольн1его водоногреб-
леиия (максимальный часовой расход в сутки наиболь-
Hiero водонотреблення) и во время подачп воды транзи-
том через сеть в нанорно-регулирующие емкости Кроме
тою, водопроводную сеть проверяют на подачу пожар-
ного расхода в часы наибольшего водонотреблення.
При аварии на одном участке .магистрали изменит-
ся потокораспредслсинс по всей сети, включая магист-
ральные линии и связки. Для выключения аварийных
участков на водопроводной сети устанавливают задвиж-
ки на расстоянии примерно 500 м один от друюго. При
отключении того или много участка одновременно дол-
жно выключиться не более пяти гидрантов. Такой учас-
ток сети называется ремонтным На характер снижения
оби^его количества воды в распределительной системе
наибольп1ее влияние оказывает авария на водоводах или
участках магистралей, примыкающих к ним
Рассмотрим вопрос бесперебойности подачи воды по
водовода.м при заданном размере допустимого снижения
подачи воды при аварии на одном из его участков. Если
разбить водовод на п участков( см. рис. 27, а, б), устро-
ить переключения между водоводами и выключить при
аварии только один участок водовода, можно добить-
ся допустимою уменьшения подачи воды при аварий-
ном режп.ме. При обычной работе водовода по каждому
из т ниток водоводов и по всем п ^-часткам вода пода-
ется с расходом Q/in (Q — полный расход, подаваемый
насосами). Графически (см. рис. 27, в) можно найти
рабочую точку насосов Б при нормальном режи.ме ра-
боты водовода Пусть водовод состоит из параллельно
включенных ниток одинакового диаметра и длины L с
соединениями через каждые l=L/n. Если сопротивление
каждой нитки водовода б>дет Sq, то сопротивление систе-
мы параллельно соединенных ниток водовода можно
выразить формулой
s = s„«/m2. A8а)
Потери напора в водоводе определяют по формуле
/i=So«Q2/m2. A9)
112

По уравнению A8) построена кривая I (см. рис.
27, в).
В общем виде кривую Q—Я насосов можно предста-
вить формулой
//„ = ft+//o = a--BQ2 B0)
гче Ян ~ напор насосов, а и в — коэффтщенгы, характеризующие тип
насоса, Q — подача (расход) насосов.
По уравнению B0) построена кривая 3 (см. рис.
27,в).
При аналитическом решении задач о совместной ра-
боте насосов с водоводом используют уравнение, кото-
рое получается при подстановке выражения A9) в фор-
мулу B0):
a~BQ^=sonQVm'^+Ho. B1)
Расход водьг через водовод определяют но формуле,
полученной из уравнения B1):
Q = -/[а -H^Xls^nim?- +в.
При аварии на участках водовода, параллельных ава-
рийному, будет подаваться аварийный расход Qa, ко-
торый равен eQ (е — допустимое уменьшение подачи во-
ды при аварии e=Qa/Q)- Пренебрегая очень малой ве-
личиной потерь напора в соединительных участках, по-
лучим величину сопротивления водовода при аварии
Sa=So(n—l)/m2+So/(m—1J.
Потери напора в водоводе при аварии находят по
формуле
Ла= [so(n-l)/m2+so/(m-lJ]Q2a. B2)
По уравнению B2) построена кривая 2 (см. рис.
27, в) с той же начальной ординатой //q. Как видно из
рис. 27, в, сопротивление водовода при аварии возросло,
следовательно, понизилась подача воды при аварии
(рабочая точка AQa<;Q). Абсцпсса этой точки дает
величину расхода Qa, который будет подаваться насоса-
ми при выключении поврежденного участка на линии
водовода Пз уравнения B2) видно, что чем больше чис-
-ю соедг1нений, тем меньгне увеличивается при аварии
сопротивление системы водовода и меньше снижается
лодача воды. Требуемое число переключений, обеспечи-
вающее допустимое уменьшение подачи воды при апа-
113

рийном режиме водовода, определяют путем решения
Уравнения A8) относительно п:
_ г'5[тУ(т —1)^ — 1]
" ' (b + s)A-e2] •
Для простейшего случая (в=0 и е=0,7) после подста-
новки Qa = eQ требуемое число переключений вычисля-
ют по формуле
n = m2/(m—1J—1
Вопросы надежности работы кольцевой водопровод-
ной сети можно решать по аналогии с водоводами, при
этом важно знать характер распределения потоков во-
ды между параллельными ветвями кольца. Подача во-
ды потребителям в случае аварии зависит от проводи-
мости системы и ее отдельных элементов Если нельзя
предусмотреть устройство кольцевой сети или проклад-
ку водоводов в несколько линий со связками, обеспечи-
вают требуемую надежность системы водоснабжения с
помощью других мероприятий. Например, при проклад-
ке одной водопроводной линии на время ликвидации
аварни в удаленной от водопитателя точке водопровод-
нон сети можно предусмотреть запас воды из расчета
требуемой подачи ее для тушения пожара. При этом
требования СНиП допускают возможность снижения по-
дачи воды на хозяйственно-ннтьевые нужды в размере
30 % расчетных.
Для повышения надежности работы противопожар-
ных водопроводов постоянно наблюдают за состоянием
и исправностью водопроводной сети, водопроводных ко-
лодцев, арматуры и пожарных гидрантов, своевремен-
но устраняют замеченные дефекты.
Зимой нередки случаи замерзания отдельных участ-
ков линий (особенно тупиковых большой протяженности)
и пожарных гидрантов. Замерзшие водопроводные тру-
бы и гидранты отогревают паром или применяют элект-
ропрогрев, пропуская через стенки труб электрический
ток. Основной причиной замерзания пожарных гидран-
тов является наличие воды в корпусе гидранта, которая
остается после его работы или в результате пропикания
грунтовых вод через спускное отверстие. Для устране-
ния этого дефекта при осенних осмотрах гидрантов
(гидранты осматривают весной и осенью) спускное от-
верстие в мокрых колодцах перекрывают деревянными
пробками, что исключает проникновение воды в гид-
ранты и ее замерзание.
1Н

в ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ
И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОДЫ
Определение гидравлических параметров системы по-
дачи и распределения воды начинают с расчета водо-
проводной сети Для водопроводной сети определяют ди-
аметры труб и потерн Напора в ней для заданных рас-
ходов воды. От расчета водопроводной сети зависит не
только ее пропускная способность и экономичность, но
и параметры работы других, связанных с ней водопро-
водных сооружений (насоспо-силового оборудования, за-
пасных и регулирующих емкостей п т. п.). Диаметр труб
водопроводных сетей и водоводов (табл. 12) устанавли-
вают на основе технико-экономических расчетов, кото-
рыми определяют условия подачи заданного количества
воды к .местам отбора с наименьшими затратами на
строительство и эксплуатацию При проектпрованни
структуры водопроводны.х сетей, распределяюп1,их воду
на хозяйственно-нроизв()дс1венные н пожарные нужды,
учитывают место расположения водонапорной баи1Ни и
ее роль в системе противопожарного водопровода Во-
допроводную сеть с водонапорной баншей в начале се-
ти (рис. 28) рассчитывают па два случая; 1) на подачу
максимально! о .хозяйственно-производственного расхо-
да и 2) на подачу максимального хозяйственно-производ-
ственного и расчетного пожарного расхода воды При
этом необходимо не только выбрать диаметры труб и
определить потери напора в водонроводнон сети, но и
установить напор у насосов станции н высоту водона-
порной башни в зависимости от потерь напора в водо-
проводной сети про подаче расчетных расходов к местам
отбора. Причем напор насосов Н при иодаче максималь-
ного расхода воды на хозяйственно-производственные
нужды определяют по формуле
H^h^+H6+f!.z6—zp)+h„,
где /ig — потери iraiiopa в водоводе, //g — высота водонапорной башни (до
верхнего уровня воды в баке) 2^—2^ — разность отметок земли у основа-
ния водонапорной бап1ни и расчетного уровня воды в резервуаре; Л„ — по
терн напора в насосной станции.
Напор насосов Яп при подаче максимального расхо-
да воды на хозяйственно-производственные нужды и
расхода воды для тушения пожара определяют по фор-
муле
Яп = Лвп+2;/гп+Ло+(го—грL-Лв, B3)
где Ag п — потери напора в водоводе; Shn — потери напора в водопро
водной сети; //о—свободный напор, необходимый для подачи воды на
115

о
а.
(-
и
S
X
о
в
о
о,
п
о
о
й
£
п
о.
я
а
ч>
X
:е
и
4>
яг
X
ч
в
IS
а
S
L.
<
с
8
,■5
со
п
i
S
ч
g
S
2
1
о
СМ
см
о
со
о
■о
(О
о
1
:<:
S
о
i
Jj
Н
к
О
=
с-о
та
й
о
2
с
О
о
а:
ОО'
11
3
X
о
ч
2
Ч
<о
со
ю
1Л
1С
га
со
t^
о
О
о,
О
О
со
с:
со
оо
to
сч
оо
(N
СО
СО
rt
о
S
&S"
о
со
см
со
о
оо
см
^
СП
ю
Г)
X
=5
5
л:
^J.
о
X
со
fa
fc5
0
fM
со
о
го
О
СП
о
со
о
t^
о
ю
со
о
о
н
о
с.
о
о
'J-
5о
о
10
'О
Сч
со
ю
со
1
.-S
п
и
as
2
х
ч
го
S
S
S
6
са
о
X
го
С
S
са
н
V
и
ч~
1
с»
с»
о
оо
ОС
f^
N.
О
со
0|
10
о
10
"
о
и
н
CJ
о
О
V
оо
О
со
оо
,м
со
CD
-
СП
со
со
о
см
ю
о
го
~
го
с
о
с
го
116

PifC 28 Рас'-еткая схема си-
стсмы гюлачи 11 распределения во-
ды с ба1!!ией li начале сети
пожарные 11>жды ([ipiiHiiMdercH ез эависнмостн от системы пожарного водо
снабжения)- Zo -г^ — разность отметок зсчл» у расчетного гидранта (пан
более удаленного н высокорасположениого от водопитателя и расчетнию
уровня воды в резерв!аре), hj, — потери напора в пасоспой станцин
Повседневно водо!фовод работает с расходом Q^
(наибольший хозяйственно-производственный расход) и
имеет потери напора в сети ХЛс- Во время пожароту-
nicmiH водопроводная сеть пропускает расход Qm~\-Q„.
Увеличение расхода при пожаротушении вызывает уве-
личение FioTepb напора в сети, т е. ZAii>21/;c.
В зависимости от того, какая величина больше- Не—
"о или SAn—Zhc, линия свободных напоров А„—Бц при
пожаротушении может пройти выше или ниже уровня
воды в башне. Если высота водонапорной башни для
первого и Второго расчетных случаев мало отличается
одна от другой, а протяженность водовода очень боль-
шая, пожарный запас воды (полный или частичный) це-
десообразно размещать в баке водонапорной башни. Та-
кое peniCHHe позволяет уменьшить подачу и напор на-
сосной станнии, так как водовод можно рассчитать на
подачу Meiibiiieio расхода воды. Уменьшение расхода
воды в данном случае достигается за счет того, что по-
жарный расход воды (или часть его) будет подаваться
Не по водоводу, а из водонапорной башни. При корот-
ких водоводах целесообразность выбора способа пода-
чи и хранения пожарного расхода воды определяют тех-
117

Рнс 29 Расчетная схема водо
провода с башней в копие сети
Рис 30 Расчетная схема кпл >
цепой водопроводной сети
г^5^
нико-экономнческим расчетом Если высота башни при
пожаротушении оказывается значительно выше, чем при
обычной работе водопровода, башию целесообразно от-
ключать из работы, так как в противном случае пода-
ваемый насосами расход Q = Qm+Qii частично будет по-
ступать в бак, в результате чего умеиьн1атся расход и
напор (пунктирная линия) в расчетно1'| точке а (см.
рис. 28). Когда линия свободных напоров An—Бп про-
ходит ниже дна бака водонапорной башни, выключать
башню при пожаротушении не требуется. В насосной
станции в 3T0iM случае достаточно лишь увеличить по-
дачу Qm на величину расчетного пожарного расхода Qn,
т. е. Q = Qu+Qn.
Водопроводную сеть с водонапорной башней в конце
сети (рис. 29) (контррезервуар) рассчитывают па по-
дачу максимального хозяйственно-производственного и
противопожарного расходов воды из условия, что часть
воды подают насосы, а часть поступает из водонапор-
ной баппш. Вода в водопроводную сеть подается с двух
сторон, что в значительной мере снижает протяженность
транспортированпя воды, а следовательно, и потери на-
пора. Такую водопроводную сеть проверяют на случай
минимального водопотребления, когда водопроводная
118

сеть распределяет часть воды, а оставшаяся часть посту-
пает в водонапорную баппно и восстанавливает непри-
косновенный пожа[)нын запас. В системах противопо-
жарного водоснабжения низкого давления бапшю, рас-
положенную в конце сети, не выключают, так как рас-
четная точка пожаротушения всегда имеет свободный
напор ниже ее высоты. Поскольку регулирующий объем
воды в 6auiHe в момент возникновения пожара может
быть равен нулю, а установка передвижного пожарного
автонасоса возле бапп1И вызовет быстрое ее опорожне-
ние, гидравлические расчеты систем с контррезервуаром
производят на подачу расхода воды также на Q.M+Qn.
В системах высокого давления водонапорная ба1иня все-
гда отключается, и насосы подают расход воды Qm+
4-Qn под соответствующим напором.
При гидравлических расчетах водопроводной сети
важно знать потери напора в отдельных участках сети
в зависимости от подаваемых по ним расходов воды
путем гидравлических расчетов.
В отличие от разветвленной водопроводной сети,сос-
тоящей из отдельных водопроводных линий, по которым
подается определенный расход воды, в кольцевой сети
при заданной конфигурации можно наметить бесконеч-
ное множество вариантов нотокораспределения воды по
участкам сети. Так как кольцевая сеть представляет сис-
тему параллельно соединенных магистралей, то измене-
ние диа.метра даже одного участка приводит к перерас-
пределению потоков воды во всех остальных участках
сети. Поэтому при расчете кольцевой сети неизвестными
являются не только диаметр d, но и расход воды q для
всех участков (при разветвленных сегях неизвестны
только диаметры). Таким образом, при расчете участ-
ков кольцевой сети приходится peniaTb уравнение с дву-
мя неизвестными — диаметр и расход. В кольцевой сети
(рис. 30) могут быть составлены следующие уравнения
для определения d я q:
алгебраическая сумма расходов воды для любого
узла сети равна О, т. е. количество воды, притекающей
в узел, должно равняться количеству воды, уходящей
нз узла:
29 = 0; B4)
алгебраическая сумма потерь напора в любом коль-
це сети равна О, т. е. потери напора на участках, по ко-
торым протекает вода но часовой стрелке (но отношению
119

к данному контуру), должны быть равны потерям на-
пора па участках, где вода движется против часовой
стрелки:
2/г = 0 B5)
Число уравнений B4) равно числу узлов сети без од-
ною (даюп1его тождество при заданном количестве во-
ды, подаваемой в сеть). При этом тупиковое ответвле-
ние либо сосредоточенный отбор или приток воды счи-
тают за узел.
Число уравнений B5) равно числу колец сети. Обо-
значив число колец через п, число узлов через т и чис-
ло участков через р, можно сказать, что число неизвест-
ных при расчете кольцевой сети равно 2р, а число урав-
нений, которое можно составить для нахождения этих
неизвестных, п-\~т—1. Это означает, что число неизвест-
ных B р), поэтому в обш,ем виде задача расчета коль-
цевой сети является неопределенной. Разработаны мето-
ды расчета водопроводных сетей, которые основаны на
последовательном приближении или предварительных
расчетах с последующей корректировкой принятых ха-
рактеристик. Прежде чем приступить к определению
потерь напора в водопроводной сети города, поселка,
промьнпленною предприятия и т п, устанавливают рас-
ходы воды, подаваемые но отдельным участкам сети.
Распределение воды сетью по территории объекта зави-
сит от характера ее отбора В обычных городских водо-
проводах можно считать отбор воды равномерно рас-
пределенным по длине водопроводной линии. Равномер-
но распределенный но липни и приходяш,нйся на едини-
цу ее длины расход воды называют удельным При рас-
ходе воды Q, л/с, и суммарной но длине линии il/, рас-
прсделяюш,ей этот расход, удельный расход будет
В суммарную длину Е/ не входят участки, нроходяш,ие
по незастроенной территории В городах удельный рас-
ход воды зависит от характера застройки, плотности
заселения и характеристики устройств, отбираюш,их во-
ду. Кроме равномерно распределенного расхода воды в
городах, на промышленных предприятиях и других объ-
ектах имеются сосредоточенные расходы (сравнительно
больнтие расходы воды, отбираемые банями, прачечны-
ми, отдельными предприятиями н т. п.).
120

Равномерно распределенный вдоль всей линии I так
называемый «путевой» расход воды
Для удобства гидравлических расчетов «путевой»
расход замеггяют эквивалентным ему узловым расходом
(т. е. таким расходом, который дает те же потери напо-
ра на линии) При этом половину «путевого» расхода
воды Qn относят к концу лиггии, а другую половину — к
началу линии, и находят узловой расход воды
9s=0,5S(jii
Водопроводная сеть с определенными по ее узлам рас-
ходами воды является условной расчетггой cxeMOii, по
которой производится распределение потоков воды по
сети, необходимой для выбора диаметров труб и опре-
деления общих потерь напора. Расчет водопроводной
сети проводят в такой последовательности:
разбивают сеть на участки и определяют их длину;
определяют «путевые» расходы Qi,, приводят их к уз-
ловым расходам qy из условия соблюдения уравпения
l.q=0 для каждого узла;
намечают приближенно потоки движения воды по
каждой линии из условий кратчайшего пути подачи рас
ходов к местам отбора и взаимозаменяемости отдель-
ных участков при аварии;
выбирают по Т1амечепным расходам диаметры всех
участков сети (см табл. 12);
производят гидравлический расчет («увязку») сети,
т. е определяют величины действительных расходов по
линиям сети для }1азначепных диаметров при условии
соблюдения урав;;епия 2/г = 0.
В процессе гидравлического расчета диаметры боль-
шинства участков не меняются и величина сопротивле-
ний остается постоянной Проф В. Г. Лобачев на ос-
нове итератпвпого способа решения системы квадратных
уравнений разработал теорию расчета кольцевых водо-
проводных сетей. Для пояснения метода В. Г. Лобаче-
ва рассмотрим контур с заданными диаметрами, дли-
нами участков и намеченным распределением расходов
воды (см рис. 30).
При первом распределении потоков не удалось полу-
чить увязки кольца, т. е. Е/г=Л/г^О и по контуру полу-
чена невязка
Ah=Stq't+S2q'^i—Siqh-s,q'i. B6)
121

Пусть /i>0 и перегруженными являются верхняя и пра-
вая ветви контура Для получения равенства E/i^O или
Д/г=гО перераспределяем какой-то неизвестный расход
воды Д^ по линиям кольна в направлении, обратном зна-
ку нев'зки, в результате чего предполагается получить
равенство
s,= (q,-AqLs2{q^—Aqy-S3{q,+Aqy-s,{q,+&qy = 0.
Преобразуем равенство B6), т е., раскрывая скобки
и исключая члены, содержащие (А^)^ как относительно
малые по сравнению с q, определим
Aq=Siq^i+S2q\—Siq^3—Siqy2{Siqi+S2q2+S3q3+Siqi). B7)
Выражение в числителе представляет невязку в
кольце Л/г, полученную при первоначальном перерас-
пределении расходов. Знav[elraтeлb же является удвоен-
ной суммой произведепи!! расхода каждого участка на
его сопротивление, поэтому выражение B7) можно пред-
ставить в виде
Aq==Ahl2I.sq
Зная А^, найдем новые величины расходов по всем
участкам:
Я1 = Ч> — ^Ч'
9з= 9з-г ^q
q.^= q,~hq
q\= q^ + ^g-
По расходам q' определим погсри напора на всех
участках и величину новой невязки. Эта величина еи1,е
не будет равна О, так как формула B3) дает прибли-
женное решение. Поэтому проводим несколько пиклов
увязки до тех пор, пока не будет выполнено требуемое
условие 2/г = Д/гдоп- Если сеть состоит из нескольких ко-
лец, то задача сводится к решению системы линейных
уравнений, равных числу колец в сети. Неизвестными
являются поправочные расходы А^ в каждом кольце.
Для получения требуемого распределения потоков воды
их перераспределяют таким образом, чтобы освобо-
дить перегруженные ветви н дополнить недогружен-
ные. Расходы перераспределяют до тех пор, пока не-
вязки во всех кольцах не станут близкими к 0. Для
практических целей обычно достаточно довести невязки
по отдельным кольцам до А/1доп=0,3—0,5 м Затем оп-
ределяют величину невязки по объемлющему контуру се-
ти, которая должна быть не более 1 —1,5 м. На этом
122

—' iw с
Piic 31 Расчетные схе-
мы лотокораспределеиня во-
лы при подаче воды
а — на максимальное хозяйст
веппо HiiTbCisoo потребление во
время можа1).1. б — при мини-
мальном потреблении и подаче
поды в водонапорную башню
в — на максимальное хозяйст
венно питьевое водопотребле
увязка сети заканчивается н полученные из расчета ве-
личины потерь напора при1!имают для определения вы-
соты водонапорной ба1»ни и параметров водопитателя.
При гидравлических расчетах различные варианты
трассировки водопроводной сети принимают в зависимо-
сти от предполагаемой схемы водоснабжения и режима
работы водопроводных сооружении. В рассматриваемом
примере подача воды в сеть производится в точке /
(отметка земли 100 м), а в точке 4 (отметка земли
108 м) к сети присоединена водонапорная башня При
этом возможны следующие расчетные случаи (рис. 31).
подача максимального расхода воды па хозяйственные
нужды при одновременном расходе воды па тушение
пожара; подача воды при .мини.мальном водопотребленин
и одновременной подаче воды в водонапорную башню;
подача максимального хозяйственного расхода воды при
одновременной работе насосной станции н водонапорной
башни. Необходимо отметить, что расчет водонапоргюй
сети на случай пожаротушения являйся по существу
проверочным расчетом, поскольку диаметры трубопрово-
дов отдельных участков сети определяют при гидрав-
лическо.м расчете сети для максимального хозяйственно-
производственного расхода, т. е. для повседневной рабо-
ты водопровода. Пропуск пожарных расходов воды яв-
ляется эпизодическим, поэтому при пожаротушении до-
\V6

Таблица 13. Предельные расходы йоды в трубах
ДиаМсЧр
трубопро-
вода, мм
ко
125
150
200
Раохпд воды, л/с, при U,
равном 2 м/с
односто-
роннее
питание
15,7
24,5
■35,3
62,8
двустороннее
питание
31,4
49
70,6
125,6
Диаметр
трубопро-
вода, мм
100
125
150
200
Расходы воды, л/е при U,
AДИ0СТ0-
l>omiee
питание
19,5
30,5
44
78
лнустороимее
питание
39
61
88
157
лускается форсированная работа водопровода Значи-
тельная часть магистральных линий при этом транспор-
тирует увеличенные расходы воды, вследствие чего воз-
растают скорости потока воды в трубах и потери напо-
ра. Наибольшая скорость потока воды в трубах не
должна превышать 2—2,5 м/с. На схеме тдранлнче-
ского расчета для каждой водопроводной линии обыч-
но указывают диаметр, длину, расход, скорость и потери
напора. Исходя из предельной скорости потока воды,
подсчитывают предельные расходы воды в трубах
(табл. 13).
При гидравлических расчетах следует правильно ус-
тановить предполагаемые точки пожара В этом случае
надо руководствоваться следуюииш. Если в зависимо-
сти от характера объекта на основании действуюп1,их
нормативов прини.мается один расчетный иожар, то по-
дача воды на пожаротуп1спие будет производиться из
самого высокого и наиболее удаленною от источника
гидранта. При сложном рельефе местности и развитой
коифигуранип водопроводной сети, трудно бывает опре-
делить точку расчетною пожара, поэтому критическую
точку определяют с помощью проверочных расчетов.
Когда расчет производят на несколько расчетных пожа-
ров, их намечают в разных районах объекта, но так,
чтобы все основные ма1истральные линии сети были про-
верены на пропуск пожарных расходов воды Иногда ре-
комендуется производить первоначальный выбор диамет-
ров сети и ее расчет на пропуск максимальных хозяй-
ствеипо-питьевых расходов воды, делая лишь прове-
рочный расчет на случай пожаротушения. Однако более
целесообразно выбирать диаметр сети исходя из усло-
вия одновременной подачи воды на пожаротушение в
124

наиболее неблагоприятной точке Особенно это важно
для небольших водопроводов, где пожарные расходы
воды по сравнению с хозяйствс1Н1ымн относительно ве-
лики.
7. НАСОСНЫЕ СТАНЦИИ ДЛЯ ПОДАЧИ ВОДЫ
Насосные станции подразделяются на станции I и
И подъема и повысительные. В качестве насосных аг-
регатов преимущественно используют центробежные на-
сосы, приводимые в действие электродвигателями В ка-
честве резервных (при наличии одного источника энерго-
питания) применяют насосные агрегаты с двигателями
внутреннего сгорания (карбюраторные и дизельные).
Насосы в насосных станциях бывают производственно-
хозяйственные, производственно-пожарные и пожарные.
Пожарные насосы в свою очередь подразделяются на
насосы низкого и высокого давлений Пожарные насосы
располагают в насосных И подъема и если они отсут-
ствуют— в насосных I подъема.
Насосные станции I подъема (рис. 32) забирают воду
из водоисточника и в зависимости от принятой схемы
водоснабжения подают ее на очистные сооружения или,
если этого не требуется, в резервуары, водонапорную
башню или водопроводную сеть. Надежность работы
станции I подъема достигается установкой резервных
насосов, устройством не менее двух водоводов и всасы-
вающих линий. Вместе с этим предусматривают .меры,
исключающие перебои подачи воды в случае временной
остановки или ремонта отдельных элементов водопита-
теля Помимо подачи воды на хозяйственно-питьевые и
производственные нужды насосная пополняет израсходо-
ванный при туп1еини пожара неприкосновенный запас
воды в резервуарах чистой воды, что достигается уве-
личением продолжительности работы насосов (в случае
когда насосы не работают круглосуточно), включением
дополнительных насосов или возможным сокращением
водоиотребления на другие нужды. При равномерной
работе насосов в течение суток подачу насосов в на-
сосной станции I подъема определяют по формуле
Qi = ftQcvT/24,
где k — коэффициент, учитывающий расход воды на нужды водопровода
принимается равным 1,02 при отсутствии очистных сооружений и 1,04—1,1
при их наличии
125

/; I
Рис 32 Схема насосной станции I подъема
а — с раздельным водоприемником, б — с совмещенным водоприемником,
/ — водоприемник, 2 — насосная станция, 3 — насосно силовые агрегаты, ^ —
всасывающий трубопровод, 5 — напорный трубопровод
Иногда В насосных I подъема устанавливают допол-
нительные насосы для пополнения иеприкосиовеппого по-
жарного запаса воды Подачу этих пасосов вычисляют
по формуле
Q=[(Qn-Qi)TT+2Q]/T»,
где Q[, — пожарный расход воды, Q, — средняя подача насосов ! подъема,
T-J. — продолжительность тушения пожара, 2Q —суммарный производствен
по хозяйствемный расход за расчетный период наибольшего водопотребле
ПИЯ, т^ — нродолжнтельность пополиення пожарного запаса воды, устанав
ливаемая противопожарными нормами
Па графике (рис 33) показан характер изменения
расхода воды, необходимого для пополнения неприкос-
новенного запаса воды, в зависимости от численности
населения Из графика видно, что устройство донолин-
тельных насосов для пополнения неприкосновенных
запасов воды в резервуарах требуется в небольших
населенных местах. Например, в населенном пункте с
населением 10 тыс. чел подача этих насосов состав-
ляет 8 % подачи насосов станции I подъема
Насосные станции II нодъе.ма (рис. 34) подают воду
к потребителям обычно из резервуаров чистой воды.
Эти станции являются основными сооружениями, обес
нечивающими подачу воды па нужды пожаротушения.
Вода может быть подана под необходимым напором для
126

5 Ю
20 JO 50 то Toojoo ыю
Рис 33 Зависимость расхода
воды для пополнения непрпкоспо-
вепного пожарного запаса воды от
численности населения
Насосная станция
Рис 34
\1 подъема
а -с установкой пожарных насосов
б - с установкой дополнительных на
сосов / — насосы хозяйственно питье
вые 2 — насосы пожарные, 3 - ncdChi
вающие линии хозяйственно питьевых
насосов -^ — всасывающие линии по
жарных насосов. 5 —напорные трубо
проводы, 6 — электрораспределпгельное
устройство
J> 'ф
X
—\yah-, ic«i—piDMH
JQ
X I
Hz:.:i
s и
.'///////.
127

тушения пожаров непосредственно от пожарных гид-
рантов (система высокого давления) или под напором,
достаточным для тушения пожаров передвижными по-
жарными автопасосами (системы низкого давления).
Насосы II подъема рассчитывают на подачу воды для ту-
шения пожаров при наиболыием часовом расходе воды на
производственно-хозяйственные нужды Если необходи-
мый для пожаротушения напор равен или меньше напо-
ра производственно-хозяйственных насосов, то пожарный
насос устанавливают такого же напора, как и остальные
насосы, а подача суммарного пожарного и производствен-
ного расходов воды обеспечивается параллельным вклю
ченнем дополнительных (пожарных) насосов Когда не
обходимый для пожаротушения напор окажется вьпне
напора производственно-хозяйственных насосов, уста-
навливают отдельные пожарные насосы, подача которых
обеспечивает пожарный и максимальный производст-
венно-хозяйственные расходы. При работе этого насоса
произво.тственно-хозяйственные насосы выключаются
По;высительные насосные станции (рис. 35) устраи-
вают для новьппения напора (для подкачки воды) на
отдельных участках сети пли зданий.
По степени надежности водопроводные насосные
станции подразделяются на три катеюрии. К первой
категории, согласно требованиям, относятся насосные
станции, которые обслуживают объекты с технологиче-
ским оборудованием, не допускающим перерыва подачи
воды (например, металлургические, химические и дру-
гие производства), или перерыв подачи воды может
привести к большому материальному ущербу и останов-
ке сложного технологического процесса Насосные вто-
рой категории допускают короткий перерыв в подаче во-
ды потребителям на время, необходимое для включения
обслуживающим персоналом резервных агрегатов. На-
сосные третьей категории допускают перерыв в подаче
воды потребителям на время ликвидации аварии, но не
свьппе одних суток (в населенных местах с числом жи-
телей до 5000 чел., во вспомогательных цехах и т п.).
Насосные станции многофункциональных систем ком-
мунального водоснабжения городов относятся к первой
категории надежности, а прн наличии емкостей с соот-
ветствующим пожарным запасом воды, обеспечивающих
необходимую подачу воды под соответствующим напо-
ром при выключении насосов,— ко второй категории.
128

а)
^
=(-<;
Ы
itx.
^'^■^■SMS'^I'SSS^-zSS^'S^sF^S^SSZ'^
Рис. 35. Схемы повысительных насосных станции
а — повышения давления, б — повышения давления и увеличения подачи
Па пожарны.х насосах устанавливают резервные насосы,
число которых зависит от класса надежности в соответ-
ствии с нормативными требованиями. Насосные станции
первой и второй категорий надежности бесперебойно
снабжаются энергией, для чего их присоединяют к двум
независимым источникам энергии или питают от двух
отдельных фидеров. В некоторых случаях их подключа-
ют к резервным агрегатам, установленным на электро-
станциях, или к тепловым двпгателям в насосных стан-
циях. Бесперебойность работы насосных станций обеспе-
чивается автоматической системой, позволяющей пере-
ключать питание аварийных иасосио-силовых агрегатов
на резервные Для облегчения устройства автоматизации
и иовьнпения надежности работы насосов в насосных
станциях первой и второй категорий насосные агрегаты
рекомендуется располагать ниже расчетного уровня во-
ды в водоисточнике, или резервуаре чистой воды. К
всасывающим линиям насосных агрегатов предъявляют-
ся следующие требования:
всасывающих линий независимо от числа групп на-
сосов, включая пожарные, должно быть не менее двух;
при выключении одной линии остальные должны про-
пускать весь расчетный расход воды;
9 Зак. J79 ]29

пожарные насосы целесообразно оборудовать само-
стоятельной всасывающей линией.
Для зданий водопроводных станции с пожарными
насосами, коюрые но степени пожарно!! опасноеги от-
носятся к категории Д, нсиользуюг строительные Konci-
рукции I стсненн огнестойкости для насосных первой
катсюрии надежности и конструкции II степени огне-
стойкости— для насосных второй категории надежности
Один рабочий пожарный насос может быть установлен
в зданиях не ниже II степени огнестойкости Помещения
насосных станций рекомендуется блокировать с другими
зданиями и сооружениями. В этом случае насосная
станция отделяется несгорае.мыми ограждающими кон-
струкциями и имеет са.мостоятельный выход наружу.
Из трансформаторных но.мещеинй и электрораспреде-
лительных устройств также предусматривают отдельные
выходы При наличии тепловых двигателей у пожарных
насосов помещение насосной оборудуют внутренним
противопожарным водопроводом,
8. РЕЗЕРВУАРЫ ЧИСТОЙ ВОДЫ
Резервуары чистой воды, расположенные между очи-
стными сооружения-ми (насосной I подъема) и насос-
ной станцией II подъема, выполняют роль регулирую-
щих и запасных емкостей. Регулирующая емкость поз
воляет добиться равномерной работы насосных станци11
при из.меняюп1,емся по времени отборе воды потреби-
телями.
Насосные станции I подъема, так же как и очистные
сооружения, работают круглосуточно с постоянион про-
изводительностью В то же время насосы станции II
подъема включают в зависимости от режн.ма нотребле-
ння воды по ступенчатому графику. Емкость резервуа-
ра чистой воды определяют путем сов.мещеиия [рафи-
ков иодачи воды насосами I подъема (рис 36) (кри
вая /) и отбора воды насосами И подъема (кривая 2)
Подача насосов станции I подъема Qi составляет 4,17 %
суточного расхода. При двухступенчатой работе насосов
11 подъема в интервале от 20 до 6 ч расход Q2 составля-
ет 2,84 %, а с 6 до 20 ч--5,12 %• Если в 20 ч резерву-
ар пуст (W,,=0), то с 20 до 6 ч резервуар наполняется
водой (Qi>Q2), а с 6 до 20 ч происходит уменьн1еннс
накопленного в не.м запаса воды (Qj<Q2)
130

10 12
Часы суток
100
Й 70
^60
\i50
SiO
—
^t'
А
-
'-jf^
^А
"
L
/V
/
'
'/
2-
f^
\
i
oi
;
-
\
_^
¥^
1
Рис
HdCUCOB
36
1 II и
График работы
подъемов
? ^
б е 10 п 1^ 16 'S гог^г,
Рис V
фик полами
pcicpBYapa
/ - почача во1Ы с
суточного расхода
иая кривая
IliiTCipa.ibMUfi ipa
и отбора йоды 11!
расходом 4,17 %
2 — иптеграль
Вместимость резервуара определяют по табл. 14, ко-
торую составляют но периодам работы насосов II полъ-
ема от О до 6 ч, от 6 до 20 ч и от 20 до 24 ч. Из табл. 14
видно, что вместимость резервуара составляет 8+5,3 =
= 13,3% суючиою расхода воды Аналогичный резуль-
тат получается при определении регулирующей емко-
сти по ин1С1ралы1о.му графику подачи и отбора воды
"i резервуара (рнс. 37).
Отбор воды из резервуара насосами II подъема по-
казан кривой (О—Б—В—Д) Подача воды в резерву-
'Ч> показана кривой О—Д. Угол наклона к горизонту
характеризует интенсивность подачи или отбора поды:
чем больше угол наклона, тем интенсивнее нодача или
5* 3jk |?9
131

Таблица 14. Определение вместнмостн резервуара
Период
суток, ч
0—6
6—20
20—24
Полача в
резервуар
25
58,3
16,7
Отбор из ре-
зервуара Q<t,
%
17
71,6
11,4
Поступает в
резервуар, %
8
5,3
Выхолит
из резер-
вуара, %
13.3
Остаток в ре-
зервуаре, н
суточного
8
5,3
0
отбор воды из резервуара. Углу наклона а соответству-
ет подача воды с расходом 4,17%, углу наклона р — с
расходом 5,12% и углу наклона у — с расходом 2,84%.
Разность ординат между линией отбора и линией по-
дачи воды представляет собой остаток воды в резер-
вуаре в определенный момент времени. Из графика вид-
но, что за 6 ч в резервуар подано 25 % (точка А) и
отобрано 17%, т. с. в резервуар поступило 8%. Общая
емкость резервуара определяется суммой отрезков АБ
и ВГ, т. е. 8+5,3=13,3%. Кроме регулирующего объ-
ема, в резервуарах чистой воды храпят запасные объе-
мы воды на производствепые нужды (на случай вре-
менного увеличения водопотребления); на возможный
перерыв в подаче воды (в случае аварии); на пожар-
ные нужды (неприкосновенный пожарный запас воды).
Требуемые запасы воды на производственные нужды вы-
бирают с учетом длительности восстановления послед-
ствий аварии.
Если источники водоснабжения (очистные сооруже-
ния, артезианские скважины и т. п ) не могут обеспе-
чить подачу воды во время пожара, то в емкостях пре-
дусматривается хранение неприкосновенного пожарного
запаса воды Последний обеспечивает бесперебойную
подачу воды при тушении пожаров. Объем неприкосно-
венного пожарного запаса воды определяют по расчет-
ному расходу воды в течение времени Тт:
r„ = QnTT-|-2C,
где 1^,1 — непрнкосвеипый пожарный запас воды, Q^ ~~ пожарный часовой
расход воды; т.^ — про.толжптельиость полачн воды для пожаротушения,
XQ — суммарный расход воды по совмещенному графику паиболыпсго вою
потребления за время пожаротушения
Если гарантирована бесперебойная подача воды из
водоисточника в резервуары чистой воды, то при рас-
чете емкости учитывают пополнение объема за время
тушения пожара, В таком случае насосы II подъема
отбирают из резервуара пожарный и хозЯйствеиио-пить-
132

евой расход, а насосы I подъема подают расход воды
Q,. Объем неприкосновенного запаса воды в резервуа-
ре в этом случае определяют по формуле
Г„=((Э„—C,)tt+2Q,
где Of — подача насосов I подъема.
Максимальный срок восстановления неприкосновен-
ного пожарного запаса воды в населенных местах и на
предприятиях с производствами категории пожарной
опасности А, Б, и В должен быть не более 24 ч, а на
предприятиях Г и Д — 36 ч. Для промышленных пред-
приятий с пожарными расходами воды 20 л/с и менее
допускается увеличение продолжительности восстанов-
ления неприкосновенного пожарного запаса воды: для
предприятий с производствами категорий пожарной
опасности В — до 36 ч; для Г и Д — до 48 ч.
Если пожарный запас воды не может быть пополнен
в указанное время, то увеличивают вместимость резер-
вуара, в котором хранится этот запас. Дополнительный
объем пожарного запаса воды для компенсирования про-
должительности его пополнения определяют по фор-
муле
Д1!7„ = Г„(т-т.)/т,
где т — продолжительность восстановления пожарного запаса поды, т^ —
требуемая продолжительность пополнеиня пожарного запаса воды
Продолжительность восстановления неприкосновен-
ного пожарного запаса воды т* должна быть меньше или
равна промежутку времени между окончанием одного и
начало.м следующего пожара. Этот промежуток време-
ни устанавливают но формуле
T. = 24/v.—Тт,
где \^ - расчетное число пожаров в сутки, Tj расчетная прололжитсль
пость отбора воды из водопровода
Нормативная продолжительность восстановления не-
прикосновенного пожарного запаса воды будет достаточ-
на лишь для населенных мест с численностью населения
около 100 тыс чел. В населенных местах с численно-
стью населения свыше 100 тыс. чел. нормативная про-
должительность будет превышать фактически необходи-
мое для восстановления израсходованного запаса воды
Т-. В этих случаях значения т^ принимают по формуле
B8).
Резервуары чистс^й волы сооружают из железобето-
на, кирпича и бутового камня. Наибольшее распростра-
нение имеют железобетонные резервуары объемом
100—2000 м^. Резервуары оборудуют трубопроводами

для подачи н отбора воды, а также трубами для слива и
сброса грязной воды при ремонте. Арматуру для пере-
ключения трубопроводов размещают непосредственно в
помещении насосной станции или в специальных каме-
рах.
В насосных ста1щиях (без выделенной группы пожар-
иы.х насосов), имеющих всасывающие линии, применя-
ют автоматические указатели уровней (размещенные на
отметке уровня нснрикосновеииого пожарного запаса),
которые включают дополнительный насос или выключа-
ют работу насосов хозяйственно-питьевого назначения в
насосной 11 подъема. Кроме автоматических сигпаиьных
устройств, контролирующих уровень неприкосновенного
пожарного запаса воды, применяют специально смонти-
рованные всасывающие линии насосов, которые
исключают отбор неприкосновенного пожарного за-
паса воды производственно-хозяйственными насосами.
Кожух, установленный на всасывающе!! линии, преду-
преждает загнивание воды в запасном резервуаре.
Всасывающую трубу производственно-хозяйственною
насоса иногда выводят па уровень неприкосновенною
пожарного запаса и в верхней ее части предусматри-
вают отверстие. Вода к насосам через трубу поступа-
ет до тех пор, пока не обнажится отверстие на верху
трубы и в нее попадет воздух. Оставшийся ниже отвер-
стия на верху трубы объем воды может быть нсполь-
зо[!ан лишь пожарными насосами.
9. ВОДОНАПОРНЫЕ БАШНИ И ГИДРОКОЛОННЫ
Водонапорные башни предназначены для регулиро-
вания неравномерности водопотреблепня, хранения не-
прикосновенного запаса воды н создания требуемого
напора в водопроводной сети.
Е.мкость бака водонапорной башни определяют по
формуле
где W — pel у.1ир\К)|1ия емкость бака. ^„ -j неприкосновенны]! jdiiHC
воды
Пеирикосиовенный запас воды вычисляют но фор-
муле
где \V ^03 — janac воды онре.юляемый по максимальном> расходу на
хозяйственно питьевые и произзо1<.тзеиные нужды но время тушения по
жара; ^цож ~ запас воды на Ю-мнпутпое пожаротушение
134

Запас воды на 10-miih>t- wo
iioe пожаротушение опреде-
ляют из условия подачи во-
ды Д.1Я туп1еиия; .^
одною виутреиисго и од-
ною наружного пожара в .,
населенном пункте; g
одного пожара пп\трсп-
ннмп пожарными кранами,
а также спрннклернымн или
дренчернымн ус1аповкамп
на нромьпплепиом нрсдпрн-
ятин;
одного пожара внутрен-
нимн пожарными кранами ■■^ 2o\-'i
в отдельно сгоян1,ем здании
с установленным в нем во-
донапорным баком или гнд-
ронпсвматической установ-
кой.
Пожарный запас воды в
о Ю
F ЛО
—
А^
^j
/ /7
^ '6
7?
г'
Щ
i
J/
Ч
-J
'и-
1Г7
li?
'
-/
8 17 W 20
Часы суток
24
I — rpafi>iiK водопотреблриия, 2 -
равномерная подача насосов, I -
неравномерная подача iracocon
Рис 38 Интегральным
баке принимают но больше- график недопотребления и но-
му расчетному расходу дачи поды насосами
предприятия или населенно-
го места. Регулир^10П1у10 ем-
кость бака определяют по
с<)вмеп1,енному графику водопотреблсния н подачи насос-
ной станции н с noMoui,bio интегрального графика
(рис, 38). Угол наклона отдельных участков кривой /
к оси абсцисс характеризует интенсивность потребления
воды за определенный промежуток времени. Когда кри-
Biiie 2 или 3 находятся выше кривой /, в баке накап-
ливается вода. В часы расположения кривой / выше
кривой 2 млн 3 происходит забор воды из бака. Регули-
рующая емкость бака определяется суммой абсолютных
величин максимальных положительных и отрицатель-
1">(\ разностей ординат кривых подачи и потребления.
При равномерно!! работе насосов регулирую1цая емкость
бака состав!!т 14,3+5,5=19,8%, а при неравномерной
работе 7,o-f-2=9,5 % суточного расхода воды. Запас во-
ды для 10-М1!!!уТПОГО Ту!!!е!!!1Я ОДНОГО НаруЖНОГО Н 0Д!!0-
го В1!утреннего пожаров (м^) определяют но формуле
И^иож""-'".6(^Л I Ом),
'''•'' 0,1 — расход воды па внутреннее нож,1рот>гиенне л'с
Д1Ч на наружпее пожаротутеипе л/с.
Q^^ — расход RO-
135

Запас поды па хозяйственно-питьевые и пропзволст-
венныс нужды (м^) рассчитывают по формуле:
"^ пож "'" ^^xoj '
макс
1де Qx(i3 —максимальным расход волы на хозяйстветю питьевые и про
нзводственные нужды (без учета расхода воды па душ и мойку техноло
гическогв ввврудования) л/с
Для обеспеченпя надежной подачи воды к потре-
бителям водонапорная баишя должна иметь высоту, оп-
ределяемую из условия создания в «диктующей» точ-
ке водопроводной сети требуемого свободного напора
при панпизшсм уровне воды в баке и рассчитываемую
по формуле
//в о=1,05Лс+//с в+(гд т—гв о),
где //д б — высота водонапорной баиши от поверхности земли до дна ба
ка 1,05 — коэффициент, учитывающий потери напора па местные сопротив
ления, Л^—потери напора в сети по направлению от воДОнапорпоП баигпн
до диктующей точки в период наибольшего водопотребления, ^с в ~ ^^'^
буемый свободный напор в диктующей точке, г™-j. и г^ ^ — геодезические
отметки поверхности земли в диктующей точке и в месте расположения
водонапорной башни
Основными элементами водонапорной бап1нн
(рис. 39) являются водонапорный бак и несущая его
конструкция.
Водонапормую башню оборудуют таким образом, что-
бы обеспечивалось храпение неприкосновенного запаса
воды при работе водопровода в обычное время и авто-
матическое отключение ее при включении пожарных на-
сосов. Подача воды в бак и отбор осуществляются по
трубопроводу. По трубопроводу может забираться толь-
ко регулирующий запас воды. Для отбора неприкосно-
веииого запаса воды используется трубопровод с элект-
розадвижкой, которая открывается при пуске пожар-
ного насоса. Водонапорный бак снабжен грязевой и
переливной трубами, которые соединены с канализаци-
онным колодцем. При пожаре водонапорная башня от-
ключается обратным клапаном и электрозадвижкой. К
месту пожара вода передвижным пожарным насосом
может подаваться из каналпзацнопною колодца, для
чего с помощью вентиля и муфты открывают задвижку.
Иногда для сохранения неприкосновенного запаса
воды на водонапорные баки устанавливают автоматиче-
ские устройства (например, электронное реле уровня),
передающие показания уровней воды в баке на насос-
ную станцию или в диспетчерский пункт.
136

Верхний
уровень
неприкосно
бен»ого
запаса воды
Водонапорные баити
бывают желсзобегоиные, ме-
таллические и кирпичные
Наиболее распространены
железобетонные водонапор-
ные башни. Металлические
водопапорпые башпи соору-
жают значительно реже. Во-
донапорные баипш из кир-
пича сооружают относитель-
но небольшой высоты По
типовым проектам башни
сооружают высотой (до дна
бака) до 40 м с баками ем-
костью до 800 мз*. На одной
и тон же подонапорион
башне устанавливают па
разной высоте два и даже
три бака,
Гпдроколоины являются
разновидностью водонапор-
ной башни, которая позволя-
ет храпи1Ь аварийный запас
поды. Она представляет со-
бой железобетонную или
стальную цилиндрическую вертикальную емкость, высо-
та которой равна высоте водонапорной башни.
Рис 39 Схема оборудова-
ния водонапорном башпи
/— волопроно! 2 — стояк для от
6ot)a воды ■? — ве!1тиль для вклю
^1СМПЯ iiOT.d4il поды при M()/hdI)OT\
П1СНИГ1 ^ - баи иодоисигориой 6;i.![
1111. 5 1 рячевая тр\6<з. 6 — пере
лпвпая 1Р\6а 7 — ствол 5--vct
poftcTHO для ctiyCKj воды. 9 —
шзжариыП пере 1П11Ж11о11 Hdcoc. tO—
вочоировотиып колодец
И) ПРОГНОЗИРОВАНИЕ РЕЖИМА ПОТРЕБЛЕНИЯ ВОДЫ
ПРИ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ
При оценке характеристики водообеспечення во вре-
мя тушения пожаров в городах и на промышленных
предприятиях, расположенных в черте города, использо-
вали статистическую информацию о фактическом рас-
ходовании воды, которая анализировалась на основе ма-
тематических методов теории вероятностей. Для описа-
ния, обьяснення II предсказания процессов водопотреб-
-■ения при тушении пожаров по результатам анализа на-
В США и Финляндии широко применяют башин с баками
емкостью 5000 м' и более.
137

блюдспцй строили математические модели (теоретиче-
ские рас1!редс.1еиия).
Априорные соображения выдвигаемых гипотез иро
веряли на соответствие эмпирических расиреде^чепин од-
ному или нескольким теоретическим распределениям
(эксионеиииалыюму, Венбулла, нормальному, Пуассо-
на, логарифмически нормальному). Впоследствии ре-
зультаты предварите.чьной оценки улуч1иили 1!утем ис-
ключения обнаруженных ошибок и уточнения парамет-
ров исходного для анализа материала'. В частности, чи-
сло интервалов (вариант) наблюдении, а также общее
число наблюдений при анализе выбирали в зависимости
от требуемого размера относительной ошибки б зна-
чения X исследуемой случайной величины с доверитель-
ной вероятностью и вида выбранного зак(Л1а раснределе-
ния. При этом значение i\_^ ; 2 /г в расчетах 11|)инима-
J!H равным 2, что соответствовало отклонению величины
в интервале 2 о, а доверительная вероятность резуль-
тата (при нормальном рас!!рсделен1ш) составляла
0,954 Значение 6 = 0,05, принятое в расчетах, обеспечило
точность с погрешностью, не превыншющей 5 Со-
программа уточнения вида распределения нз числа
пред1юлагаемых вклютала проверку соответствия эм-
пирических реализации одному из указанных выню тео-
ретических распределений. Для этого на ЭЦВМ вычи-
сляет константы и параметры функций распределения
данного статистического ряда. Распределение принима-
ли, если значения критерия Пирсона удовлетворяли ус-
ловию
0,05х\<х'< 0,8x4
где X'l - TjC.in'riioo лычепис критерия Пирсона
Расходы воды для тушения пожаров
Были получены данные о распреде;!ении случа|'1нон
величины расхода воды при тушении пожаров в горо-
дах и на промышленных зданиях, размещенных в черте
города. Оказалось, что значение квадрата среднего рас-
xo.ia воды для тушения пожаров Q\ (математического
ожидания) и дисперсия D {Q) близки друг другу, но-
' Сбор информации, ее обработку и планирование эксперимен-
та выполняли в cooTucTCTBiiM с методами, рекомендуемыми ГОСТ
17510—72. «Система сбора И обработки инфор.мации. Плапироза-
иие эксперимента».
138

SToiwy Aьгл приггят ггоказатольный закон распределения
случамиой величины, который описан выражением
I' {Q) --Pig < Q,,} -. 1 -- е~Ч!(^* , B9)
г 10 1'[Ч 'Л|} liiliDaiMcjcrb 1ч1и 'ПО bcl знамения ircpcMCiiiKiii вслнчм
пы Q меиыие дстсринпированмо!! величнпы Q^ пли рапиы ей, Q - расхол
воды для туиюиия пожара. Q^ - средний расход воды для туи1еиия пожарп
(MdicMJTMWecKoe ожидание)
Полученные автором средние значения Q* (л/с) при-
ведены ниже
Жилые и общественные здания (высотой до'двух эта-
жей) : 11,24
То же (высотой три этажа и более) 18,63
Промышленные здания I и II степеней огнестойкости 22,14
То же, IV и V степеней огнестойкости 26,05
Кривые интегральной функции распределения случай-
ной величины расхода воды для тушения пожаров
(рнс. 40) показывают, что в жилых и общественных
зданиях 1Ювып!енной этажности расход воды больно,
чем в зданиях с небольпюн (до двух этажей) этажно-
стью. Расход воды для тун!ения пожаров па промыш-
ленных предприятиях зависит от степени огнестойкости
строительных конструкций. В зданиях со сгораемыми
конструкциями (IV—V
Р!0)
0999
сгепсиь огнестойкости)
раскол йоды больше,
чсмвздатшх из несго-
раемых строительных
конструкций. Предло-
женная математичес-
кая модель достато'лго
хороню описывает про-
цесс распределения
расхода воды для ту-
и!еиня пожаров.
Анализ фактиче-
ских расходов воды
для тушения пожаров
1^ городах показал, что
численность населения
не Влияет на величину
расхода воды, в то вре-
мя как действующими
нормами расход воды
установлен в эавнси"
' / / ^ ^;^
^Ш
1 1
0,99
095
0.9
0,1
0.5
70 90 60 80 100 120Q,n/c
Рис 40 Кривые интеграль-
ной фчикнин распределения слу-
чайной величины расходов воды
для тушения пожаров
/ — в жилых и общественных зданиях
высотой До двух этажей, г — то же,
высотой свыше двух этажей; ^ — в
промышленных зданиях (усредненные
данные) I—И степеней огивстоЛкосгн:
4 — ъ открытых т*хнологйч*еких уста-
Hoixax прсднриятмй химмчккой м нвф<
гниинчмкой промышлмноетн
\щ

мости ot численности населения города. В то же времй
фактический расход воды, наблюдаемый в процессе ту-
шения отдельных пожаров, превышает нормативный рас-
ход воды. Это положение в первую очередь относится
к расходу воды для тушения пожаров на промышлен-
ных предприятиях повышенной пожарной опасности.
Определение расхода воды
Расход воды для тушения пожаров определяют в за-
висимости от значения требуемого риска. После преоб-
разований на основании B9) получена формула
где е —риск, равный I—P^Q<QgX и показывающий вероятность событий,
для которых тушение пожаров достигалось "при расходе воды большем,
чем заданная величина Q„. или равном ей
Расход воды ПО действующим нормам часто оказы-
вается недостаточным для успешного тушения пожара
(нормативному расходу воды соответствует недопусти-
мо большой риск 0,11, т. е. в 11 случаях из 100 рас-
считанные на пропускную способность 80 л/с системы
водоподачи не могут обеспечить подачу требуемого для
тушения пожаров количества воды). Для обоснования
размера риска автором использован принцип соизмере-
ния выходного эффекта ' и затрат. Это обусловило вы-
бор иного критерия и разработку нового подхода к оп-
ределению требуемого расхода воды. В основу алгорит-
ма расчета положены зависимости приведенных (еже-
годных) затрат (в пределах заданного диапазона зна-
чении риска). При этом переменная часть величины еже-
юдных затрат на строительство, эксплуатацию и воз-
мещение ущерба от возможных пожаров выражена в ви-
де функции размера риска от пожара.
Капитальные вложения в систему подачи и распре-
деления воды складываются из строительной стоимости
1'одоироводных линий, водопитателей и запасных емко-
стей. Расход воды для тушения пожара Qn оказывает
влияние на производительность системы подачи воды,
вместимость резервуаров и пропускную способность сис-
темы распределения подачи воды, а следовательно, и на
' Полезный результат от использования системы водоснабже-
ния в заданный интервал времени.

капитальные затраты. Это влияние оценивалось количе-
ством воды, отбираемой из объединенного производст-
венно-противопожарного водопровода для тушения по-
жаров в течение юда W, которое составляет незначи-
тельную часть повседневного производственного потреб-
ления воды:
W=365.3600Q%?vT.,
Рде X — расчетная иитенсивность возникновения пожаров в сутки, т, — сред-
няя продолжительность тушения пожара (математическое ожидание), ч
Капитальные затраты, отнесенные к выполнению во-
допроводом функций противопожарной защиты (в
процента.х от общей стонмостн системы водоснабжения),
в технико-экономическом анализе аппроксимированы эм-
пирической формулой
где С, — капитальные затраты для достижения требований протнвопожар
ной защиты (прн Q„"Q*n'. "• ''• " — параметры, устанавливаемые в ре
зультате анализа сметно финансовых расчетов и укрупненных показателей
капитальных затрат, Л^ — годовая мощ.ность предприятия.
Переменная часть приведенных годовых затрат, от-
несенных на пожарные цели для системы производствен-
но-противопожарною водоснабжения (затраты увеличи-
ваются прямо пропорционально Qu) имеет вид:
C-mC«ln—.
Переменная часть издержек эксплуатации Э, связан-
ных с подачей воды для тушения пожаров (Qn==Qn*),
выражалась следующим образом:
где р — экономический показатель, характеризующий затраты, связанные с
подачей волы (ежегодные отчисления от стоимости насосных станций и го
довая стоимость энергии, расходуемой на подъем воды), //„. Н,^ — папир
насосов при ту1не»ни пожара п в условиях повседневной работы
Значение р определяют но рекомендуемой Н. П. Аб-
рамовым формуле:
р= l{a+E^)fr+8760cov]/\02i],
где а — Нормативный процент амортизационных отчислений от строитель-
нов стоимости насосных станций; В^ — нормативный коэффициент эффек-
тивноетя капитальных вложений; f — удельная стоимость иасосиой станций;
' —коэффициент резерва васосио-сяловога оборудоваиня; С^ — стоимость
1 кВт-ч алектроэнергии, потребляемой насосной станцией, v — коэффициент
Вкравконериостн расходования »лектроэиеррии иа подачу воды в течение
раочвтного периоде времаии; ч — коэффициент пола»иого действия,
141

Переменная часть основных эксплуатационных
трат, связанных с увеличеипем напора н полачп волы
стемон при тушении пожаров (затраты B03paciaio
уве.1нченпем Q,,), выраженная в виде функции разм!
риска от пожара, онрсде.гяется зависимостью
Э = у^Э. In 1/f
Переменная часть основных затрат, связанны;
возмещением последствий от возможных пожаров (
траты возрастают с увеличением е), имеет вид:
У = ДУ*с^ ,
где А — константа, опреде.гяемая на основании обработки статистичес
материала, У,^ — среднегодовой ущерб для рассматриваемой группы оС
тов, равный У-1 : У — ущерб (средний) от одного пожара, Р — napav
уста!'авливаемый в результате анализа фактических ущербов от нож.
Значения У и л определили на основе обработки с
тистического материала о возможных пожарах и раз
pax ущерба от них. Автором приняты следующие з
чения У в виде индексов: для адм1тистративных зда'
значение индекса принято равным 1, для произво;
венных зданий (в среднем)—4,76; для складов — 4
Таким образом, сумма переменных частей приве;
ных ежегодных затрат, выраженная в виде функцш
имеет следующий вид:
П = mC,lnJ/E + ЛЭ»1п 1/е + ДУ*Е^
Значение е*, соответствующее экстремальному ;-
чению (из устовия с1П/с1г^=0), будет равно:
I
г,, = [(тС,, + ЛЭ^/(рдУ,)]Р .
После подстановки формулы C0) в выраже
(d^n/de^) нетрудно показать, что
(тС.+Ю.)(Р+1)>(тС.+йЭ.) и дЧ]1()в'>0 ирп \;>0
Изложенные здесь свойства экономического фуикцнг
ла зависят от знака величины р. Лналнз резулыа
статистических данных об ущербах от пожаров н(
зывает, что величина р всегда больн1е 0. Это свидетс
ствует о том, что с1^и/с1г^>0 и найденная из уравне
dn/de=0 величина е* соответствует наименьшему з
чению функции П=/(е).
Описанный метод дает возможность установить
гнческую связь между последствиями от воздействия
148

жара н условиями бесперебойности подачи воды для
тушения пожаров, а также научно обосновать величину
Р 11 вместе с этим нормы расходования воды для туше-
ния пожаров.
В результате анализа укрупненных показателей сто-
имости систем производственно-противопожарного во-
доснабжения нефтехимического предприятия мощностью
1—3 млп м^год и обработки статистических данных о
фактических уш,ербах от пожаров установлены следу-
ющие значения параметров:
Параметр т С^ А ^ k Э
Значение 0,3 (),(,7 5 0,5 0,2 0,101
Ниже приведены расчетные значения е* для зданий
и сооружении, расположенных в черте нефтехимического
предприятия мощностью 1—3 млн. м^/год, необходимые
для расчета норм расходования поды при тушении по-
жаров.
"* ^*
Ллм11нистратиВ|1ые здания 0,1 0,2F
Производственные здания (усредненные данные) 0,95 0,095
Склады • 0,89 0,(98
Использование предлагаемою метода при проектиро-
вании систем подачи и распределения воды, работающи.х
в режиме пожаротушения, позволяет обеспечить требуе-
мую бесперебойность подачи воды для тунгения пожаров
при наименьших приведенных затратах.
п. ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ
ВОДОПРОВОДНЫХ СООРУЖЕНИИ
При проектировании комплекса водопроводных соору-
жений необходимо в соответствии с действующими тре-
бованиями СНнП определить численные характеристики
сооружений (водонитателей, водоводов, водопроводных
сетей и сооружений для хранения и регулирования по-
Дачи воды), которые должны обеспечить выполнение
«заданных функпий» при минимальных приведенных за-
тратах на строительство и эксплуатацию. Параметры
водопроводных сооружений рассчитывают на основе пре-
дельных (пиковых) нагрузок (заданного количества по-
требляемой воды, режима ее потребления и требуемого
143

давления в сети) с учетом требований и условий водо-
обеспечения передвижной пожарной техники. К ним от-
носятся:
подача требуемого количества воды под заданным
напором в наиболее удаленные от водопитателя расчет-
ные точки водопроводной сети;
обеспечение бесперебойной подачн воды;
использование стандартного оборудования при воз-
ведении водопроводных сооружений (труб, насосов, уст-
ройств отбора воды на противопожарные нужды).
Реншние задачи сводится к выбору схемы водоснаб-
жения, определению диаметров всех линий водопровод-
ной сети, подбору соответствующих водопитателей и на-
значению режима работы комплекса водопроводных
сооружений с учетом условий бесперебойной подачи во-
ды для тушения пожаров и соответствия минумуму при-
веденных затрат.
В соответствии с требованиями норм строительного
проектирования параметры водопроводных сооружений
системы водоснабжения рассчитывают на расход воды,
представляюн1ий собой сумму максимального расхода
воды всеми потребителями (на хозяйственно-питьевые,
бытовые, обт,ествеипые, производственные и пожарные)
в часы и сутки максимального потребления воды. В свя-
зи с этим твстствеииым этапом расчета является опре-
деление параметров, характеризуюншх режимы водопо-
требления при отборе воды для туигения пожаров. Завы-
Hienne расчетных параметров приводит к снижению эф-
фективности капиталовложений, занижение—к увеличе-
нию уи1ерба от возможных пожаров в результате нару-
шения нормального водообсспечепия. Эффект водоснаб-
жения (при отборе воды для тушения пожаров) зависит
от того, насколько точно рассчитаны показатели, опре-
деляющие четкость, устойчивость и надежность работы
комплекса водопроводных сооружений. Требования норм
основаны на использовании детерминированных значе-
ний (потребность в воде, продолжительность отбора, од-
човре.менность пожаров и др), причем расчет системы
из условия «подачн полного расчетного расхода на туи1С-
ние пожаров» при «иаибольигем часовом расходе воды
на другие нужды» — приближенный и имеет существен-
ные недостатки. В связи с этим важно прогнозировать
процесс водопотребления, который позволит заблаговре-
менно предсказать график потребления воды и упорядо-
чить вопросы бесперебойной ее подачи.
144

в работах автора, посвященных вопросам оценки ка-
чества функционирования систем противопожарного во-
доснабження и анализу стохастической природы потреб-
ления воды для тушения пожаров, комплексно описан
прогноз процесса водоснабжения с помощью аналитиче-
ских моделей, построенных иа основе обработки вероят-
ностно-математическими методами статистической ин-
формации о случайном процессе потребления воды. Ука-
занная концепция положена в основу совернюнствования
методов расчета систем противопожарного водоснабже-
ния вообн1,е и вопросов научно обоснованного прогнози-
рования бесперебойной подачи воды в частности. Это
позволило предсказать вероятность нарушений или сры-
вов водообеспечення и предусматривать мероприятия для
гарантированной их ликвидации, обеспечения устойчи-
вой работы каждого сооружения и повышения надежно-
стн системы водоснабжения в целом. Для достижения
посгавлеиной цели прежде всего необходимо выявить
общие свойства и особенности работы системы противо-
пожарного водоснабжения при воздействии случайных
факторов.
Общая схема вычисления параметров водопотребле-
ния при отборе воды включает четыре этана. Первый
этан — классификация потребителей по степени беспере-
бойности обеспечения их водой. Второй — построение
расчетной модели суммарного водопотребления и вычис-
ление се параметров и констант. Третий — установление
требуемого уровня бесперебойной подачи воды и опреде-
ление с помощью построенной модели суммарного (рас-
четного) расхода воды. Четвертый этап расчета — по-
строение расчетной модели и установление параметров
для определения продолжительности и одновременности
подачи воды и продолжительности восстановления из-
расходованных во время пожара запасов воды.
Расчет с использованием жестко детерминированных
настоящими нормами режимов водопотребления не яв-
ляется безукоризненным, так как в нем не учитываются
возможная (нефиксированная) водоотдача системы на
противопожарные нужды и существенное воздействие
внутренних и внешних случайных факторов. Поэтому це-
лесообразно пересмотреть действующие в настоящее вре-
мя принципы расчета параметров, характеризующих тех-
нические состояния системы подачи н распределения
воды. Для решения перечисленных выше задач была
выявлена степень влияния требований противопожарного
145

водообеспечеиня iia параметры водопроводных сооруже-
нип, представляющая собой отпошенпе расчетной) рас-
хода воды для тупгепия пожаров с/и к хозяйсгвоипо-
nnTiiCBOMy расходу воды д^ при повседневной работе
системы.
Влияние требований противопожарного
водообеспечения на параметры
водопроводных сооружений
Влияние требований противопожарного водообеспече-
ния ' на параметры водопроводных сооружений п тех-
иико-зкономнческие показатели системы водоснабжения
обусловлено в основном численностью населения. Ана-
.'iH'i вариантов систем водоснабжения, обслуживаюиигх
населенные пункты с различной численностью насете-
ипя, показал, что влияние требований пожарного водо-
обеспечения на затрат))! зависит от величины ф=1-)-
-hQu/q^'x н ф' = Gп/'7х (где q^ — расход воды па хозяйст-
вснио-питьевые нужды в сутки наибольпгего водопотреб-
лепия; (/^'х — то же, в час наибольи1его водонотребле-
ипя). Для сопоставления технико-экономических показа-
телен вариантов спетом противопожарного водоснабже-
ния капитальные вложения Си на удовлетворение
требований противопожарною водообеспечения (в про-
центах от общих затрат на систему водоснабжения С)
выражались также в зависимости от численности насе-
ления города М и нормы потребления воды на одного
жителя в сутки (/*. Cn=/(V; (/*). Наиболее удобным
для математической обработки н достаточно точным
выражением функции явилось степенное уравнение Сп=
= /1-)-/^ф', которое после логарифмирования, замены
переменных [л: = 1^ф и у=]п (Сп—Л)] и соответствую-
ИЦ1Х математических преобразований, нринодилось к
уравнению прямой y=]g В-{-ух. Параметры степенной
функции получены на основе анализа сметно-финансо-
вых расчетов и укрупнещгых показателей стоимости во-
допроводных сооружении различной производительно-
сти. Технико-экономические показатели систем водо-
снабжения приведены в табл. 15.
' Требования к устройству водоводов, водопроводных сетей,
к резервированию иасосно силового оборудования, объему непри-
косновенного з;шаса воды в рмсрвуарях и водонапорных башнях
и к размещению пожарных гидрантов на водопроводной сети.
146

Таблица 15. Технико-экономические показатели систем
водоснабжения
-Кг;
i ^ ы
1 ^
S = ?
I'.u >;ол в лы* h 1 V( -
ЗЯ1Н IBClllHi-ilHTbCB! [(,
НУЖЛ! 1, л/с
^х
'^х
с:
\
й-
X
и
!_
'о"
К)
50
110
200
И)
15
50
70
120
120
АО
197
395
7<;о
21
А'1
210
420
840
28
52
2@
5/0
100)
1,5
1,45
1,32
1,24
1,22
1,38
1,29
1,19
1,13
1,12
38,4
32,2
23,1
19,3
17,1
32,2
26,2
19,8
12,5
12
6,2
6
3,3
6,8
5.1
• Норма среднесуточного водопотреблеиня (ja год) на 1 жи
теля принята равной 340, в сутки нанбольигего водопотрсбления—
360, в час наибольшего водопотребления--450 л/сут.
Для интервала б^Л'^^ЗОО (N, тыс-) капитальные
затраты Си ir C',i аппроксимированы
Cn=fn-5,i: I
с;, = i,8+i,U(\ f
Результаты обработки данных технико-экономическо-
го анализа выражены графически па рис. 41 и 42.
Значение Сп зависпг пе только от численности насе-
ления, 110 и от нормы водопотреблеипя и коэффициента
его неравномерности k. Следует отметить припцпппаль-
пое различие при определении значения k для гидравли-
ческих расчетов систем подачи и распределения воды
Население, тыс. чел. Затраты По данным
табл. 15
Г, 77 38,4
.0 80 32,2
50 32 23,1
lOO 23 19,3
Из результатов нсследовашн") видно, что требования
противопожарного водообеснечепия перестают оказы-
вать влияние на параметры резервуаров и насосных
станций по мере уменьшения величины ф. При значе-
ниях ф, близких единице, противопожарные требовани^!
влияют лишь на характеристику водопроводных сетей.
Дополнительные затраты (около 8—10%) отнесены на
И?

Z?/?//»
I? 'Л 7/ l.5ifi^P
1,0
m
2C
Ю
^ - bodoiodbi и сбть
гая _ часоснь'в
Щ ~ станции
■7
ш
и
'?
'.3
'Л
Рис. 41. Зависимость капитальных затрат на выполнение требо-
ваний противопожарного водообеспечения от величины ф
/ — при расчете системы на максимальное водопотреблепие (в часы суток
наибольшего водопотребления); 2 — при расчете системы на максимальное
суточное водопотреблепие
Рис 42. Распределение капитальных затрат на удовлетворение
требований противопожарного водообеспечення между основными
сооружениями системы водоснабження
^ \
Рис. 43. Расчетная схема водопроводной сет
епдошвы! лввви-• «дерева еетв»; пунхтирвые — «независимые лваия», имею-
щие порядовые номера • добавдеаием 1000; шода а (ружхах — номера уа<
лоа; числа рядом о уздами -> уадоаме отборы аоды, л/о; рикевиа цифры —
HQuepa с«чеяий| выделяющях группы уадов
148

установку пожарных гидрантов и аварийных задвижек,
увеличение диаметров водопроводных линий и проклад-
ки дополнительных участков сети. В табл. 16 приведе-
ны результаты технико-экономического анализа для
кольцевой водопроводной сети (рис. 43) системы водо-
снабжения города при Л/ = 100 тыс. чел., 9"х=552 л/с.
При анализе рассмотрены варианты подачи воды на
случай противопожарного водообеспечения <7"х+^п и
повседневной подаче воды q^ '. При повседневном хо-
зяйственно-питьевом потреблении воды численность на-
селения, получающего воду от той или иной группы уз-
лов, определена по формуле
где JVp, q — общая численность населения, обслуживаемого данной систе-
мой, и расчетный расход воды, поступающей в сеть; Sq — суммарный от-
бор воды из линий, входящих в выделенное сечение.
Ниже приведены данные о капитальных затратах
(%) для реализации требований противопожарного во-
дообеспечения:
Таблица 16. TexHHK0-9K0H0MH4ecK4ie показатели
водопроводной сети
Сечение
^1у
л/с
-= ф" --r=f ,
CJC
I
II
III
IV
Il-a
И-б
30
95
250
420
55
100
5,25
16,6
43,7
73.4
9,61
12,2
15
15
50
70
15
15
3,28
1,94
2,14
1.95
2,56
2,23
10,6
3,8
4,6
3,8
6,5
5,0
1,49
1,25
1,67
1,56
1,87
1,72
1,79
1,45
2,38
2,14
2,88
2,51
Требования противопожарного водообеспечения ока-
зывают большое влияние на «второстепенные» линии во-
допроводных сетей (см. табл. 16), поскольку величина
гидравлического сопротивления водопроводных линий
(для разновеликих потерь напора) при противопожар-
ном водопотреблении увеличивается в ф° раз (п—пока-
затель степени в формуле h=sq^ для определения по-
терь напора).
» Техиико-экоиомические показатели определены по алгорит-
мам и программам, раэработаииым ВНИИ ВОДГЕО и ГПИ Союз-
водокаиалпроект,
149

Исходя из эмпирических закономерностей опрелел
пы значения du/d, показывающие увеличение диаметре
водопроводных сетей, и Сп/С, выражающие увеличен!
их стоимости в результате дополнительной нодачи г
ним воды на противопожарные нужды.
Полученные результаты позволяют оценить эффе!
тнвность капитальных вложений и выбрать экономич(
скн наиболее выгодные варианты проектных ретени
систем противопожарного водоснабжения.
Потребление воды при тушении пожаров
Закономерности случайного процесса водопотребле
ния для тушения пожаров наиболее достоверно могу
охарактеризовать численные значения норм водообес
печения. Требования норм основаны на нспользовани!
детермировапных значений неременных (потребность i
воде, продолжительность отбора, одновременность отбо
ра воды). Недостатками существующих нор.м являютс5
также неудачная трактовка требования подачи полноте
расчетного расхода воды; отсутствие требований к бес
перебойному снабжению водой, сформулированных н^
основе математической модели случайного процесса во
дообеспечения. Результаты .многих исследований пока
зывают, что процесс водопотреблеиня на хозяйственно
пнп.евые нужды характеризуют случайные величины
{1змеиенне водопотреблеиня но годам связано, главным
образо.м, с увелнчение.м численности населения и повы-
шением степени благоустройства жилищ. Рост хозяйст-
венно-питьевого водопотреблеиня в населенных местах
показан на рис. 44. Интегральная функция распределе-
ния хозяйственно-питьевого водопотреблсния, изменяю-
щегося по юдам, приведена на рис. 45. Се,^онные коле-
бания водопотреблсния определяют миграция населения
п Климагпческпе факторы. Суточные и часовые изменс-
иня расхода воды являются результатом неравномерно-
сти водопотреблеиня, вызванной сложившимся укладом
жизни города или предприятия. Данные наблюдений по-
казывают, что процессы колебания водопотребления мо-
гут быть описаны типичными рядами динамики, состоя-
щими из тенденции (тренда), сезонной и случайной
компонент,
ISO

P(q,)
19^Ю 1950 Ю60 um 193019907000
Рис 44 Рост хозяйстпеи-
ио-пптьевою иодоиотребленпи
luice'iCHUbix ЫСС1
/—в сутки М lKC[I\t i'K.ilUUi ПОД(»П(;
Т1)СбЛСП!1М (при ПОРОЯТМОСТИ 1ЯМ
можгюгс! пропышенпя, равмо! и не
Гм1лсч* одною раза и 10 лет), 2-
10 же {Лрл иСрОЯТМОСГМ во 1МОЖ1К)
10 превышения не более одного \ул
МА п г год), ^ - cpeiuecv го'икк' Кул
юд) водопотрсблепно. Л - мпнн
мальное водопотреблеиме
0,994
0,99
0,95
0.9
0,8
D,^
ilj
D,U1
0,001
-
_
-
-
^
/
-4
1
y/j
..1, .,.
7/
1 1.._
11,7 0,В 1
1,2
V' ?/?/
PiK' 15 1Ь!Те1'()алы!ая
ф>ч1кц11н распределения хозя!!-
ciiiciiiio iiini)enoro водопотреб-
лстг>], н!мо11яюшегося но го
ia\t
1, 2 7 11 4 - гоотвегсгную! обозна
ченмям рис. 44
Д.'1я оценки требуемой вероягпости обеспечения во-
дой пожарной техники, отбирающей воду из коммуналь-
ных систем водоснабжения, необходимо иметь интеграль-
ную функцию распределения и плотность распределения
суммы независимых случайных величин потребления
воды на хозяйственно-питьевые и противопожарные це-
ли. ApiTopoM дано математическое оннсание процесса во-
лонотребления и предложен метод расчета величины
расхода воды, основанный на вероятностных характери-
стиках водообеснечения. Суть разработанного метода за-
ключается в следующем. Случайный процесс потребле-
ния воды для тушения пожаров протекает на фоне из-
меняюи1егося во времени хозяйственно-питьевого водо-
нотрсблення. Именно поэтому исходной предпосылкой
для расчета надежною водообеспечення нр» отборе
экстремальных расходов воды из многофункннональлых
снсте.м водоснабжения служит ко.мпозиция законов рас-
пределения (закон распределения суммы независимых
случайных величин q^ и ^п). Прп этом следует отмстить,
что величина q^ распределена по нормальио.му закону
^{Ц%I Ц-а. — ПО экспоненциальному г[ца\.
151

Плотность распределения случайной величины (как
плотность вероятности суммы независимых величин)
представляет собой свертку /г(^х) и e(qn):
+ 00
Р(Я)'= ) iHq^)ii(q~q^)dqy,.
— 00
Поскольку подынтегральная функция отлична от ну-
ля только при O^qx^Q, то
P(q)^
\ n{q-^)Q(q~q-^)dqy, для ^ > О,
C1)
для q < 0.
Преобразуя C1) с учетом экспоненциального закона
распределения величины qn = Q—Ях, получим
о ^" ^" о
Внедя новую переменную z, интегральную функцию
распределения суммы независимых случайных величин
для значений д'^О представим в виде
''. 'I - '
1>{д)^\^Р(г)с1г^'\^ \-^<^"'"''\ n(qy.)c''^^"" dqAdz. C2)
Принимая во внимание, что
^" о о
выражение C2) приводим к виду:
ч _ _
P(q)= ~\{\п (q^) е''х/?„ dq,] dc~""'". C3)
О
Интегрирование C3) в пределах от О до д дает
Pig)"! е-
^l'^^^\niq,)e'-l''"dg^'^"
i Je=0
+
\ е " п (г)е " е de.
+ у
о
152

Учитывая, что Первое слагаемое представляет собой
\ n(z)dz, а второе — quPiQi), получим выражение ин-
0
тегральной функции распределения суммы независимых
■еличин qx и ^п, которое является одновременно алго-
ритмом для расчета па ЭЦВМ:
О
Плотность и интегральная функция распределения слу-
чайной величины qx выражают формулой
n(q^)^r-P'(q^)IP(g,y,
P(q^)= 1-I/a /2n ^
— f - l'7x-Vx)2o'
dq^..
C4)
Вводя под знаком интеграла новую переменную t=-
= (^х—^x)/(ctV2), получим
('lyT-ly^j^ V2
Р(?х) = 1 = ~- \ е-'%/Л
что даст
Поскольку qx'^o, то ^
а у 2
^1. Тогда выражение
C5) можно записать следующим образом:
P(qy.) = Q,b\\~^{qy.-~qy,)l<^y\. C6)
Подставляя выражение C6) в C4), после преобра-
зований получим выражение для определения плотности
распределения расходов воды на хозяйственно-питьевые
нужды:
О, если ^х < 0.
САР |-(9'x-■^x)^/2^J^ 1
1>{ду.) -
Z у Тр! \ \ ехр [ (q„ qy.f/24l\dq^
о
_, если ^х>(',
153

Плотность распределения расхода воды на противо-
пожарные нужды была описана показательным законом
I О, еслгг ^п < о,
1 ^я'е^Р(- 9'п/?п). l^tJltl (|?„>0.
Исходными данными для определения значений qx и
а\- служили коэффициенты неравномерности, приведен-
ные в табл. 5. На основании изложенных вьпне резуль-
татов обработки статистической информации на ЭЦВМ
определены значения ^х и Ох для расходов qx в диапа-
зоне 15—1250 л/с.
Ниже приведены результаты обработки данных и зна-
чения коэффициента неравномерности водопотребления
k^q^/qx при N{qx) =0,99:
Як, л с 50 100 2@ 500 8i,0 1250
а, D227 0,194 0,177 0,142 0,122 0,097
к 1,68 1,58 1,53 1,42 1.35 1,3
Как видно, неравномерность водопотребления умень-
И1ается но мере увеличения ^х (чнслеиности населения)
и зависит от величины N{q^). Вместе с этим следует от-
метить удовлетворительное согласование полученных ре-
зультатов с данными СНиП.
Население, тыс. чел И) 20 40 100 160 250
а 1,5 1,33 1,21 1,2 1,2 1,2
Р 1,3 1,2 М5 1,1 1,G 1,05
/гчм-п,с-ар ......... 1,8 1,6 1,4 1,32 1,28 1,26
Значения S(q) вычислены иа ЭЦВМ для населенных
мест при тушении пожаров в зданиях (жилые, общест-
венные и промьпиленные) с различными napavferpaMH
водообеснечення. Результаты вычисленн1г интегральпо!!
([)у11кцт1 раснрелеленни суммы незавнснм1>1х величин во-
допотребления иа хозяГк-твеиио-ннтьевые н нротнвоно-
жарпые цели нредставлены па рис. 46. Из гра([)нков
видно влияние величины ^и на .харак1еристнку хозяй-
ственно-питьевого водопотребления при </х=15—100 л/с
(см. рис. 46, а, б, в). При значительном расходе воды
на хозяйственно-питьевые нужды (см. рис. 46,г, д, е) это
влияние становится менее заметным. Огпгсаииын метод
расчета позволяет определять с помони>10 ЭЦВМ коэф-
A)ицненты неравномерности часового потребления воды
в лавнснмостн от среднечасового расхода воды в насе-
ленном месте q-i (или соогветствуюн1,его ему средиеквад-
154

'
0,95
09
0.8
OJ
'Ч>^
У^'
1 1 1 1
7,2 ти 16 18 ? q/q, 'J 7* 1,5 7,6 q/q^ 12 7,3 /,4 15 ISq/q,
Рис 46 И|1Т1чр;1.1Ы1ая функция р.и-прсдслсиия суммы iic.iaiiiicii-
MUX Be-'in4tiit no Ш1Ш1ребле1111Я tia мияисгвепио-питьсиые it противо-
и(>/кар[1ьге це.т
а- '/i=15 б —(/х=50 о —4^ = 100 г-"fl^-^O", в-^^^-500. е —~flx^^'*W' ■'''^
/ -
= ii 24,
■18,73, 3-
= 22,14; 4
-26 05 л/с
^^^^'/.б 7,8 т 2? ?,« 7,6 ?i
Рис 47 Зависимость ко-
эффициента неравномерности
водопотреблеиия от числеино-
<'Т1[ населения
/- HCptinnOMrpHOt I I, X(>0!l"iLT[H' ПЮ
питьевой^ но юпотреблеимя. 2
псраипомерипсть с\ммар1!01о 110Д<|
потребления (хозяйст'ичпю митьепо
1о и противопожарной)) 3 vmchi.
шение по ияи)т[)еблеипя при исклю-
чении nc)/hdpn<)ro рлсхола воды
ратического отклонения) и математического ожидания
противопожарного расхода воды ^п дли требуемой стс-
исиц (вероятности) обеспечения бесперебойпой подачи
поды. На основапин полученных данных построена зави-
симость коэффициента неравномерности водонотребле-
ния от численности населения (рис. 47).
155

Процесс отбора воды при тушении пожаров
Рассмотрим наиболее распространенный вариант мно-
гофункциональной системы водоснабжения (рис. 48),
в которую входят водоисточник, водопитатель, система
распределения, система управления водоподачи и водо-
разборные устройства для отбора и подачи воды на про-
тивопожарные нужды. Система водоснабжения состоит
из большого числа элементов, обеспечивающих потреби-
телей заданным количеством воды. Можно выделить
группу элементов, свойства которых необходимо учиты-
вать при проектировании системы водоснабжения. Если
противопожарное водоснабжение рассматривать как
сложную систему с точки зрения интенсивности подачи
воды для тушения пожаров, пропускной способности во-
допитателей и распределительной системы, а также опти-
мального регулирования водоподачи и распределения
воды при возникновении пожара, то в этом случае эле-
ментами сложной системы будут водоисточник, водопи-
татель и подсистемы распределения воды и управления
ее подачей. Здесь возникают вопросы предварительного
создания необходимых запасов воды в водоисточнике,
обеспечивающем нормальную работу водонитателя и
системы распределения воды, а также проблемы, связан-
ные с нормальным и своевременным управлением боль-
шим числом взаимосвязанных и взаимодействующих
элементов системы. При расчете системы водоснабжения,
помимо расхода воды для тушения пожаров, необходи-
мо определить продолжительность подачи воды для ту-
шения пожара, частоту возникновения и вероятность од-
новременного возникновения пожаров и т. д.
Работа системы водоснабжения аналогична работе
системы массового обслуживания, которая должна бес-
перебонпо нодапать воду для тушения пожаров (в лю-
бое время суток). Под обслуживанием в данном случае
нрмиимается удовлетворение системой поступающих
в пес требований (заявок). Система противопожарного
нодосиабжеиия — обслуживающая система, заявки —
требования на отбор воды для тушения пожаров в виде
временной последовательности (входящего потока). Осо-
бенность задач теории массового обслуживания ~-слу-
чайный характер изучаемых явлений: длительность об-
служивания и интервалов между поступающими требо-
ваниями. Работа системы построена следующим обра-
зом: в случайный момент времени поступает требование
156

f(ta*A'[)
г>ф4^
^
^xC'^ofA't)
3
и
'^М^п л.
To
Т^=То+ЛГ
Рис 48. Структура сложной многофункциональной системы во-
доснабжения
/ — водоисточник, г — водопитатель, ,? —система расчредрлония, ■/ — система
управления водоподачей; 5 — водоразборные устройства: Qx'^n' " Рх('^)~во-
допотребление иа хозяйствеино-нитьевые цели в моменты времени То и т со-
ответственно <Э„(То) и Q„(t„) — потребность в воде при тушении пожара
в моменты времени То и т„ соответственно О^^СТо+Дт) — параметр, характе-
ризующие! режим водонотребления при пожаротушении (состояние системы
в момент времени То-ЬАт); Q„(To-t-AT) — стохастический параметр, характери-
зующий режим водопотреблсиия (состояние системы) при пожаротупгепии,
rQjj(T„) ■ To<Ti} — реализация точечной оценки процесса водонотребления
при пожаротушении.
обеспечить тушение возникшего пожара водой, которое
выполняется во время тушения пожара, после чего сис-
тема приводится в готовность для последующей работы.
Работа системы водоснабжения характеризуется
своеобразными случайными процессами, связанными с
переходами этой системы из одного состояния в другие:
подача заданного расхода воды прп тутсхти пожара
в течение определенного времени, а затем восстановле-
ние израсходованных запасов воды и приведенпе систе-
мы в состояние готовности п ожидания перед очередным
включением на противопожарные нужды. Работу систе-
мы водоснабжения при тунгенни пожара характеризует
поток требований, который определяюг следующие по-
казатели; потребность в воде (расход) Qn; продолжн-
гельность отбора воды Тп', частота отборов v; одновре-
менное число отборов т; неравномерность частоты отбо-
ров А'п и характера водонотребления А'в. Таким образом,
задача исследований процесса отбора воды для тушения
пожаров сводится к определению численных значений
этих показателей.
157

Поток заявок на отбор воды
для тушения пожаров
Основным фактором, обусловливающим процесс, про-
текающий в системе массового обслуживания, является
поток требований, т. е. последовательность возникающих
один за другим пожаров. Поэтому первоочередной зада-
чей исследования системы нодачи и распределения воды
для 1уи1ення пожаров, рассматриваемой с позиции тео-
рии массового обслуживания, является изучение потока
требований, которые могут поступить в результате воз-
никновения пожаров. В данном случае под потоком тре-
бований понимают последовательность возникиовеиич
пожаров в какие-то случайные моменты времени. Функ-
ционированне пожарной службы города описывается ма-
тематической моделью, на основании которой определя-
ют число одновременных вызовои пожарных подразделе-
ний и продолжительность их занятости Подобный под-
ход был положен в основу построения математической
модели функционирования системы противопожарного
водоснабжения, рассматриваемой с позиции теории мас-
сово! о обслуживания. Для количественного анализа
процесса «обслуживания» требова1И1Й был проанализи-
рован поток постунаюищх требовании и исследованы его
характеристики. Анализ показал, что поток требований,
Поступающих в систему и представляющих собой после-
довательность заявок на отбор воды для ту1неипя пожа-
ров, пе является стационарным, поскольку параметр
потока зависит от времени суток н сезонов года. В то
же время процесс отбора воды в сравнительно ограни-
ченные промежутки времени приближается к стационар-
ному. С учетом этого положения принято, что поток
требований, поступаюншх в систему, является простей-
Н1ИМ. Эта гипотеза была проверена при анализе стати-
стических данных о пожарах с привтечением аппарата
теории вероятностей и теории массового обслуживания.
Обработка наблюдений позволила выявить закономер-
ности статистического распределения частоты возиикно-
вери1я пожаров и определить частоту повторения отбора
воды при туишнии пожаров. Было выявлено, что среди
множества факторов, влияюнщх на число пожаров v
в сутки, наиболее существсннымн оказались- п городах
и сельских населенных местах — численность населения;
в промьинлеицых зданиях (определенной категории по-
158

жарной опасности)—объем производства или годовая
производительность.
Зависимость v or характерного фактора, а также
значения констанг н нараме1ров устанавливали на осно-
ве корреляционного и регрессивного анализа xapaKiepa
корреляционного поля. CieneHb взаимосвязи между пе-
ременными выражена коэффициентом корреляции, а до-
стоверность полученных результатов оценена критери-
ем Фингера. Анализ обработки статистических_данных
позволил установить, что среднее значение' v может
быть аппроксимировано зависимостью степенного вида
v = ax''+b,
где а, Ь и п ^ константы и параметр корреляционной заннснмостн х —
численное значение характерного фактора.
Результаты корреляционного и регрессивного анали-
за частоты отборов воды из водопровода при тун1ении
пожаров приведены в табл. 17.
Таблица 17. Константы и параметры корреляционной
зависимости частоты отбора водьг при тушении пожара
Объекты
Городские населен-
ные места
Сельские tiaселенные
места
Промы11гле1гггыс зда-
ния
категория А
Б
В
1 д изм
ха1)актерно1 о
факто]>а
МЛН. чел.
»
тыс. м'
»
1 д изм
Ч-1
»
юд-'
а
(),6<)-,
0,71
4,13
2,32
1,02
b
0,31
0,42
0,51
0,42
0,67
п
0,98
0,99
0.91
0,96
0,98
Частота пожаров, определяющая характер отбора во-
ды из водопроводов, колеблется в течение часов и суток.
На рис. 49 показана иеравномерI0сть отбора воды нз го-
родских водопроводов. Наибольшим интерес для расчета
систем водоснабжения представляют те часы сугок, ко-
торым соответствует наибольший отбор воды для хозяй-
' Частота пожаров, для тушепня которых требоналось включе-
ние водопроводов, в 3 раза меньше частоты вызовов пожарных
подразделений, так как в общее число вызовов входят ложные вы-
зовы, а также случаи тушсггия пожаров без использования систем
водоснабжения.
1,-,9

I
ii
III
^
\j
f.
/
-2 M
W \i)
u
0 2 4 6 R Ю a n iB 18 20 72 lit
Часы суток
Рпс. 49. Неравномерность
отбора воды из юродских во-
допроводов
/ — противопожарный; 2 — хозяй-
ственно питьевой
Рис 50 Коэффициент не-
рп ниоыср мости хозяйствеино-
нитьенои) иодонотребления (А^ч)
II коэффициент неравномерно-
сти наст01W отбора водм (ко)
для тутення пожаров но па-
сам суток
/ — хозяйствеиио-питьепое водопо
требленне 2—для тушения пожа-
ров
l<q,l<0
W
7.2
0.8
0,6
0,2
1
_|Z2X^4A
Mki
1 ~'"vcs^"'~4_ ,
-л- \^ y^
1 1 t2 1
' f 1
^tr
70 72 74
Часы суток
lb
IB 20 22 2Q
ственио-питьевых и противопожарных целей. Эти значе-
ния отмечены отрезками Лий. Часы максимального
хозяйственно-питьевого отбора не соответствуют часам
максимальной часготы отбора воды для пр01ивопожар-
ных целей Характер колебаний частоты отбора воды
для туи1еиия пожаров оценен коэффициентом часовой
неравномерности колебаний kv^. Для сравнения па рис. 50
показаны коэффициент неравномерности хозяйственно-
питьевого водонотреблення и коэффициент неравномер-
ности частоты отбора воды для тушения пожаров по ча-
сам суток. Эти данные показывают, что в отдельные
часы суток (например, с 15 до 16 ч) пожары возникают
16П

7,5
'/
',?
/
0.8
0,4
0.2
^^.^ /у л \ ^—
\<^^ ? Д ' ' _7
8
10
12
2^6
Месяцы года
Рис. 51. Коэффициенты неравномерности частоты отборов ю-
ды для тушения пожаров
/ — общественные и жилые здания, 2 — промышленные здания, 3 — сель-
ская местность
чаще (частота пожаров на 36% превышает среднюю),
а в другие часы суток (например, с 6 до 7 ч) частота
уменьшается в 2 раза с лишним по сравнению со сред-
нечасовой. Отрезками Х\ и тг показаны трехчасовые ин-
тервалы, соответствующие расчетным режимам общего
потребления воды на хозяйственно-питьевые и противо-
пожарные цели.
Неравномерность частоты пожаров отмечена в тече-
ние месяца и года и обусловлена влиянием метеорологи-
ческих условий, вводом в действие систем отопления,
изменением интенсивности освещения и работы произ-
водственных объектов в течение года и рядом других
факторов. Коэффициенты неравномерности частоты по-
жаров по месяцам года для различных по характеру
объектов представлены на рис. 51. Эти данные показы-
вают, что в отдельные месяцы года частота пожаров
увеличивается на 38 % по сравнению со среднемесяч-
ной. Неравномерность суточных и сезонных колебаний
частоты отбора воды учтена по часам суток расчетного
дня и рассматриваемого сезона года. Установлено, что
частота, с которой группируются отклонения от v, рас-
пределяется по нормальному закону и с увеличением v
относительные колебания, выраженные коэффициентом
е Зак. 179
161

вариации а, уменьшаются. Результаты обработки ста-
тистических данных о колебании коэффициентов нерав-
номерности отбора воды по часам суток расчетного дня
Кч и суткам расчетного сезона (месяца) Хм показывают,
что значения Кч [при Р{к) =0,99] составляют для горо-
дов 1,38; сельских населенных мест—1,43; промышлен-
ных предприятий^ 1,19. Значения -Ам [при Р(к)=^0,99]
составляют для городов 1,38; сельских населенных
мест— 1,45; промышленных предприятий — 1,2.
Статистическая обработка данных о пожарах па
предприятиях химической и родственных ей отраслях
иромьииленности показала, что среднее значение часто-
ты возникновения пожаров возрастает прямо пропорцпо-
иальпо увеличению объема производства
Продолжительность отбора воды
Продолжительность обслуживания систе.мой водо-
снабжения одного пожара (продолжительность отбора
воды из системы водоснабжения на нротивопожариые
цели) является важиейп]ей величиной системы массово-
го обслуживания. Продолжительность обслуживания по-
жара систе.мой водоподачи складывается из продолжи-
тельности локализации пожара, продолжительности по-
следующей ликвидации пожара и продолжительности
восстановления израсходованных при пожаре запасов
воды. Исходя из этого, рассчитывают объем пеприкосио-
веипого запаса воды в запасных и регулирующих емко-
стях или устанавливают полезный запас воды в пожар-
ных водоемах. Кроме того, объединенную систему про-
изводственио-иротивоиожарною водоснабжения рассчи-
тывают на пропуск противопожарных расходов воды
в течение 3 ч наибольшею водоиотреблеиия
Обработка статистических данных показала, что фак-
тическая продолжительность тун]ення пожара — это слу-
чайная величина, которая нз.меняется от 0,5 до 28 ч
и более. Распределение случайной величины продолжи-
тельности отбора воды из водопровода па противопожар-
ные цели описывается показательным законом распре-
деления
/М-< х„}-/'(т) = 1 -е-^'^*, C7)
где /"{т^Тд} — вероятность того, что big значеггия неремеиной величины х
меньше детерминированной (фиксирован}юй при любых заданных \словг1ях)
величины Tj, или равны ей, г — продолжительность отбора воды hj водо
провода на противопожарные цели, т, — средняя продолжительность отбора
воды нз водопроводов на пожарные цели.
162

Ниже приведена средняя продолжительность (мате-
матическое ожидание) отбора воды т* (ч) из водопро-
вода на противопожарные нели.
Жилые и общественные здания-
до двух этажей 0,73
свыше двух этажей 0,8'2
Промышленные здания:
категории Л и В по СИиЛ -.32
» В и Г » 1,E
Открытые технологические установки категории А и Б
по СНиП 2,8
Склады нромышлемных товаров и готовой продукции 3,10
Из выражения C7) получена формула для опреде-
ления расчетной (нормативной) продолжительности от-
бора воды и в зависимости от размера риска е:
т=г. In (l/e).
Продолжительность отбора воды из водопроводов
для тун1е]1ня пожаров технологических установок иеф-
теперерабатываюни1Х заводов приведена ниже:
Ра.шер риска е. . . 0,0) 0,02 0,03 0,05 0,07 0,09 0,13 0,2 0,34
Продолжительность
отбора, ч 12,9 10,8 9,7 8,4 7,5 6,7 5,6 4,5 3
Таким образом, нормативной продолжительности ту-
шения пожаров соответствует недопустимо большой
размер риска — 0,34.
Рассматривая действующие нормы продолжительно-
сти восстановления израсходованного противопожарно-
го запаса воды, можно отметить, что формулировка тре-
буемой продолжительности восстановления ]1енрикосно-
венного противопожарного запаса воды Тв неудачна
Очевидно, что Тв должна быть меньше или равна проме-
жутку времени между окончанием од]1ого и началом
следующего пожара в сутки с наибольшим числом пожа-
ров Tb^24/v*—т [где v — число пожаров в сутки; т —
расчетная продолжительность отбора воды из водопро-
вода, определяемая по формуле C7)].
Одновременное число отборов воды
Поток требований является простеЙ1Ннм, т. е. требо-
ва1П1я всегда приходят по одному, независимо друг от
друга, и не отмечается двух и более вызовов одновре-
0* Зак 179 163

менно Вероятностны!"! подход к решению задачи об од-
новременно возникающих пожарах нрн нростеГпнем по-
токе позволил определить число одновременных пожа-
ров X Вероятность возникновения одновременно % по-
жаров Ру. в любой момент вычисляют с помощью
закона Пуассона
" е ",
где Х — параметр Пу«ссон«, равный средней частоте возникновения пожа-
ров, ч-', т — средняя продолжительность пожара, ч, х — число одновременно
возникающих пожаров, равное О, 1; 3; .. л.
В частном случае, когда вероятность того, что в лю-
бой момент времени потребуется включить водопровод
лишь для тушения одного пожара (х=1)> будет
Р {1} - VT, е-^^».
Рассматривая явления в ограниченные промежутки
времени, сопоставимые с продолжительностью тушения
пожара, можно предположить (при достаточно удовле-
творительном приближении) стационарность потока тре-
бований и с помощью закона Пуассона вычислить мак-
симально возможное число пожаров (требований) за
любое число смежных часов Распределение одновремен-
но возникших пожаров в населенных местах при сред-
ней продолжительности отбора воды, равной 0,78 ч, по-
казывает, что в городе с численностью населения
1000 тыс. чел водопровод ежегодно обслуживает 331 по-
жар, из них в 278 случаях —
один пожар, в 25 случаях —
одновременно 2 пожара и в
одном случае — одновре-
менно 3 пожара Получен-
ное таким образом число
одновременных пожаров в
населенных местах подроб-
но и полно отражают про-
цесс водообеспечения пожа-
ров, что является надеж-
ным прогнозом для городов
будущего.
Зависимость числа одно-
1 ^^2
04 1
1,5 2 ■?.5 3
N, млн чвп.
Рис. 52. Зависимость числа
одновременных отборов воды временных отборов воды для
для тушения пожаров от чнс- хУШения пожаров от чис-
ленности населения ленности населения пред-
ip-JPf""""" """"^ 2-расчетная ^..^авлена на рис. 52.
64

Расход воды для тушения
одновременно возникших пожаров
Суммарная производительность пожарных насосов
должна обеспечивать бесперебойную подачу заданного
объема воды В соответствии с требованиями СНиП эту
производительность определяют суммированием наиболь-
шего расхода воды всеми потребителями, вычисленного
по детерминированным графикам водопотребления. Сле-
дует отметить, что потребители не всегда забирают мак-
симальный объем воды в один и тот же час, а макси-
мальные значения потребления воды в один и тот же
час совпадают тем реже, чем больше отборов воды.
С увеличением числа одновременных отборов воды для
тушения пожаров суммарный расход воды приближается
к среднему Именно поэтому производительность систе-
мы, определяемая суммированием максимального рас-
хода воды для тушения одновременно возникших пожа
ров, будет превышать требуемую для выполнения зада-
чи водообеспечения.
Расход воды, необходимой для обеспечения одновре-
менно возникших пожаров, более точно определяют на
основе методов теории массового обслуживания При ре-
шении задачи принято, что система массового обслужи-
вания (система водоснабжения) подает воду для туше-
ния одновременно возникших пожаров Входящий поток
требований — это водопотребление q, необходимое для
успен1Ной ликвидации возникншх пожаров. Интенсив-
ность его >v = 2^,- (где /=1, 2, .. , т — число одновре-
менно возникншх пожаров) Водопотребление q, как
уже отмечалось, является величиной случайной и наи-
больнюе его значение (при 0,9^Р^0,99) является весь-
ма редким событием. Продолжительность отбора воды
величина также случайная, максимальное значение ко-
торой не всо1да совпадает с макси.мальным расходо.м
воды Поэтому максимальные значения потребления во-
ды просуммированы с учетом последовательности и ко.м-
бинаций одновременных отборов и вероятности появле-
ния той или иной величины расхода воды для тушения
одновременно возпикншх пожаров. Суммарный расход
одновременно действующих отборов в связи с этим
представляет собой только часть величины расхода, по-
лученной непосредственным сложением максимальных
расходов воды.
При расчете вместимости резервуаров, производитель-
16

ности насосов, пропускной способности водоводов U дру-
гих параметров водопроводных сооружений расход вы-
ражается в зависимости от интенсивности потока тре-
бований для обеспечения водой всех одновременно воз-
никших пожаров:
т
Я= ^'qm (/=-1,2 m),
тле (J — математическое ожидание противопожарного расхода воды.
т — число одновременно возникших пожаров
Расчетный расход находят из формулы для опреде-
ления параметра обслуживания требований
т
где ]i'=qlm — иитеиснвность обслуживания системой водоснабжения требо-
ваний подачн воды для тушения одновременно возникших пожаров, q — рас
четный расход воды для обеспечения одновременно возникших пожаров
Исходя ИЗ требуемой вероятности бесперебойной по-
дачи воды, подбором значения а определяют каждый
из т расходов, а затем, суммируя их, находят величину
расчетного расхода воды. Вероятность бесперебойной
подачи воды (надежность водообеспечения) в этом слу-
чае рассчитывают по формуле
Я= 1_р (m,a)IR (т,а) = 1 -[j^(m—1,«)]/[! - У?(т,сс)],
!де /* {т, а) = —:- е~ " определяется но справочным таблицам R — (/и, а) =
т \
к-т ь
= 7, ——- е~" раснределение Пуассона.
"" к'
fc=0
На основании данных R{m, а), приведенных в спра-
вочной литературе, построены зависимости вероятности
бесперебойной подачи воды от параметра обслуживания
требований для 0,85^Р^1 и т=2—5 (рис. 53).
Ниже приведено распределение расхода воды (л/с)
для туи1ения пяти одиовремеино возникших в городе по-
жаров (при Р=0,85), полученное на основе изложенно-
го выше метода ':
m 5 4 3 2 1
т "
1дт 93,5 74,8 56,1 37,4 18,7
а 3,5 2,4 1,6 0,8 0,28
д 26,6 31,2 35 46,8 00,8
дГд 1,42 1,67 1,87 2,5 3,57
' Математическое ожидание расхода воды для тушения каж-
дого из пожаров принято равным 18,7 л/с.
166

rq/Ц,
и 0,8 1? и ? ?ii ?8 J2 а.
0,6
ОА
07
0,85
0,9
095
Рис 53 Зависимость вероятности бесперебойной подачи воды
от параметра обслужипаиия требований водообеспечепия при числе
одновременных отборов bo,t,i>i
Рис. 54. Зависимость величины расхода воды от числа одновре-
менных отборов для тушения пожаров
/ —m=i, 2 — т = 2; 3 — т = \; i — т = Ь; 5 — т=\й
Суммарный расход воды для туигения пяти одновре-
менно возникших в городе пожаров Е^ = 206,4 л/с. При-
веденные данные свидетельствуют о существенном отли-
чии предлагаемого метода расчета от общепринятых.
Данные о частоте пожаров, характере их распределения,
продолжительности и величине отбора воды при туше-
нии пожара позволяют сформулировать требования к
бесперебойной подаче воды для тушения пожаров
п установить зависимость величины расхода воды от
числа одновременных отборов (рис. 54)
Качество бесперебойного водообеспечения
Важной задачей системы противопожарного водо-
снабжения является бесперебойное обеспечение водой
потребителей Введя понятия «эффективность» и «каче-
ство работы» применительно к системам водоснабже-
ния, изложим принципы подхода к созданию критериев
их оценки Эффективность водоснабжения оценивается
с учетом свойств системы, схемы соединения элементов
и качества работы комплекса водопроводных сооруже-
ний ]ia основе вероятностных характеристик их состоя-
ний Случайные величины, охарактеризованные интег-
ральной функцисн распределения вероятностей Р(х), ис-
167

пользовались для оценки качества работы системы и из
условия, что случайная величина % не превышает неко-
торого заданного значения Хн, т. е. /^(Х") =^(Х^Хя)-
В качестве комплексного показателя противопожар-
ного водообеспечения, учитывающего и бесперебойность
и качество водоснабжения, принято математическое ожи-
дание требуемого количества воды, подаваемой системой
в соответствии с требованиями водообеспечения. Этот
показатель обусловлен характеристикой вероятности
обеспечения требуемого количества воды:
т
P»-Yi P[4AP^1J>4] (У = @,1,2 /и), C8)
где P[l?^] — вероятность нахождения системы в состоянии /, характернз\10-
п;емся возможной водоотдачей i/y; P[q,>q\ — характеристика качества функ-
ционирования /-того состояния (вероятность того, что возможная водоотда
ча qi будет выше, чем требуемое для тушения пожара количество воды),
/■=0, 1, 2, ., т — возможные состояния системы.
Вероятность качества водообеспечения, характери-
зующая подачу требуемого количества под требуемым
напором, выражается как
Я1<?1.ин<G<17мэкс]<1—8, C9)
где q — рассматриваемый расход воды, подаваемой под требуемым напо-
ром, е — допустимый размер риска.
На основе выражений C8) и C9) составлено урав-
нение комплексного показателя качества бесперебойно-
го водообеспечения
п т
где /п — число рассматриваемых показателей качества подаваемой на про-
тивопожарные нужды воды (расход, нанор, содержание химических двба-
вок и др ).
Тогда вероятность бесперебойного водообеспечения
будет
п
где Qf, — водоотдача системы в исправном состоянии, q — математическое
ожидание требуемого количества воды, ay=i?y/i?o — Уровень качества водообес-
печения в состоянии J.
Для определения показателей качества бесперебой-
ного водообеспечения можно использовать аналитиче-
ские методы определения характеристики полезного эф-
168

фекта в зависимости от затрат. Основу этих методов
составляют выражения:
11 - [!„1\' + Э 1 У - - iriin,
q=^F[E,K 1 Э+ У]-*/@-
Решение задачи в этом случае сводится к выраже-
нию членов, входяншх в правую часть, в виде функ-
циональной зависимости от величины q или е. Следую-
щим этапом расчета является раскрытие функцнопаль-
пой связи слагаемых уравнения с показателем г*, отве-
чающим минимуму приведенных затрат П Следует
отметить, что зависимость размера ущербов У от пока-
зателя в полном виде раскрыть не удалось из-за слож-
ности учета его компонентов п отсутствия достаточно
корректных методов оценки У В то же время стандарт
СЭВ ' предусматривает три степени размера ущерба от
отказов той или иной технической системы в процессе
ее эксплуатации.
Первая степень ущерба характеризуется угро-
зой безопасности людей, значительным материальным
с большими косвенными потерями, превышающими стои-
мость объекта, или моральным унтербом, что требует
принятия таких мер, которые практически исключали
условия, приводящие к невыполнению поставленных пе-
ред системой задач.
Вторая степень ущерба характеризует матери-
альный ущерб от невыполнения задачи или простоя,
размер которого одного порядка со стоимостью объекта.
Третья степень ущерба характерна для объек-
тов, материальный ущерб от отказа работы технических
систем которых приводит к утрате части объекта, под-
лежащего восстановлению.
12 НАДЕЖНОСТЬ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Надежная работа многофункциональных систем во-
доснабжения является важным условием бесперебойно-
го водообеспечеиия ножариой техники и снижения ущер-
бов от пожаров.
Многофункциональная система водоснабжения с точ-
ки зрения выбора номенклатуры показателей и оценки
надежности является сложной течннчоскон системой.
' Стандарт СЭВ 878—78. Надежность в технике. Порядок вы«
бора номенклатуры нормируемых показателей,

Эта система представляет собой совокупность взаимо-
связанных элементов, обеспечивающих вьпихпюнис за-
данных функций несколькими различными с1К)собамн,
отличающимися уровнями качества фуикционнроваипя
системы. Такими элементами в многофункциональной
системе водоснабжения являются: водоисточник; стан-
ция водоочистки, насосные, подающие воду в водопро-
водную сеть, резервуары для храпения н регулирования
подачн воды; водоводы и водопроводная сеть. Возможно
и дальнейпгее членение системы на детали, узлы, агре-
гаты, приборы и т. п. Однако приведенные деления
системы на элементы в зависимости от способа выгюл-
иепия залапной требованиями задачи в nojuioii мере
определяют состав элементов, одновременно выполияю-
Huix поставленную цель.
В результате отказов элементов системы ухуднгае!-
ся характернсгика качества функциоинрования ' и соот-
ветственно снижается выходной эффект^ системы, по-
этому задачи надежности сводятся к В1мявлеиию влия-
ния отказов элементов на качество функционирования
п выходной эффект системы водоснабжения.
Показатели оценки надежности
11адежнос1ь водоснабжения характеризуется безот-
казностью — сохранением пенрерывного состояния
работоспособности в определенных условиях водообеспе-
чепия н()требителен, р е м о н т н о и р и г о д н о с т ь ю -
нрнснособленностью системы водоснабжения к преду-
прежде1Н1Ю, обнаружению н устранению неисправностей
н отказов; долговечностью — иродолжнтельностыо
сохранения состояния работоспособности с воз.можпыми
перерывами па ремонт.
Рассчитать надежность иротивопожарного водоснаб-
жения- это значит определить количественные показа-
тели, характеризующие уровень качества бесперебойно-
го водоснабжения потребителя системой. Для оценки
надежности используют следующие показатели: вероят-
ность безотказной работы (безотказного водоснабжения)
за время т- R^^ интенсивность отказов X, интенснвносгь
' Количественная оценка качества функцмоннронштя н опреде-
ленном ее сосюянин при выполнении данной задачи
' Полезный результат, полученный нрн эксплуатации в данный
интервал времени.
170

восстановления ц (показатель не учтен ГОСТом), нара-
ботку на отказ Т (средняя продолжительность безотказ-
ного водоснабжения), среднюю продолжительность вос-
становления Тв, параметр потока отказов (о, а также ко-
эффициенты готовности Ki, простоя Км (показатель
не учтен ГОСТом), технического использования Ли,
неисправности p^^K/pL (показатель не учтен ГОСТом) и
некоторые другие Таким образом, показатели надежно-
сти различны: одни из них характеризуют состояние сис-
темы в определенный момент времени (вероятности без-
отказной работы), другие- в интервале времени (сред-
нее число отказов за ресурс), одни — размерные (нара-
ботка на отказ), другие — безразмерные (коэффициент
готовности).
Задачи надежности в зависимости от поставленных
целей бывают двух типов. Первый тип задач — оп-
ределение количественных характеристик надежности на
основе технических показателей элементов систем и
функциональных связей между ними, а также требова-
ний потребителей к качеству бесперебойного водообес-
нечения. Задачи этого тина ставят при оценке надежно-
сти на различных этапах проектирования, при сравни-
тельной оценке вариантов систем или проверке обеспе-
чения требуемого уровня надежности.
Второй тин задач представляет собой анализ на-
дежности, который проводят для установления количе-
ственных показателей, оценивающих влияние отдельных
факторов на комплексный показатель надежности систе-
мы. Исходные данные для расчета включают помимо
данных, используемых в решении задач первого типа
данные о приоритете водообеспечения отдельных объек-
тов и показатели уи1ерба из-за ненадежности системы.
В результате решения этой задачи возможна проверка
обеспечения требуемого уровня надежности или обос-
нование его экономической целесообразности, а также
выявление возможности онтимизации системы с учетом
ее развития или изменения уровня бесперебойного водо-
обеспечения.
Надежность системы определяют не только показа-
тели надежности входящих в нее элементов и схема
их соединения, но и наличие резерва функционирования.
Важным вопросом при решении задач надежности яв-
ляется правильность деления системы на элементы
с точки зрения соответствия тем функциям, которые они
должны выполнять. Надежность системы водоснабжения
171

определяется нaдeжнoctью входящих в нее ЗлементоЕ,
схемой их соединения, наличием резервных элементов,
качеством строительства н эксплуатации системы. При-
менение высококачественных материалов и оборудова-
ния, качественное строительство и соответствие харак-
теристик построенных сооружений характеристикам
проектной документации обеспечивают надежность на
стадии строительства.
В процессе эксплуатации надежность достигается
своевременным текущим контролем за работой системы,
правильным уходом за оборудованием, своевременным
обнаружением, ликвидацией неисправностей и т. д. Для
этого используют оптимальные методы технического об-
служивания и ремонта, разработанные на основе анали-
за и обработки данных о надежности изделий по резуль-
татам эксплуатации. В процессе эксплуатации выявляют
также оншбки и просчеты, допущенные во время проек-
тирования и реализации проекта.
Прп проектировании систем необходимо проверять
показатели надежности, для определения которых важ-
но сформулировать требования, выбрать пара.метры и
установить нормы заданного уровня качества беспере-
бойного водообеспечения. Работоспособность —
состояние системы, при котором она способна обеспе-
чивать заданный уровень качества бесперебойного водо-
снабжения потребителей, установленный требованиями
или критическими условиями водообеспечения расчетных
моделей.
Требования СНиП не устанавливают показателей на-
дежности и не используют понятия и характеристики
(вы.чодные параметры) систем, дающие возможность
перейти на показатели надежности. В то же время кос-
венными характеристиками для определения показате-
лей надежного водообеспечения потребителей служат:
нормы водообеспечения, суммарная производительность
водонитателя, требования к бесперебойности подачи во-
ды но водоводам и водопроводным сетям, требования
к дублированию источников энергоснабжения насосных
агрегатов, резервирование элементов сооружений, срок
службы системы и т. п.
Говоря о «надежности противопожарного водообес-
печения», имеют в виду не какую-то абстрактную надеж-
HoCTbf а надежность водоснабжения потребителей во
время пожара. В результате можно дать следующее оп<
ред9Ленн» надежности риотеиы яоАоснаОж»*
т

н й я, представляющей собой комплекс водопроводных
сооружений — это способность (вероятность) обеспече-
ния бесперебойной подачи требуемого количества воды
потребителю (близкого к оптимальному) с заданным на-
пором в течение заданного срока службы. Надежность
следует понимать в двух аспектах: качественном —
свойство системы, включающей сооружения и потреби-
телей (характер водообеспечения), и количественном—
мера суждения об определенном состоянии системы во-
доснабжения (характеристика этой меры — показатель
надежности).
Под «заданными функциями» в общем случае пони-
мают регламентированные требования потребителей к
бесперебойности водообеспечения. Когда эти функции
выполняются системой по отношению к конкретному по-
требителю /, считается, что система находится в работо-
способном состоянии (состоянии работы) по отношению
к i. Следует отметить, что службы эксплуатации не осу-
ществляют строгого контроля за соблюдением норм от-
бора воды для тушения пожаров, на которые рассчита-
на система. В результате чрезмерного отбора воды на
противопожарные нужды отмечаются нарушения водо-
снабжения других потребителей или разрушение водо-
проводных труб из-за недопустимого повышения давле-
ния при гидравлических ударах, возникающих в резуль-
тате повышенной водоотдачи водопроводной сети во вре-
мя работы пожарных автонасосов. Таким образом,
система в одном и том же состоянии может быть рабо-
тоспособной по отношению к потребителю i и неработо-
способной по отношению к потребителю / (состояние
отказа по отношению к потребителю /). Недостаточная
надежность системы в этом случае приводит к ухудше-
нию или нарушению нормального хозяйственно-питьево-
го водообеспечения, необходимого для естественного по-
требления воды и создания комфортных условий для
населения. При рассмотрении вопросов надежности важ-
ным является понятие «состояние отказа», определяюще-
го уровень качества бесперебойного водообеспечения и
выход его за допустимый предел.
Отказы системы
Состояние отказа характеризует частичную или пол*
иую утрату качества функционирования. Система водо'
снябжения может находиться е состоянии полного

или частичного отказа'. Отказ — событие, при кото-
ром технологические показатели работы системы водо-
снабжения выходят за пределы сформулированного по-
нятия работоспособности. К отказам относятся недопу-
стимые отклонения параметров от требуемых значении
водообеспечения, временные нарушения водообеспечения
системой или выход системы из строя с полным прекра-
щением подачи воды. Требуемое водообеспечение в дан-
ном случае представляет собой значение, минимизи-
рующее приведенные капиталовложения, издержки экс-
плуатации и затраты на возмеитение последствий от по-
жаров, вызванных наруИ1ением бесперебойного водообес-
печения за нормативный (заданный) срок службы систе-
мы. Видимо, оптимальному значению водообеспечения
отвечает определенная вероятность или допустимый
риск. Состояние отказа для систем водоснабжения .мо-
жет быть сформулировано как: любой кратковременный
иерерып в иодаче воды для тун1ения пожара; нарушение
режима водообеспечения, заданного нормами расхода
и напора воды, подаваемой для противопожарных нужд;
перерыв в водоснабжении хотя бы одного потребителя;
перерыв в водоснабжении части потребителей; полное
прекращение водоснабжения потребителей; перерыв в
водосиабжеиии на время, превыишющее регламеитиро-
ваиное для данной группы потребителей, и др.
В коммунальных системах водоснабжения отказы
некоторых элементов не приводят к потере работоспо-
собности системы в целом, но иногда являются заранее
«занлаиироваииым» событием (профилактический пла-
новый ремонт участков водопроводной сети; заме;;а ;;а-
сосио-силового оборудования после установленного сро-
ка службы н т. п.).
Таким образом, за меру надежности системы прини-
мается вероятность случа1июго события, в результате
которого за установленный срок эксплуатации не прои-
зойдет ИИ одною отказа. Отказы, вызывающие наруше-
ние заданного режима водообеспечения при тушении по-
жаров (иаиример, отказ пожарного гидранта, разруше-
ние участка водопроводной сети и др.), могут произой-
ти не только в результате аварий и повреждений отдель-
1 Полный отказ — отказ, в результате которого система стано-
вится неспособной выполнять заданные функции Частичный от-
каз — отказ элементов системы, после которого система еще способ-
на выполнять заданные функции.
174

пых элементов самой системы («внутренние» отказы
водоснабжения — рис. 55, о), по и в рез>мьтате воздей-
ствия КНСН1ПИХ факторов («впенпте» отказы водоснаб-
жения — рис. 55, б).
За отказ системы ко^юснабжеимя ма стадии ее расче-
та и проекпфования понимается состояние, которое
не может отвечать зада;1;;ы.м требованиям, формализуе-
мым с помощью критических условий водообеснсчеиия
па основе расчетных моделей Вероятность отказа в этом
случае является вероятное 1Ы0 выхода (выброса) за не-
который допустимый уровень. В системе водоснабжения,
рабогаюп1,ей в режи.ме пожаротушения, появление неза-
висимого события (отказа) характеризует вероятность
того, что фактические параметры водопотребления пре-
вьпнают расчетные, определяемые требованиями норма-
тивов. К этим параметрам относятся: расход воды для
туи1еиии пожара, нродолжительпость отбора в процес-
се 1уи1сння, продолжительность восстановления мзрасхо-
доваипого при пожаре неприкосновенного запаса воды,
одповремсиное число oi6opoB при пожаре, график нерав-
номерности водоотбора потребителей
При рассмотрении сложного вероятноеnioro процес-
са отбора воды для тушения пожаров важно установить
оптимальную норму водообеспечеиня потребителя или
отвечаюпшй ей размер риска е Значение е изменяется
в пределах.доверительного интервала, тем больн1е1-о, че.м
менее точен прогноз капитальных затрат, издержек экс-
плуатации п возмещения ущербов от пожаров Кроме
того, значение е мсияегся со временем. Состояние, ха-
рактеризующее наруи1ение расчетною водообеспечеиня
конкретного потребителя, можег быть представлено
следующим образом. Пусть система водоснабжения
обеспечивает потребителей водой в соответствии с за-
данными графиками режима нотреблепня воды по часам
суток, дням недели и сезонам года и находится в М раз-
личных состояниях. Множество состояний N разобьем
на два подмножества Под.множество yV/?^ — совокуп-
ность состояний, в которых потребитель i и.меет связь
хотя бы с одним источнико.м системы (система связана
в данном состоянии), а подмножество yVg^—совокуп-
ность состояний, в которой таких связей нет (система
не связана). Состоянию системы в точке i соответствует
определенная водоотдача O(^ij). характеризующая в
данной точке качество бесперебойного водообеспечения,
175

а)
Место пожара
-^ Подача боды от ги-Зранта
•i-*--i- Место инсрилЬтрации.
Пьезомегпричесиар линия иапо
роб при иарнаг1ьном бодопотреб'
лечии
Пьрзопетричеснай линия на-
по роб при отборе Воды на
noifopHbie нуи<оы
w/,'//''//x здания с нарушенном
ViiiimfA (юдопотредлением
Рис. 55 Схема отказов водопроводной сети
а — «внутренний» отказ; б—«внешний» отказ, / — иарушелие пода'ш воты
при выходе из строя пожарного гидранта, 2 — нарушение водосчабжо шя
при аварии участка сети. 3 — нарушение водообесистепня жителей города
из за снижения напора при чрезмерном отборе воды для тушения пожароп
4 — нарушение санитарно-гигиенических условий водоснабжения (образование
инфильтрации, вызванной разрежением в сети) в результате отбора во 1Ь]
при тушении пожаров
которое зависит от пропускной способности элементов
системы, характера изменения напора воды в водопро-
водной сети и подачи водоисточника в данном состоя-
нии. В некоторых случаях на качество бесперебойного
водообеспечения значительно влияет процесс водопотреб-
ления более ответственными потребителями системы, чем
потребитель 1.
В общем случае характеристика качества беспере-
бойного водообеспечения имеет следующий вид:
Ф(9 .)-0 для У€Л^р • 1
D0)
где 1?,(т) — водопотреблепне в точке i в момент т.
Для всех водопотребителей в начальном состоянии
/=0 характеристика качества водообеспечения 0(Gio)^
'^qi{T). Если не учитывать колебания водопотребления
^г (т) =^i —const (первое допущение), то состояние k с
'^{qih)<.qi считается состоянием нарушения нормально-
го водопотребления в точке i (второе допущение). Пер-
вое допущение снимается при наличии заранее установ-
ленных графиков водопотребления в течение суток, не-
дели и сезона. Использование графика колебания водо-
потребления ПО продолжительности дает возможность
176

б)
J L
J
r
.J
J
OOOOOO CoOO
.o+w^D
OfTp о
□ □ □
T П
r\ '"i i 1 /
—>
Mprmn no^honn
' Ъдачп bndhi от
--0— ^6a/',JU4b и i/'im r-iOK Ltnu
рассматривать режим водопотребления как стационар-
ный процесс. Это допущение лишь несколько уменьшает
точность значений характеристики качества бесперебой-
ного водообеспечения, так как расчетная модель не учи-
тывает параметры режима минимального водопотребле-
ния. Поэтому для данного случая справедливо выраже-
ние D0). Для остальных состояний 0^O(^,j) ^Ф(^го)
характеристика водообеспечения показывает, что послед-
ствия отказов элементов различны. Отказы одних эле-
ментов могут даже не изменить водоотдачи потребите-
лю I, в то время как отказы других элементов могут
полностью прекратить подачу воды. Образуя для каж-
дого потребителя системы ранжированный ряд состоя-
ний ИЗ услорйй, 4TQ водоотдача системы в каждом по-
177

следующем состоянии не будет больше предыдущем, т е
Ф {(lim) ^ Ф {Чцт+\)) (/" — состояния СИСТСМЫ ОТНОСИТСЛЬ-
ио потребителя г), получим, что состояние отказа k для
потребителя i будет Ф{c|ih)<^Qi, а переход системы в со-
стояние / будет Ф{ди)^дг, т. е. процесс восстановления
отказа произойдет за время т>Трегл. Второе допущение
не является сильным, так как можно вычислить время
нахождения системы в состоянии k, если она первона
чальио находилась в любом известном состоянии /.
Для потребителей первой и второй категорий надежно-
сти подачи воды системами водоснабжения в соответ-
ствии с требованиями СНиП погрешность подобного до-
пуи1спия мала, так как мало время нахождения системы
и состояниях {k} для этих потребителей. Влияние по-
греииюсти ощущается при расчете надежности водоснаб-
жения потребителей, допускающих длительный перерын
водоснабжения. Сопоставляя Nr^ и Nq^ с N/^ ^Qi> "о-
лучим одно из следующих состояний Nf^^= Nr^
и Nq^ = Nq^ или NR^y>NR^l и Nq^<CNq^' причем
Nr^ — Nrj = Nq^ — Nq^ = N'q^. Э го позволяет разгра-
ничивать состояние работы и состояние отказа. Если
невозможно установить четкую [раницу между состоя-
ниями, то рабочее состояние {j} для потребителя г ха-
рактеризуется выражением Ф(^,7)>-^,-, а состояние от-
каза {/} для (ютребителя i—Ф{ди)<^д1. Вместе с этим
возможны состояния спада водообеспечения {k} (систе-
ма в этих состояниях работает с пониженной водоотда-
чей, что сш1жает уровень качества бесперебойного водо-
обеспечения). В системе с М различными состояния.ми
переход системы из состояния i в состояние / определя-
ется вероятностью перехода Рц, удовлетворяющей сле-
дующим условиям-
п I
1!/^/; = 1 (' = 1.2 п), i
l'lj>0 {1=^J\ j<N).
Таки.м образом, в коммунальной системе водоснабже-
ния возникновение отказов даже достаточно большого
числа элементов или значительные отклонения эксплуа-
тационных показателей от заданных (например, сниже-
ние напора в водопроводной сети, уменьшение запасов
178

воды в резервуарах, авария па отдельных участках сети
и др ) приводит пе к полному выходу ее из строя, а лишь
к сипжеипю уровня качества бесперебойною водообес-
печения.
Влияние случайных факторов
Система водоснабжения подвержена влиянию случай-
ных факторов, которые необходимо прогнозировать. Для
расчета параметров системы необходимо знать возмож-
ные источники случа^шых воздействий, а также их ко-
личественные характеристики. Случайные воздействия
внешней среды (климата, времени года, метеорологиче-
ских условий и т. д), отклонения от нормального режи-
ма водопотребления внутри самой системы (включение
непредвиденного количества пожарной техники, обуслов-
ленное ростом уровня пожарной онасности обьекгов;
чрезмерное потребление воды на хозяйственно-питьевые
нужды в результате улучшения уровня санитарно-техни-
ческого обеспечения и др.) бывают настолько значн1ель-
иыми, что могут привести к суи],ественному изменению
параметров работы снсте.мы Поэтому оценке влияния
указанных факторов необходимо ^делягь серьезное вни-
мание ири ироектировании новых и реконструкции су-
шествуюищх систем. Несмотря на ^то, влияние случай-
ных факторов далеко не всегда учитывается, и фактиче-
ские условия работы системы часто суи1,ественно отли-
чаются от услови!!, на которые она была рассчитана
ири ироектировании Например, режим водонотреблеиия
ири тушении пожаров зависит от большого чнсла при-
чин, которые трудно учес[ь, поэтому расход воды ири
TynicHHH пожаров выражают случайной величиной. Аб-
солютная жесткость нормативных характеристик водо-
обеспечения для противопожарных целей, как показано
выше, не гарантирует достоверности того, что при уве-
лнчеини зоны рассеивания фактические расходы воды
могут существенно превысить нормативные. Следует так-
же отмстить, что потребление воды для тушения пожа-
ров увеличивается из юда в год. Наряду с этим модер-
низируется техника для отбора воды иа противопожар-
ные нужды и увеличивается производительность пожар-
ных автонасосов. В то же время не исключено, что па-
раметры работы системы водоснабжения, определяющие
характеристики ее функционирования в течение опреде-
ленного срока службы, будут ниже характеристик функ-
179

ционирования новой пожарной техники. Это приведет
к спаду функционирования системы водоснабжения. Оп-
ределение влияния отказов на качество бесперебойного
водообеспечення является предметом исследования на-
дежности систем водоснабжения При разработке крите-
риев и норм надежности волообеспечения и выборе но-
менклатуры соответствующих параметров необходимо
учитывать конструкции водопроводных сооружений сис-
темы па стадии проектирования, а также прогнозы раз-
вития пожарной техники Вероятность нормального функ-
ционирования системы водоснабжения зависит не толь-
ко от правильного определения продолжительности
отбора воды, но и от расчета продолжительности восста-
новления израсходованного количества воды при пожа-
ре Для определения уровня качества работы системы
необходимо иметь математическую модель для опреде-
ления характеристик состояний системы в зависимости
от ее параметров.
Модель функционирования
Процессы надежного водоснабжения удобно рассмат-
ривать с помощью математических моделей, которые да-
ют возможность выделить, обособить и проанализиро-
вать связи между элементами системы для каждой кон-
кретной задачи. При определении эффективности работы
систем пожаротушения использованы модели, описы-
ваюише процесс эксплуатации системы, которая пред-
ставляет сложное инженерное сооружение, состоящее из
мескольких функционально самостоятельных подсистем,
десятков агрегатов, сотен узлов и элементов. Основопо-
лагающим в анализе эффективности и надежности яв-
ляется понятие системы. Сложной системой называется
«совокупность взаимосвязанных элементов', обеспечи-
вающих выполнение заданных функций'иесколькими раз-
личными способами и отличающихся уровнями качества
функционирования». Отнесение той или иной системы
к разряду сложных или простых, как видно из их опре-
деления, является условным и зависит от цели и реше-
ния задачи. Расчленение системы на элементы является
■ Элемент системы — часть системы, выполняющая определен-
яые функции н не подлежащая дальнейшему расчленению на части
прн данной степени подробности рассматриваемой системы (дета-
ли, узлы, агрегаты, машины, простые системы).
т

первоочередной задачей при построении расчетной мо-
дели для формального описания системы. Для упроще-
ния решения некоторых задач можно уменьшить число
связей путем объединения ряда элементов в подсистему.
Показатели надежности определяют сравнением по-
казателей качества функционирования и выходного эф-
фекта, которые отражают степень стабильности работы
системы водоснабжения при выполнении возложенных
на нее задач противопожарного водообеспечения. Для
этого формулируют цель и задачи системы водоснаб-
жения исходя из требований водообеспечения пожарной
техники, причем каждая задача, возлагаемая на систе-
му, имеет свой номер, по степени важности (г=1, 2,
..., т, где т — общее число задач) Каждому элемен-
ту, входящему в систему водоснабжения, присваивается
номер (/^=1, 2, ..., п, где п — число элементов) в зави-
симости от специфики конкретной схемы водоснабжения.
Состояние каждого /-го элемента описывается функцией:
( 1, если /-Й элемент работоспособен;
XI (t) {
\ О, если 1-1\ элемент отказал.
Потребность в выполнении /-й задачи описывается
функцией
если есть потребность в выполнении У-й задачи,
У i)^'
о, юли пет пог[1ебности в выполнении у-й задачи.
Состояние системы водоснабжения описывается век-
тором
X,(i)
У-С)
Ут(()
Изменение во lipcMemi вектора z{t) является мате-
матической моделью функционирования системы водо-
снабжения, которая состоит из m элементов и выполня-
ет а поставленных перед ней задач водообеспечения.
Прв построении модели часто используют принцип
последовательного обобщения информации исходя из
иерархической структуры отдельных частей элементов,
последовательно объединяемых в более обшне. В каче^
Бтвв частных являются модели определения продолжи^
III

тельностй Подачи воды, вместимости водоисточника,
инсрциогиюсти системы контроля и автоматики и т. п.
Расчеты по таким моделям независимы друг от друга.
Поведепне и свойства систем рекомендуется оценивать
количествен11ыми характеристиками, полученными экс-
неримепталыю. Каждая характеристика дает нредстав-
леине об одном из свойств системы (представляет собой
количественную оценку степени пригодности системы
к выполнению поставленной перед ней задачи). Комп-
лексный показатель эффективности системы в этом слу-
чае определяется соотношением между приведенными
затратами на строительство, эксплуатацию п возможные
ущербы от пожаров и показателем, характеризующим
качесгво водообсснсчения при тушении пожаров. Это
позволяет согласовать разнородные цели и стимулиро-
вать оптимальное нснользованне ассигнова1жй. Комп-
лексный показатель эффективности, представляющий со-
бой количественную оценку выходного эффекта с учетом
эксплуатационных затрат конкретной ситуации, в общем
виде выражается функциональной зависимостью
W=W(ab аг, .. , а„; р,, Рг, .. , Р„; Vu Vj, .. , v„) ,
где Oi. Иг, . , а„—параметры, характеризующие полезный результат при экс
гглуатаг(ии системы за данный интервал времеии, jii ^2. • , ji^ — параметры
внешней среды. Vi V2, ... v^ — параметры приведенных затрат, учитываю
и;их капитальные вложения, издержки эксплуатаиии и потери от пожаров
Расчет характеристики качества функционирования
снсгсмы водоснабжения состоит из двух этапов. На пер-
вом этапе вычисляют параметры, характеризующие об-
Hicc количество воды для нотребите^1сй (сут), на вто-
ро.м — устанавливают параметры, характеризующие рас-
пределения ее между потребителями по часам суток,
и проверяют, сможет ли система обеспечить потребите-
лей водой в течение установленного срока. Для этого оп-
ределяют характеристику Ф2{t)^=Ф[z{t)] как функцию
вектора 2{t) в рассматриваемый момент времени t. По-
скольку функция Ф[2@] нз.меняется случайным обра-
зом но времени (в связи с изменением вектора z(i), то
показателем качества функционирования можно считать
математическое ожидание функции Ф[г(/)] в момент
времени t:
Ф(/)=МФ[г(/)]
Каждой реализаций функции Ф[гЦ)] соответствует
выходной эффект (f[z(a, b)], получающийся при экс-
плуатации системы в интервале а^^^Ь. Нормы реко-
мендуют достаточно простой прием, в основу которого
182

положены требования «подачн полного расчетного рас-
хода на тушение пожара» при «паиболыпем часовом
расходе воды на другие нужды». Подобный прием при
кажущейся очевидности использования вероятностного
реи1епия задачи не является достаточно объективным.
Этот элементарный этап является в то же время очень
важным, поскольку именно здесь решается вопрос о на-
дежности и экономичности системы. Для суждения
о надежное!и важно знать не только поведение проекти-
руемой системы водоснабжения в пронессе отбора воды
па тушение пожаров, по и учнтывагь влияние случайных
(|)акторов на этот процесс, поэтому на первом этапе рас-
чега необходимо учитывать требования падежностп Для
этого строят расчетную модель, пмитирукмную новедепие
и взаимодействие элементов сложпон системы с учетом
случайных возмущающих факторов. Для оценки иадеж-
постн сложных систе.м водоснабжения с известными
расчетными параметрами используют вероят1юстпые ха-
рактеристики оценки уровня качества водообеснечення.
На основании этих характеристик возможны математи-
ческое моделирование ситуаций, имитирующих поведе-
ние и взаимодействие элементов сложно!! с!!стемь! с уче-
том случаЙ1!Ь!Х возмущающих факторов, !i оцсика харак-
теристик С!!стем (функционалов) для зада!1!1Ь!\ началь-
ных услов!1Й !1 числе1!пых З1!ачений !1араметро!! системы
прот!1ВО!]ожарного водоснабже!!!1Я. Построе1!!!ая таким
образом расчет!!ая модель отражает зависимость надеж-
!!ости водообеспечения от различных случайных !! неза-
в!1С!1мых событий, учитывасмых в ходе проект!1рова!!ИЯ
С!!стем противопожарного водос1!абжения В ос!!ову рас-
четной модели может быть положе!Ю урависн!1е для оп-
ределе1!ия вероятности суммы независим!^х событий,
имеющих выход расчетного параметра за пределами
допустимого уровня. Оно определяет критические усло-
В1!я, на!!р11мер вероятность !!езависимого события, ха-
рактеризую1!1,его снижение уровня качества функциони-
рования системы ниже зада1!1!ого предела по отнощению
ко всем возму!цениям, которые могут всгречаться при
работе с!!стем волосиабжен!!я. В системах водоснабже-
1!!!Я !!р!! отборс ВОДЫ передвиж1!ОЙ пожар1!ОЙ техникой
необход!(мо рассматривать !1оследовательность различ-
!!ЫХ !!0 ур0В!!Ю рабОТОСПОСОб!!ОСТИ Фг (т) СОСТОЯНИЙ СИС-
темы, которая !!Ь!ражается сту!!е!!чатой случаЙ1!ой фу!!К-
!и!ей f(x). Мгновенные показатели надеж!!0ст!1 опреде-
ляют в данном случае отношением показателей качества
183

функционирования, причем возможно использование трех
показателей.
Первый показатель надежности вычисля-
ют по формуле
/?@ = Ф@/Фо@-
Этот показатель получается усреднением относитель-
но показателя качества функционирования R(t) в ин-
тервале времени a^t^b с помощью некоторой «весо-
вой» функции Q(/). В частности, при Q(/)^l интег-
ральный показатель качества функционирования (при
a^t^b), вычисляемый по формуле
b
р|а, Ь]- \^R{nclii{t).
а
имеет размерность времени.
Показателями надежности в т о р о г о типа
являются: альфа-процентный коэффициент готовности
K{i); вероятность Q^ [а, Ь] альфа-процентного выходно-
го эффекта; среднее время Т^ [а, Ь] альфа-процентного
функционирования; среднее время Т'^ [а, Ь] до первого
спада функционирования ниже заданного уровня.
Показателями надежности третьего ти-
на являются векторные показатели, которые строят как
наборы одного из показателей второго типа для раз-
личных значений а= (оь Ог, ..., а;). Например, вектор
альфа-процентных коэффициентов готовности определя-
ют по формуле
Kait)
КЛП.
/<., С).
Показатель надежности многофункциональной систе-
мы устанавливают в определенной последовательности.
Сначала находят показатели надежности по отношению
к выполнению каждой отдельной задачи, затем опреде-
ляют векторные показатели как наборы однотипных по-
казателей, построенных для каждой задачи отдельно.
Усредненный показатель надежности с учетом важности
выполняемых задач вычисляют по формуле
m
G = {с, G, -I- e,G, + ... л с,„ Gr,,) / ^ Cj,
7=1
где с„ — коэффициент важности выполнения ш й задачи; С^ — показатели
надежности вынолчения ш-й задачи.
164

Пути обеспечения надежности
Обеспечение надежности системы водоснабжения, как
и других систем массового обслуживания, является од-
ной из основных задач при их проектировании. Система
должна быть запроектирована н построена так, чтобы
в процессе эксплуатации она выполняла свои функции
с заданной степенью бесперебойности. Поскольку функ-
цией систем водоснабжения является подача потребите-
лям воды в соответствии с заданным режимом потребле-
ния, то выполнению этих условий отвечает работоспособ-
ное состояние системы. Если в результате каких-либо
причин снижается качество водообеспечения объекта ни-
же допустимого предела, то имеет место «отказ» систе-
мы. Надежность систем подачи воды достигается струк-
турны.м резервированием отдельных элементов системы,
т. е. параллельным включением нескольких взаимоза.ме-
няемых элементов или путем «временного» резервиро-
вания.
Структурное резервирование. Примером
нерезервированной системы подачи воды является водо-
провод из нескольких п последовательно включенных
элементов (рис. 56, а). Его работоспособное состояние
обеспечивается только при исправности всех элементов;
отказ любого эле.мента вызывает отказ.
Нерезервированной являются две линии, включенные
параллельно между точкой подачи А и точкой отбора Б
(см. рис 56,6) при условии, что для бесперебойной по-
дачи воды необходима одновременная работа обеих ли-
ний. Предположим, что отказу системы отвечает сниже-
ние подачи воды более чем до 70%. По тракту 1 может
быть подано 60%, "о тракту 2 — 40% (или 50%) тре-
буемого расхода воды. Подобная система не является
резервированной, так как авария любого тракта приво-
дит к снижению подачи более допустимого предела. Ве-
роятность безотказной работы нерезервированной систе-
мы определяют по формуле
или при однотипных элементах
185

а)
Е-
■Ш IV
Рис 56 Схема водовода
а — последовательное включение
элементов, б — параллельное вклю
ченне элементов
Рис. 57. Схема подачи по-
ды по трем трактам
Вероятность отказа нерезервированной системы
п
^1 = 1 - П //
или при однотипных элементах
Следовательно, надежность такой системы умень-
HiacTCH с увеличением числа элементов и все1ла меньи1е
надежности каждого ее элемента.
Резервированные системы представляют собой т
элементов, из которых только п элементов предназначе-
ны для обеспечения нормального функционирования
системы Надежность этой системы возрастает с увели-
чением «кратности резервирования» k^^mjti, где т —
число резервных элементов; п — число основных элемен-
тов Чем MCHbHie заданное значение Qa/Q, тем с меньи1ей
затратой средств достигается требуемая падежность.
Примером резервированных систем являются системы
траисиортпроваипя воды по двум или нескольким па-
раллельно уложенным линиям. Рассмотрим методы опен-
ки надежности на примере системы из нескольких трак-
тов подачи воды, показанных на схеме рис. 57.
Подачя но каждому тракту; 0,6Q, 0,35Q и 0,3Q, 1ле
Q — расчетный расход воды При исправности всех
трактов подается 1,25Q. Отказ системы (с1Н1ЖС11ие пода-
чи ниже 0,7) наступает при ирскраи1,еи1М( работы трак-
та ] или одновременном отказе трактов 2 и 3.
Обозначим через \\, /2 ч /з вероятность безотказной
работы отдельных трактов и через Pi — подобные же
186

показатели надежности раз.чичных комбинаций работы
трактов, получим выражение для определения вероят-
ности состояния для одновременной работы всех трактов
Вероятность состояния, когда работают тракты 1 и 2,
а тракт 3 отказал, определяют по формуле
Ри = ЬГзA-/з).
Вероятное!ь состояния, когда одновременно работают
тракты 1 и 3, а тракт 2 отказал, устанавливают по фор-
муле
Fui=fUi-h).
Отсюда вероятность безотказной работы системы вы-
числяют по формуле
Подставляя в формулу численные значения /2=/з=
= 0,8, получим вероятность безотказной работы системы
f 1 = 0,56.
Надежность системы (например, при устройстве во-
доводов, подаюпщх волу от пасоспой станции в водопро-
водную сеть), состоящей из п параллельно включенных
одинаковых элементов с одинаковой вероятностью без-
отказной работы /, определяют по формуле
Гоист-1A-П".
При /1=1 /=•, = /,
п=2 F,^'2f-f\
л=3 /■■^^Sf-Sp+fK
Предположим, что [ = 0,6, тогда /•"i = 0,6; /^2=0,84 н
/^3 = 0,94, т е. надежность системы возрастает с увеличе-
нием числа лиии11. Еще больншн эффект увеличения на-
дежности водоводов достигают при устройстве соедини-
тельных перемычек.
Кольцевая водопроводная сеть является резервиро-
ванной системой. Больпишство точек отбора воды соеди-
нено с точками питания сети многими возможными пу-
тями, поэтому аварии отдельных участков сети не нару-
пгают существенно процесса водообсспечения
Следует отмстить, что увеличение роста водопотреб-
ления населенных пунктов по сравнению с прогнозом
водообеспечения вызывает необходимость развития сис-
187

темы водоснабжения путем реконструкции и модерниза-
ции водопроводных сооружений за счет увеличения чис-
ла водоводов, прокладки дополнительных магистралей
сети, замены агрегатов на насосных станциях и уста-
новок на очистных сооружениях более мощными, а
иногда строительства более совершенных источников
и водозаборов.
Временное резервирование. Вторым спосо-
бом увеличения надежности является использование ре-
зервных и аккумулирующих емкостей для хранения за-
пасов воды в период ремонта отказавших элементов.
Наиболее распространенным методом временного резер-
вирования является устройство запасного резервуара в
конечной точке водовода. Вместимость резервуара в этом
случае должна быть достаточной для снабжения объек-
та на время ликвидации аварии водовода. В ряде слу-
чаев при резервуаре устраивают для этой цели насосную
станцию.
13. РАБОТА ВОДОПРОВОДНЫХ СЕТЕЙ
ПРИ НЕФИКСИРОВАННОМ ОТБОРЕ ВОДЫ
При расчете наружных водопроводных сетей систем
противопожарного водоснабжения принимают упрощен-
ную схему отбора воды исходя из допущения, что через
пожарный гидрант отбирается фикснроваиный' расход
воды, равный по величине нормативному. В действи-
тельности в работающей водопроводной сети все изме-
нения в отборе воды влияют на свободные напоры
в участках сети, а следовательно, и на потенциальную
отдачу воды. Именно поэтому отбор воды из сети на
тушение пожаров, принимаемый в расчета;; ?,/ фиксиро-
ванную всличьиу, в действительности не j^-чется фик-
сированным, так как зависит от условии сор»^-;стной ра-
боты водопитатслей, водопроводной сети и системы от-
бора воды на противопожарные нужды.
Отбор воды зависит также от условий ее подачи к во-
доразборному устройству. Водоотдача (при равновели-
ких напорах и диаметрах сети) будет наибольшей из
кольцевой сети, в которой от двух до четырех направле-
ний притока воды и наименьшей — из тупиковой сети
' Расход воды, не завнснщнй от гидравлических характеристик
водопроводной сети н системы отбора воды на противопожарные
нужды.
т

Рис. 58. Расчетная схема нефикснроваиного отбора воды яз во-
допроводной сети
а — схема сети; б — пьезометрическая линия на участке сети 0—1
С ОДНИМ направлением притока воды. При подаче в уст-
ройство, расположенное на участке кольцевой водопро-
водной сети, водоотдача увеличивается примерно в 2 ра-
за, а при подаче воды в устройство, расположенное
в узле водопроводной сети с тремя прилегающими к узлу
линиями,— в 3 раза и т. д., поэтому возможный отбор
волы из водопроводной сети зависит от напора в водо-
проводной сети, диаметра и длины водопровода, условий
подачи воды к водоразборному устройству.
Рассмотрим прием определения отбора воды из слож-
ных водопроводных сетей с учетом условий подачи воды
на противопожарные нужды. Расчетная схема отбора
воды из водопроводной сети пожарными гидрантами
приведена на рис. 58.
По заданным напорам Hi, Нц, Hin и Hiv в точках
питания сети, по значениям сопротивлений участков во-
допроводных линий и устройствам отбора (гидрант —
колонка — всасывающая линия в пожарный автонасос)
определяют минимально допустимый напор в «диктую-
щей» точке О н расходы воды в точках О, ]\ 1", l'^", 1^'^;
точках 21, 2", 2™, 2iv и т. д.
Расход в точке О определяют по формуле:
Оо-По/ТТ^.^По^^Пт).
где П„ — проводимость питающих направлений; Н„ — напор в точке О (не-
известная величина).
189

Для решения задачи проводимость По распределяют
по основным направлениям (для направления 0-1 про-
водимость составляет Пь для нанрапления 0-II—Пи
и т. д ) Тогда расход
но направлению 0-I Q,' =П1 у^Н^,
» » О-П (?i'=n,i /77Г"
После этого определяют полный расход
mm т
Cm = 2 О" = 2 П„ (/ТТ;), B П„ = По
Поскольку расход пропорционален проводимости,
распределение потока воды в направлениях можно за-
менить распределением проводимостей. Для этого вво-
дят условные проводимости для каждого направления.
Прием онределения условной проводимости показан для
направления 0-1:
потери напора на участке 0-
напор li 10ЧКС
расход в точке
Потери напора на участке 1'—2^^
h[ - s\ {Ql -{- Q\) = s\ (П, -] П„ V 1 + s\ и\)'Щ;
напор в точке 2
Н\ = Н\ + h\ = \{\ + s\ U\) + «Цп, + П„ Kl+si'n'^J] Я,;
расход в точке 2
Q\ =- По И\ =
= n„]Al s\ Щ) + s' (П,+ П„ V\ + s\ П] f /7/„.
D1)
D2)
190

1 D3)
Потери Напора На участке 2^—1
h[ = 4 (Qu + Q\ + Q\y - 4 [(Л. -\ п„ VTT?~n\) +
-t- n„ I (i -I s',n\) ; s\(П, -I- n„ V\ + s\n\Y\'Я,:
irauop в точке 1
-i-4[(n.+n„)/i +5{nO +
+ По/ (HsinO + s^n, |-n„)/ГTl[п[)^]^!Я„.
Значение Hi известно, поэтому можно написать
Я, = а1Яо=/1(П|)Яо,
где
Щ ~- /1 (П,) = {[A \- s\n\) + S, (П, + П. V\ + S.nf )^] +
+ 5з[(П, , n„l'''l + s,nf) +
^ По /A +s,П^) + 5,(П,+ П„l/Г7TЩ)^']^}•
Число таких уравнений соответствует числу направ-
лений:
111 -f ni,-f n,„ + n,v--n„;
Ml = a,H„ = /, (П,);
I/n- aii//o = /ii(tlH).
Приведенные формулы являются алгоритмом для
расчета отбора воды из сложных водопроводггых cerefi
с нспольюваиисм ЭЦВМ.
При ручном расчете применяют итеративный прием.
Для этого получают зависимости а:=/A1) для каждого
иаиранлення. Затем из условия 2П = По задают вели-
чины П], Пп, Пт и т. д. (проще всего сначала пршгять
П1 = П1г=Пгп-..). По принятым первичным значениям
П находят величину // (по графику или таблице), с по-
монидо которой определяют а для различных лаправле-
инй по формуле //о=///а. Однако при первич1гом под-
счете окажется, чго значение Яо, определеипое по каж-
191

лому направлению, будет различно, поэтому для расчета
принимают
До= (/f'o+«'^+H""o+.. .+/f'"o)/m,
а затем по новому значению /7о вновь находят значения
а, с помощью которых повторно вычисляют rii, Пп,
Пш... Складывая эти величины, определяют невязку по
формуле
ДП=(£П)—По.
Если АП окажется значительной, ее делят пропор-
ционально rii, Пп, Пш.., а затем вновь находят а и,
как показано выше, находят напоры по направлениям
и среднее его значение. Таким образом, увязку продол-
жают до тех пор, пока АП не станет близка нулю.
Для приближенных расчетов отбора воды из водо-
проводной сети используют формулу
иал
Оаол - >] Р ////(Sp + sJ.
l...'m
где m — число направлений подачи; р = 1+0,02(ш—1) — для двусторонней по-
дачи; Р—1+0,01 (ш—1)—для замкнутой сети (четыре точки питания); Я —
начальный (до отбора) напор в водопроводной сети; s^ — сопротивление
гидрантов (Sj,=5jj р/п', где s^ ^ — сопротивление одного гидранта, л — число
гидрантов); s^ — сопротивление водопроводной сети
Глава 4. ПРОТИВОПОЖАРНОЕ
ВОДОСНАБЖЕНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ
Многие отрасли промышленности используют воду
для технологических процессов производства. На про-
мышленном предприятии вода потребляется технологи-
ческими установками, оборудованием системы противо-
пожарной защиты, а также рабочими и служащими для
хозяйственно-питьевых нужд Системы водоснабжения
промышленных предприятий разнообразны. Структур-
ная схема водоснабжения н параметры водопроводных
сооружений зависят от требований регламента техноло-
гического процесса производства, определяюн1его режим
расходования воды, качество очистки воды, требуемым
мапор в точке отбора п надежность водообеспечення.
192

1. ПОТРЕБЛЕНИЕ ВОДЫ
ПРОМЫШЛЕННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ
На современных промышленных предприятиях вода
используется для охлаждения, промывки, замочки,
увлажнения, парообразования, гидротранспорта, изго-
товления продукции и т. п. Количество воды, требуемое
для производственных нужд, определяют в зависимости
от принятой схемы технологического процесса, режима
работы используемого оборудования и т. п. Режим рас-
ходования воды промышленным предприятием в течение
часов суток определяется графиком работы технологи-
ческих установок предприятия и методами потребления
воды. Интенсивность потребления воды отдельными
предприятиями колеблется в течение месяцев сезона.
В некоторых предприятиях потребление воды бывает
практически равномерным в течение суток.
Требования потребителей к напорам воды в водо-
проводной сети зависят от используемого оборудования
технологических линий производства, высоты производ-
ственных зданий и сооружений для размещения техно-
логического оборудова11Ия. Для отдельных технологиче-
ских агрегатов необходимо подавать воду под большим
напором. Другие агрегаты технологической линии по-
требляют большое количество воды, подаваемой под
низким напором. В связи с этим на предприятии часто
применяют системы водоснабжения с местными установ-
ками для повышения иапора воды до требуемого преде-
ла. Водоснабжение промышленных предприятий долж-
но быть бесперебойным. Ряд предприятий не может до-
пустить даже кратковременного перерыва подачи воды
в технологические установки, так как нарушение режи-
ма водообеспечепия приводит к серьезным авариям обо-
рудования и катастрофическим последствиям.
2 СХЕМЫ ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Систему водоснабжения промышленных предприятий
рассчитывают так, чтобы сооружения и оборудование
распределяли воду требуемого качества и свойства по-
требителям в соответствии с требованиями технологии
производства предприятий. При этом мощность водопро-
водных сооружений должна учитывать возрастающую
потребность в воде. Если при промышленном предприя-
тии имеется рабочий поселок или несколько предприя-
7 Зак. 179 193

тий расположены близко друг к другу, то строят еди-
н>ю систему хозяйственно-противопожарного водоснаб-
жения для указанных объектов. В подобном случае схе-
мы водосиабження нринциииалыю мало отличаются от
схем водоснабжения городов, рассмотренных и гл. 3
книги.
В промышленных районах иногда устраииают рай-
онные системы хозяйственно-противопожарного водо-
снабжения, обслуживающие несколько промышленных
предприятий и иаселеппых пунктов. В таких системах
не строят огдельных водопроводных сооружений для
каждого предприятия, а устраивают общую систему во-
допроводных сооружений, которая объединяет водоза-
боры, насосные и очистные станции, водоводы и др.
На промышленных предприятиях применяют следую-
щие схемы пронзв()ЛС1венного водоснабжения: прямо-
точные, оборотные с охлаждением воды в градирнях,
брызгальных бассейнах, прудах-охладителях; с последо-
вательиы.м использованием воды.
В схему прямоточного водоснабжения (рис. 59) вхо-
дят насосная станция, расположенная вблизи водоза-
борного сооружения, которая подает воду для произ-
водственных целен в цехи по водопроводной сети. Отра-
ботанная вода поступает через канализационную сеть
в тот же водоем без очистки (если она не загрязнена)
или при необходимости после очистки ее на очистных
сооружениях. При необходимости подачи воды для про-
изводственных нужд иод различным давлением в насос-
ной станции ус1анавлнвают несколько групп насосов,
подающих воду в сеть с различным напором. Для хозяп-
ствснно-нротивоножарных нужд поселка н цехов пред-
приятия вода подается в самостоятельную сеть специ-
альными насосами. Предварительно вода очищается на
очистных сооружениях.
Схема оборотного водоснабжения (рис. 60) рассчи-
тана таким образом, что использованная потребителя-
ми вода не сбрасывается в водоем (как при прямоточ-
ном водоснабжении), а вновь подается потребителям
после обработки Для пополнения утерянного количест-
ва воды (в охладительных сооружениях, при утечке
и др.) в оборотны!! цикл добавляют свежую воду. На-
гретая в процессе ироизводствсниого цикла вода посту-
пает в систему сбора и отводится на охлаждающие
сооружения (градирни, брызгальныс бассейны, охлади-
тельные пруды). Свежая вода псх;тупает гкз источника
194

Рис 59 Схема ирямоючио-
10 водоснабжения
/ — технологический комплекс
(цех) предприятия 2 ~ к<элал1па
цнонная сеть 5 — цех предприятия,
■^ — сооружения очистки воды
5 — станция \лучше1Ч1я качесша
ВОДЬ! 6 — насосная станция, 7
воД05абор1Гые сооружения, 8 — во
допроводная сеть, S —жилой по-
селок предприятия 10 — водопро
водная сеть
Рис во Схема оборотного во.шсиабжения
/ — водоприемные сооружения, 2 — насосная станция 3 — водоводы '? —со
оружения для охлаждения воды, 5 — насосная второго подг>еча, в—водопро
водная есть, 7 — производственные агрегаты, 8 — система сбора использо-
ванной ВОДЬ!
через водоприемник и подается с помощью насосов по
водоводам Количество свежей воды в таких системах
составляет обычно незначительную часть C—6 % ) об-
щего количества используемой воды. Схему последова-
тельного водоснабжения применяют в тех случаях, ког-
да использованная одним потребителем вода может
быть использована во втором, а иногда и в третьем
технологическом цикле промышленного предприятия.
Вода, прощедниш несколько циклов, сбрасывается че-
рез капализациодиую сеть в очистные сооружения. По-
следовательное водоспабжепие занимает промежуточ-
ное положепие между прямоточмоц и оборотной схема-
ми водоспабження промышленных предприятий. Коли-
чество воды, забираемой из источника, при последова-
тельной схеме водоснабжения меньше, чем при прямо-
7* Зак 179
195

а) 7.
ч
« 6
5
2
J
6
liool
2
J
Рис. 61. Схема подключения ипутризаводскоп водопроводной
сети к городскому водопроводу
а — через насосы — повысителн напора: б — через насосы — попысителп ил
пора и регулирующую емкость; в — через насосы—повысителн и запасною
емкость / — магистраль городской водопроводной сети, 2 — иасосиая с иа-
сосами-повысителями напора воды, 3 — внутризаводская водопроводная сеть
4 — водонапорная башня; 5 — регулирующая емкость; 6 — запасная емкость
ТОЧНОЙ, НО больше, чем при оборотной схеме водоснаб-
жения. Одно предприятие может иметь одну, две и
больше из перечисленных систем, обслуживающих раз-
ные цехи. Система производственного водоснабжения
предприятия в больтипстве случаев бывает сметанной
(комбинированной), состоящей in ряда систем, и пред-
ставляет собой сложное хозяйство.
Хозяйственно-питьевой водопровод промышленного
предприятия получает воду от общего городского или
районного водопровода, а при пх отсутствии предусмат-
риваются самостоятельные источники водоснабжения.
Подача воды из городской сети в хозяйственно-питьевой
водопровод предприятия осуществляется по двум или
нескольким вводам из различных магистральных линий
городской водопроводной сети. Если требуемый свобод-
ный напор водопроводной сети предприятия превьпнает
свободный напор водопроводной сети города, то устраи-
вают повыснтельные насосные станции, а иногда и регу-
лирующие емкости, позволяющие забирать равномерно
волу из городского водопровода в течение суток В этом
случае на предприятии устраивают иапорно-регулирую-
щие сооружения (пневматические установки или водо-
напорные бап1ни) для поддержания требуемого на-
пора. Схема подключения внутризаводской водопровод-
ной сети к городскому водопроводу показана на
рис. 61, а, б, в.
На промьмилепных объектах делают противопожар-
ные водопроводы низкого и высокого давлений Проти-
вопожарные водопроводы низкого давления устраивают
при наличии на объекте или в радиусе 3 км от него
\%

пожарного депо. В этом случае подразделения пожар-
ной охраны подают пожарной техникой необходимое
для туи1ения пожара количество воды. В противном
случае целесообразно предусматривать противопожар-
ные водопроводы высокого давления. При повыишиной
пожарной опасности устраивают противопожарные водо-
проводы высокого давления, даже при наличии на объ-
екте хороню оснащенного пожарного депо, поскольку
успех тушения пожара во многом зависит от времени
начала тушения пожара. В противопожарных водопро-
водах высокого давления водонапорные башни в случае
пожара отключают, это исключает возможность сниже-
ния давления в водопроводной сети вследствие излнва
воды из бака водонапорной ба1нни.
Если хозяйственно-противопожарный водопровод не
обеспечивает возросших потребностей в воде, то на про-
изводственном водопроводе устанавливают пожарные
гидранты.
Для пожаротушения используют также воду из пру-
дов-охладптслей, брызгальных бассейнов и градирен.
Для противопожарной защиты используют снчон!-
ные, капельные и мелкорасныленпые (туманообразиые в
виде аэрозолей) струи жидкости Струи подают онера-
юры через пожарные стволы (как правило, при исполь-
зовании передвижных технических средств полачп)
и через стационарно установленные насадки или оро-
сители.
К пожарным струям предъявляются различные тре-
бования Например, струи для борьбы с наружными
пожарами должны иметь .достаточно большой радиуе
действия и ударную силу, а струи для стационарных
установок туп1сния пожаров внутри помещений — доста-
точно развитую распыленную часть Пожарные струи
применяют для тун1ення пожаров, охлаждения нагревае-
мой поверхности, ограничения теплового излучения, сни-
жения температуры нагретых газов, флегматизациинча-
менн п др Эффект действия струй в каждом конкрет-
ном случае характеризует ряд параметров, которые
связаны гидравлическими закономерностями, например
.тля СПЛ01Н11ЫХ струн это производительность и дально-
бойность, для раздробленных струй — плотность opoine-
ння, а для капельных и тонкораспыленных струй —
дисперсность капель и скорость их движения. Для опре-
деления параметров гидравлических закономерностей
струй необходимо знать методы расчета истечения жид-
197

костн через насадки н оросители, принципы построения
траекторий струй, процессы дробления жидкости на
капли.
3. РАСЧЕТ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
ПАРАМЕТРОВ ПОЖАРНЫХ СТРУЙ
Гидравлические параметры пожарных струй — произ-
водительность (расход), дальность полета, площадь оро-
шения, дисперсность раздробленных (распыленных) ка-
пель, проника1ои1ая способность в очаг горения и дру-
гие определяют технические характеристики систем по-
дачи и распределения жидкостей. В ряде случаев их
нормируют и указывают в действующих нормах и пра-
вилах строительного проектирования, рекомендациях по
расчету и проектированию систем противопоморной за-
щиты. Например, при расчете пожарных водяных
струн нормируют радиус (высоту) компактной части
струн, ирн проектировании оборудования водоороше-
ния — величину свободного напора у наиболее удален-
ного и высоко расположенного «диктующего» оросителя.
Общую задачу расчета из-за большого разнообразия
исиользопания пожарных струй подразделяют на ряд
са.мостоятельпых задач, характерных для каждой обла-
сти иримсисния того или иного вида установки противо-
ножарной защиты. Наряду со специфическими особен-
ностями, присущими каждому виду пожарных струй, все
они подчиняются основным гидравлическим закономер-
ностям истечения жидкости, с помощью которых penia-
ют три вида задач.
1. Определение необходимого напора (перед отвер-
стием, насадком или оросителем). Если заданы произ-
водительность (расход) и параметры, характеризующие
конструкцию устройства истечения и условия его под-
ключения к раснределитсльпон системе, то функцио-
нальную зависимость напора от основных параметров
выражают сле.чующим с)б[)азом:
Я=П9- c{do, ц, /)].
где // — напор воды перед отверстием, насадком нли оросителем, (? —про-
изводительность, с —параметр, характеризующий условия истечения воды
(зависит от конструкции устройства), (/„ — диаметр отверстия истечения.
|1 — коэффиг(иент расхода жидкости / — параметр, характерн ivroiniift кпист
р\киив) системы водоподачи
Для расчета в данном случае необходимо опреде-
лить параметры по имеющимся в справочной литера-
туре коэффициентам расхода жидкости из отверстий
198

стандартных насадков и оросителей или рассчитать их
по соотисгствующим формулам.
2 Определение расхода воды по заданному напору.
Расчет начинают с онределеиня гидравлического сопро-
тивления (ко^ффиниента расхода) отверстия насадка
пли ()рос1пеля и закапчивают оирсделением производи-
тельности в зависимости от величины заданного напора.
3. Определение параметра условий истечения из от-
нсрстпя, насадка или оросителя гго заданному расходу
(нропзводнтельности) и HaHOj-iy. Расчет сводится к он-
рсдслеиню геометрических раз.меров отверстия истече-
ния, а также основных гидравлических и геометриче-
ских соотношений элементов насадков и оросителей.
Наряду с этим в задачах расчета пожарных струй вы-
деляют самостоятельные этапы расчета:
СП.10ШНЫХ водяных струй для туи1ення наружных
пожаров (определение радиуса компактной части струи,
дальности полета струй при разных углах наклона);
распыленных водяных струй для тушения пожаров
(определение дальности полета распыленных струй в за-
висимости ог напора п угла раскрытия распыленной
струи);
пл(>П1,ади эпюры орон1сппя распыленными струями
(проверка плопгадн ороныемои поверхности при различ-
ных положениях оросителей);
дпснерсностп дроблепня жидкости (расчет среднего
тпаченпя диаметра капель и анализ рассеивания зна-
чений этою диаметра от среднего значения);
скорости полета капель (расчет скорости, пути и
продолжительности движения капель).
Эти задачи решают на основе моделей, которые
представляют собой совокутгость уравнений, описываю-
нгих завпсп.мости между главными параметрами пожар-
ных струй. Для этого выделяют фиксированные пара-
метры, определяющие гидравлику пожарных струй, и
параметры закономерностей механики дробления на
капли, картины оронгения и др. Таким образом, расчет
пожарных струп заключается в составлении алгоритма,
с помощью которого определяют параметры струй, удо-
влетворяющие заданным требованиям пожарной безо-
пасностп, н анализируют работу элементов системы
подачи.
При построении модели расчета неизбежны погреш-
ности, которые возникают из-за недостаточности инфор-
мации, поэтому чап1,е используют экспериментальный
199

метод, особенно в тех случаях, когда неизвестны необ-
ходимые зависимости для определения параметров
струй. Это позволяет намного упростить сложные мате-
матические моде.чи или заменить их более простыми
аналишческимп выражениями. Toi пли nnoii меюд при
решении задачи выбирают исходя из конкретных ус-
ловий и имеющейся априорной информации о парамет-
рах пожарных струй. Вместе с этим любое математиче-
ское описание является лишь приближением к реально-
му процессу, а поэтому встает вопрос об адекватности
полученной модели расчета и необходимости ее коррек-
ции. Решение этого вопроса также возможно при про-
ведении экспериментов, направленных на проверку ос-
новных параметров математического описания. Таким
образом, д,АЯ обоснованного расчета пожарных струй
используют закономерности классической гидро- и аэро-
динамики, параметры отдельных зависимостей в кото-
рых определяют экспериментальным путем с учетом ха-
рактерных особенностей применения того или иного ви-
да струй в пожарном деле.
Расчет водяных струй требуемой эффективности дей-
ствия состоит из следующих типовых задач.
1. Определение диаметра насадка пожарного ствола,
если заданы радиус компактной части струи и напор
в водопроводе. Эффективность пожарных стволов ха-
рактеризует радиус компактной части струи, исходя из
которого по заданному напору определяют производи-
тельность ствола, а затем рассчитывают (пли определя-
ют по таблицам) требуемый диаметр его насадка.
2. Определение производительности пожарного ство-
ла или оросителя, .если задан диаметр насадка и ра-
диус действия струи. По заданному радиусу действия
струи определяют требуемый напор перед стволом или
оросителем, а затем рассчитывают производительность
в зависимости от найденного напора.
3. Определение напора перед насадком или ороси-
телем, если заданы расход и диаметр отверстия истече-
ния. Репгение задачи аналогично первому виду задач
истечения, в котором напор перед стволом рассчитыва-
ют в зависимости от гидравлического сопротивления па-
садка и расхода.
4. Определение дальности полета струй, если заданы
напор перед насадком и угол его наклона к горизонту.
Дальность полета струи рассчитывают исходя из макси-
мальной высоты струи и соответствуюпилс параметров,
200

xapaKTcpiijyiouuix условия изменении траектории струи
I! зависимости от угла ее наклона.
5 Определение оптимальных режимов работы по-
жарных струй, отвечающих экономически наиболее вы-
годному варианту систем подачи воды. Решение этой
задачи сводится к отысканию такого режима, который
отвечал бы минимуму приведенных затрат системы по-
дачи воды. Количественный анализ подобной задачи
возможен лишь при наличии модели расчета, состоящей
п.! математического описания связей между основными
нсремснными иронесса. Оптимальные решения находят
с учетом параметров технологического и экономического
характера.
Выбор оптимальных реи1еннй относится к классу
варнанноиных задач, состоящих в решении системы
уравнении со многими неизвестными при дополнитель-
ном условии, что некоторая функция этих неизвестных,
называемая целевой, ириинмает экстремальное значе-
ние Математическую модель проектирования системы
1)одоно.1ачи с оптимальными параметрами пожарных
струй janHCbiiiaioT в виде системы урависиий:
Г = Г (а^,а,,... ,о.„\ х,,к,,.. .,х„) > шах (miii)
К, --Г, (а,,о:,,. .,о:„ ;-V,,.v,,. .,л-„)' О,
Y,= Y,(a,,a.,, . ,а„; v,,x, х„) --С,
"i = и, (а,,а,,..
"j =- 111 (а,,а,,..
.о:„; x,,jf,, v„) ~ О,
I
м„ =- и,, (а,,а, а,„ х,,х,,... ,д:„) =- О,
D4)
где F — целевая функция, Oi, Ог, . . ct^ — заданные параметры Системы во-
лонодачн и противопожарных стволов х\ Х2, .. , д:„ — искомые параметры'
I'l. Y2, .... Уд—функция связи параметров системы водоподачп и
пожарных стволов; u\, щ, . ., «„ — Функции общих ограничений задачи тех-
нико-экономического характера.
Составление системы уравнений D4) в условиях
нроектпрования представляет большие трудности, а их
рещение возможно только при использовании вычисли-
тельной техники. В настоящее время исследуют лишь
отдельные, частные задачи оптимального проектпрова-
чия, ограниченные как ги) объему учнтыпаемьгх пара-
метров, так и по характеру нх нзмспсини
Отдельно следует рассматривй'П) методы расчета рас-
201

пыленных н мслкораспылсппых капельных CT|)yi"i жидко-
сти, так как их используют не только для туп1спия по-
жарок, по и для создания водяных завес, орошения
и др. Эффект де1ствия струй зависит от ряда факторов
и в первую очередь от ннтенснвностп подачи (удельно-
го расхода), дисперсности дробления жидкости на кап-
ли и скорости движения капель. При решении конкрет-
ных задач водораспределения из многочисленных фак-
торов необходимо отобрать сравнительно небольшое
число параметров, достаточно объективно отражающих
процесс, поэтому и основу расчета можно положить па-
раметры функциональных зависимостей, определяющие
гидро- и аэродинамические свойства, а также теплофи-
знческие процессы, и параметры статистических законо-
мерностей, характеризующи.х вероятностные явления.
При этом в первую очередь рассматривают функцио-
нальные зависимосги, а случайные факгоры учитывают
с целью устранения неопределенностей.
Задача расчета расныленны.х н мелкораснылеиных
струй в конечном счете сводится к выбо|)у типа оросите-
ля (по пара.метрам дисперсное!и капель, дальности по-
лета распыленных струй, oponjaeMofi новерхносги '); оп-
ределепию места расположения н орнеитацни ()|)осн1еля
относительно защищаемого объекта и установлению
гидравлических на|)аметров (напор — производитель-
ность), обусловлпвающн.х эффект работы установки. От
интенсивности подачи жидкости зависят основные па-
раметры водопроводных сооружений системы ирогнво-
ножарной защпгы. Исходя из требуемой итенсивност
иодачи, определяют вид оростслей, их число, условия
расположения. Пнгснснвность нодачп рассчшьшают в
зависи.мостн от производи 1ельности оросителя и площа-
ди (объема или периметра) орошаемой им новсрхносги.
Истечение жидкости из пожарных стволов
Прежде чем приступить к рассмотрению закономер-
ностей, определяющих истечспие жидкости из гюжар-
ных СТВ0 10В, рассмотрим иростейший случай истечения
из крукюю отверстия в стенке резервуара при напоре
истечения Н^
' Этн параметры, как правило, определяют экспериментально,
и опп являются характермстпкой данного оросителя
^ Напор истечения для малого отверстия (do'^H; l = di)l2)
можно отнести к его центру.
202

Уравнение Бернулли для сечений О—О и 1 — 1 имеет
вид
1д^ // — глубина центра тяжести сечения струп пол уровнем (напор исте-
чения), V — средняя CKopucib движения струи, ^ — коэффициент гидравлнче
ского сопротивления
Пренебрегая величиной yVBg') вследствие малых
значений Vo, получим
H=vyBg)+lvV{2g) = (l+l)vyBe).
Средняя скорость в сжатом течении струи при уста-
новившемся истечении жидкости из большого открыто-
го резервуара через круглое отверстие, согласно урав-
нению Бернулли, равна:
V = tf у 2gH.
Безразмерный коэффициент скорости ф определяют
из выражения:
Ф = 1//а + $ ,
где а — коэффициент кинетической энергии в сжатом сечеиин струи.
В случае истечения из напорного сосуда в газооб
разную среду напор истечения Н представляет собой
разность значений гидростатического напора в сосуде
и в центре сжатого сечения струи:
Я=/1+(р,-р2)/(рг),
где Л — глубина центра сжатого сечения струи под уропнрч жидкости,
/'| — давление в сосуде над жидкостью; рг — давление среды п которую
1н.|текает струя, р — плотность жидкости
Сели нстеченне происходит в атмосферу, то его на-
пор представляет собой глубину расположения центра
сжатого сечения струи под пьезометрическим уровнем
в сосуде
Я—/!=^p„/(pg),
ГДР Pi~Pi -Pgj, — избыточное даплоние в сосуде над жидкостью
Если Придать насадку форму конуса, сходящегося
к его выходному сечению, то получим конический схо-
Дяии1мся насадок, применяемый в пожарных стволах.
Для таких насадков коэффициенты ц и ф не равны меж-
ду собой, так как при выходе из насадка происходит
небольшое сжатие струи. Коэффициенты ф и р, в этом
случае зависят от угла конусности насадка 9. Коэффи-
циент расхода достигает наибольшего значения @,946)
при 0=13°24'. Коэффициент скорости по мере возраста*
ния угла конусвоств уаелвчввается от 0,829 до 0,964.

Струя, пытекающая нз конических насадкоп, обла-
дает наибольшей удельной кинетической энергией вслед-
ствие малой величины гидравлических сопротивлений
B^ = 0,06—0,09), а поэтому именно такие насадки при-
меняют в пожарном доле,
Коноидальный насадок очерчивается но форме струи,
вытекающей из отверстия: его входной участок имеет
сложную поверхность двоякой кривизны, а выходной
участок—-цилиндрический. Это позволяет устранить
сжатие струи жидкости при выходе из насадка и полу-
чить еще большую кинетическую энергию струи при
ц,=фг=о,97—0,99 (в зависимости от напора и качества
обработки внутренней поверхности насадка).
Максимальной удельной кинетической энергией об-
ладает струя из коноидального насадка. Большую ки-
нетическую энергию имеют также струи, вытекающие
через конический сходящийся насадок.
Коэффициент расхода жидкости
из пожарного ствола
Для сечений 1, 2 и Л^, обозначенных на рис. 62,
можно получить следующие соотношения для потока че-
рез направляющий ствол и насадок:
Я„ = l\Kfg) + а, ^.'^/B^) = A + £„ -f Zp) v^K^g);
Я„ = P,l(fg) + а, v]l{2g) = A + 5„) vll{2g),
D5)
где //la. Pi и vi — полный напор истечения, гидростатическое давление и
средняя скорость на входе в направляющую ствола, //го, Р2 и иг — напор,
гидростатическое давление и средняя скорость иа входе п насадок, у^ н
Е„ — средняя скорость и коэффициент сопро'^ивления насадка, р — плот-
ность поды; Oi и 0,2 — коэффициенты кинетической энергии, учитывающие
ггеравномсрность распределения Скоростей на входе в направля1он;ую ствола
и насадок.
Из ЭТИХ уравнений можно получить формулу для
с|)едмсн скорости в насадке:
fn = HoBgW,o)>/2 и y„ = n„oBgWso)i/2; D6)
Цо = 1/A+5п+5р)"=' и ц„о=1/A+Ы"'. D7)
где цд и ц„о — коэффицяеяты расхода жидкости аэ насадка вместе с яа<
правляющей ствола и яа одного насадка,
Величины gn и |п малы по сравнению с единицей,
поэтому уравнения D7][ можно свести к виду
т

Если коэффициенты ai ir q ? 'Ъ'^ ®
a.2 в уравнении D5) принять < i / '^^^\ i
равными единице, то вели- ^jjl _° |'11=а>_^^Й—^^
чины Я]п и //го можно выра- ij -S*-ib р^ ^с
знть соответственно через Ию\ 1 ^^
Н\ и //г. Коэффициенты рас-
хода будут определяться но Рис 62 Расчетная модель
формулам пожарного ствола
Ij, /и )ij2 „ Ствол пожарный лафетшл'!
Ц iia( lo/ '/ комбиипроваиньи'г-
■^ "^ / — направляющая ствола, г^на-
ИСПОЛЬЗУЯ соотношение садок
D5) и условие, что а\ =
= U2«1, из уравнений D9) получим формулы для ка-
жущеюся коэффициента расхода жидкости из насадка
(с учетом потерь в направляющей ствола):
|1--Aо+(а. — U'^i/S. Ин-= tin»+(«' — !) "^2/2 ; I
(i„-(i = (i„o—[j„-i (m'^(a, — 1)-/n^ (a, — 1I/2, >
где Hi, = (D„/0,)^ m=(DJD^)K
Гидравлические характеристики пожарных стволов
непосредственно связаны с начальной турбулентностью,
которая определяет условия течения внутри насадка.
Определение характеристик истечения из противопо-
жарных стволов затруднено тем, что насадки имеют
различные форму проточной части и чистоту обработки
иоверхности. Часто насадок заменяют упрощенной мо-
делью, имеющей профиль трубы постоянного диаметра
с эквивалентной длиной /.>, noiepn в которой принимают
такими же, что и в реальном насадке. При этом па вхо-
де скорости потока распределяются равномерно и по-
граничный слой в нем отсутствует. Предполагают так-
же, чго вязкостные эффекты существуют только в пре-
делах пограничного слоя, толщина которого мала по
сравнению с диаметром насадка (рис. 63). Если предпо-
ложить, что шероховатость г.оверхностн насадка оказы-
вает незначительное влияние на течение, то в результа-
те такого упрощения для полностью ламинарного погра-
ничного слоя можно записать:
e'n-43,942Z,/(D„Z,/v)"»-87,376(Z),/2) (n/Re)"», E1)
ГД1 в*„ —Т0Л1ЦИН1 (ытмнмик погр|яячиога слоя; tf »• »«в«1Д1атя1я для-
«■ намдн; V, ••ерияяя еюроетк а якадн; v —кянштячкия «ижоети
ЮДЫ1 0,-.дяя|«1тр «ыхадяого отверстия ricrahi! я"',/Оя

2 7
^^йй^й.'-^
vr/ уу///»"
У///////////,
п
«б-'
6)
'У//////////////////М ////у
f']
1-,
V//yy////
h
J
//////////,
у//////.
и
_Jo^
.
УУУ/УУ/Л
^
3^
Уу/////7' •::1/:'У///у/У////а
- ^'- -н
г
с?1
t-
1
' .|
Рис 63 Расчетная модель насадка
а — реальный насадок, б — эквивалентный насадок, в — эквивалентный на
с 1Д0К / — наггравляющая ствола, 2 — Т1асадок J — пограничный слой
Таким образом, коэффициент расхода жидкости из
иасадка определяют соотнотемием
ц„о=я[ф„/2-б-„J/(л02„/4)] =l-6,88«'/2/Re'/2. E2)
Сравнивая это соотиоишипе со вторым соотмоиюиием п
ураинеииях D8), получим формулу для расчета коэф-
фицисмта гидравлического сопротивления пасадка
|„=13,76«'«yRe''.5.
Для иолиостью турбулентного пограничного слоя
можно записать.
б\ = 0,117475/./(uj./v)" 2^2,3495 (D„/2)n''8/Rc"
Коэффициент расхода жидкости в этом случае опре-
деляют соотношением
H„(,= l_0,185n"'VRe'''*
E3)
После подстановки выражения E3) во второе соотно-
шение уравнения D8) и простейших преобразований по-
лучаем формулу для расчета коэффициента потерь на-
306

пора в насадке при полное!ыо туроулентном погранич-
ном слое
|„ = 0,37/1° s/ReO.^.
Ко1да пограничный слои частично ламинарный н ча-
стично турбулентный, кoэфф^п^иeит потерь напора н па-
садке, как и и случае плоской пластины, определяют со-
отношением
1п==0,г7п°-те—Л1 (пКе),
где А ~ численная постоянная, определяемая экспериментально.
В этом случае формула для коэффициента расхода жид-
кости принимает вид
ц^ = 1~0,185п'''Ще^'^+А/{2п Re). E4)
Некоторые различия .между действительными и модели-
руемыми условиями течения в характере распределения
давлении вдоль насадка обуслонлсиы кривизной стенок
реального насадка
Значения коэффициентов расхода жидкости из по-
жарных стволов подробно изучены My раками и Катая-
мой В результате ряда экспериментов им удалось уста-
новить основные закопомсриости истечения воды из на-
садков пожарных стволов и влияние иа них конструк-
тивных параметров ствола. Основные результаты этч
исследований (в обработке автора) приведены на
рис 64, Данные показывают, что значение цп зависит от
Re и параметров, определяющих профиль проточной ча-
сти насадка (геометрических размеров проточной части,
чистоты обработки внутренней поверхности и др.) Зна-
чения Цп имеют макси.мум в определенном диапазоне
чисел Реннольдса, который исчезает по мере увеличе-
ния числа Re, и в дальнейи1ем (Re^lO'') значения ко-
эффициента расхода жидкости уже не зависят от Re.
Сравнение данных, полученных по аналитически вы-
веденным формулам, с результатами эксперимента (см.
рис 64) дает удовлетворительное совпадение лишь для
насадков, которые имеют плавное очертание внутреинсн
поверхности, снособствуюн1ен образованию полностью
ламинарного пограничною слоя Ламинарный режим
переходит в турбулентный при Re=l-10J (для гг = 2,5—
-5); Re=:2-I0^ (для п = 2)\ Re=3-105 (для п=\,5) и
Re=4 10= (для п=1).
Наибольшее влияние на коэффициент расхода жид-
кости оказывают чистота обработки его внутренней по-
207

/«л
0 96
от
0.9
1
-'-<ъ'.
А'
^
й
^
у
_£;
7>
'б
-^
1
-
по^
i ^ ь 6 тю"
he
0,99
0,98
0,97
0,96
0,95
0,9^
1
2
7'' 1
1
Re
Рис 64 Сравнение расчетных и эксперимешалпных зависимос-
тей коэффициента расхода жидкости из оросителя (спринклера
ОВС-12)
i — расчетная кривая для ламинарного пограничного слоя; 2 — то же, для
турбулентного пограничного слоя. 3—то же, для частично ламинарного н
частично турбулентного слоя (/г=3), 4 — экспериментальные данные для
оросителя, имеющего гладкую поверхность проточной части (чистота обра-
ботки 6й — 8-й классы по ГОСТ 2789—73), 5 — расчетная кривая для лами
нарпого пограничного слоя (/г=6): 6 — экспериментальные данные для оро
сителя с шероховатой поверхностью проточной^ части (чистота обработки
4-й класс по ГОСТ 2789—73); 7 — расчетная кривая для ламинарного hoi ра
ничного слоя (/г=1,7)
Рис 65. Зависимость коэффициента расхода жидкосш or чис-
тоты обработки внутренней поверхности насадка
/ — насадок D„=25 мм, л=4, внутренняя поверхность чистовой обработке не
подвергалась ? — тот же насадок с чистовой обработкой внутренней по-
верхности (профили Шероховатости показаны на рис 66)
«J
'г." 5)
^[005"''Л ' [Г 01мм ^^t
Рис 66. Профиль шероховатос-
ти внутренней поверхности на-
садка
а — без чистовой обработки б —
при тщательной механической обра
ботке внутренней поверхности
всрхности, радиус сопряжения выходном (цилиндриче-
ской) части с конической, а также профиль конической
части насадка. Зависимость коэффициента расхода жид-
кости от степени чистоты обработки внутренней поверх-
ности насадка показана на рис. 65 и 66. Улучшая чисто-
ту внутренней поверхности насадка, можно увеличить
коэффициент расхода жидкости с 0,95 до 0,98. Влияние
шероховатости на характер течения в насадках описы-
вают темп же законами, что н при обтекании плоской
пластины (с нулевым углом атаки). Допустимую вели-
чину шероховатости (предельное значение для гидрав-
208

Ка. Ш'^мм
JO
75
20
15
Ю
5
О
/IJn
Re
0,99
ОМ
0,97
096
1
/Дт-
1
1
//о'
? i
5 S 8110°
Re
Рис 67 Зависимость величины шероховатост для шдрапли-
чески гладком поверхности от числа Ре|'1иольдса
/ — насадок D„ = 12,7; 2 — 25,4; J —38.1 мм
Рис 68. Зависимость коэффициента расхода жидкости hj па-
садка (Dn = 25; п = 4) с различными профилями от числа Рей-
нольдса
/ — плавный, 2 — скругленный, J — без скруглсиня сопряжения конической
и цилиндрической частей насадка
лпчсски гладкой поверхпост) н этом случае определя-
ют по формуле
/Ca = 100v/y„=100D„/Rc
;,%)
График 31011 зависимости (рис. 67) показыьасг, что
шероховатость внутренней поверхности (около 0,005 мм)
не влияет на процесс истечения при числах Рсипольдса,
превышающих значения Re, полученные пересечспнем
кривых с прямой /<j^^O,O0r) мм (пупктрпая линия на
рис. 67).
Профиль иаса.чка в конце суживающегося учас1ка
оказывает решающее влияние па характер течения в ци-
линдрическом участке насадка, где потерн составляют
большую часть. Скругление кривизны участка, располо-
женного перед цилиндрической частью насадка, способ-
ствует увеличению коэффициента расхода жидкости
примерно на 0,5 %• Дальнейшее полирование или до-
водка угла не дали никакого эффекта. Зависимость ко-
эффициента расхода жидкости из насадков, имеющих
различный профиль скругления, от числа Рейпольдса
показана па рис. 68 Зависимость коэффициента расхо-
да жидкости из насадка от радиуса кривизны этою
участка при Re=3-10^ показана на рис. 69.
Зависимость коэффицисита расхода жидкости от
длины цилиндрической части насадка (рис. 70) показы-
вает, что уменьшение длины цилиндрической части на-
209

(In
0,49
09В
091
I
fin
0,99
0,98 \ —
0,97
U,96
\
ty^
Ay4
'"/'
~1
100 200 ?50 300 350 MM
810" 110^
5W
Re
Рис. 69 Зависимость коэффициента расхода жидкости из на-
садка от радиуса кривизны участка перед цилиндрической частью
(при Re = 3 105)
Рис. 70 Зависимость коэффициента расхода от д.'шны цилинд-
рической части насадка
/ — длина цилиндрической части 27 mm = 106D„; 2 — то же, 16 мм — 0,8D„
3 — то же. 18 мм = 0,7£>„
салка приводит к увеличению коэффициента расхода
жидкости. Это положенпе еще раз подтверждает тот
факт, что в первом случае в насадке сохраняется почти
полностью ламинарный пограничный слой в диапазоне
Re^3-10'', тогда как во втором случае переход лами-
нарного режима в турбулентный начинается уже при
Re=I,5-I0\ Таким образом, сокращение цилиндриче-
ской части насадка приводит к увеличению коэффици-
ента расхода жидкости в том'случае, если по1раиичный
слой па стенке будет полностью ламинарным или пол-
ностью турбулентным.
Потери напора в направляющей ствола
Принимая во внимание, что угол раскрытия напра13-
ляютей ствола достаточно мал (примерно 1,30°), поте-
рю напора в направляющей ствола определяют по фор-
муле
L
hpb==\x(dxlD)[v'l('2g)\, E6)
о
Где } — коэфф|П1иснт трении по длине ниирав-чяющсн ствола
Замечая, что uD^=uiD^i = U2D^2==VnD'^„, а D = D2-f-
+2j;tge, и используя формулу Блазиуса для определе-
210

Рис. 71. Зависимость ко-
эффициента расхода от диа-
метра насадка ствола (при
Re = 3 10^')
/ — кажущийся К1«фф11Ц11е11Г ц„
2 — испитый коэффициент ц„(,.
3 — истинный коэффициент расхо-
да Цо для насадка с иаправляю-
щей ствола, 4 — кажущийся коэф
фицнент и для насадка с направ
ля1ои1ей ствола
/1^л
7
0,98
0,95
l>'noJ',Do
0$1
и
4\
25
38
ПИЯ л, уравнение E6) можно привести к следуюпхему
виду:
/tp6 = X„[yVBg)](/./D2)(D„/D2)^D/15) [0/A-0I A--0'>"'), E7)
где Я„ = 0 3161/(y„D„/v)'> 25 _ коэффициент тренья но длине
Из уравнения E7) получим формулу д. 1я определе-
ния коэффициента потерь в направ. 1Я10Н1,С11 ствола'
|pi.= D/15)X„(i-/D2)(D./D2)M0/(l-0)l(l-0'5/>),
E8)
где e = 02/D,.
Экспериментальные исследоиаппя 11()каз1))вают, что
потери напора в направляющей ствола невелики и кри-
вые завнси.мости коэффициента расхода насадка почти
подобны и параллельны кривым коэффицпента расхода
пасадка с направляющей ствола. При Re^l,5-10^ ко-
эффициент расхода ие зависит от Ч1;сла Реннольдса и
остается постоянным. Зависимость коэффициента расхо-
да от диаметра насадка ствола при Re=3-J0"' показа-
па па рис 71, Следует отметить весьма удовлетиорп-
тельпое согласие расчетных данных по формулам D8),
(SO) и E8) с экспери.ментальиыми. Член (ог—1 )/?г^2/2—
— (ai—1)^^1/2 в уравнении E0) мал по сравнению с
членом (|д,„о—Цо), поэтому различные направляющие
стволов, присоединенные к одному и тому же насадку,
имеют приблизительно одинаковые потери напора. Ис-
ключение составляют направляющие со спрямляющим
аппаратом,
an

Потери напора в спряМляющих лопатках
Полное сопротивление поверхностиого трения спрям-
ляющих лопаток, расположенных внутри направляющей
ствола, определяют по формуле
/•=22C/6/pyVBg), E9)
где Z, Ь и Z — число, ширина и длина сирямляюи;нх лоиаток. «( — коэффи-
циент поверхностною трения, р — плотность воды, и^ — средняя скорость
воды между спрямляющими лопатками, г —>скореиие свободного падения
Коэффициент поверхностного трения в смрямляюииьх
лопатках определяют из следующих cooTHonie/iHi'i
для полностью ламинарного пограничного слоя
Cf= 1.328/(Ут/у)^
для полностью турбулентного погратсиюго слоя
Cf=0,074/(ym//v)'''2;
ДЛЯ частично ;1ампна|)НОго и частично турбулентного
пограничного слоя
Cf = 0,074/(u„//v)'''2~Ao/(y„//v),
где Ао — постоянная, определяющая положение точки перехода ламинарного
пограничного слоя в турбулентный
Коэффициент гидравлического сопротивления в
спрямляющих лопатках находят н результате преобра-
зования уравнения E9):
?р.=2с,г[6//(я02„/4) (D„/D,„)M,
где D„ и D^ — диаметр насадка и спрямляюп;их лонаток стиола
ЭкспернмеIтальные данные показывают, что кажу-
щийся коэффициент расхода жидкости hj насадка ство-
ла с направляющей или лопатками завпспт от характе-
ра распределения скоростей
/и 13 подводящем к стволу тру-
бопроводе. Зависимость ка-
жущегося коэффициента рас-
хода жидкости из насадка с
направляющей пожарного
ствола от распределения ско-
ростей в подводящем трубо-
проводе предстаплспа на рис.
72. 3//ачения коэффициента
2 3 4 5 6 7810-' расхода жидкости в данном
0,48
0,97
0,96
0,95
, 1—I
610^8
Re
Рис. 72. Зависимость ка-
жущегося коэффициента расхо-
да для насадка с направляю-
щей ствола от числа Рей-
иольдса
/-■•еадо! /)я»и Ч»\ 0|/0к»1,7;
Щ
случае определяли раздель-
но при подсоединении ствола
к рукаву, стальному трубо-
проводу и баку. Для насад-
ка 2 (cMi рис, 72) на основа-
нии уравнения E0) можно
получить A^«»n—fio«»

Таблица 18. Знапеиня s и
Од. мм
К)
13
17
19
22
25
J
8,.6
2,89
0,99
0,634
0,353
0,212
\
0,348
0,588
1,01
1,26
1,68
2,17
А^ при fi^l
D^, мм
28
32
35
38
40
50
S
0,134
0,079
0,055
0,04
0,032
0,0132
^
2,73
3,56
4,26
5.02
5,57
8,7
= 0,00348 (а,—1), т2, = 0,00696, т.е. Д(л=0, а это озна-
чает, что кажущийся и истинный коэффициенты расхода
жидкости равны. Коэффициег{т кинетической энергии а
определяют, если известно распределение скоростей в
поперечном сечении трубопровода. На большом расстоя-
нии от входа прямолинейного трубопровода эта величи-
на (для турбулентного течения) будет
а= 1+2,71, F0)
где А, — Коэффициент треиия подводящего трубопровода.
В случае присоединения пожарного ствола к сталь-
ному трубопроводу уравнения E0) н F0) дают следу-
ющее выражение:
Дц='ц—Ио = 2,7Ят=,/2=0,03375т=,.
Расход воды из насадков пожарных
стволов.
Для ретення ряда практических задач подачи воды
(при 10') через пожарные стволы пользуются формулой
Я=97(И^Я„2^).
Обозначив
\l{ll4\2g):=S,
получаем
Расход воды из насадка представляют в виде:
q-'Ag'/TT (при Re>,10»),
где <4, — юаффнцвант opoRsiOAHTMkHoota Hiaiaii, рннн! v^F, у^Тж',
и - RiDop у HlCiAKt,
Для приближенных вычислений в табл. 18 приведены
значения сопротивлений s и коэффициентов А, для д
[л/с} и ц«|1,
913

Расход воды в зависимости от напора приведен В
табл. 19.
Таблица 19. Расход воды из насадков (при !i = t>
Иаио ,
м
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
13
2,6
2,9
3,2
3,4
3,7
3,9
4,1
4,3
4,5
4,7
4,9
5,1
5,3
le
3,9
4,4
4,8
6,2
5,5
5,9
6,2
6,5
6,8
7,1
7,3
7,6
7,9
*асход
14
5,5
6,2
6,8
7,3
7,9
8,3
8,8
9,2
9,8
10
10,4
10,7
1Ы
В\)Д11 HJ
..
7,5
8,4
9,2
9,9
10,6
11,3
11,8
12,4
13
13,5
14
14,5
15
иа^-алк
ID (Л/с)
гъ т
9J
10,8
11,8
12,8
13,6
14,5
15,3
16
!6,7
17,4
18,1
18.7
19,3
12,2
13,7
14,9
16,2
17,3
18,3
19,3
20,2
21,2
99
22,8
23,6
24,4
мри D„
32
15,9
17,8
19,5
21,1
22,5
23,9
25,1
26,4
27,6
28,7
/J, 8
30,8
31,8
(MM), iiaimuM
as
22,4
25
27,5
29,7
31,7
33,6
35,5
37,2
38,9
40,5
42
43.4
44.9
41
30,1
33,7
36,9
39.9
42,6
45,1
47,6
5')
52,2
54,3
56,4
58,3
60,2
50
38,8
43,5
47,6
51,5
55
58,7
61,5
61,5
67,4
70,1
72,7
75,3
77,7
Истечение жидкости из оросителей
Расход жидкости из оросителей (производитель-
ность) определяют в зависимости от напора в распреде-
лительной сети, па которой их устанавливают. Условия
подвода жидкости к оросителям на распределительных
трубопроводах с большими скоростями транзитных по-
токов оказывают влияние на процесс истечения. Расчет-
пая схема изменения напора потока н ею составляющих
И])!! движении жидкости через конический насадок
спринклера показана на рис. 73.
Коэффициенты расхода жидкое!и из коническом н
цилиндрической частей спринклера (сечения / и 2) оп-
ределяют аналогично коэффициентам расхода жидкости
из пожарного ствола по формулам D5) — E1).
Теоретические исследования истечения поды из оро-
сителей затрудняются тем, что гид1)авлические парамет-
ры в значительной степени зависят от профиля насадка,
длины проточной части, соотношения диаметров выход-
ного и входного отверстий, шероховатости внутренней
поверхности, радиусов сопряжения и др. Полагая, что
скорости распределены равномерно, а также то, что по-
ток является невязким и вязкостные эффекты существу-
ют лишь в пределах пограничного слоя, толш,ина кото-
рого мала по сравнению с диаметром насадка, можно
использовать формулу F2) для коэффициента расхода
т

|-SSiiii^
Vi
j^
H
U-,
I5|
n
^^^zM^^''^'^^^
2
I
Рис. 73 Расчетная схема
и.шепення напора потока и его
составляющих при движении
жпдкоон чере! конический па-
Сс1лок спрппклера
ЖИДКОСТИ из насадка ороси-
теля (для ламинарного пог-
раничного слоя). Для НОЛ
ностью турбулентного пог-
раничного слоя коэффици-
ент расхода жидкоеги опре-
деляют соотношением E3).
Когда пограничный слой
является частично ламинар-
ным и частично турбулент-
ным, коэффициент расхода
жидкости из насадка ороси-
теля вычисляют по фор-
.муле E4).
Как следует из формул,
коэффициент расхода жид-
кости зависит от числа Рей-
нольдса и параметра /г, ха-
рактеризующего отношение
длины проточной части па-
садка к его диаметру. Одна-
ко формулы не учитывают влияния фпрМ1Л нрогочноп
части, шероховатости внугренией новермюсти н сопря-
жения конической части с цилпидрической и дают толь-
ко качественную оценку коэффициента расхода.
Процесс истечения воды из спринклеров с диаметром
отверстия истечения 10, 12, 17 и 22 мм был нсследоваи
авторо.м. Зависимость коэффициента |)асхода жидкости
из спринклера от числа Рейнольдса показана па рис
74—77. Следует отметить, что коэффициент расхода
жидкости зависит также от чистоты обработки виут1)еи-
пей поверхности пасадка 0|)осптеля, П1)и этом характе|)
кривых записи.мости коэффициента расхода от числа
Рейнольдса сохраняется (они сдвинуты по оси ординат),
а кривые для оросителей с чистотой обработки насадка
по 6 и 8 классам совпадают. Влияние П1ероховатости на
величину коэффициента расхода жидкости детально
рассмотрено ниже. Сравнение расчетных значений коэф-
фициента расхода жидкости с экспериментальными дан-
ными Представлено на рис. 75. Приведенные данные по-
казывают, что экспериментальную кривую 4 можно ап-
проксимировать формулой
,i=l_16,7Re".41 10'5<Re<3 IC'),
'■"i и ко-зффпниеит расхода жидкости из спринклера ОВС 12 (с чистотой
"t'l'-'CoTKH ииутреиией поверхности пэсачкэ не ннжс 6 класса по ГОСТ
*/о9—73)»
215

0,9В
0,56
0,92
fi
0,9
У
GU
од.
09
7
'^
//
4=—
^
'f ?
^ 1
1
1
—
"
-
•f /да5
Re
;/j'
5 6
S 7 70^
/ее
Рис. 74 Зависимость ко:)ффицие11та расчода жидкости из
спринклера числа Рейиольдса
\ — чиетоти обработки пиутрснией гюиерхности насадки но I м> кл^есу. 1 —
то же, по G му 11 8 му классам чистоты обработки
Рис 75 Сравнение расчетных и экснернментал11Н1>1\ saiiHCHMOC-
Teii козффпниента расхода жидкости для оросителей
/ - расчепмп кривая для ламинарного noi paiiuMJioro слоя, 2— ю же для
турбулентного пограничиого слоя, 3 — то же для частично лачннарпою и
ЧЛС1НЧ110 1>рбулс11Тного слоя (/!-3), '/ — экспериментальные д;1Иные для оро
снгеля имеющего гла;1кую поверхность проточной части (чистота обработ-
ки 6 ii-8 й классы по ГОСТ 2789—73) 5 — расчетная кривая для ламинар-
ного инграничного стоя (л —0), в—экспернмоитал^ныс данные для оросите
ля с тсрохопптой 1И)верхностью щюточноП части (чистот.1 обр.1ботки 4 /i класс
По ГОСЛ 278<)—73), / — расчетная кривая для ламинарного нограннчногч
с и)Я |« -1 7)
Коэффнцисмп расхода жидкости из спринклера (с
■iHCTOToii обработки BiiyTpciiiicii поверхности насадка но
4 классу) определяют по формуле
,(=1—28,2/Re''.4I-[0-^^Rc<3-I0'^)
Для оценки степени влияния геомегричеекпх иара-
vR'ipoB на коэффициент расхода жидкости примем, что
уюл раскрытия образующей проточной части насадка
оросителя достаточно мал и потери напора в ней можно
иредставпть в виде выражения E6). Формула для оп-
ределения коэффициента расхода жидкости из оросите-
ля, учитывающая геометрические параметры, может
быть получена при подстановке выражения E8) в урав-
нение D8):
,1= l_{6,88n''.5/Re''5-f0,0848(D„/£»2)VRe''"[0/A-0) ]A-0'5/<)}
Численный анализ коэффициента |„ показывает, что
его влияние на коэффицн^рт расхода жидкости из оро-
216

i Q.os'tm
/^лг^УЧу^чА^А^
.4
Щ
1
- M
-^■-
p:^:^^^
—6^-
^^^^^
.J
^
S 7/0*
J ♦
6 81Ю''
Re
Рис 77 Занисимость пре-
дельной величины гидравличе-
ски гладкой внутренней по-
верхности насадка оросителей
от числа Ренпольдса
/ —D„=.22; 2—D„ = i7, 3- D„ = 12
4 — D„ = lO; 5 - шсроховатост1> внут
Ремней поверхности по О классу.
^ — то же, [10 8 класс\. 7 — то же
но 4 классу Ч11СТ()Т1.[ o6p.i6t)iun по
Г0С1 2780--73
Рнс 7() Профнлограмма
ннутрепней ноперхностн насад-
ка спринклера
/ чистота обработки по 1 клас
су, 2 -то же по 6 классу ,Ч—
то же, ио 8 классу чистотм o6p.i-
боткгг ио ГОСТ 2789-73
сителя незначительно н сказывается лтпь в четвертом
знаке. Исследования показывают также, чго геометрн-
ческмс параметры насадка оросителя оказывают значи-
тельно MCHbHiee влияние на коэффициент расхода жид-
кости, чем и1ероховатость ви\ трепне/! поверхности
насадка и режим нстсчепия. Степень влияния niepoxoBa-
тости впутреиней поверхности насадка оценивали по
экспериментальным данным, характе|)изуюни1м зависи-
мость коэффициента расхода жидкости от чистоты об-
работки внутренней поверхности проточной части сприн-
клера. Па рис. 76 приведены ирофилограммы впуг|)ен-
исй поверхности насадков д.чя этих сн|)пнклеров но 4, 6
и 8 классам чистоты обработки. Улучшая чистоту обра-
ботки проточной части, можно увеличить коэффициент
расхода жидкости, однако существует онре.1,еленный
предел, при которо.м дальненп1ее улучи1еиие чистоты об-
работки внутренней поверхности насадка (например,
больше чем 6 класс чистоты обработки) не дает увели-
217

ченпя пропускной способности ороснтеля. Численное
значение этою предела онрелеляют по формуле E5).
Зависимость предельной величины шдравлнческп глад-
коп HoiiepxHociH от числа Рспиольдса для оросителей
ОВС с различными отверстиями истечения показана па
рис. 77 Экспериментальные данные (см. рис 77) под-
тверждают снижение коэффициента расхода жидкости
из ороснтеля ОВС-12 в том случае, когда фактическая
шероховатость A6,8-10-^ мм) прсвьииаст предельную
величину гидравлически гладкой поверхности DХ
Х10-' мм).
Коэффициент расхода жидкости из оросителя струй-
ного типа, представляющею собой как бы систему круг-
лых отверстий истечения, определяют в зависимости от
числа Репцольдса Результаты экспсримсптальных ис-
следовапип коэффициента расхода жидкости из струй-
ных ороси гелей аипроксимированы автором форм}ло1"|
|г=1_(п/Ке".2_Л/Ке),
где |1 - 1(п)A>фмги1е1!т расхода жидкости, п и Л — тртчотры. опречпяочып
^(кспоримемталыю, Ro--число Рейиольас i
Производительность (расход воды) оросителя харак-
теризует коэффпцнсмт ироизво и1Тсдьиости (проводи-
мость) л,,, который (д 1!1 квадрапнпюн зоны) определя-
ют по формуле
где q- произподпгольпосп» оросителя, м^/с. // — полный ипиор исючеиия ил
пходе в ороситель, м
Иногда ироизводитсльпость оросителя (в зависимо-
сти от напора) выражают характеристикой пстсчеиия
B,i=:rij'^/H. Таким образом, для вычпслсиия нроизводн-
телыюсти ороситс.тей по по.пюму напору не течения Н
имеем
Величины Aq и В,, зависят от диаметра выходного от-
верстия, конструкции оросителя, места расположения
ороснте,;1я на расиределительпом трубопроводе и режи-
ма истечения. Значение коэффициентов Aq w Bq п квад-
ратичной зоне истечения опредс,1Я10т по формулам
А^ = цо) y'lg; Bq = '2gM^ ц2,
где д — коэффициент р,1схода жидкости из оросителя, со — площадь ошсрс-
тия истечения,
218

Произволительпость центробежного оросителя нахо-
дят по формуле
9 - IX /ф«/(-^ —ср)й) /2gH,
где <; —производительность оросителя, м'/с; ц — коэффициент расхода, ф —
коэффициент, характеризующий заполнение выходного отверстия жидкостью,
(,) — площадь выходного отверстия, м^, Я — напор перед оросителем, м
По заданной нронзводитсльности определяют гидрав-
лические параметры оросителя и геометрические соотно-
шения размеров вихревой камеры и выходного отвер-
стия.
Отличительная особенносгь расчета эвольвентного
оросителя состоит в том, что полость между наружной
стенкой вихревон камеры и внутренней стенкой корпуса
плавно уменьшается но ходу течения жидкости. В ре-
зультате pac4eia подбирают такое смещение оси вихре-
вой камеры относительно оси корпуса оросителя, при
котором д()С1Н1ается эффект плавною и нропорцпональ-
пого измепсм1ия площади живого сочетания. Образую-
щая, проведенная через центры тою сечения, очень
близка но форме к эвольвенте.
4. PAC4Lr ПАРАМЕТРОВ ТРАЕКТОРИИ
СПЛОШНЫХ ВОДЯНЫХ СТРУИ
При расчете снлошпых водяных crpyii определяют:
т|)аекторию полета струи (высоту и дальность полета в
зависимости or уыа наклона ствола), радиус действия
компактной (рабочей) части струи, реакцию струн и
давление (удар струи) иа орошаемую струей поверх-
ность.
Высота вертикальных раздробленных струй
Если струю направить вершкальпо вверх, то вблизи
от насадка она будет цельной, но, постепеино дробясь,
иа вершине будет состоять из отдельных капель. Высо-
та, достигаемая отдельны.ми каплями, является высотой
раздробленной струи. Эта высота всегда меньше напо
ра, под которы.м происходит се истечение (рис. 78).
Уравиение для онределепия высоты струи, направлен-
ной вертикально вверх, имеет вид:
vvBg)+p„/(pg) +-,- VdBe) +р.1(ра) +s+^s
Приняв за линию сравнения первое сечения (г=0),
при условии, что движение струи происходит в атмосфе-
2iy

щ
соту
щнй
струп
вид ф
Рис 78 Схема для расчета состанляющнх
молсарпой струи
// —напор у иасадка (идеальная высота струи), Д5—
потерн высоты струи, S—высота вертикальной раздроб
леииой струи, S^j — высота компактной части струи
РУ [Pa/(pg) В левой И правой части сок-
ращаются] и скорость движения в конце
струн Vi = 0, получим
VyBg)=S-fAS,
где Vo—скорость движения струи в выходном сечепнн
иасадка; S—высота струи, Д5 — потери высоты струи
в результате сопротивления воздуха, равного WV^/Bdg).'.
Таким образом, основное уравнение вы-
соты вертикальной струи в атмосфере
имеет вид
S=n/Bg)=X(Z/d) [r/Bg)] . F1)
В зависимости от того, как отнести ско-
ростной напор V^/Bg) н / (к фактичес-
кой высоте струи S или идеальной высо-
те /У), получают различные варианты
расчетных формул.
Принимая в расчетах идеальную вы-
^'^o/{2g) = H, из уравнения F1) получим об-
ормул Д'Обюссона п Фримана:
S=H—kiH^ld,
F2)
которые отличаются лишь значениями величины Xi.
Принимая в расчетах фактическую высоту струи, из
уравнения F1), получим формулу Мариотта (для
^2/rf=const):
5=Я—XjSVd, F3)
Принимая V^/{2g)^V^o/Bg) = H л 1=8, из
уравнения F1), получим формулу Люгера (при ф =
= Xzld) и формулу Вайсбаха (при ^ = КзН/с1):
5=Я/A4-фЯ); S^HI(l+l). F4)
Анализируя формулы F2) — F4), выведенные из
уравнения F1), можно отмстить, что они различаются
численными значениями А
' Принято, что потери высоты струи подчиняются тем же за-
висимостям, что и потери напора в трубах.
220

Для расчета высоты вертикальных водяных с грум
наибольшее распространение получили формулы Люге-
ра и Фримана. Фриманом была предложена формула
5=ЯA-1,13Я/й-10-<),
где S — высота вертикальной раздроблеииой струи
диаметр выходного отверстпя нстечеиия, мм.
Формула Люгера имеет вид
5=Я/A+фЯ),
м; Я — иапор, м,
F5)
F6)
потока при выходе
S — высота верти-
опрслсляечыо экс-
" Ф = 2,5-10-'/D+1000с(з).
Ниже приведены значения коэффициента ф в зави-
симости от диаметра насадка:
d, мм 13 16 19 22 25 28 32 38 50
Ф 0,016 0,012 0.01 0,008 0,006 0,0050.0038 0,0027 0,0014
Потерю высоты струи Д5 определяют по формуле
В. Г. Лобачева:
Д5=Я—S = A:, K'S/Bg'd); 1
i^S'=K,V'Hli2gd), I
где AS — потеря высоты струи, V — средняя скорость
струи из насадка, d — диаметр насадка, Я — иапор,
кальмой раздробленной струи, /С, и Кг — коэффициепть
перимеитальио
Анализируя формулы F5) н F6), видим, что они явля-
ются частными случаями формул В. Г Лобачева и от-
личаются значениями коэффициентов К\ и К2'-
Ki = d{llS-llH);
K2=d(llH-SlH^).
Если разложить формулу Люгера и ряд геоме1риче-
ской нрогрессип н проверитi> удовлсизорснпе условия
сходимости на цифровом
материале, можно показать,
что формула Фримана явля-
ется первым приближением
формулы Люгера, если счи-
тать, что коэффициенты в
этих формулах одинаковы^
Практическое же совиадс-
пис результатов вычнслсппй
по обеим формулам объяс-
няется тем, что Фримаи ком-
пенсировал невязку гюстояп- 7Ю
ПЫМ КО':»ффиЦПСНТОМ >.|=^
= 0,000113. Однако значе-
ния Я не являются постоян-
ной величиной и зависят от
к, 10
■J
«о
30
70
\19\
^i\^
^??
v"^
\
25
78
/?
у'
'38
-5
3^56
8 110^
Re
79 Зависимость пара-
от числа РеНпольдс;)
вы-
Рпс
метра К\
цифры на кривых— диаметр
ходного отверстия насадка
281

ряда гидравлических параметров, поэтому резулыаты
расчетов по формуле Фримапа приближенные. Между
значениями К\ и К^ существует зависимость:
K,IK2=HIS.
Определение потерь высоты струи является одной из
основных задам гидравлики по/карнь1х струй. Зависи-
мость параметра К\ от Re = 34(i К //• 10"' показана иа
рис. 79.
Влияние шероховатости внутренней поверхности
насадков на высоту струи
Выразив значение К\ как функцию шероховатости
внутренней поверхности насадка е K\ = f (е/г) и ириияв
определенный диаметр насадка за эталон do. а соответ-
ствующее ему значение Ю°\ = !(е/го), получим выраже-
ние для величины любого другого насадка d^'
K'^^^K^^^f(elr^)!f(Plr,) =-- Л",">(р(го/г^) =
Выражение для К\ можно записать в следующем
виде;
/С, -а ) d^idJfit^W)-
Приняв а = Ь/\-^ 2е, получим
/С, = 6 /Jj2ef (/ ТГ)/ у d^ F7)
Обработка эксиеримеитальиых данных показывает,
чго выражение F7) в общем виде можно записать сле-
дующим образом
К, - const/(> 7Т)ЦТ^.
Величину /((^), В Г. Лобачев предложил аппроксимиро-
вать формулой
Kf' Н у' rf7-!0« = ехрE,42-ьО,0304Я). F8)
Принимая это во внимание, получим
.S - Я/A -f схр {^А2 + 0,0304Я)]/(!0« ■ Vrif^).
Анализ экспериментальных данных на ЭЦВМ позво-
лил уточнить известные зависимости для определения
222

высоты раздробленных водяных струй и получить более
точные результаты, чем по формулам Фримана и Люге-
ра. В общем виде эту зависимость для удобства расче-
тов мол<ио представить общей форм>лой
5 = Я/A+Р).
где р-2 5 • Ю-''«'(d + 1000 d') (в формуле Люгера). Р = A.13_- 10-4 H/d) / A—
-1.13 \0-^ II A) (в формуле Фримана); Р = [ечр (а - йН)] / |^ d' Ю"! в формуле
@8)
Влия!1ие напора на высоту вертикальной струи
Высота вертикальной струи заметно возрастает по
мерс увеличения напора до определенного предела. Пос-
ле этого предела увеличение напора дает лип1Ь незна-
чительный рост высоты сгруи. Анализируя формулы
F1) и F2) на экстремум (рассматривая как функцию
переменной Я), после дифференцирования и приравни-
вапия первой производной нулю получим уравнеипя
dSldH = \-Uld^O; )
dSjdH ^ 1 -'ll.Hld = 0. J
Разделив одно уравнение па другое, получим макси-
мальное значение S» при // = const:
S.=2m.JX. G0)
Из формулы G0) видно, что максимальная высота
вертикальной струи представляет собой удвоенный ско-
ростной напор, чмиожеиный на соотноп1епие }.\/к, поэто-
му >равиепие F9) мол\но записать следуюпшм образом:
Значение U''",, можно принят! за критическую ско-
рость при определении критической (предельной) высо-
ты вертикальной струи.
Дальность полета наклонных струй
При т>1исиии пожаров вертикальные струн применя-
ют очень редко и здесь они рассматривались только с
целью уточиспия отдельных параметров, необходимы.х
для аналитического расчета наклонных струй, приме-
няемых в практике пожаротуп1ения.
Ьсли ст|)мо из ствола направить вертикально вверх,
а затем постепенно наклонять ствол, то крайние капти
223

^ol
Гйоьност^ь полета струи
Рис 80 Схема огибающей
кривой раздробленных струн
при различиях углах наклона
можарною стнола
^^"^анзи, струн опитут ггекоторую
~~--~-д^^'М%, кривую (рис. 80), прсдстав-
'1Я10щую собой огибгпощую
всех струй, выходящих из
с11!ол;| под определенным
постоянным давлением, но
1Г()д разными углами накло-
на к горизонту. Эта кривая
является граинцсм раздроб-
ленных струй.
Расстояние от насадка
по прямой линии до гранич-
ной кривой — радиус дейст-
вия раздробленных струн R.
Высота и дальность полета наклонных струй зависят от
угла наклона ствола.
Если бы сопротивление воздуха отсутствовало, то
движение струи следовало бы закону движения брошен-
ного тела, в соответствии с которым каждая частица
описала бы параболу с ординатами (высотами) по фор-
муле
J/=.^tgв-fi'лЧl + tg^0)/BV^o),
1Ле X — расстояние от точки вылета до проекции точки определяемой высо-
ты, О — угол наклона ствола; Vo — начальная скорость (в точке вылета).
Дальность полета струн п этом случае определяют
по форму.;1е
i=Vosin20/{2g).
11анбольн1ая дальность нолега струи в данном слу-
чае будег при 45°, так как sin 20^1.
В дейстпнкмьности же сопротивление гюздуха значи-
тельно умеиьн1ает дальность полета струи, причем угол
в, нрп котором достигается максимальная дальность
полета струй, изменяется в зависимости от величины
напора у насадка.
Па основании обработки опытных данных с ггасадка-
ми диаметром d=5—16 мм II. П. Гавырииым получена
зависимость дальности полета водяных струй от трех
переменных величин
L = 16^(JrfW= = 0,4!5 у e.rfW^ ,
где /. — дальность полета струн, т е расстояние от насадка до центра
падения наиболее мощного потока струп, м, О и 6, — угол п,1Клона струп
к »ерТ1М\альнон осп, рад п гpJД соотнетстпеппо J — днамегр [[асадка, мм,
// панор в выходном сечении, м.
224

Опыты позвол'-ли установить, что при достижении
определенного предела напора дальность полета струи
практически не возрастает. Такую дальность полета
обычно называют предельной и определяют по зависи-
мости
Ц^\а7 d^-^^yl^^A^b
• •
Зная предельные значения дальности полета струи,
легко определить и необходимый напор. Подставив вме-
сто L его предельное значение L* , получим
Я,= 3,75^/-^ V
Следует отметить, что исследования Н. П. Гавырина
проведены со стволами дождевальных установок с не-
большими диаметрами насадков, поэтому приведенные
выше формулы можно использовать только для прибли-
женных расчетов пожарных струй. Для определения вы-
соты и дальности полета водяных струй, используемых
в практике пожаротушения, измеряли координаты кри-
вых, описываемых водяными струями при различных уг-
лах наклона и напорах, перед насадком ствола. Зави-
симость радиуса действия струи от напора выражали
кривыми. На основании этих исследований построены
не только траектории, которые описывают струи после
вылета из насадка, но и огибающие кривые, представ-
ляющие собой границу орошения крайними каплями
раздробленной части струи. Радиус-вектор этой криво!!
может быть принят как фу!!К!1,ия высоты вертикальной
раздробленной струи
где Лр —радиус вектор наклонной струн, V —параметр, учитывающий угол
наклона радиуса действия струи; 6" — высота вертикальной раздроблениой
струн
Ниже приведены значения коэффициента у для ори-
ентировочных расчетов.
Угол наклона радиуса деист- О 15 30 45 60 75 90
ВИЯ струи к горизонту, град
Ч 1,4 1,3 1,2 1,12 1,06 1,02 1
Для !10строения огибающей кривой траекторий поле-
та пожар1!ых струй на основе обработки эксперимен-
тальных данных, которые представлялись в виде aaBii-
8 Зак [79
225

z
~4.
г/
7"^ i /
71^
58 W-v^
-^ZZ
- lU ■^
и
-1Ш^^
1Ш
mi ^
Jm ^
'^ 1Ш A
mu X-
. Jvvi
m- X-
. Ml
Й.
3
10
60
bO
«0
30
70
30
60 90
в, град
Рис 81 Зависимость абс
циссы огибающей кривой ком
мактной части струи от угла
наклона н напора па входе и
насадок диаметром 22 мм
(цифры на кривых — напор)
л о в,2Род
Рис 82. Зависимость ор-
динаты огибающей кривой ком-
пактной части струи от угла
наклона и напора на входе в
насадок диаметром 22 мм
(цифры на кривых — напор)
/1 /О •^ р ю-"
?б
??
70
18
]Б
17
-50
-БО
-70
-80
-90
-то
-по
! ' ' 1
\б
А
/а
/\ \ ^
'
^
^
78-
7^-
70.
66-
S2-
58-
5i-
50
3
2
f
О
-1
2
3
12 W W 18 20 22 2ii 26 с/,мм
Рис 83 Зависимость пара-
метров огибающей кривой тра-
екторий пожарных стр^й от
диаметра насадка ствола
симости х=/2(в2) И y^Ui^i) (рис. 81 и 82), автором
на ЭЦВМ получены зависимости следующего вида:
абсцисса (длина) огибающей кривой
х = ВН iQ ехр [—(x-fvЯ)le•,
226

ордината (высота) ошбающей крпиоГ!
(/=Л//"вех1) [—(Р+5ЛIе,
пе Н -напор перед насадком, в — \гол иаклоча ствола к горн юнту, град;
Л а 6 и б —параметры высоты струи, определяемые экспериментально;
д' j' и 11 V — параметры длины струи, определяемые экспериментально
Анализ результатов показывает, что параметры струи
зависят от диаметра отверстия истечения насадка ство-
ла, его конструкции и чистоты обработки внутренней по-
верхности. Зависимость этих параметров от диаметра
насадка стволов показана на рис. 83. При тушении по-
жаров применяют не раздробленную, а компактную
часть сплошной струи, которая удовлетворяет опреде-
ленным требованиям. Для расчета противопожарных
сгруй необходимо знать также и огибающую кривую
компактной части струи.
Компактная часть струи
Для разграничения компактной и раздробленной
части струи Фриман определил компактную струю как
такую, которая пе теряет своей сплопшости и не превра-
щается целиком в «дождь» капель. В то же время эта
струя должна нести не менее ^/ю всего количества воды
в круге диаметром 0,38 м п ^Л потока воды в круге диа-
метром 0,25 м Вместе с этим струя не должна разру-
шаться при слабом ветре ' и обладать достаточной си-
лой для орошения стен и потолка помещения Как вид-
но, это определение условно н основано на практических
соображениях применения иожарпы.ч cTp^ii, создавае-
мых стволами с насадками диаметром 25—38 мм. Такое
определение компактности непригодно для оценки струй,
получаемых из лафетных стволов большой производи-
тельности и пожарных стволов с насадками диаметром
13—22 мм, поэтому Н. А. Тарасовым-Агалаковым была
введена иная характеристика для оценки компактности
струй лафетных стволов. В частиости, за компактную
часть струи была принята такая ее часть, которая нес-
ла основную массу воды в круге диаметром 125 м.м. Ре-
•пльтаты экспериментальных исследований величины
компактной части струи можно положить в основу рас-
чета исходя из подачи воды на соответствующие рас-
' По наблюдениям Фрнмана, при ветре со скоростью около
4,5 м/с дальность боя струй уменьшалась примерно на 40 % из-за
относа в сторону капель в раздробленной части струи.
»* Зак 179
227

Piic 84
кривых пожарных струй
/ — раздробленная струя. 2 — ком
пактная струя, / — область раз
лроEлен}|ых CTpvfl, // — область
компакт 1ых струй
стояние и высоту. Таким об-
разом, в большинстве слу-
чаев определяющим являет-
ся радиус действия компакт-
ной части струи, по которо-
му устанавливают осталь-
ные расчетные данные (ди-
аметр насадка, требуемый
напор и расход воды). По-
Схема огибающих цятие компактной части
струн дает лишь качествен-
ную оценку струй, получае-
мых из того или иного ство-
ла, поэтому для характери-
стики струй пользуются понятием радиуса действия ком-
пактной части струи Rif, представляющим собой рассто-
яние от насадка до окончания компактной части струи.
На основании опытных данных получена зависимость
высоты вертикальной компактной части струи R,, от
высоты вертикальной раздробленной струи S, которая
выражается эмпирической формулой
5=Ч'Л„, G1)
где if»»!,194-80@,01 Л„)'.
Высота компактной части струи (на основании при-
веденных выше формул) может быть представлена в ви-
де эмпирической формулы
;?„=7C{W-10)/{//-t-10)+0,08//-t-5,7
G2)
Используя формулы G1) и G2), В Г Лобачев полу-
чил табл. 20, с помощью которой можно установить за-
висимость между напором, расходом и высотой как раз-
дробленной, так н компактной струи.
В табл 21 приведены зависимости радиуса действия
компактных струй, получаемых из лафетных стволов с
диаметрами насадков 28—50 мм (при угле наклона 30°),
от напора и расхода.
При тушении пожаров применяют струи с различ-
ны.м углом наклона. Будем, как и в случае сплои[ных
струй, изменять угол наклона ствола (при постоянном
напоре), тогда крайняя точка компактной части струи
опишет огибающую кривую компактной части струи
(рис. 84). Линия, соединяющая насадок с любой точкой
огибающей кривой (например, с точкой Л), представ-
228

I
s
a
a
о
s
X
и
s
«
IS
n
s
ь
s
s
a
O)
s
ct
ь:
n
n
о
a.
—
Й
-1
O)
CO
i,-
S,bO^
д.= .
ti-
ll 1
о
«3^
2
^
z
^
^
&
s
a:
i
сэ-
2
a;
о
:>
2
a;
f-
00
о
<£>
oo
U3
Ю
to
CM
Ю
t-
-—
00
'O
lO
t--
to
CN
cr.
СЧ
Ю
т^
^^
o>
Ю
1^
^
t^
о
on
^
Ю
Ю
an
^-^
■!f
1Л
re
«^
CN
Ю
»-^
CM
CO
oo
to
^-'
U3
o>
o>
Ю
«^
о
о
-.~i
t-.
Ю
LO
о
CM
O]
■!f
CM
CM
O)
CM
■^
C-l
^
_
t^
^-'
о
,—1
CM
oo
«^
Ю
^^
CM
о
to
Ю
CM
CM
■*
■*
■^
CM
CO
Ю
to
CM
Ю
Ю
oo
^-^
T»< 00 CO
о о "
lO Ю
CM ■* «^
CM 04 C^l
c^ ч:> (^
00 00 oo
lO Ю о
CO Ю oo
CM CM CM
C^^ Ю CO
to 43 43
Ю ■^
•4< t- CI
CM CM CM
to oo —
■^ -^ Ю
Ю
to Ci ^
CM CM CO
CM ■* <0
CO CO CO
Ю
Cl CO t-.
СЧ CO CO
CO t^ oo
0> CO lO
o> — '^
~ CM CM
r^
o>
CM
CO
cr.
Ю
о
iO
.—1
t-
tO
'.M
i'J
CO
Ю
Ю
Ю
iO
oo
CO
Ю
—
Tf
Ol
to
■*
CM
CM 00
CM CM
Ю Ю
CO S
t^ ~
Ol о
Ю
CO to
CO CO
Ю oo
(^ t^
Ю
?3 CO
to O)
Ю Ю
Ю Ю
O) CO
CO Tf
CO
■* -q-
Ю
(^ CO
TJ- lO
о ^
^ CM
to oo
CM C^^
CO 0>
CO CO
Ю Ю
.«^ -o
CO -jf
to —
о —
Ю Ю
Ci 'Ol
CO Tf
C-] r^
oo oo
Ю
CO t^
■* т^
CM to
to to
Ю Ю
oo Tj'
■* Ю
'^ 1
^ 1
to
CM CO
CM CM
CO Ю
CO CN
CO CO
Ю
•*
Ю
■*
■*
(^
'-
Ю
t~~
■^
, ,
a^
n
^1
Ю
t-.
ю
,—1
to
1
1
1
■^
CM
Ю
CJ
CM
Ю
Ю
oo
•*
Ol
CM
Ю
CM
Ю
to
u:
m
lO
1
1
J
'
1
in
CM
Ю
■t^
CO
o>
Ю
Ю
CO
a>
CM
Ю
on
in
04
о
" '
:n
to
1
1
1
1
)
1
to
!-M
■*
Tf
00
<£>
-ai
Ю
r^
CO
Ю
lO
to
1
1
1
1
1
1
1
1
1
t^
CM
Ю
CO
•^
3 O.H
229

Таблица 21. Зависимость радиуса действия компактной
струи /?к (при наклоне 30°) от напора
Напор
ствола, м
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
Радиус действия компактной ст уи К^^ и |1а1Х»д д ii|)m диаметрах
насадков, мм
28
R^.u
20
23
26
28
30
31,5
33
34,5
35,5
36,5
37
9, л/с
12,2
13,6
14,9
16,2
17,2
18,3
19,3
20,2
21,1
22
22,8
32
/?к, м
20
23,5
26,5
18,5
30,5
32,5
34
36
37
37,5
37,5
11, л/с
15,9
17,8
19,4
21
22,5
23,8
а5,1
26
27,6
28,6
29,7
38
R^, м
20,5
24
27
29,5
32
34
35,5
37
38
39
39,5
(?, Л/с
22,4
25,1
27,4
29,7
31,7
33,6
35,4
37,2
38,2
40,4
41,9
го
^к' " 1 (?, л/с
21
25
29
3!
33
35,5
37,5
39
40,5
41,5
42,5
38,9
43,5
47,5
51,5
55
58,3
61,4
61,4
67,3
70
72,6
ляет собой радиус действия компактгюй части струп
Re под углом р.
Для стволов с диаметром насадка до 28 мм огибаю-
щая кривая компактной части струи близка к окружно-
сти и радиус действия компактной части струи мало за-
висит от угла наклона При наклоне ствола в 90° радиус
действия струи равен высоте вертикальной сплошной
струи. При решении практических задач необходимо
определить расстояние от насадка до какой-либо точки
(например, точки В) (см. рис. 84) и угол наклона р ра-
ди) са сплошной струи Re к горизонту. При этом следу-
ет иметь в виду, что угол р меньше, чем а-угол накло-
на ствола Поскольку задача расчета сводится к опреде-
лению диаметра насадка, напора и расхода воды для
создания водяной струи, достигающей заданной точки В,
то основными исходными данными для расчета будет
радиус сплошной части стр\и R^ и угол наклона р.
Зависимость между высотой сплошной струи S н ра-
диусом сплошной струн ^с на основании приведенных
выше данных можно представить в виде формулы
Rc=fS,
где / — коэффициент, характеризующий радиус сплошной струи ^?^, в тави
симости от угла р
Ниже Приведены значения коэффициента /:
3, град . 90
75
1,03
60
1,07
45 30 15 О
,12 1,2 1,3 1,4
230

Рабочие пожарные струи
При решении вопроса о выборе рабочей пожарном
сгруи В. Г. Лобачевым был использован метод эксперт-
ной оценки Для этого были onponienbi более десяти
опытных пожарных работников (со стажем свыше
15 лет), каждый из коюрых указал наиболее приемле-
мый диаметр насадка и напор перед ним. Обработка
УТИХ данных показала, что мнения большей части опро-
И1епных совпали. Это и послужило основанием для ха-
рактеристики рабочих пожарных струй, которая приве-
дена ниже.
Диаметр насадка, мм 16 19 22 25
Напор, м . . . А1 'г! 25,5 24,5
Расход, л'с 5,1 6.5 8,5 10,8
Радиус действия, м 18 17 17 17
Этот эксперп.мент показал, что рабочей является
струя радиусом действия компактной части 17 м. Таким
образом был определен низший предел напора рабочих
пожарных струп.
Давление пожарных струй
на орошаемую поверхность
Рассмотрим удар струи о поверхность, принимая на-
правление действия струи !1ормальным. После удара
струя подразделяется на два потока, направленных
вдоль поверхности. Силу удара определяют исходя из
условия равенства импульса силы в направлении дви-
жения струи изменению количества движения. Импульс
силы удара за момент времени dx равен Pdx, где Р —
сила удара струи. Приращение количества движения
за тот же промежуток времени в направлении движения
струи при изменении скорости от V до О равно
/71V=pqdx V = рш V^rfT,
где m — масса воды поступающей за время dx. G — 0I) — расход воды.
W — площадь поперечного сечепия струм
Силу удара получаем из уравнения количества дви-
жения:
Pdx = pь^VЧx,
P = pшV^ = p9V G3)
Удельную силу удара находим \м уравнения G3)
р=р/ш =р V2=2pg F/ {2g)."
231

Следовательно, удельная сила удара в 2 раза боль-
ше скоростного напора Соответственно для силы удара
струи имеем удвоенное гидростатическое давление
P = 2Hpg(u,
где принято V^/Bg) = H.
Если струи направлены под углом в, к нормали по-
верхности, то сила давления
P==paVm~smQ.).
5 РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ КАПЕЛЬНЫХ ВОДЯНЫХ СТРУЙ
Исследованиям процессов распада и дробления жид-
кости на капли посвящены работы Г, Н. Абрамовича,
В. И. Блинова, А С. Лышевского и других, однако боль-
шая часть работ посвящена экспериментальным иссле-
дованиям процессон распыления жидких топлив дизель-
ными форсунками, оросителями, установками абсорбции
и десорбции и др. До настоящего времени еще не уста-
новлены обобщенные зависимости между основными па-
раметрами распыления струй жидкости оросителями
противопожарных установок. В связи с этим разработ-
ка метода, позволяющего отыскать связи между основ-
ными параметрами процесса распыления жидкости на
капли, имеет важное значение для практики расчета и
проектирования систем противопожарной защиты.
Факторы процесса дробления (распыления) жидкости
Процесс дробления струи жидкости на капли обус-
ловлен многими факторами. Основные из них: скорость
истечения струи жидкости, геометрические размеры
(диаметр, угол раскрытия формы струи и др.), динами-
ческий коэффициент вязкости, плотность и поверхност-
ное натяжение жидкости, плотность и давление окружа-
ющей ороситель среды. Процесс распыления вязкой
жидкости можно записать в виде критериального урав-
нения
a^=/(We, М, р, ц), G4)
где We-V'oPd/a — критерий Вебера. Vo — скорость истечения струи жидкое
ти; Р—Рв/Рж- Рж — плотность струи жидкости, р, — плотность воздуха
(среды, окружающей ороеитель); d —диаметр отверстия истечения, о — ко-
эффициент поверхностного натяжения, ц —динамическая вязкость жидкости;
«-uVCp^do)
232

Количественные зависимости между параметрами
уравнения G4) определяют экспериментально Рассмот-
рение параметров показывает, что для определенного
типа оросителя при прочих равных условиях степень
дробления жидкости на капли зависит от скорости исте-
чения струи жидкости через ороситель.
Зависимость между параметрами в уравнении G4)
представляют в виде
а„=А WelMn рл-,
где А, I, п, к — постоянные, определяемые при обработке опытных данных.
Распад на капли вытекающей из центробежного оро-
сителя жидкости происходит, например, в результате де-
формации поверхности струи под действием возмуще-
ний, носящих сложный колебательный характер. Усло-
вия распада струи на капли в этом случае характеризу-
ют отношение длины волны колебаний к диаметру струи.
Для расчета опти.мальных условий распада струи полу-
чено уравнение
L^ld = /2п V\ + Ф у лГ,
где /-, — отималыюе значение длины волны колебаний, d —диамет]) от
всрстня истечения, М — ц'/(p^do), (i и р^, — динамический коэффициент
вязкости и плотность струн; о — коэффициент поверхностного натяжения,
Ф —параметр, характеризующий вязкость жидкости (для М <0,25 Ф=\
при М > 1,25 Ф = 3).
Появление конусообразного факела распыленной
жидкости характеризуется значением граничной скоро-
сти, которая зависит от физических свойств жидкости
(плотности, дина.мпческой вязкости и поверхностного
натяжения), плотности воздуха (окружающей среды) и
диаметра отверстия истечения. Процесс распыления
жидкости центробежными форсунками ' оценивают экс-
периментальной зависимостью
Длину сплошной части струи рассчитывают по фор-
муле, полученной на основе обработки эксперименталь-
ных данных:
Md=C We-<'."p-''S'Al<'.898,
где Д — длина сплошной части струи; d — диаметр отверстия истечения,
С —параметр, определяемый экспериментально; We —критерий Вебера.
' Форсунки с цилиндрическим сопловым отверстием при отсут-
ствии внутри них специальных устройств, возмущающих поток
жидкости,
233

Размер капель распыленной жидкости
В расчетах испарения, в теплотехнических расчетах
и при определении динамики распыленных струй жид-
кости принимают средний диаметр капель ПоследпиП
зависит от вида оросителя, режима подачи воды и фи-
зико-химических свойств распыляемой жидкости и сре-
ды, в которой работает ороситель.
Средний диаметр капель жидкости, распыленней
центробежной форсункой, определяют пз эмпирической
формулы
3«/d = 3,01 (р We)-'>.2№A1».»7J3_ G5)
где d„ — средний диаметр капель
Уравнение G5) получено А С Льпиевскнм дня фор-
сунок, имеющих коротковолновый диапазон колебаний
распада Для других конструкций форсунок численны!!
коэффицие!!т 3,01 можно заменить параметром £, кото-
рый определяют экспериме!1тально. Для расчета средне-
!-о диаметра капель струй из центробежных форсунок,
создающих водя1!Ь!е распь!ле!!ные струи, уравне1!ие G5)
1!0сле соответствующих !!реобразований можно привести
к более простому виду.
г„=вя-", G6)
где Bun — параметры, определяемые экспериментально, И — напор перед
оросителем, м.
Эксперименталы!Ь!е исследования показывают, что
параметр В характеризует ко!!Струк!1,и!о оросителя, а !!а-
раметр п — вид кривой уравнен!!я G6). В. И. Блинов и
И. И. Новиков определили, что /г=—'/з, по расчетам
А. С._ Лы!!!евского п= -0,532. Ниже !!риведе!!ы значе-
ния йк для центробежных водяных форсунок (d^l—
3 мм), полученные экспер1!ме!!тально:
Напор, м 30 60 1U0
d^ , мкм 57 51 49
Для 01!релелении сред!!его диаметра ка!!ель струй,
!юлучае.мь!х из эвольвентных оросителей, автором !!ред-
ложена эмп1!рпческая формула
3K=Bd/ /н,
где d„ — средний диаметр капель в потоке струи, мкм, В — коэффициент,
определяемый экспериментально, d — диаметр выходного отверстия, мм;
И — иапор перед оросителем, и
234

Кривые распределения размера капель
Поток распыленной жидкости состоит из большого
числа капель, размеры (дпамегр, поверхность или объ-
ем) которых изменяются в широких пределах.
Дисперсность дробления жидкости на капли оцени-
вают на основании результатов экспериментальных ис-
следований. Для определения размера (чаще всего диа-
метра) капель и их числа применяют скоростную кино-
съемку, фотометрирование, седиментометрию, улавлива-
ние капель в глицерин, масло, смесь масла с вазелином
и др. В то же время цель проведения исследований —
получение обобш,енных уравнений для расчета среднего
диаметра капель, а также характера их рассеивания.
Полученные в результате эксперимента данные ана-
лизируют с помощью математических методов, основан-
ных на теории вероятностей. Для обработки капли груп-
пируют по размерам в вариационные (ранжированные)
ряды, состоящие из интервалов AZ (t^l, 2, ..., k) в по-
рядке их возрастания. Для каждого интервала подсчи-
тывают относительную частоту fi^nt/n (tii — число ка-
пель в интервале; п — общее число капель).
Размер интервала определяют по формуле
Аг=Bмакс—2мин)/A+1пп),
где ^макс " 2„„ц — максимальные и минимальные значения диаметра
капель
На основании величины AZ определяют границы и
число интервалов k в ряду наблюдений, подсчитывают
варианты соответствующих интервалов и таким образом
устанавливают ряды распределений (вариационные
ряды).
Среднее значение величины диаметра капель опреде-
ляют по формуле
k к
Среднее квадратическое отклонение a(Z) и коэффи-
циент вариации y{Z), характеризующие рассеяние дан-
пых около среднего значения, определяют по формулам
п
0= (Z)= ^(Z,-Zr tii/n,
1=1
nZ)-o(Z)lY.
235

Для оценки степени дисперсности капельных струй
жидкости и качества распыления используют законы
статистического распределения случайной величины диа-
метра капель, которые выражаются в дифференциаль-
ной и интегральной формах. Наиболее приемлемыми
уравнениями кривых распределения капель является за-
кон Вейбулла и уравнение логарифмически нормально-
го распределения. Распределение капель распыленной
струи жидкости по размерам, описанное с помощью за-
кона Вейбулла, имеет вид
Рг==Я{2<2н}= 1- ехр (-ZIZ,) X , G7)
где P{Z<Zg} — вероятность того, что размер капель Z ие превышает детер-
миниронаниой (фиксированной при любых заданных условиях) величины Zg
или равен ему; Z,-Z/Г[A+х)/х1 — параметр распределения, Z"—среднее
значение размера капли (математическое ожидание); Г(A+х)/х1 — гамма-
функдия. X — константа распределения
Дифференциальная функция (плотность распределе-
ния вероятности) представляет собой первую производ-
ную от интегральной функции G7) и имеет вид
Р {Z-< 2и} = Р' {Z]<;z»i = ^ Z"-' ехр (ZjZ^y. G8)
Гипотезу о распределении диаметров капель распы-
ленной жидкости по закону Вейбулла принимают, если
Среднее значение диаметра капель (математическое
ожидание) характеризует не все свойства распределе-
ния капель, а лишь одно из них. Полную характеристи-
ку распределения капель можно получить в результате
статистической обработки
экспериментальных дан-
ных.
Для удобства статис-
тического анализа при
оценке параметров и кон-
стант распределения ве-
роятности в предполага-
емой модели процесса ав-
тором были предложены
графики зависимости
(рис. 85):
x=/,[a2(Z)/Z2J
и X=f2(Z/Z,).
Логарифмически нор-
мальная кривая асиммет-
и
7.7г
/,/
1
о.д-
08-
07-
06-
0,5
0,4
0.3
1
— |_V
~^UVz^
t
b
,i
s^f.
41
61
8.
' ;
?1
42
6:
—
^
#
! 2 3 'i 5 6 7 8 9 Ю 6?^22
Рис. 85. Зависимости a=
= Г1(а2/2г) и a=fs(Z/Z.) для
определения параметра и кон-
станты распределения размера
капель распыленных струй
236

рнчна и имеет умеренную правостороннюю скошенность.
Основные статистические характеристики логарифмичес-
ки нормального распределения выражают следующим
образом:
среднее значение
+ оо I оо
Z= \Zq(Z)dZ^- \ !/(И I^)txpl —(InZ —
о б
дисперсия
a2(Z) = \^ (Z-Z)=y:(Z)rfZ=e-" + P'(cP'-!)= Z'(eP' —1);
6
коэффициент вариации
7(Z)=a (Z)/Z=/eP'-!.
Гипотезу о логарифмически нормальном распределе-
нии диаметра капель выдвигают, если y(Z)«1 или
a(Z)=0,43v(Z).
Плотность логарифмически нормального распределе-
ния имеет вид
(?{Z) = l/(pz/2i) ехр [_(lnZ-aJ/2p21.
Интегральная функция логарифмически нормально-
го распределения имеет вид
InZ
P{Z'^Zn]'= 5 exp((lnZ-a)VBp^)lrfZ;
— оо
0<Z<oo; a=n(lnZ); p2=var(lnZ).
Для теплотехнических расчетов охлаждающего дей-
ствия распыленной струи жидкости необходимо знать
поверхность капель различных диаметров. Последнюю
подсчитывают по данным гранулометрического анализа
с использованием методов математической статистики.
Удельную поверхность капель определяют из уравнения
макс 2макс
F = 6 \ (dnldZ)Z'dZ 1 \ (dnldZ)Z'dZ,
г'' L
мии мии
где F — удельная поверхность капель различного дианетра, мм'/мм',
dn/dZ ~ плотность распределения капель по разнерам; п —число капель
размером Z; Z — размер капли, мм.
237

при использовании закона распределения Вейбулла
удельную повер.хпость капель определяют по формуле,
полученной nocje подстановки dn/dZ в уравнепие G8)
и иптегрировапия
/ =6/Z.r{2—1/х)/(!--1/>'.) G9)
с помощью формулы G9) можно рассчитать поверх-
ность 1 г капель различною диаметра, а следовательно,
и всего потока за какой-либо промежуток времени.
Распределение жидкости в потоке струи
Рассеивание жидких струй основано на законах тур-
булентного перемешивания газожидкостнон среды. Ха-
рактер распределения плотности потока в струе изучен
недостаточно, это объясняется сложностью физических
процессов, сопровождающих перемешивание распылен-
ной жидкости с окружающей средой, и трудностью по-
строения расчетной модели. В большинстве случаев оро-
сители устанавливают так, чтобы струя была направле-
на вертикально вниз. Оросители расположены, как пра-
вило, в параллельных рядах, поэтому распределение
жидкости в потоке определяет расчетная площадь fp,
имеющая форму квадрата со стороной а. Фактическая
площадь ороп1еиия Рф всегда больше защищаемой и
имеет форму круга. Фактическая площадь орошения,
при которой вынос жидкости за пределы расчетной пло-
щади наимепьпшй, имеет форму круга и может быть
названа эффективной F^. Эффективная площадь ороше-
ния спринклера имеет форму круга с радиусом Rn=
= а/1,41. Основные расчетные формулы:
/'Ф= «Лф; I
Эффективность оропюния поверхности оценивается
коэффициентом использования жидкости
где <7р — расход воды, приходящийся иа расчетную площадь, л/с; <?* — рас-
ход через ороситель, л/с.
В результате экспериментов установлено, что плот-
ность орошения в пределах расчетной площади колеб-
лется и представляет собой случайную величину, кото-
238

рая может быть описана нормальным законом распре-
деления:
/
Я{/</н) -Я(/) = l/a/2;^ ^ ехр[- (/-/)VBa'')]rf/,
— оо
где Р{(/</н)} — вероятность того, что все значения переменной величины /
меньше детерминированной (фиксированной при любых заданных условиях)
величины /„ или равны ей,
/ _ нитенсивность орошения поверхности распыленной жидкостью. л/(м' с).
Г—среднее значение плотности орошения (математическое ожидание) по
верхиости распыленноA жидкостью л/(.м' с), ст —среднее квадратическое
отклонение.
Плотность распределения случайной величины /
равна:
(О, если / < О
exp[-(/-7)VBani
Р (/)
I
Распределение жидкости в потоке струи удобно оце-
нивать коэффициентом неравномерности орошения К=
= 1/1 или вероятностью Р(/).
Зная параметры распределения плотности ороше-
ния, можно определить ее вероятность в заданном ин-
тервале
Я(/,</</,)= \ P(/)rf/.
л
Введя обозначение У={1—/)/а, получим 7=ог/+/,
df~ady.
Пользуясь функцией Лапласа
/
' о
получим
Я(Л</</2) = Ф[(/2-7)/о]-Ф[/,-7)/а].
Численные значения функций Лапласа приведены в
справочной литературе по математической статистике.
Плотность орошения поверхности из центробежных
эвольвентных и других оросителей зависит от удаления
емкости расчетной точки от оси струи. А, С. Лышевским
239

получена эмпирическая зависимость для определения
плотности орошения центробежными форсунками
/=/оехр [-0,693 (г/го) 2],
где / — плотность орошения в расчетной точке (на расстоянии г от оси),
/о — плотность орошения на оси струи, /"=0, г — расстояние от оси струи до
расчетной точки.
Плотность Орошения на оси струи определяют по
формуле
^o = 9orf^/{Sfl^^^).
где ^0—удельный поток в сечении начального участка, d — диаметр отвер-
стия истечения, а ^ коэффициент, характеризующий конструкцию оросителя
и определяемый экспериментально х — удаление оросителя от 1раницы на-
чального участка
Приняв за радиус струи расстояние от оси струи, на
котором плотность потока равна 0,5 /о, получим
/?2(i = 2aVln2.
Зависимость плотности орошения от удаления рас-
четной точки от оси струи (на основании обработки экс-
периментальных данных) аппроксимирована формулой
Л/д:>г=/[1д(/о//I,
где Д — радиус орошения, м; Xj^ — удаление расчетной точки от оси струн, м.
/о н / — плотность орошения ва оси струи и в расчетной точке, л/(м'с).
Динамика движений распыленной струи
В основу методов расчета параметров движения рас-
пыленных струй положены уравнения механики паде-
ния изолированной капли аналогично движению твердой
сферической частицы. Участки пути, соответствующие
определенным промежуткам времени движения, прини-
мают за траекторию струи Распыленная струя состоит
из четырех участков- начального, представляющего со-
бой сплошной цилиндрический поток; переходного, где
происходит дробление и перестройка структуры потока;
основпого, характеризующегося капельно-воздуишой
структурой потока, где скорость потока капель практи-
чески совпадает со скоростью увлекаемою ими потока
воздуха; заструйного, в котором движутся отдельные
капли в неподвижной среде (воздухе) Кан.ш вылсгают
из оросителя со скоростью 15—30 м/с (скорость движе-
ния зависит от гидравлических параметров оросителя и
напора перед ним). Вследствие сопротивления окружаю-
щей среды скорость движения капли \меныиается по
мере удаления от оросителя до тех пор, пока сопротив-
ление среды не станет равным массе капли. Впоследст-
240

ВИИ она будет двигаться равномерно (при условии от-
сутствия скорости потока восходящих газов).
Б некоторых оросителях (оросители ударного прин-
ципа действия) начальная скорость движения капли
близка нулю В таком случае для расчета траектории
полета капель часто пользуются формулой Н Е. Жуков-
ского для падения тел в воздухе (при начальной скоро-
сти, равной нулю):
lnl(l+Ku)l{l~Ku)]=2gKT+A, (80)
1де U —скорость надеипя тела в момент времени т. м/с т продолжитель
иость падения тела, с, К — коэффициент, характернзуюпии! сопротивление
среды, ее плотность и др с/м, Л — постоянная интегрирования
Для случая свободного падения тела (при т^О, и=
= 0 и Л=:0) уравнение (80) примет вид:
1п[A + Ku)i{' - K")] = 2gK^;
(! -f Ku)lO - Ки) - схр(?^Кт)
Скорость падения тела за время т
н, = [1-ехр BgKT}]/l\+exp {2gKr)]K.
Путь, пройденный телом за время т,
S,==[\n[lh(KgT)}}l(K'g).
Опыты показывают, что через 1—2 с после начала
падения скорость капли становится равном и=1/К, и
капля в дальнейшем движется равномерно. Если при
т=0 начальная скорость капли равна и, то скорость па-
деипя капли в момент т составит
«=[ехр BgKr)-\lb]IK\iixp BgKx) + \lb],
где Ь=(\+Ки,IA—Кщ).
В этом случае путь, прондснныГ! телом за время т,
составит
S, =1//Aп{ехр (KgT)/lbexp GCgT)]}/(l + l/6).
Скорость и=1/К в данном случае конечная (мини-
мальной она будет при и^\/К). Значение /( для пада-
ющей в возду.хс идеальной капли
К - /0,()-26Fimg,
где F — площадь поперечного сечення капли; т — масса капли
Во время пожара газообразные продукты сгорания
образуют восходящие потоки. В связи с этим динамика
полета капель изменяется и характер их движения отли-
чается от того, который описывают зависимостями, вы-
веденными из уравнения Н. Е. Жуковского. Рассмотрим
241

состояние идеальной капли в потоке восходящих газов.
В зависимости от соотношения массы капли то и силы
лобового сопротивления капли Wq она может падать
вниз или подниматься вверх. Равновесное состояние
капли (этот случай называется витанием кап.ж), оче-
видно, наступит при условии
щё - да„ = О,
где Шо—масса капли, g — ускорение свободного падения, ico — сила лобо-
вого сопротивления движущейся в воздухе капли; р — плотность потока вос-
ходящих газов, tio — диаметр капли, с — коэффициент сопротивления дви-
жущейся капли и — скорость потока восхо хящих газов
Скорость витания капли определяют по формуле
"о = /4i73 /d (р„-р)/(сро) ,
где ри — плотность жидкости капли.
Значение коэффициента с зависит от числа Рей-
польдса. В первом приближении эту зависи.мость (при
Re<:10'^) можно выразить формулой
c = 24/Re+0,67 /J^
Установившуюся скорость движения идеальной кап-
ли при малых значениях числа Рейнольдса определяют
из закона Стокса
«=2(p-po)gr2/(9n),
где д--динамическая вязкость струи; л — радиус капли
Проведенные исследования показывают, что канлн
пебольиюго диаметра (cf^0,15 м.м) быстро теряют на-
чальную скорость, в результате чего большая их часть
не проникает через поток восходящих газов. В практи-
ческих условиях удавалось создать оросители, водяные
капли из которых проникали в пла.мя на глубину 2—
7 м. Идеализация полета отдельной капли не отража-
ет дейсгвительпую динамику движения. Движение по-
тока распыленной жидкости представляет собой явле-
ние с более сложным взаимодействием бесконечно
большого числа капель. Кро.ме того, сопротивление кап-
ли жидкости в потоке струи вследствие дефор.мации
ее поверхности отличается or сопротивления твердой
частицы. Движение капель распыленной струи зависит
в основно.м от размера капель, скорости их движения,
угла раскрытия распыленной струи жидкости и др.
Силы, действующие на каплю, вызывают ее дефор-
мацию (поверхность капли особенно подвижна при со-
держании поверхностно-активных веществ). Движение
242

деформированных капель уже не подчиняется законам
Н. Е. Жуковского и Стокса Устаиовивн1аяся скорость
движения деформированной капли из-за нарушения
фор1МЫ лобового сопрогивлеиия и увеличения миделево-
го сечения капли уменьишется почти в 2 раза по срав-
нению со скоростью, подсчитанной по формуле Стокса.
Скорость движения деформированных капель уточ-
няют с помощью коэффициента сопротивления дефор-
мированной капли
где 0=2; и^=2и, Ф„=0,4, d„=^l4, ф=0.2я, и„ — установившаяся скорость иде-
альной капли. " - установившаяся скорость реальной (деформированной)
капли
Капли в потоке струи жидкости движутся с разными
скоростями. При этом они сталкиваются и образуются
новые капли.
Аэродинамические свойства
потока распыленной струи
Эффект охлаждения распыленных струй жидкости в
ряде случаев зависит от их аэродинамических свойств.
При выходе из оросителя жидкость превращается в по-
ток капель, движущихся в воздушной струе. Воздушный
иогок влияет на скорость капель и движение всей струи.
Общий иапор струн определяют по ее реакции (силе,
действующей в наиравлеиии, протиположном направ-
лению потока). Скорость воздушного потока, увлекае-
мого водяными каплями диаметром 1 мм, становится
постоянной на расстоянии 1,8 мм от оросителя. На этом
расстоянии напор крупиокапельиых струй (средний
размер капель 1,5—3,5 мм) превращается в кинетиче-
скую энергию воздушною потока только наполовину.
Аэродинамические свойства потока распыленной струи
характеризуются реакцией струи. Реакция распыленных
струй определялась автором экспериментально. Полу-
ченные данные (приведены ниже) позволяют обосно-
ванно выбирать оросители в зависимости от характера
сил, способных отклонять распыленные струи (поток
продуктов горения, ветер и др.).
Средний напор потока распыленной струи опреде-
ляют выражением RcjFc (Re — реакция струи, Fc —
площадь поперечною сечения струи в п^юскости). Реак-
ции струй оросителей, используемых в установках
243

противопожарной защиты, определены автором экспе-
риментально. Ниже приведены реакции струй (кН)
(при давлении перед оросителем 500 кПа) и различном
расходе воды (л/с):
Расход Реакция
воды сгруи
Центробежный ороситель 0,5 12,5
» » 1,2 35
» » 2,2 55
» » 3 77
Ороситель с эвольвентной камерой 3 50
Тангенциальный ороситель .... 4 34
Если Предположить, что напор водяной струи полно-
стью преобразуется в движение увлеченного потока воз-
духа, то среднюю скорость движения воздуха определя-
ют из уравнения
где t^a — скорость движения воздуха, увлекаемого каплями распылеииой
струи, Рд — плотность окружающего воздуха, а^ '- константа, зависящая
от типа оросителя, Я — напор перед оросителем. q — расход воды, R^ —
реакция струи. F^ — площадь поперечного сечения струи.
Опыты показывают, что характер распределения ско-
рости увлеченного воздуха в струе мало зависит от рас-
пределения расхода воды внутри струи.
6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ВОДЫ,
ТРЕБУЕМОГО ДЛЯ ОБОРУДОВАНИЯ СИСТЕМЫ
ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ЗАЩИТЫ
Современные промышленные предприятия оснащены
оборудованием для создания противопожарной безопас-
ности и охраны труда обслуживающего персонала.
Противопожарное водоснабжение играет решающую
роль в решении задач противопожарной защиты пред-
приятия и охраны труда. Системы противопожарного во-
доснабжения предназначены для подачи воды в пере-
движную противопожарную технику и стационарное об-
орудование, предназначенное для решения конкретных
задач обеспечения пожарной безопасности промышлен-
ного предприятия. Главным направлением развития си-
стем противопожарной защиты предприятий является
предупреждение опасных последствий возникновения за-
гораний. Для этой цели предусматривают строительство
таких систем противопожарного водоснабжения, кото-
244

рые бесперебойно подают требуемое количество воды в
передвижную пожарную технику, в стационарные уста-
новки пожаротушения, для обеспечения пожарной безо-
пасности технологических агрегатов, сохранения прочно-
сти строительных конструкций здании и сооружений во
время пожара и т. д Расчет параметров водопроводных
сооружений системы противопожарного водоснабжения
промышленного предприятия начинают с определения
требуемого количества воды для обеспечения пожарной
безопасности наиболее опасных в пожарном отношении
объектов промышленного предприятия. Интенсивность
подачи воды для оборудования системы противопожар-
ной защиты зависит от требований, обусловливающих
уровень пожарной безопасности людей, технологическо-
го оборудования и строительных конструкций защищае-
мого оборудованием объекта (здания, сооружения
и т. п.).
Количество воды, требуемое для обеспечения пожар-
ной безопасности, определяют в зависимости от воздей-
ствующих на защищаемый объект факторов пожара:
конвекции, излучения и теплопроводности, характеризую-
щих закономерности распространения пожара и его воз
действие на защищаемый объект.
Интенсивность подачи воды
для тушения пожаров
Экспериментальные исследования удельного расхода
воды для тушения пожаров сопряжены с известными
трудностями, а иногда невозможны по техническим или
экономическим соображениям. В связи с этим важную
роль играют методы аналитического расчета интенсив-
ности подачи воды для тушения пожаров. Интенсив-
ность подачи воды для тушения пожаров твердых сго-
раемых материалов рассчитывают по испарительной и
охлаждающей способности воды, вводимой в сферу го-
рения материалов.
Тепловой баланс процесса горения твердых сгорае-
мых материалов при пожаре (до начала тушения) пред-
ставляют следующим уравнением
QPH+Qr+QB=2Q„+Qp, (81)
где ОРд — теплота сгорания материалов; Qj. — эпталытня горячего мате-
риала, Qj — энтальпия воздуха, поступающего в зону горения, ^Q„ — сум-
марные потери тепла, выделиющегося во время пожара, Qp — тепло, тре-
буемое дли развитии пожара (для создании условий горения материала, еще
ие участвующего в процессе горения).
245

Сведения о теплоте сгорания материалов имеются
в справочной литературе, при отсутствии справочных
данных ее определяют экспериментально или расчетом.
Энтальпию горючею материала определяют по фор-
муле
где с^ — удельная теплоемкость сгораелгого материйла МДж (кг • К), 'г —
температура сгораемого материала перед пожаром. К.
Энтальпию воздуха, поступающего в зону горения,
определяют по формуле
у п = (ХвУвСв'в,
где Oj — коэффициент избытка воздуха, Vg — теоретический расход возду-
ха, поступающего в зону горсаня, м^кг, с^ — объемная теплоемкость воз
духа, МДж/{м'.К). *в - температура воздуха до пожара К
Определение суммарных потерь тепла, образующего-
ся во время пожара, представляет сложную задачу. При
возникновении пожаров в помещениях выделяющееся
тепло частично нагревает воздух*в}1утри помещения, час-
тично уносится наружу с продуктами сгорания и частич-
но аккумулируется ограждениями и оборудованием, рас-
положенным в помещении. Анализ выполненных работ
по исследованию процесса распределения тепла при по-
жарах показывает, что для приближенных расчетов ин-
тенсивности подачи воды при тушении пожара 2]Qn =
==0,8 QPn. Таким образом, удельный расход тепла для
развития пожара можно определить по формуле
Q«p = m*@,2QP„+Qr + Qn),
где Q*j, — удельный расход тепла для развития пожара, МВт/м', т* —при-
веденная (отнесенная к единице илои;ади пожара) удельная скорость выго-
рания, кг,(м'с), Qp„, Qf я С?з — обозначения см формулу (81)
Для прекращения процесса горения количество теп-
ла для развития пожара уменьшают, вводя в очаг горе-
ния капельные водяные струи. Проникая в обуглившую-
ся поверхность, вода постепенно охлаждает ее до тем-
пературы, при которой горение прекращается. На пути
к охлаждаемой поверхности водяные капли встречают
поток нагретых газов и пламя. В результате этого часть
водяных капель нагревается и достигает орошаемой по-
верхности уже нагретой до определенной температуры,
а другая их часть испаряется в пламени и не достигает
заданной цели. Таким образом, эффект использования
воды при тушении пожара зависит от ее проникающей
способности, условий смачивания (охлаждения) нагре-
того слоя поверхности горящих материалов и продолжи-
246

тсльности пребывания водяных капель в области горе-
ния.
Уравнение теплового баланса при тушении пожара
капельными водяными струями в элемент арпом виде
можно представить следующим образом:
Qh+Qox^Qp,
1де С^д ~~ количество тепла, отбираемое в процессе испароиця водь1 пода-
ваемой в очаг горения, Q^^^ — количество тепла, отбираемое водой при ее
нагревании в результате контакта с горящей поверхностью, Q„ — количе-
ство тепла для развития пожара
Однако не вся вода используется для туи1ения пожа-
ра, лишь часть ее испаряется и нагревается, а другая
часть не участвует в процессе и вытекает нз зоны горе-
ния. Количество тепла, отбираемое при тушении пожара
капельными водяными струями, можно выразить фор-
мулой
С1\<^{[ср+с{i^—U)]ф+с[A-ф) (in—to)]},
i,ie (р — ко:*ффнциент использования воды в процессе тушения пожари {ог-
попЕепие количества воды, участвующей в процессе тушения, к оби^ему ко-
тичеству воды), ф — доля испарившейся воды, участвующей в процессе ту
П1емия, Ср - удельная теплота испарения воды, МДж/кг, с — удельная теп-
лоемкость нагретой воды, МДж/(кг • К), <„ — температура испарения воды
К, („ — температура воды, вытекающей нз зоны горения, к, (з — темпера-
тура воды подаваемой в очаг пожара, К
На основании экспериментальных исследований для
больпшнства твердых сгораемых материалов в ориенти-
ровочных расчетах могут быть приняты следующие зна-
чения: г|}=0,6, ср=0,3; /„ = 40 °С. Исходя из этих сооб-
ражений, можно получить формулу для определения
удельного расхода воды при тушении твердых сгорае-
мых материалов:
m*@,2QP vQr hQa)
/>
O.lSlcpJ c{t^-t^) b0,4-'c(^„-<„) •
где / — удельный расход воды для тушения твердых сгораемых материа-
лов, л/{м''С), т* — приведенная удельная скорость выгораиня. кг;{м' с),
<ЗРд — теплота сгорания материалов, МДж/кг, Q^ — энтальпия горючего ма-
териала, МДж/кг, Q^ — энтальпия воздуха, МДж'кг; с^ — удельная тепло-
та испарения водт>1, МДж/кг. с - удельная теплоемкость воды. МДж/кг.
'„ температура испарения воды К. 'о - температура воды, подаваемой в
o'lai горения, („ — температура воды, выте1<аюп;с(| \\^ «оны юрсния, К
Приведенный метод расчета дает результаты, удов-
летворительно согласующиеся с экспериментальными
данными. Значительную трудность в предлагаемом мето-
де представил расчет параметров, характеризующих
фазы процесса пожара и условия тепломассообмена, так
247

как на фазы развития пожара в.тияют факторы, кото-
рые трудно >чссть в расчете: размещение ci ораемых ма-
териалов в помещении, размеры и расположение источ-
ников воспламенения, формы и размеры }10мещения,
площадь поверхности горения Предложенная модель
расчета может быть положена в основу других более
совершенных расчетных моделей, учитывающих наибо-
лее характерные факторы развития пожара в каждом
конкретном случае Наиболее целесообразно использо-
вать эту модель для анализа экспериментальных дан-
ных. Это дает возможность проследить зависимость рас-
четных значений интенсивности подачи воды при туше-
нии пожаров от наиболее важных параметров. Основ-
ное преимущество экспериментальной проверки состоит
в том, что в этом случае можно устранить источники
погреинюстей, связанных с недостаточностью информа-
цнп при составлении аналитической модели расчета.
Удельные расходы воды для тушения пожаров стацио-
нарными средствами определяют экспериментально на
специальных стендах, позволяющих изменять и заме-
рять интенсивность подачи воды при ту1пении пожара.
Во время эксперимента замеряют и продолжительность
подачи воды, которая характеризуется временем оконча-
ния процесса тушения пожара Изменяя интенсивность
подачи воды, но сохраняя условия процесса развития
пожара, получают соответствующие им продолжитель-
ности TyuicHHH, на основании которых строят кривые за-
висимости интенсивности подачи воды от продолжитель-
ности тушения пожара.
Результаты проведенных экспериментов аппроксими-
руют формулой
I -U + ~^ ГЛ,,« ^- / > /*). (82)
где / — удельный расход воды для тмпения пожара, л/{м^*с), /^ — крити-
ческое значение удельного расхода во 1Ы, при котором еще возможен эф-
фект тушения. л/{м^ с), v — параметр свойств сгораемых материалов и ус-
ловий подачи воды в очаг горения, л м^, т - продолжительность подачи во-
ды при тушении пожара, с, т^ ~ критическая продолжительность подачи во-
ды, когда эффект тушения пожира практически не изменяется с увеличе-
нием расхода воды, с.
Значения удельного расхода воды для тушения по-
жара измеряются в определенном диапазоне. При этом
продолжительность подачи воды уменьшается по мере
увеличения удельного расхода.
Удельные расходы воды при тушении пожаров раз-
248

личных горючих материалов спринклерными установка-
ми приведены ниже.
Удельный
расход
воаы,
л (м^-с)
Автомобили в гараже 0,С6
Древесина (в штабеле bf.fcotoh до 1 м) ... .0/61^),082
Триацетатная кинопленка (в стеллаже) .... 0,08
Текстолит, карболит, бумага (в штабеле высо-
той до 1 м) 0,1
Древесина для изготовления тары 0,11—0,14
Резина, синтетический и натуральный каучук и
изделия из них (в штабеле высотой до 1 м) . . 0,14
Продукция в картонных коробках (штабели вы-
сотой до 6 м) 0,15—0,2
Текстильные изделия (в упаковке) 0,18
Стеллажные склады с бочка.ми 0,145—0,24
Древесина в внче реек 0,27—0,34
Автомобильные покрышки (в штабельных скла-
дах высотой 1,8-4,3 .м) 0,27—0,55
Полистирол (R штабельных складах высотой
2,4—6,4 м) 0,1—0,4
Из приведенных данных видно, что даже для огра-
ниченного ряда материалов удельный расход воды для
тушения пожара изменяется в широком диапазоне. Это
объясняется тем, что одни и те же горючие материалы
имеют различную интенсивность тепловыделения, кото-
рую определяют вид материалов и плотность их упаков-
ки. Удельный расход воды для тушения пожаров за-
висит не только от характеристики противопожарной
опасности материалов, но и высоты штабеля
Интенсивность тепловыделения материалов является
наиболее весомым фактором при определении расхода
воды Ниже приведены величины удельного расхода во-
лы в зависимости от значений интенсивности тепловыде-
ления
Интенсивность тепловыделения, МВт/м^ 0,14 0,29 0,58 1,F
Удельный расход воды, л (м^-с) . . . 0,05 0,1 2 0,4
При определении потребности в воде в зависимости
от интенсивности тепловыделения необходимо знать
основные параметры, характеризуюнше пронесс тепло-
выделения при пожаре. К таким параметрам в первую
очередь относятся удельная теплота сгорания (МДж/кг)
249

и удельная скорость выгорания [кг/(м^■c)] Если зна-
чения первого параметра можно найти в справочной .чп-
тературе или определить расчетом, то вторую ветчину
находят значительно труднее. Дело в том, что удельная
скорость выгорания в значительно большей степени за-
висит от характера расположения сгораемых материа-
лов, плотности их упаковки, размера развитой иоверх-
постн возможного горения, условий вентиляции (прито-
ка, достаточного для горения воздуха) и т. и В связи с
этим удельную скорость выгорания, как правило, опре-
деляют экспериментально в установках, максимально
приближающих условия эксперимента к реальной обста-
новке на пожаре. Важно отметить, что существуют два
понятия скорости выгорания для твердых сгораемых ма-
териалов- действительная скорость выгорания, отнесен-
ная к единице поверхности горения, и приведенная ско-
рое 1ь выюрания, отнесенная к единице площади пола,
на коюром возник пожар. Таким образом, по мере уве-
личения высоты стеллажа 11риведет[ая скорость выго-
рания (при условии постоянства площади проекции го-
рения) материала, обладающею постоянными физико-
химическими свойствами, будет увеличиваться прямо
пропорционально высоте стеллажа. Следовательно, и ко-
личество воды, необходимой д.'1Я успешного тушения
пожара в таких условиях, будет возрастать по мере уве-
личения плотности загрузки материалов. Это положеппе
подтверждают и экспериментальные исследования.
Интенсивность подачи воды
для тушения пожаров в зданиях
из металлических конструкций
Подачу воды (пены) определяют в зависимости от
критических (допустимых по условиям пожарной безо-
пасности) факторов иожара, поэтому задачи по опреде-
лению режима работы системы водоснабжения решают
в зависимости от требований, характеризующих допус-
тимый уровень теплового воздействия пожара па защи-
шаемый системой объект. Требуемый уровень пожарной
безопасности объекта определяют па основании законо-
мерностей продолжительности его нагревания до критиче-
ской температуры'. Система противопожарного водоснаб-
' Температура, при которой возможна авария технологического
аппарата, потеря несущей способности строительной конструкции
II г, П
250

tj
0
s,
(^
t3
UJ
J
h^i;
A
1°T
0
I
sj
T»
л y^
/ ^"^
/ /
//
//^
1
1
Jl
1 ■^*
в
^~-- Ч
•--/
Tm ^-
-I
^
'^
4
^■--.
-i:
+0
e
жения должна своевремен-
но (до достижения крити-
ческих температур) подать
такое количество воды, при
котором невозможно опас-
ное повышение тсм1тсратур,
а следовательно, и аварий-
ное состояние защищаемого
системой объекта. Поэтому
при определении парамет-
ров системы водоснабжения
важно знать время нагрева-
ния конструкций и оборудо-
вания до критической тем-
пературы или их огнестой-
кость. На основе метода
расчета фактических [трсдс-
лов огнестойкости необходи-
мо выявить картину нагрева
конструкции и характер из-
менения ее несущей способ-
ности. Принципиальное зна-
чение в решении этой задачи
иенин"в""з™ь'^ имеет вопрос установления
тате по1лсй(твня системы на по- ТеМПСрЗТурНОГО реЖИМа фЗК-
~ тического пожара. Другим
препятствием иа пути реше
ПИЯ задачи явилось уточне-
ние ряда параметров сущест-
вующего алгоритма рас-
чета. Ма1Сматическос описание задачи и разработанный
автором алгоритм се решения изложены ниже
После начала тушения пожара воздух и находящие-
ся в помещении конструкции нагреваются менее интен-
сивно, чем во время пожара, характеризующегося стан-
дартным температурным режимом (рис. 86, кривая 2).
При подаче воды в очаг горения уменьшается темп рос-
та температуры (кривая 4) Характер изменения темпе-
ратуры во время пожара при работе системы ножароту-
щення выражается кривой 3. На рис. 86 видно, что тем-
пература в помещении во время тушения пожара сни-
жается по сравнению со стандартным 1темпсратурным
режимом. Снижение температуры (кривая 4) при туше-
нии пожара (ири y(=const) зависит от скорости сии-
Продол/иитв/^ьность г, мин
Рис 86 Характер измене-
ния температур в помещении,
оборудовашю.м системой пожа-
ротушения
/ — область развивающегося пожа
PJ, // —область развившегося по-
жара 1 — кривая «температура —
В1)емя» для развивающегося пожа-
ра 2 — кривая «температура — вре
мя» лля развившегося пожара (см
стема пожаротушения отсутствует).
3 — температура в помещении при
работе системы
температ\ры в II0Mcп^
:идей(твия с
жар, Л — начало пожара Б -
включечие пожарного изврпигеля
В — включение системы тушения
Г — температура в помещении (си
стема включена), Д —температу-
ра в помещении; Е — окончание
тушения пожара
251

жения температуры в помещении при тушении vt и
продолжительности тушения тт. Изменение температуры
в помещении при тушении пожара выражается следую-
щим образом:
;=3454'lg(8T+l)—У(Тт. (83)
Кривая 3, построенная по уравнению (83), показы-
вает, что температура достигает максимального значе-
ния в точке D за промежуток времени т*, который не со-
ответствует окончанию процесса тушения тт. Макси-
мальная температура, которая представляет практиче-
ский интерес, будет при значении т*, когда первая про-
изводная температуры по времени обратится в нуль
(dt/dx^O).
При дифференцировании уравнения (83) получим:
■^13Щ(8х+ \) -v,z] ^ l345'\'l{Sz + l)]8\ge -Vt =0;
1200<1;/(8х + 1)-г/< =С, (^4)
Максимальную температуру получим, подставив вы-
ражение (84) в уравпение (83):
/. = 3454'Ig A200^/^,) —A2004^—у,)/8. (85)
Из уравнения (85) следует, что максимальная тем-
пература в помещении зависит от скорости снижения
температуры:
У(=1200Ч'/(8т.-М). (86)
Время достижения максимальной температуры уста-
новлено экспериментально и равно 0,33 тт-
Количественную оценку процесса прогрева (до кри-
тической температуры) выполним на основе конечно-
разностного метола расчета. Температуру конструкции
Ь'ст в интервале i определили из уравнений тепловых
балансов, учитывающих условия нестацноиарности теп-
лоотдачи и характер нелинейности теплопередачи:
t[^=a'{ti-i'-^) 4т/[(Сс, -f Дс,^стХ)Рст5ст] +t'-\
где а — коэффициент теплопередачи при пожаре: t^ — среднее значение тем-
пературы среды (закон изменения t'^ принят по уравнению (83); t^^ —
температура коиструкции, Дт — расчетный интервал времени; с^^ и Рст"~
удельная теплоемкость и /1Лотность стал!', Д^^ — коэффициент, учитываю
щий повышение теплоемкости стали с ростом температуры, t^^ — начальная
температура коиструкции, т — продолжительность нагрева ^^т- — расчетная
толщина коиструкции
Задача по определению показателей системы водо-
подачи сводится к нахождению такой величины Vt
252

а)
6)
б)
уоо
700
ьои
300
100
°с
л
/'
''-;'-'
'/ ^
^
*\
79
UV]
J,
—
-Г
'V
г
>j-
^ии
700
500
300
100
/1'
S. /
и
/^
'//
^^
' V
/
/
/^^5
^^
1
1000
- 800
600
-- ^00
200
Г
"^1
f<-
у
^ 1
1/
'/''
л
,
/
-/
/—
■' \-
^ -с
^
4-
-г^
--.
[\
5 Ю 15 20
Т, мин
5 10 15 20
5 Ю 15 20 75
1, мин
Рис. 87. Кривые «температура — время» Сплошная линия —
температура в помещении; пунктирная линия — температура сталь-
ной конструкции F^10 м.м)
о — стандартный пожар, б — нестандартный пожар при ijj=1.3 в—нестан-
дартный пожар прн i))=I,6, / — установка АТП отсутствует V(=0, 2—Vf =
= 8°С/мин; 3—1', = 15°С/мин, 4 — V(=30 °С/мии
[см. формулы (83) — (86)], при которой температура в
конструкциях не будет превышать критическую. Иссле-
дования выполнены для ряда вариантов Основные зна-
чения исходных данных для расчета приведены ниже:
Рст=7800; с„-4,4 • 10-<; Д^^-0,000114; Ат=0,1 мин, 6^^=0,003—0.03 мм, ф=
= tltg=l; 1,3, 1,6; «(=0; 8, 15, 30 н 60°С/мин.
Результаты расчета представлены в виде графиков
(рис. 87), по которым определяют продолжительность
прогрева до критической температуры. На основании
этих данных определены значения требуемой скорости
снижения температуры Vt (°С/мнн) в помещении прн ту-
шении пожаров в зданиях, имеющих строительные кон-
струкции с различной огнестойкостью (ч) и для раз-
личных коэффициентов rjp:
Огнестойкость
Коэффициент 1р
1 1,3 1,6
0,1 15 37,5 55
0,2 12,5 27,5 45
0,3 К) 20 35
0,4 7,5 15 25
253

90
89
b'cw^'f^f
\
\
;
К
V
^
-
-
•
20
15
10
5
0,9
0,8
0,1
> 0,6
%0,5
10,2
0.2
0.1
_^
- кр
V/
Ь
'f V
\0
\
1
d
|1
1
\С
5 Ю 15
10 20 30
«J
i<;j
50
"с/мм
Рис 88. Изменслие температуры в помещении (сплошные ли-
нии) и конструкции (пунктирные липни)
/ — при V, = 0 2 — при V,-8°C/MHii, 3 — при V, = 15°C/mhh
Рис 89 Пределы огнестойкости стальных конструкций в зави-
симости от скорости Vt и условия, характеризующие беснредель-
пую огнестойкость конструкций
/_П^ = 0 37 ч, 6 = 20 мм; 2 — 11^=0,23 ч, 6=10 мм
Рис 90. График для определения критической скорости Vt, ха-
рактеризующей пожарную безопасность стальных конструкций при
пожаре
/ —г|)=1 («стандартный» температурный режим); 2 - i|; 13 3 — г|)—1 6
Полученные данные можно использовать для оцен-
ки выходного эффекта автоматизированной системы про-
тивоиожарного водоснабжения, предназначенной для
противопожарной защиты зданий пз легких металличе-
ских конструкций Анализ результатов расчета показал,
что режим работы системы (интенсивность и продолжи-
тельность подачи воды) определяет требуемую огнестой-
кость конструкции защищаемого ею здания. В частно-
сти, огнестойкость стальной конструкции (рис. 88) при
стандартном пожаре (г|5 = 1 и vt = 0) составляет 0,16 ч
(точка А), при U(=8°C/mhh огнестойкость этой конст-
254

рукции увеличивается до 0,20 ч (точка Б), при vt =
= 15°С/мин максимальное значение температуры п кон-
струкции (точка В) ие достигает критического значения
E00 °С) и составляет Bceio 480 °С (ючка В), следова-
тельно огнестойкость конструкции в этом случае стано-
вится беспредельной.
На ЭВМ вычислены фактические пределы oi нестой-
кости стальных ко1гструкцнй при различных значсипях
Vi и \!р (vt составляла 0; 8; 15; 30 и 45 ""C/MnH при г|\ рав-
ных 1; 1,3 и 1,6) Для иллюстрации на рис. 89 приведе-
ны результаты обработки вычислений фактических пре-
делов огнестойкости стальных конструкций в зависимо-
сти от скорости Vt. С увеличением U; фактические пре-
делы огнестойкости увеличиваются и при определенных
значениях, соответствующих гу, обращаются в беско-
нечность. Касательная аЬ к кривой J характеризует гра-
ничные условия противопожарной безопасности стальной
конструкции (Пс=0,37 ч; 6 = 20 мм), а касательная cd
к кривой 2 — конструкции (Пс=0,23 ч; 6 = 10 мм) в
здании, оборудованном автоматизированной системой
водоснабжения, обеспечивающей скорость снижения тем-
пературы г»"!? :=7,9°С/мин и 11,3°С/мин соответст-
венно.
Результаты вычисления представлены на рис. 90 в
виде графика v^^ =/(Пс), с помощью которого опре-
делены значения критической скорости vy для сталь-
ных конструкций различной огнестойкости (расчетной
толщины) при соответствующих температурных режи-
мах пожара. С помощью этого графика можно решать
обратную задачу, т. е. по заданным значениям v^ и 1A
определить требуемую огнестойкость (расчетная толщи-
на) строительных конструкций, отвечающую условиям
противопожарной безопасности. Значение v^^ не дает
представления о параметрах водопроводных сооружений
автоматизированной системы водоснабжения. В связи с
этим целесообразна зависимость для расчета интенсив-
ности подачи воды
/^fl-fc/HSO^F/yfP—F+0,375)],
где а, Ь, с — параметры, характеризующие процесс тушения
Полученные данные позволяют количественно оце-
нить влияние процесса водообеспечения на огнестойкость
строительных конструкций, а также определить пара-
метры системы водопроводных сооружений.
255

Интенсивность подачи воды
для тушения пожаров горючих жидкостей
Основным параметром, характеризующим эффектив-
ность тушения пожаров легковоспламеняющихся и го-
рючих жидкостей, является интенсивность подачи пены
в очаг горения. Для того чтобы успешно потушить пла-
мя горючей жидкости, пена должна покрыть всю горя-
щую поверхность слоем определенной толщины б. На об-
разование этого слоя расходуется только часть пены,
тшдаваемой в очаг горения, а другая се часть разру-
шается при контакте с пламенем и нагретой горючей
жидкостью. Происходящие при этом изменения высоты
слоя пены во времени т выражаются уравнением
d6={^IK—Vp)dT, (87)
где ф — коэффициент, учитывающий разрушение пены в пламени. / — ии
теисивность подачи пеиообразующего раствора, Vp^d&'ds — скорость разру
шения пены, К и s — кратность и продолжительность разрушения пены
Из уравнения (87) после его интегрирования полу-
чена зависимость
^T = si4 ( 1 - Hp/dp/AT) ) = - s In [I - 1 lm>fKs)]. (88)
Для определен11ы.х условий подачи пены в очаг го-
рения параметры б, s и /С являются постоянными для
того или иного вида аппаратуры ', а параметр ф являет-
ся постоянным для фиксированного положения аппара-
туры относительно оси пламени 2. При фиксированных
параметрах 6, s. К, ц> продолжительность тушения по-
жара зависит лишь от интенсивности подачи пены. Эф-
фект тушения пожара пеной при фиксированных пара-
метрах б, S, /С и ф характеризует критическая интенсив-
ность ее подачи /*=б/(ф/^5) Выражение взаимосвязи
указанных параметров аналитически представляет боль-
шие трудности, поэтому часто их определяют экспери-
ментально. Так, на основе экспериментальных исследо-
ваний И. И. Петров установил оптимальную кратность
пены A20—150) для тушения пожаров нефтепродуктов
в резервуарах. Для тушения пожаров горючих жидкос-
тей, разлитых в помещении, автором установлена опти-
мальная кратность пены /Сопт=50, а для успешной про-
' Эти параметры характеризуют качество пены, получаемой нз
аппаратуры.
2 Этот параметр характеризует условия подачн пены в очаг
горения.
256

тивопожарной защиты технологических аппаратов —
К^„^=8. Пенная аппаратура для автоматических уста-
новок пожаротушения в промышленных зданиях и тех-
нологических установках пожароопасных производств, в
которых перерабатывают горючие и легковоспламеняю-
щиеся жидкости, должна подавать пену оптимальной
кратности. Уравнение (88) не имеет экстремума, а поэто-
му не может быть использовано для определения мини-
мального значения интенсивности подачи Значение нор-
мативной интенсивности подачи пены рекомендуется
принимать равным 2,3 /*. Таким образом, для тушения
пламени бензинов в резервуарах интенсивность подачи
пены должгга быть 0,08 л/{м^-с), а при тушении пламе-
ни нефтепродуктов- -0,05 л/(м^-с).
Исследования показали, что приведенный метод рас-
чета / дает удовлетворительные результаты, согласую-
щиеся с данными, которые определены эксперименталь-
но на специальных стендах, В процессе экспериментов
замерялп расход водного раствора пенообразователя, ко-
торый пересчитали в интенсивность подачи (удельный
расход) для тушения пожара, исходя из условия созда-
ния требуемой толщины или объема пены, равной
q^WKxrKyi), где тт — продолжительность тушения,
W — объем пены, К — кратность пены, % — коэффици-
ент разрушения (использования пены). Коэффициент ис-
пользования пены для тушения пожаров различных го-
рючих жидкостей выражался отношенпем фактического
слоя пены к расчетному Ниже приведены значения ко-
эффициента использования пены (и), полученной на ос-
нове 4 %-ного водного раствора пенообразователя ПО-1,
и удельного расхода (по раствору) [л/(м2-сI при ту-
шении экстракционного бензина.
Удельный расход 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
X . . . . • 0,4 0,42 0,45 0,5 0,55
Исходя из предварительной оценки расхода, на стенд
устанавливается такое число генераторов пены, которое
обеспечило бы необходимый расход при номинальном
напоре Интенсивность подачи изменяли выключением
подачи раствора в отдельные генераторы пены. Во вре-
мя опытов замеряли продолжительность подачи пены
(до полного подавления пламени).
Результаты проведенных экспериментов аппроксими-
руются эмпирической формулой (82), в которой величи-
9 Зак 179
257

на /* представляет собой минимально допустимое зна-
чение интенсивности подачи водного раствора пенообра-
зователя, при которой еще возможен эффект туп1ет1ия
Параметр v характеризует свойства горючих материалов
и условия подачи средств тушения. Параметр т* харак-
теризует критическое значение продолжительности пода-
чи, когда эффект тушения пожара практически не изме-
няется с увеличением удельного расхода воды. Для иск-
лючения возможных ошибок при определении парамет-
ров в формуле число опытов следует уточнять в зависи-
мости от допустимого размера относительной ошибки
значений /о, То и v. Показатель достоверности при об-
работке экспериментальных данных обычно принимают
рапным 2, что соответствует погрешности результата, не
превышающей 5 % В результате проведенных исследо
ваний определены параметры (/* = 0,08; v = 6; т* = 30)
в формуле (82) для расчета удельного расхода 4 %-ного
водного раствора пенообразователя ПО-1 (для 0,1^/^
^0,7) при тушении пламени легковоспламеняющихся
жидкостей. Ниже приведены результаты исследований '
по определению удельных расходов / [л/(м^-с)] и удель-
ных объемов Wo (л/м^) раствора пенообразователя для
тушения некоторых легковоспламеняющихся жидкостей.
/ W,
Экстракционный бензин О,'6—0,7 19- 9
Бензо.т 0,65 21
Толуол 0,67- 0,74 30- 40
Цик.тогек-сан 0,5—0,65 15—25
Масса СКД 0,53 22-25
» СКЭП • 0,148-0,615 19-26
Ниже приведены результаты исследований ' записи
мости продолжительности тун1ения (с) от удельного рас
хода раствора пенообразователя / \л/(ч'^-с)] при ту-
шении пламени легковоспламеняющихся жидкостей
(бснзит!, бензол, толуол, циклогексан).
/ . 0,68—0,280,2—0,1650,158—0,1370,126-^-0,1150,102-0,1
^ . 40—60 80—100 120—140*-' 160-200 300-4@
' Исследования выполнены под научным руководством и при
непосредственном участии автора на полигонной установке в усло-
виях, приближенных к реальным пожарам. Воздушно-механиче-
ская пена получена из генераторов струйного типа при напоре 20—
40 м и подаче 4—5%-иого водного раствора пенообразователя
ПО-1.
258

Результаты исследований по определению т (с) пла-
мени горючих жидкостей и / [л/(м2-с)]:
Лак М4-52 0,244-0,138 23—60
Смола МС-080 0,395—0,138 20—30
Лак 4с 0,202—0,13 30—40'
» ПФ-СбО 0,324—0,125 26—54
Лак ПЕ-246 0,324—0,138 25-45*
Уайт-сппрю 0,603—0,181 112—340
Результаты экспериментов положены в основу мно-
гочисленных рекомендаций и норм но проектированию
установок пенного пожаротушения.
Интенсивность подачи воды
для систем водоорошения
Эффект водоорошения строительных конструкций
(металлических ферм, перекрытий, колонн и др.) резер-
вуаров с нефтепродуктами и сжиженными горючими га-
зами, а также технологического оборудования (ректи-
фикационных колонн, реакторов, полимеризаторов, транс-
форматоров и др.) зависит от расхода воды, качества ее
диспергирования и условий теплообмена между потоком
распыленной воды и орошаемой ею поверхностью.
В связи с этим при решении вопросов водообеспечспия
систем орошения, предотвращающих опасность возник-
новения критических условий в нагреваемом при ножа-
ре объекте, учитывали факторы воздействия огня на за-
щищаемый объект. Аналитические модели (система
дифференциальных уравнений, описывающих процесс
восприятия тепла капельными водяными струями) могут
быть использованы лишь для выявления основных фак-
торов, характеризующих эффект водяного орошения.
В результате исследования процесса водоохлаждения
было установлено, что на орошаемую поверхность попа-
дает только часть подаваемой оросителем воды, которая
за время движения в среде пожара нагревается до оп-
ределенноп температуры. Поэтому соотношения, опреде-
ляющие количество попадающей на нагретую поверх-
ность воды, долю испаряющейся воды (наиболее эф-
фективно поглощающей теп.ю нагретой поверхности и
тем самым снижающей ее температуру), а также до.1ю
воды, не участвующей в процессе охлаждения, можно
установить лишь в ходе экспериментальных исследова-
ний.
9* Зак. 179 259

Параметры, определяющие процесс охлаждения по-
верхности распыленной водой (время пребывания водя-
ной капли в среде пожара т, коэффициент теплоотдачи
от среды пожара к потоку распыленной воды и др.). по-
лучены из уравнения теплоотдачи от потока распылен-
ной воды к охлаждаемой поверхности, обогреваемой во
время пожара:
«х (<? - О ГА% - {рв AWiKl - ф)^о (/,%д, - О + <(С,М.
о в в.» ' '
где /^ и /^~'■'емпература орошаемой поверхности и воды в момент т,
F—площадь орошаемой поверхности; р, и Д47 — плотность н объем воды,
необходимой для создания заданной температуры орошаемой поверхности в
момент времени т, с^ и с^ — теплоемкость и теплота испарения воды, ф —
доля испарившейся воды, участвующей в процессе охлаждения, ф — коэф-
фициент эффективного использования воды.
После исключения второстепенных факторов, опре-
деляющих эффект водоохлаждения, последний был вы-
ражен в виде функции от параметров теплоотдачи (от
среды пожара к нагреваемой поверхности и к распы-
ленному потоку воды), параметра теплоотдачи распы-
ленного потока воды и коэффициента использования во-
ды в процессе охлаждения. Ниже приведены основные
факторы, влияющие на процесс водоорошения:
теплоотдача от среды пожара к распиленному пото-
ку воды (дисперсность водяных капель, скорость их по-
лета, а также расстояние оросителя до орошаемой по-
верхности);
теплоотдача от распыленного потока воды к орошае-
мой поверхности (условия подачи воды и состояние сма-
чивания орошаемой поверхности);
полнота использования воды (конструктивные осо-
бенности орошаемого оборудования и тип оросителей
для подачи воды);
интенсивность вoдoopoнJeния и конструктивные осо-
бенности орошаемой поверхности.
В максимально приближенных к реальным пожарам
условиях на макетах технологического оборудования
определен расход воды для эффективной работы систе-
мы водоорошения. Зависимость эффекта охлаждения от
величины удельного расхода воды и условий распреде-
ления воды на охлаждаемую поверхность приведена на
рис. 91. Эффект водяного охлаждения проверяли при
испытаниях макетов стальных колонн в реальных (в си-
стеме водоорошения использовали оросители эвольвент-
иые при давлении на входе 0,3—0,5 МПа) условиях но-
260

иоо
^i 300
0
§ 200
с
700
-
?-]
/ /
/7
3
/
4
/
.
'f
600 г
500
400-
WU
■/Of/
100
V
/
л
/
/\ X,
-
V?
— — 1
—
■--
£-
^1
I
0 01 0? 03
'hic/itiHbiu fiacxoc^ /i/(m^c)
Рис. 92 Удельный расход
воды, необходимый для охлаж-
дения, в зависимости от темпе-
ратуры охлаждаемой поверх-
ности и удаления от нее оро-
сителя
/ — огюситель удален иа 2 м. 2 —
то же, на 3 м, 3 — то же, иа
5 м; 4 — расход воды (при *„«■-
= 300 °С) в зависимости от удале-
ния оросителя
Рис. 91 Температура поверхности конструкции, охлаждаемой
водой (находящейся в пламени 1100°С), в зависимости от усло-
вий орошения
I водяное орошение отсутствует, 2 — орошение с удельным расходом
0,2 л/(м^. с) (ороситель удален от поверхности иа 5 м), 3 — удельный рас-
ход 0,08 л/(м' с) (ороситель удален па 2 м), 4 — удельный расход
О 3 л/(м' • с) (ороситель удален иа 2 м)
0 17 3
Продолжительность
охла/кдения, мин
жара. Исследования показали, что удельный расход во-
ды, необходимой для охлаждения конструкций до кри-
тической температуры, зависит от температуры охлаж-
даемой поверхности н удаления от нее водяного ороси-
теля. Графически эта зависимость изображена на рис.
92. Критические значения удельною расхода воды для
охлаждения поверхности конструкции, находящейся пе-
носредственио в пламени (^л^1100°С), до 300°С состав-
ляют при удалении оросителя от поверхности па 2м —
0—0,05 л/(м2-с), при удалении на 3 м — 0,1 л/(м2-с),
прп удалении на 5 м — 0,2 л/(м^•c). Установлен также
удельный расход распыленной воды для орошения сталь-
ных конструкций оросителями эвольвептного типа
261

[л/(м2-с)] при одностороннем орошении стальной кон-
струкции, помещенной в пламя бензина.
УдельпыЯ расход раслыленнОй воды 0,( 8 0,18 0,24 0,28 0,32
Температура конструкции 140 130 120 ПО 100
Подача воды для повышения огнестойкости
стальных конструкций
Сущность поведения водонаполненпых конструкций
при воздействии пожара изложена ниже. Температура в
расчетных точках сечения конструкции (рис. 93) вычис-
лялась с учетом условий теплопередачи от среды по-
жара к водонаполненной конструкции. Были составле-
ны три уравнения.
Первое уравнение теплопередачи от среды пожара к
наружной поверхности (единицы длины) водонаполнен-
ной конструкции, обогреваемой по всей ее боковой по-
верхности
аи(Л,-/оI1оАт+[Л„+Д,(^,-/о)/2](/,-^о)П,Лт/б =
= /='оРк(Ск+Д,^о)(Со+д.-^о), (89)
где а,| коэффициент теплопередачи от среды пожара к наружной по
верхностн конструкции; t^j — тe^fнepaтypa среды пожара* П^ и б — пepн^feтp
наружной поверхности водопанолнснной конструкции и ее толщина; Дт --
рисчетный интервал ареиеин; /1„ и В,, — теплопроводность конструкции н
коэффи]1иент, учитывающий ее изменение с увеличением температуры, („ н
t, — температура наружной ловерхности конструкции и температура внут-
ренней (смоченной) noBepxfiocTH конструкции, F^ — площадь поперечного
сечения кольцевого элемента у наружной поверхности конструкции, рц и
с^ - плотность материала конструкции и ее теплоемкость; О,^ — коэффи-
циент увеличения теплоемкости нагреваемой конструкции.
Второе уравнение тенлоисредачи от нагретой наруж-
ной новерхпости водонаполненной конструкции к внут-
ренней ее поверхности
Лк + (',5Йк(/от + Л.)] [(^от —Лт) П,Дт)/0-| ав- (^Bt —^.f) П,ДТ =
= /=■, рк (Ск + д. Л) (/„+д, -л.), (Щ
где а — коэ 1)фидиент тенлонерегачи от копструкнии к смоченной нОверх-
ности; Ti — тонидь нинеречною сечерщя кольцевою элемента у внутренне'
поверхности конструкции, t^ и ^i,^^ д^ — температура впы и внутренне!-
конструкции, IT, и П5 — периметр средней и внутренней (смоченное) поверх-
ности комструкнии.
Третье уравнение теплопередачи при нагревании во-
ды в результате передачи ей тепла от нагрегой новерх-
пости (единицы длины) к водонаполненнон конструк-
ции
при температуре воды /в^^к
авт(Лт~^т)П,Дт=.роА1Г, СоС^ат+д^ —/вт); (^l )
262

д
V'
1
\
Чк 17-^--
. ^i~"
' ак*ав
it,-;- --
1 - — _ ^
<
-'г
— ^/Г
/,^
/1 /2
/ к
, / 7/^
/ /
/ /
/ /
//
//
1/
, ^'-' - ,
с
_ Дт^
1-
.-
Рис 93 Расчетная схема
геплопередачи в водонаполнен-
нон конструкции
<д — температура среды пожара;
Jo— температура на наружной по
Верхностл конструкции; ti — темпе
ратура на внутренней поверхности
конструкции, t^ — температура во
ды, б — толщина стенки, d^—диа
метр (эквивалентный) конструк
ции; rf,, — диаметр смоченного се
чения конструкции
Рис 94. Расчетная схема оп-
ределения коэффициента теплопе-
редачи «II нри «стандартном по-
жаре»
/ — температура среды при пожаре,
2 — коэффициент теплопередачи;
<j, — расчетная температура при по-
жаре для расчетного интервала нрсме
пи АТ;, с
теплопередачи
■ расчетный коэффициент
при температуре воды ^в^^к
«ВТ (^ - ^х) П,Дх = р„Ли7, [Со (^вх + Дт — /вт) + Си]. (92)
где Alf —объем воды, необходимой для создания огнестойкости нодоиа
нолиепной конструкции в момент времени х; Ро и Со — плотность и теплоем-
кость воды; Си — скрытая теплота испарения воды
После преобразования уравнения (89) получена фор-
мула для определения температуры наружной поверхно-
сти водонаполпеппой конструкции:
^.г-ЬДх = ^о. + -РоРк(СкЧ Ок^г) "^
X П,/5 + апх Unt - ^т) По}
-^ ■—— ,
'■•'е '_ 45 Ig D801-I-I) (т — продолжительность пожарв, ч).
263

Коэффициент теплопередачи Он^, определяют по фор-
муле
«„.= ак + а„ = 29 + ^„^ _^, J(^Ш; - ЫУ '' ^''^^
где ац — гэ Вт/(м'• К) — коэффициент теплопередачи конвекцией от среды
пожара к поверхности конструкции. Од — коэффициент теплопередачи нзлу
чением, S^p — приведенная степень черноты системы «среда пожара —на
pyжнdЯ поверхность конструкции»; 5jjp'=l/(l/5i + l/52—1) E|—степень чср
ноты пожара, 52 — степень черноты конструкции).
Значения а„^, зависящие от изменяющихся во вре-
мени значений ^„^ и ^От определили по формуле (93)
согласно расчетной схеме (рис. 94).
После преобразования уравнения (90) получим фор-
мулу для определения температуры внутренней (смочен-
ной) поверхности водонанолненной конструкции
ДЧИк (<.х- <и) + 0.5 Вк D -<нI X
Л-НДт-^т+ ЛРк(Ск + ОкЛ,) "
xn,/8-f а„(^вх —Лт)П,}
в водонаполпенных конструкциях разового наполне-
ния (без циркуляции воды при нагревании) теплопере-
дача идет в ограниченном пространстве, поэтому пере-
дачу теплоты рассматривали через теплопровод1ЮСть.
Коэффициент теплопередачи от нагретой внутренней по-
верхности конструкции к поде в этом случае равен: а=
s^^X/Sb, где s,_^ — коэффициент конвекции; % — коэффи-
циент теплопроводности воды; бв — расчетная толщина
воды в конструкции Причем
где До — параметр, зависящий от температуры воды в конструкции. Д/—
перепад между температурой стенки н температурой воды
Зависимость Ло от температуры для удобства рас-
чета преобразовали в выражение 41 + 11,4^"''"'^.
После подстановки выражений вк н Лц в исходное
уравнение получили формулу для расчета коэффициен-
та тенлоиередами от нагретой внутренней поверхности,
конструкции к воде в системе разового наполнения, ко-1
торая одновременно является алгоритмом для расчета
на ЭВМ:
«вх + Дх=«кх>^/»в-0.474 [41 + 11,4 {(^,-<вх)]/2)'''*'^] у^С^.х-^вО/^ •
264

Коэффициент теплопередачи от нагретой внутренней
поверхности конструкции к протекающей по ней воде
определили по формуле
где Nu — критерий Пуссельта; Я. — коэффициент теплопроводности водЬ1;
d — экиниалеитный диаметр, рлзпын М ill и Г 2 площадь живою сече
иия воды.
Для определения значений критерия Nu при расчете
коэффициента теплопередачп использовали эмпирические
формулы: Nu=/(Re, Рг).
Выражение коэффициента теплопередачи от нагре-
той внутре{шей поверхности конструкции к протекаю-
щей в ней воде преобразовали в формулу
Рдр g = i ц_ <<'^-параметр, зависящий от температуры воды в коиструкцнп;
V - скорость течения воды при ее циркуляции в конструкции.
Таким образом, получили формулу для расчета коэф-
фициента теплопередачи от нагретой внутренней поверх-
ности конструкции к протекающей в ней воде:
«Bt + д, =- М + [0.5S (/„-f/o,)]^ (р. V,Y d-"'.
при 0<Re^2000; / = 5,3; /=0,27; х=0,579; п = 0,2; т=
= 0,5; при lOOOOO^Re^oo; / = 5; /=1,28; х=0,384;
п=0,8; т=0,2.
Коэффициент теплопередачи от нагретой внутренней
поверхности конструкции к кипящей воде определим по
эмпирической формуле
«ВТ -ьдх = 22/Л=8 (^_^ _^^^у^зз_ (94)
где Р — давление кипящей воды.
После преобразования уравнений (91) и (92) полу-
чили формулу для определения количества воды, необ-
ходимой для создания огнестойкости водонаполненной
конструкции:
при температуре воды ^вт <4
1^т + Дт — W^x — авт(Лт —'ат)П,Д'с/роСо(<вт + Дт—<Bt)i
при температуре воды /щ^/к
1^т-ЬДт — 1Г^ - «Bt (<it ~<к) П,Дх/ро [<к — <вн)во —«иЬ
265

Таблица 11. Огнестойкость стальных Ьодонаполнбнных
колонн при различных запасах воды
Полереч-
ное (оче-
пие, м
0,2x0,2
0,4X0.4
0,6X0,6
1,0x1
Т<мщи/1а
стенкн,
мм
10
20
25
30
П,, м
0,78
1,56
2,35
3,94
Wo,
н'
0,039
0.156
0,354
0,996
Огнестойкость, ч, при запасах В1)Ды
'^^1^а< равных"
1
0 1 1
0,25
0,42
0,58
0,67
0,42
0,67
0,83
0,92
1.5 1 1
0,63
1
1,18
1,5
0,72
1,24
1,5
2
-',5
0,92
1,4
1,84
~
^ WniVFo—отношение требуемого объема воды к начальному
объему воды в конструкции.
Удельный расход воды, необходимой для создания
огнестойкости водонаполпепион конструкции (единицы
обогреваемой поверхности), установили из выражений
0-+дт= ХГТ^ ' "Р 'в<£к.
От +дт - . р с it—j!» _/ "i ИРИ ^в<<к. (У5)
ро '^ I'o (,f Вт + Дт f вт^
„ авт (<1т —<вт) П, . ^ /
7
5
.1
МД)Н/М^
1
/ -
1 /^ 1
/ J^
/ J
- -
/•? ,
-уЛ —
|</
—
т~г
~~
—1 __
юпо
750
— т
После подстановки вы-
ражения (94) в уравнение
(95) получили формулу для
определения удельного рас-
хода воды
о Oi 7 1.5 ? Р'^тч
™ Приведенные выше фор-
мулы являются алгоритмом
для расчета количества во-
ды, необходимой для созда-
Рис. 95. Основные расчет- пия огнестойкости водона-
"ия расходов''воды"' °"'''*'^'" полпенных конструкций. Ог-
/ - количество тепла- 2 - расход во НССТОЙКОСТЬ ВОДОНапОЛИСН-
ды (по исследованиям автора); 3—то НЫХ СТЗЛЬНЫХ КОЛОНН раЗ-
"ы'е'^рабТыГ"'™'''"'''"''^"- ЛИЧНОГО ССЧеНИЯ ВЫЧИСЛИЛИ
266

на ЭВМ при условии воздействия на конструкцию «стан-
дартного» пожара в зависимости от необходимого запаса
воды (табл. 22). Расчеты выполнили для следующих
исходных данных: р,(=7800; c,t = 0,105; Л,;=56; Вп =
= —0,0413; D„=l,14-10-^ Ат^^О.ОЗ; Р = 1,2 и 3; началь-
ных условий
Лк=о = оО и /от=о = 20.
Расчетный интервал времени при вычислении не пре-
вышал значения
Дтмакс = ЗОрк (Ск + D^t) 6/[а + (^к + 0,5SkO/8].
Основные расчетные параметры для определения рас-
ходов воды приведены на рис. 95.
Расход воды для создания водяных завес
Эффективность водяных завес в значительной степе-
ни зависит от расхода воды, качества ее распыления на
капли и условий теплообмена. Расход волы для созда-
ния водяных завес, предотвращающих опасность тепло-
вого излучения пламени или снижающих температуру
нагретых газов, рассчитывают в зависимости от ряда
факторов, характеризующих воздействие пожара на за-
щищаемый водяной завесой объект. Поэтому важно
знать параметры, характеризующие тепловое воздейст-
вие пожара, закономерности распространения тепла
(конвекцией, излучением или теплопроводностью) и тре-
бования, обусловливающие противопожарную безопас-
ность защип1асмого объекта (например, допустимая ин-
тенсивность теплового излучения, температура газов и
др.). Так, в закрытых объемах производственных поме-
щении основными параметрами, характеризуюншми воз-
действие пожара, являются выделяющиеся при пожаре
теплота и дым. Для открытых технологических устано-
вок наиболее опасно тепловое излучение пламени и по-
ток искр.
При решении задач, связанных с опредслсипсм мер
противопожарной безопасности и формулированием тре-
бований к водяным завесам, необходимо знать размеры
и положение области пламени пожара, определяющие
параметры пожара (внешняя задача тепломассооГмена),
а также характеристики зан[ищасмого объекта (мате-
риал, толщина, условия прогрева и т. п.), т. е. парамет-
2Р7

ры так называемой внутренней теплотехнической за^
дачи.
Полидисперсные воздушно-водяные и водопепные за-
весы применяют для снижения теплового излучения пла-
мени. Защитное действие воздушно-водяных завес осно-
вано на частичном поглощении и рассеивании теплового
излучения в полидисперсном слое воздушно-водяной сре-
ды Интенсивность теплового излучения при прохожде-
нии бесконечно малого слоя воздушно-водяной среды
с?Х уменьшается и зависит от физических свойств защит-
ной среды. В дифференциальной форме это может быть
записано следующим образом-
d/=-|Wx, (96)
где 5 — коэффициент ослабления теплового излучения, завпсяишй от физи-
ческих свойств завесы
Знак минус в выражении (96) указывает на умень-
шение интенсивности при удалении от источника. После
разделения переменных и интегрирования этого уравне-
ния в пределах от %=0 до %=г и от /, =Iq до /, =/
находят величину интенсивности теплового излучения
через слой воздушно-водяной среды
Значения коэффициента | для различных защитных
сред определили экспериментально при излучении пла-
мени природного газа, имеющего интенсивность тепло-
выделения Gо=2,3 МВт/м^ и температуру пламени
1200 К- Для определения показателя поглощения возду-
ха |о измерили излучение на высоте 1,7 м от уровня
земли через каждые 3 м. Коэффициент |о вычислили по
формуле:
5о = -[1п(///о)]/'-о,
гле / — иитеисивиость теплового излучения в л-й точке (п может приии
мать значения 1, 2. 3. 4. 5); /о — интенсивность теплового излучения пла-
мени. Го —расстояние от оси пламени до точки.
Опыты проводили при температуре воздуха 10°С и
влажности 64 %• При этих параметрах |о=ОЛ- Эффек-
тивность различных видов воздушно-водяных завес про-
веряли на экспериментальной установке, на которой из-
меняли расход воды при постоянном напоре и глубине
завесы. Удельный расход воды завесы глубиной г опре-
деляют по формуле
5<=?/(//t).
глр и — удельный расход, отвесеииый к вертикальной проекции завесы.
л'(м''С). <7 — производительность оросителя, л/с; / и ft — соответственно дли-
на и высота воздушно-водяной завесы, и.
268

При наличии двух поглощающих сред (воздух, воз-
душно-водяная или водопенная завеса) изменение интен-
сивности теплового излучения определяют по формуле
1пAо11)=Ыго-г)+1г,
где /о и / — нитенсивностн теплового излучения пламени и в рассматривае-
мой точке, Вт/м'; |о и | — коэффициенты поглощения теплового излучения
воздухом и завесой, Гц и г — толщина слоя воздуха и завесы, м
Требуемый удельный расход воды завесы определя-
ют по формуле
K=[\n{IolI)-lo{ro-r)]l{fr),
где / — коэффициент эффективности завесы, м • с/л
Полидисперсные завесы применяют для снижения
температуры нагретых газов. Поток нагретых газов при
прохождении через слой водяной завесы охлаждается от
Оо до Оь при этом капли воды нагреваются от ti до ^о-
Количество тепла, полученное водой (отданное газами),
и количество испариви1ейся воды описываются системой
дифференциальных уравнений:
Ов Срв dt '=.av(t — 9) dV — с» dG»;
Оч Срч db^ — а^ (в — i) dV;
_»
PK(Pn-Pn)rfV' = 2,6Grf[Pn/(P6-Pn)l.
(97)
где Oj, — расход воды, кг/с; Сг—расход сухих нагретых газов, кг/с ''„—
количество испарившейся воды, кг/с; Ср^ и Ср^ — теплоемкость воды и газов
соответственно, кДж/(кг-К); О и / — температура газов н воды соответст-
венно, К. а„ — объемный коэффициент теплоотдачи, кВт/(м»-К). Р„ — объ-
емный коэффициент массоотдачи, кг/(Па -м'-с); V — объем завесы, м',
с„ — теплота парообразования, кДж/кг. Р"^ и Р„ — парциальное давление
у поверхности испарения и в газовом потоке. Па, Рд — барометрическое
давление. Па.
Первое уравнение отражает баланс тепла элементар-
ного объема воды на элементарном участке пути с уче-
том тепла, идун1его на испарение, второе — элементар-
ного объема газа на элементарном участке пути и тре-
тье— описывает процесс массопереноса вследствие испа-
рения воды.
Для удобства решения система уравнений (97) пред-
ставлена в виде
dtlda>^av{t~9)l^y~-e„'{Pl-P„); •
rf8 - Л (/ - в); (98)
^dPjdoi^B(p;~P„),
где Д-а„/(Р„СррЯ.); В=Р,. ^^,1{2.6У); Р^ ^р"?^—?^ — среднее парциальное
давление сухих газов. Па X'—GG^ — относительный расход газов и во-
ды, CD=VP„/C—независимая переменная величина, м'/кг.
269

Решая систему уравнений (98), получим;
где hi-=l+y,IA; Л-.= 1 (-й'Л, Д=а„/(Лр„) j/,, j/? —корми характеристического
ypdBiieiiHH. Ci, Cj, Сз — постоянные интегрирования
А' («■,- в„) (д - ft,) -лси (р;; - я„)
с, =
УЛУ, ->'')
Л^ (t„ - 6,) (Д - д.) - Лс„ (Р"„ ~ Г\)
"''^ у, (у, —у.)
Сз = 8 — с, с,
где Ро — парциальное давление пара в газовой потоке при температуре О
Объемный коэффициент теплоотдачи определяют по
формуле
a„—QIVAt,
где Q =^lC-j. G (Оо — Oi)'~ количество ^тснла, отданного газами к единицу вре-
мени, кВт; bt = '■ , 7 '\~ , ~'°^* ■ - теммературпыйСнапор, К.
Для случая когда поток нагретых газов и капли во-
ды движутся навстречу друг другу, А. М. Кушнарсвым
получена следующая зависимость для определения
а [ккал/(мЗ-ч-°С)]:
где и — плотность орошения, м'/(м* ч); и — скорость движения нагретых
газов м/с
Формула применима для оросителей винтового типа
при со = 0,5—3,5 м/с, х=1,1-10-3—2,5-10-3 mV(m2-c) и
давлении перед оросителем 100—600 кПа.
Для расчета плотности орошения водяных завес при
защите проемов в противопожарных преградах спринк-
лерно-дренчерпыми установками В. Ф. Ходаковым пред-
ложена эмпирическая формула
T,/T2 = 3[x/0)£fl'>.^8,
где Ti. Тг — температуры воздуха до и после завесы х — плотность ороше
ПИЯ, м'/(м с); со — скорость движения нагретых газов, м/с, d —диаметр
капель (средний) водяной завесы, мм.
При Т,-580 К, Тг^ЗООК и d=0,25 мм к-0,3 л/(м • с),
270

Полученные закономерности дают возможность опре-
делять параметры водяных завес и выбирать рациональ-
ные условия их применения при проектировании систем
противопожарного водоспабжспия.
7 ПОТР£БЛ£НИЕ ВОДЫ ДЛЯ ТУШЕНИЯ
ПОЖАРОВ передвижной техникой
Для выявления картины фактического потребления
воды при тушении пожаров на промышленных нредприя-
тпях автором использовалась статистическая информа-
ция о расходах воды, потребляемой передвижной проти-
вопожарной техникой при ликвидации пожаров обьек-
10В, относящихся к различным отраслям промьннлен-
пости. Для анализа были выбраны пять отраслей про-
МЫН1ЛСИН0СТИ, каждая из которых характеризовалась
определенным и приблизительно равным уровнем пожар-
ной опасности. Статистическая информация для каждой
отрас^чи промышленности учитывала огнестойкость стро-
ительных конструкций зданий и их этажность. Резуль-
таты обработки статисгических данных о фактическом
погреблеиии воды при тушении пожаров приведены ниже.
Химическая промышленность' охваты-
вает такие промышленные объекты, как станции (газоге-
иерагорные, компрессорные по перекачке горючих жид-
костей, промывочно-нронарочные и др.); цехи (бензино-
экстракцнопные, гидрирования, дистилляции, газо-фрак-
цнопирования, производства искусственного жидкого топ-
лива, рекуперации, ректификации органических раство-
рителей с температурой вспышки 28 ""С и ниже); участ-
ки обработки металлического натрия; комплексы произ-
водства искусственIого волокна; отделения производ-
ства синтетического каучука, регенерации смазочных ма-
сел, полимеризации синтетического каучука и т. п.
В результате обработки статистических данных уста-
новлено, что расход воды для тушения пожара увели-
чивается в зависимости от размера пожара и продолжи-
тельности свободного горения. Численные значения этих
факторов (при прочих равных условиях пожарной опас-
ности объекта) увеличиваются но мере роста этажности
здания.
' Здесь принято условное название отрасли, так как сюда
включены объекты нефтеперерабатывающей, нефтехимической и
другие, родственные хнмнческой отрасли народного хозяйства.
271

Размер пожара является одним из основных факто-
ров, определяющих пожарную опасность здания Т1 ин-
тенсивность подачи воды при пожаротушении. Ои зави-
сит от характеристики размещаемых в здании горючих
веществ, продолжительности свободного горения (вре-
мени с момента возникновения пожара до момента па-
чала его тушения), продолжительности пожаротушения,
категории пожарной опасности производства и других
факторов, которые трудно учесть при обработке инфор-
мации. Статистические данные о пожарах в промыш-
ленных зданиях химической промышленности показы-
вают: площадь пожара в здании (для определенной ка-
тегории объектов) возрастает прямо пропорционально
его этажности. Зависимость размера пожара Fjl\ {F —
площадь пожара, f* — площадь пожара в одноэтажном
здании) от этажности здания приведена ниже.
Число этажей 1 2 4
/=•,/=•» 1 1.5 2
Увеличение размера пожара в многоэтажных произ-
водственных зданиях по отношению к размеру пожара
в одноэтажном здании объясняется сложностью выпол-
нения тактических приемов подачи воды для пожароту-
шения по мере увеличения отметки расположеппя оча-
га пожара над уровнем земли. Вместе с этим для орга-
низации тактических приемов и расстановки сил и
средств затрачивается дополнительное время на развед-
ку пожарной ситуации и реализацию планов разверты-
вания переносных средств подачи и распределения во-
ды для тушения пожара в верхних этажах здания. Это
приводит к тому, что продолжительность сво-
бодного горения в многоэтажных зданиях вы-
ше, чем в одноэтажных. Ниже приведена зависимость
относительной величины продолжительности свободного
горения т/т* (т* — продолжительность свободного i оре-
ния в одноэтажном здании) от этажности здания.
Число этажей 1 2 4
^/Ч 1 1.4 l.g
Статистические данные о фактических расходах воды
лают возможность определить режим потребления воды
272

пожарной техникой при тушении пожаров и уточнить
расчетное количество воды. Кроме того, статистические
данные дают основание говорить о необходимости уче-
та этажности здания и характеристики пожарной опас-
ности производства при назначении требуемого расхода
воды для тунюиия пожаров. Статистические данные о
фактических расходах, наблюдаемых при пожаротуше-
нии, показывают, что эти расходы колеблются в диапа-
зоне от 25 до 600 л/с, а иногда и выше. Данные наблю-
дений позволяют установить, во сколько раз расходы,
необходимые для тушения пожаров в той или иной груп-
пе объектов, были больше какого-либо заданного рас-
хода или равны ему. Для этой цели информацию о фак-
тических расходах воды располагали в ранжированный
ряд (в возрастающем порядке). Значению первого чле-
на (расход Qi) этого ряда отвечает определенное чис-
ло случаев Р\ (в % от o6ui,ero числа случаев), значению
второго члена Q2 — число случаев Рг и т. п. Если на ось
абсцисс отложить расходы воды Q, а на ось ординат Р
соответствующее o6ni,ee (суммарное) число рассматрива-
емых пожаров, то в координатной системе рассматривае-
мый ряд изображается в виде прямоугольных столби-
ков. С увеличением числа наблюдений верхние концы
этих столбиков, сливаясь, образуют плавную кривую,
показывающую зависимость расходов воды от интеграль-
ного (суммарного) числа анализируемых пожаров. Эта
кривая в соответствии с терминологией математической
статистики является интегральной кривой распределения
случайной величины расхода воды для тушения пожара.
Используя методы математической статистики, было по-
казано, что случайная величина расхода воды при ту-
П1ении пожаров в производственных зданиях описыва-
ется показательным законом распределения
F(Q)^P{Q< Q,,} = 1 - е-'3» 1
E(Q)=1-P{Q<Q„) Г
где P{Q^Qg} — вероятность того, что для тушения пожаров не потреб! ет-
ся расход воды больше, чем <3д, Q, — среднее значение расхода воды для
тушения пожара (математическое ожидание).
По статистическим данным определены значения рас-
ходов воды (табл. 23) для тушения пожаров в произ-
водственных зданиях химической промьпплеппости кате-
гории пожарной опасности А и Б, имеющих I и II степе-
ни огнестойкости строительных конструкций.
273

Таблица 23. Расходы воды для туш ения пожароб
в производственных зданиях химической промышленнсгсти
Этажность
1
2
3—5
0,3
40
68
104
Расх1)дь
0,4
76
130
190
, л/с, и
0,5
95
165
250
рн ве|)()ятнас1и воде» бешечемия, равппй
0,6
130
240
360
0 7
198
340
520
A,Я
255
440
669
0,0
360
630
—
Таблица 24. Расходы воды для тушения пожаров
в производственных зданиях деревообрабатываилцей
умажной н текстильной отраслей промышленности
Этажность
1
2
3 -5
0,3
25
43
67
Расход!
0,4
45
78
120
, л/с, II
A,5
60
105
160
5И верпятш
(),G
90
157
240
(ЛИВ |Л()( бес (le'iciiiisi, ]
0,7
125
118
330
0,8
175
3F
470
УВ'ШЙ
0,9
230
402
620
Значения Q* для производственных зданий химиче-
ской промышленности в зависимости от их этажности
приведены ниже.
Этажность • 1 2 3—5
Расход Q*, л/с 263 458 791
Для удобства определения численных значений ве-
роятности водообеспечения Р и размера риска, отвечаю-
щих расчетному значению расхода Qi, рекомендуется
график P=/(Q,/Q*) и e=9(Q,/Q*) (рис. 96), отвечаю-
п\ю\ экспоненциальной функции (99). Приведенные
данные показывают, что при тушении пожаров в нропз-
водствеппых зданиях химической промышленности по-
требление воды в несколько раз превышает расчетное,
регламентируемое требованиями норм строительного
проектирования.
Фактические расходы воды для тушения пожаров
объектов деревообрабатывающей, бумаж-
ной и текстильной промышленности про-
анализированы на основании статистической информа-
ции о тушении пожаров в цехах бумажной про»мышлен-
?74

0,8
I
^0.2
\.z
Apk'On]
0.2
0.8
НОСТИ с сухим и мокрым
процессами производства,
лесопильных и деревооб-
рабатывающих цехах,
0^ участках бондарного про-
' и изводства, текстильных
^g^" фабриках, швейных цехах
' ^ и фабриках трикотажно-
го производства. По ста-
тистическим данным оп-
ределены расходы воды
(табл. 24), которые были
зафиксированы при туше-
нии пожаров в производ-
ственных зданиях (I и II
степени огнестойкости)
деревообрабатываюи1,ей,
бумажной и текстильной
отраслей промышлен-
ности.
Значения Q* для производственных зданий дерево-
обрабатывающей, бумажной и текстильной отраслей
промышленности в зависимости от их этажности приве-
дены ниже.
о
2 3 4 Q,/Qn
Рис 96 Интегральная
функция распределения и за-
висимость K = (p(Qi/Q,) рас-
ходов воды для тушения по-
жаров
Qj— расчетное значение расхода
О, — среднее значение (математн
ческое ожидание) расхода воды
Этажность . .
Расход Q», л/с
1 - 2
105- 175
3—5
270
Приведенные результаты статистической обработки
информации о потреблении воды передвижной пожар-
ной техникой при тушении пожаров показывают, что
фактические расходы воды существенно превьипают
расчетные, принимаемые в соответствии с требованиями
действующих норм проектирования.
Фактическое потребление воды при ликвидации по-
жаров в производственных объектах металлооб-
рабатывающей п р ом ы П1 л е н н о ст и проана-
лизировали по статистическим данным о расходах воды,
потребляемой передвижной пожарной техникой для туше-
ния пожаров в цехах горячей прокатки металлов, литей-
ных участках, плавильных отделениях и цехах термиче-
ской обработки металла. Результаты статистического
анализа данных о потреблении воды при ликвидации
пожаров в производственных зданиях (I и II степени
275

Таблица 25 Расходы воды при ликвидации пожаров
в производственных зданиях металлообрабатывающей
промышленности
Этажность
1
2
3-5
0,3
15
18
20
Расходы, л/с, п
0,4
27
33
36
0,5
36
45
48
ри вероятности водообеспечения, равной
0,6
54
68
72
0,7
75
94
100
0,8
105
130
140
0,9
140
170
180
Таблица 26. Расходы воды для тушения пожаров в
зданиях тепловых, атомных н гидравлических электростанций
Этажность
1
2—5
Расходы, л/с, г
0,2 1 0,3
100
150
250
400
ри вероятности водообеспечения.
0,4
450
720
0,5 1 0,6
600
960
900
1400
равной
0,7
1250
2000
огнестойкости) металлообрабатывающей промышленно-
сти приведены в табл. 25.
Значения Q* для производственных зданий метал-
лообрабатывающей промышленности в зависимости от
их этажности приведены ниже.
Этажность . .
Расход Оф, л/с
1 2 3—5
60 75 80
Потребление ВОДЫ при тушении пожаров в произ-
водственных зданиях машиностроитель-
ной промышленности установили на основании
статистической информации о расходах воды, потребля-
емой во время ликвидации пожаров в цехах механиче-
ской и холодной обработки металла, инструментальных
цехах и других объектах этой отрасли промышленности.
Значения Q* для одноэтажных производственных зда-
ний I и II степеней огнестойкости машиностроительной
промышленности составляют 40 л/с; для двух-, пятиэтаж-
ных — 60 л/с.
Потребление воды при ликвидации пожаров в про-
изводственных зданиях и сооружениях
энергетической промышленности устано-
вили в результате обработки статистических данных о
суммарных расходах воды, потребляемой во время лик-
276

видации пожаров в производственных зданиях тепловых,
атомных и гидравлических электростанций. Результаты
статистического анализа этих данных приведены в
табл. 26. Причем значения Q* для одноэтажных произ-
водственных зданий тепловых, атомных и гидравличе-
ских зданий составляют 1000 л/с, многоэтажных —
1600 л/с.
Факторы, определяющие потребление воды
Анализ данных о фактическом потреблении воды при
тушении пожаров показывает, что расход воды для ту-
шения пожаров (при прочих равных условиях катего-
рии пожарной опасности производства, объема здания,
огнестойкости строительных конструкций) увеличивает-
ся по мере роста этажности здания. Статистические дан-
ные о пожарах в производственных зданиях химической
промышленности показывают (рис. 97), что при увели-
чении этажности зданий с одного до четырех этажей рас-
ход увеличивается в три раза, в машиностроительной
промыгнленности — в 1,75 раза и т. н. Причем с уве-
личением этажности здаггия снижается вероятность водо-
обеспечения. В химической промышленности, например,
увеличение этажности зда-
НИИ с одного до четырех o,8i ^n/Ci
приводит к уменынению ве-
роятности водообеспсчения с ^g
0,55 (вероятность водообес-
нечения, соответствующая q^
расходам воды по нормам)
до 0,3 Расходы воды для
тушения пожаров в произ-
водственных зданиях США
определяют с учетом фак-
торов, указанных в табл.27.
В результате анализа
статистических данных о
„ „„л „„л, тушения пожара и Bk;()UHiiiuk;i
расходах воды, потреиляе- „одообес.шчени я в миогоэтаж
МОЙ пожарной техникой при ,(,,,х производственных зданиях
тушении пожаров в ПрОИЗ- / — химическая промышленность
„ , „,, 2 —деревообрабатывающая, 3 -
ВОДСТВеНИЫХ зданиях, И ОПЫ- энергетика; 4 - машиностроение
та проектирования нрОТИВО- 5 - металлургия, (?„-расход воды
Г7л,^т^г.гч,1гчгг. пгчппгчгяЛм/ониа В многоэтажном здании, Q, — ТО жс
пожарного ВОДОСНаОЖеНИЯ ^ одноэтажном здании, Р - веро
за рубежом МОЖНО сделать ятиость водообсснечепия (химн
'^■' ческая промышленность ///// — для
ВЫВОД о необходимости уче-
пожаров в зданиях
/ 2 J ij
Чи с/10 этажей
Рис 97 Расход воды для
тушения пожара и вероятность
277

Таблица 27. Расходы воды для тушения пожаров
в производственных зданиях
п. п.
I
2
3
4
5
6
7
фактор
Площадь противопо-
жарного отсека А,
Число этажей
Противопожарный
разрыв
Категория пожарной
опасности
Среднее значение
расхода воды
Минимально допус-
тимый расход
Расход для первич-
ных средств тушения
формула расхода воды,
л'с
63+0,0098А
3\,6{N—\)
В зависимости от
местных условий
Не более 1/3 суммы,
указанной в пп. 1—3
Предельные зна-
чения расхода
л/с
316
190
210
160
438
126
32
Н
—
^
~^
—
1С0
29
7
та этажности здании при определении расчетного расхо-
да воды. При оценке расчетного расхода воды целесооб-
разно учитывать высоту здания, а не его этажность.
Зависимость расхода воды для тушения пожара от вы-
соты производственного здания приведена ниже.
Высота здания, м 10 25 50 75
Расход 1 1,2 1,4 1,6
Обеспечить бесперебойность нолачи воды при пожаро-
тушении на отметку, превышающую 25 м над уровнем
земли, передвижными средствами пожаротушения пред-
ставляет большие трудности, поскольку для работы
ствола с диаметром выходного отверстия 16 мм (при ра-
диусе действия компактной части струи 16 м) передвиж-
ной пожарный насос должен создавать напор 70—80 м.
Однако для пожарных рукавов (бывших определенное
время в эксплуатаци.и) этот напор является предельным.
Следовательно, с увеличением высоты подъема воды на-
дежность водообеспечеиия насосно-рукавными системами
уже не гарантируется. В связи с этим в зданиях высотой
свыше 25 м необходимо предусматривать специальные
металлические сухотрубопроводы по аналогии с внутрен-
ним противопожарным водопроводом, которые выполня-
278

ют функции первичных средств пожаротушения и исполь-
зуются подразделениями пожарной охраны для туше-
ния наружных пожаров па большой высоте. Действую-
щие нормы проектирования противопожарного водоснаб-
жения предусматривают для промышленных зданий
высотой свыше 50 м строительство подобных водопрово-
дов, рассчитанных на одновременную подачу восьми по-
жарных струй с расходом 5 л/с каждая.
8 ПРОТИВОПОЖАРНОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК, СООРУЖЕНИЙ
И ОБЪЕКТОВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ ПОД ОТКРЫТЫМ НЕБОМ
Технологические установки, резервуары с горючими
жидкостями и газами, насосные, компрессорные, колон-
ны и другие объекты, как правило, размещаются под
открытым небом и характеризуются повышенной пожар-
ной опасностью. Системы противопожарного водоснаб-
жения этих отраслей промышленности имеют специфи-
ческие особенпостн, которые обусловлены высокой по-
жарной опасностью технологических процессов добычи,
транспорта, хранения и переработки углеводородных
газов и жидкостей.
Пожары на складах лесоматериалов характеризуются
высокой скоростью распространения огня, большим теп-
ловым излучением и возможностью образования мощ-
ных конвективных потоков, способствующих переносу
искр и огня на соседние объекты и возникновению но-
вых очагов горения. Скорость распространения пламени
по штабелю досок составляет 1—4 м/мин. По мере уве-
личения площади пожара скорость распространения ог-
ня возрастает. Высота факела светящейся части пламе-
ни в среднем в 2—3 раза превышает высоту штабелей.
Даже незначительный ветер наклоняет пламя, которое
перекрывает разрывы между штабелями. Для локали-
зации пожара в границах квартала (при 25-метровых
разрывах) требуется подавать воду по фронту огня с
интенсивностью 0,6 л/с па I м (полный расход может до-
сти1нуть нескольких сотен литров в секунду). Практи-
кой установлено, что для тушения пожаров передвижны-
ми автонасосамн затрачивается время, равное времени
распространения огня по всему кварталу.
Очень быстро развивается пожар в складах балансо-
вой древесины, где она хранится в кучах высотой до
279

30 м, объемом до 250 000 м^. Тушение пожаров таких
объектов передвижными средствами не оправдывает се-
бя. Отсюда возникает необходимость создания таких
систем водоснабжения, которые обеспечили бы быструю
подачу достаточного количества воды в очаг горения.
Противопожарное водоснабжение объектов
химической и нефтеперерабатывающей промышленности
Системы противопожарного водоснабжения нефтепе-
рерабатывающих заводов, проектируемые различными
проектными институтами, имеют разнообразные техно-
логические схемы, в которых применяют разнотипное
оборудование. На современных нефтеперерабатывающих
комплексах применяют многофункциональные системы,
предназначенные специально для целей противопожар-
ной защиты. Вместе с этим используют объединенные
системы водоснабжения для подачи воды на промыш-
ленные, питьевые и противопожарные цели. Примером
сложной многофункциональной системы является систе-
ма противопожарного водоснабжения товарно-сырьевой
базы (склада нефти и продуктов ее переработки) неф-
теперерабатывающего завода. Эта система предназначе-
на для подачи воды в передвижную пожарную тех1[ику,
стационарные установки пеппого пожаротушения и обо-
рудование водоорошения резервуаров с нефтью и про-
дуктами ее переработки. Требуемые расходы воды, на
подачу которой (в течение нормативной продолжитель-
ности) рассчитывают параметры водопроводных соору-
жений (емкости для хранения воды, производительность
и мощность насосно-силовых агрегатов, пропускная
способность водопроводных сетей и т. п.), приведены в
табл. 28.
Система противопожарного водоснабжения включа-
ет: помещение насосной стапцип с двумя группами на-
сосио-силового оборудования (для подачи воды и вод-
ного раствора пенообразователя); резервуары для хране-
ния запаса воды; две ннткн водопроводной сети (для
подачи воды и водного раствора пенообразователя), ко-
лодцы и камеры для размещения запорно-пусковой ар-
матуры и контрольно-пусковых узлов для включения по-
дачи водного раствора пенообразователя в стационар-
ные генераторы пены. В помещении насосной размеще-
ны также дозаторы пенообразователя, емкость с пено-
280

Таблица 28. Требуемые расходы воды для расчета
параметров водопроводных сооружений
ЁМКОСТЬ резервуара,
тыс. м^
5
10
20
30
50
Расхилы видЫ) л с '
для пенотушения
22--35
45-75
80—145
125-21,0
145—230
для видиоришсмия
65
100
135
160
350
общий
87—100
145—175
1^25—280
285—360
495—580
образователем н автоматика включения насосных агре-
гатов и аварийного переключения рабо'(их агрегатов па
резервные. Вместимость емкостей для хранения запасов
воды рассчитана из условия бесперебоппон подачи воды
в установку пенного пожаротутения, систему водооро-
пюния резервуаров и передвижную пожарную технику.
Водопроводные сети имеют кольцевую разводку и обо-
рудованы арматурой для обеспечения бесперебойного во-
дообеспечсния при авариях на участках сети. Трубопро-
воды для подачи воды и водного раствора пенообразова-
теля уложены в одной траншее в две нитки и не имеют
системы блокировки. Давление в водопроводной сети
0,8 МПа в режиме ожидания (постоянно) создается ав-
томатическим водопитатслем. Для отбора воды пере-
движной пожарной техникой на водоироводиой сети пре-
дусмотрены пожарные гидранты. Водный раствор пено-
образователя в стационарные генераторы подается ав-
томатически при включении контрольно-пусковых узлов.
Система противопожарного водоснабжения нефтепе-
рерабатывающего завода рассчитана из условия подачи
поды и водного раствора пенсюбразоватсля для ликви-
дации двух одновременно возникших па заводе пожаров:
одного — в резервуаре с продуктами переработки неф-
ти, другого — на очистных сооружениях (в аварийном
амбаре). Приведенные в табл. 29 расчетные расходы
воды и водного раствора пенообразователя показывают,
что система водоснабжения и их водопроводные соору-
жения рассчитывают на расходы воды, превышаюи1,ис
660 л/с.
Для бесперебойной подачи воды для тушения пожа-
ров в технологическом комплексе предусмотрена автома-
тизированная система противопожарного водоснабже-
281

Таблица 29. Расчетные расходы воды для тушения
пожаров на нефтеперерабатывающем заводе
11ожарь[
Первый
Второй
Итого
Расход в()Д|.[ и водного раствора пенообразователя, л с '
для тушения
144
4F
550
для орошения
114
114
общий
258
4С6
664
ПИЯ, которая содержит три резервуара с водой вмести-
мостью по 2 тыс. м^ каждый; две емкости с пенообразо-
вателем по 50 т каждая; насосную станцию с общей
подачей насосно-силовых агрегатов 680 л-с~', напором—
89 м, мощностью 680 кВт; водопроводную сеть для по-
дачи воды в систему охлаждения горян1его и соседних с
ним резервуаров и пожарные гидранты; водопроводную
сеть для подачи водного раствора пенообразователя в
стационарные установки иожаротуншния и стациопар-
ные установки пожаротушения п стационарные пенные
камеры.
Технико-экономические показатели системы противо-
пожарного водоснабжения нефтеперерабатывающего
комплекса (тыс. руб.) приведены ниже.
Капитальные вложения па'строительство трех резер-
вуаров для хранения пожарного запаса воды (по
2 тыс. м' каждый) 86
Затраты на строительство насосной станции (со скла-
дом пенообразователя) • /21
Капитальные вложения в водопроводную сегь для по-
дачи водною раствора пенообразователя (с камерами
и колодцами) 504,8
Водопроводная сеть систем противопожарного воло-
снабженпя 7С0
Водопроводная сеть имеет две независимые нитки
подземных трубопроводов (рис. 98), первая из которых
предназначена для подачи воды, вторая — для водного
раствора пенообразователя. Водопроводные сети в ре-
жиме ожидания постоянно содержатся под рабочим дав-
лением 0,8 МПа, что приводит к большим утечкам воды
и водного раствора пенообразователя через неплотно-
сти соединении труб, арматуры и другого водопровод-
ного оборудования. Опыт эксплуатации таких водопро-
водов показывает, что ежегодно через неплотности со-
единений в системе непроизводительно теряется свыше
282

Рнс 98 Принципиальная схема противопожарного водоснабже-
ния товарно-сырьевом базы
/ — насосная станция для подачи воды и водного раствора пенообразова-
теля, 2~ резервуары ,и1Я хранения воды, 3 — иротлволожарный во и)провод,
•/ — водопроводная сеть для подачи водного раствора пенообразо110те.|Я, 5 —
водопроводные колодны с задвижками; 6 — камеры с контрольно пусковыми
узлами, 7 — су;£отрубы, 8—9 — колодцы с пожарными гидрантами 10 —
рсаериуар с нефтью и продуктами ее переработки, 11 ~ сухотруб
700 м^ воды и 45 м^ пенообразователя. Для поддержа-
ния рабочего давления воды и пенообразователя в во-
допроводной сети ежегодно расходуется свыше
260 кВт-ч электроэнергии.
В результате сбора статистических данных о работе
водопроводных сетей были выявлены факторы, обуслов-
ливающие недостаточную надежность и экономичность
водопроводов Эти факторы приведены ниже:
раздельная подача воды в установки водоорошспия,
тушения и передвижную пожарную технику;
высокое давление воды в водопроводной сети в ре-
жиме ожидания;
резкое повышение давления воды в водопроводе при
пуске насоспо-силового оборудования;
нерациональная схема децентрализованной подачи
воды;
возможность возникновения недопустимого давления
в водопроводной сети при пуске и выключении подачи
воды.
Для систем подачи н распределения воды во все ви-
ды установок водяного н водопенною тушения пожаров
с расходом воды 100—300 м^-ч ■ разработаны типовые
проекты автоматических насосных станций. Автоматиче-
283

Гч ~ fT
Рис. 99. Автоматическая насосная станция производительностью
600—1000 мз/ч
а — разрез; б — план, / — цептробе/кпыЯ насос с электродвигателем. 2
гидронневматическая установка; 3 — центробежно-вихревой насос для удале-
ния дренажных вод; 4 — компрессор; 5 — бак заливки насосов; 6 — Н1каф
управления
екая насосная станция для систем подачи и распределе-
ния воды в установки водяного и ненного тушения по-
жаров с нодачей воды 600—1000 м^-ч~' показана на
рис. 99.
Характеристики лопастных насосов и асинхронных
электродвигателей, используемых в насосных станциях
противопожарного водоснабжения на основании данных
каталогов-справочников, приведены в табл. 30—31.
284

Табли ца 30. Характеристики лопастных насособ,
используемых в в.одопитателях систем противопожарного
водоснабжения
Марка
насоса
6НДС
12НДС
индс
18НДС
8НДв
10Д6
12Д6а
12Д-9
20Д-6а
11()дача,
л.с-'
84—92
250-Ч350
300—450
750
150-200
т—139
176—250
167
600
Напор, м
GO—64
60—64
73—78
58
74-76
65-70
62—75
61
76
Мощность,
кВт
62—77
177—250
280—386
470
138-192
102—115
164—208
130
620
кпд, %
76-79
84—88
82—89
91
79—80
75—76
75
78
75
кпд", ц
90
92
93—96
96
92
91
92
92
96
' Коэффициент noлe^IIOro действия на валу агрегата.
Табл^ица 31. Характеристики асинхронных трехфазных
электродвигателей, используемых для привода лопастных
иасособ
Двигатель
Мощность, кВт
КПД. %
АК-3
АЗ-315
АЗ-355М
ТД-2
АТД-2
90—2С0
110—800
132—315
315
41 0—630
91,5—94,3
92—94,3
93
94,6
95,2-95,4
Контрольно-пусковой узел, размещаемый
на водопроводной сети, предназначен для включения и
выключения нодачи воды и водного раствора пенообра-
зователя при отборе воды из водопровода. Контрольно-
пусковые узлы размещают в водопроводных колодцах
или специальных подземных камерах. Контрольно-пуско-
вой узел, расположенный в подземной камере, затрудня-
ет нормальные условия его эксплуатации. Кроме того,
возникают неудобства в техническо-м обслуживании эле-
ментов контрольно-пускового узла, вызванные загазован-
ностью внутреннего пространства камеры парами воз-
душно-бензиновой смеси взрывоопасной концентрации и
заполнением значительной части камеры грунтовыми и
поверхностными водами.
285

в результате анализа статистических данных об экс-
плуатации противопожарных водопроводов выявлены
причины нарушения работоспособности контрольно-пус-
кового узла с пневмогидравлической побудительной си-
стемой автоматики:
просачивание грунтовых и поверхностных вод, а так-
же аккумулирование воды от утечек через неплотности
соединения труб и арматуры;
ошибочные действия обслуживающего персонала,
вызванные стесненными условиями размещения узла, по-
вышенной влажностью и плохой освещенностью внутрен-
него пространства подземной камеры, а также загазо-
ванностью нрострапства камеры паровоздушной смесью
углеводородов;
пониженные температуры окружающей среды, приво-
дящие к замерзанию грунтовых вод, расположенных вы-
ше глубины промерзания грунта;
длительность (большая трудоемкость) процесса обна-
ружения неисправности контрольно-пускового узла, про-
должительное время и высокая трудоемкость техническо-
го обслуживания для приведения помещения камеры в
безопасные для работы оператора условия.
Для включения и выключения подачи воды наряду с
гидравлически управляемыми клапанами применяют за-
движки с электрифицированным приводом. Анализ ра-
боты контрольно-пусковых узлов с электрифицирован-
ными задвижками показывает на частые случаи отказа
электрифицированной задвижки. Причиной отказов яв-
ляется заклинивание системы электропривода. Некото-
рые проектные организации проектируют контрольно-пус-
ковой узел с двумя электрифицированными задвижками,
рабочей и резервной. Кроме того, предусмотрены допол-
нительно три задвижки с ручным приводом на случай
отказа в работе резервной задвижки с электрифициро-
ванным приводом. Успех решения задачи совершенство-
вания конструкции контрольно-пускового узла и ее
практическая ценность зависят в значительной степени
от правильности и глубины обоснования принципов по-
строения системы, отвечающей устойчивостью к воздей-
ствию указанных выше факторов и основных техноло-
гических ситуаций, приводящих к нредаварийным или
аварийным состояниям элементов устройства. В резуль-
тате научно-исследовательских и опытно-конструкторских
работ, проведенных под руководством автора, была пред-
286

ложена новая высокоэффективная структура противопо-
жарного водоснабжения товарно-сырьевой базы и ана-
логичных ей объектов народного хозяйства.
Новая система противопожарного водоснабжения
товарно-сырьевой базы
Система противопожарного водоснабжения предназ-
начена для подачи воды в передвижную пожарную тех-
нику, устройства водоорошения поверхности резервуа-
ров с нефтью (продуктами переработки нефти) и стаци-
онарные установки пенотушителя в резервуарах. В со-
став системы входят следующие сооружения и оборудо-
вание (рис. 100):
сооружения для хранения расчетного запаса воды
(резервуары чистой воды);
водопитатель для подачи расчетного расхода воды
под требуемым напором (насосная станция с автомати-
зированным запуском пасосно-силовых агрегатов — ос-
новной водопитатель; гидропневматпческий аккумуля-
тор — автоматический водопитатель; гидроэлектроавто-
матика запуска насосных агрегатов и включения резерв-
ных агрегатов при авариях);
водопроводная сеть для транспортирования и подачи
требуемого расхода воды к потребителям с расположен-
ными на ней водопроводными колодцами (с задвижка-
ми для выключения аварийных и ремонтных участков
сети), пожарных подземных гидрантов (для отбора воды
из водопровода передвижной пожарной техникой) и
пунктов управления (с контрольно-пусковыми узлами
для включения и выключения подачи воды в устройства
водоорошения и стационарные установки пенотушения),
а также устройствами для дозирования требуемой кон-
центрации пенообразователя в поток воды;
пневмогидроавтоматика для включения системы в ра-
боту при возникновении пожара или при профилактиче-
ских осмотрах и испытаниях работоспособности элемен-
тов и системы в целом.
Работа системы противопожарного водоснабжения
характеризуется своеобразными случайными процессами,
связанными с переходами этой системы из одного состоя-
ния в другие: подача заданного расхода воды потреби-
телю (передвижной пожарной технике, устройству водо-
орошения, стационарной установке пенотушения при
287

К_^ Jrtn
'^■^
/// /// ///^~^У/// /// ///
Рис. 100 Новая система противопожарного водоснабжения то-
варно-сырьевой базы нефтеперерабатывающего завода
/ — резервуар с водом 2 — насосно еиловое оборудование дли подачи воды
3 — противопожарный водопровод 4 — пожарный гидрант. 5 — водонронод-
ная сеть. 6 — наземное помещение, 7 —емкость дли храпения пенообразо
в^тсля 8—насос-дозатор пенообразователя 9 — коптролы1о-п\сково|1 учел
для 11о;ычи воды в установку ненотунгения, W — пеносмсснтель, 11 — конт-
рольно-пусковой узел для подачи воды в устройство водоорошспия, 12 ~ су-
хотрубонровод для подачи воды; /,? —стационарный пспогенератор, /•/ — ре-
зервуар с нефтью (нефтепродуктом); /5 — устройство водоорощеиня, У6 —■ сухо-
трубопровод дли подачн водного раствора непообразопателя
ликвидировании пожара п течение определенного вре-
мени), а затем восстаповлепие израсх'одованного запаса
воды и приведение системы в состояние готовности (ожи-
дание перед очередным включением в работу). В состоя-
нии ожидания система нодачи и распределения воды на-
ходится под дежурным напором воды, создаваемым авто-
матическим водонитателем. «Дежурный» напор воды в
водопроводной сети (на входе в пожарные гидранты и
контрольно-пусковые узлы станионарных установок во-
допенного пожаротунлеиия) принят из условия качест-
венной эксплуатации и надежной работы системы и со-
ставляет четвертую часть от рабочего напора в системе,
создаваемого основным водонитателем в режиме подачи
воды для тушения пожара. Основной водопитатель вклю-
чается системой пневмогидроавтоматнки по импульсу
резкого падения давления, возникающего при включении
пожарного гидранта или срабатывании контрольно-пус-
кового узла. Импульс о срабатывании контрольно-пуско-
вого узла подается либо пожарным извещателем, либо
оператором из диспетчерского пункта. Сигнал о вклю-
чении основного водопитателя, характеризующего нача-
288

Таблица 32. Параметры показателя качества
функционирования водопитателей
Параметр
Q
Н
•с
N
Р
Э
Значения параметров вари-
анта
базового
0,94
0,94
I
1
0,98
I
НОВОГО
1
1
0,5
0,9
0,99
0,7
Отношение пока-
зателя нового
варианта к пока-
зателю базового
1,С6
1,06
2
1.12
1,02
1,42
Относитель-
ный показа-
тель Ф^
0,38
0,212
0,2
0,112
0,202
0,143
ло режима подачи воды при тушении пожара, поступает
в пожарную часть и на заводской центральный диспет-
черский пункт. Подача требуемой концентрации пено-
образователя в ноток волы производится дозаторами пе-
нообразователя, которые подают пенообразователь в
водопроводную сеть (в точке подключения контрольно-
пускового узла установки пенотушеиня). В результате
исследований произведена оценка эффективности вари-
антов новой и базовой системы водоснабжения для каж-
дого из основных элементов системы противопожарного
водоснабжения. Для оценки показателя каче-
ства функционирования водопитателя
приняты следующие параметры: подача Q, л-с'; нанор
Я, м; инерционность включения т, с; установочная мощ-
ность Л^, кВт; надежность Р; трудоемкость техническо-
го обслуживания, Э. Весомость (ранг) каждого из па-
раметров, полученная в результате опроса мнений экс-
пертов, приведена ниже.
'Параметры i Q Н х N Р Э
Весомость ; 0,3 0,2 0,1 0,1 0,2 0,1
Результаты оценки показателя качества функциони-
рования водопитателей приведены в табл. 32.
Как видно из данных табл. 32, показатель качества
функционирования нового варианта решения на 25 %
выше показателя качества функционирования водопита-
теля базового варианта. Капитальные вложения для со-
оружения водопитателя по новому варианту решения
удалось сократить на 21,8 % за счет снижения объема
строительных работ на возведение здания. Таким обра-
10 3dK 179 289

Рис 101 Схема трассировки водопроводной сети противопожар-
ного водоснабжения ре5ервуарного парка товарно chipiieBofl базы
/ — насосная станция; 2 — резервуары с водой, 3 — водопроводная сеть, •/—
колодец с задг1ижками, 5 — пожарный гидрант, 6—najCMHFjiil nvin^T vfiiij»
ленн5| (для размещения узлов упраилснмя и hjcocob loinroDon [leiiooCp.i u)
вателя), 7 — резервуар с нефтепродуктами: 8—9 — сухотр^бопроноды для но
дачи воды и водною раствора пенообразователя
зом, эффективность нового варианта решения A,25:
: 0,782=1,58) повысилась на 58%. Проведенный анализ
показывает, что эффективность работы водопитателя мо-
жет быть достигнута в результате:
увеличения подачи водопитателя за счет исключения
системы дозирования пенообразователя, для функциони-
рования которой затрачивается 6 % расхода подаваемой
насосами воды;
увеличения напора воды на 6 % при замене двух па-
раллельно работающих насосных агрегатов одним;
снижения продолжительности запуска электродвига-
телей в 2 раза при замене двух рабочих агрегатов на
один;
повышения вероятности безотказной работы насосно-
го агрегата за счет сокращения числа рабочих агрега-
тов и увеличения кратности резервирования с 1 до 2;
снижения трудоемкости затрат на техническое обслу-
живание (число насосно-силовых агрегатов уменьшено в
3 раза);
уменьшения установочной мощности агрегатов (коэф-
фициент полезного действия одного агрегата вын1е коэф-
фициента полезною действия двух агрегатов, имеющих
подачу одного агрегата).
290

Таблица 33. Параметры показателя качества
функционирования водопроводной сети
Параметр
Пропускная способность
Q
Превышение давления вы-
ше рабочего АН
Утечки через неплотности
соединений труб и запор-
ной арматуры &q
Вероятность отказа е
Срок службы Т
Техническое обслуживание
Э
Разиерность
Л (С
МПа
л/сут
—
лет
чел.-сут
Область
измепення
параметра
20—500
0.02—0,1
20—130
0,001—0,1
15—30
2—10
Весомость
0,3
0,1
0,1
0,3
0.1
0.1
Схема трассировки водопроводной се-
ти нового варианта системы противопожарного завода
приведена на рис. 101. Вариант трассировки водопро-
водной сети построен на основе учета влияния факто-
ров, характеризующих качество функционирования во-
допроводной сети (табл. 33).
Пропускную способность водопроводных сртей оп-
ределяет диаметр их труб. От того, насколько правиль-
но определены диаметры, зависит эффективность техни-
ческого решения, поскольку на долю водопроводных се-
тей приходится свыше 60 % капитальных вложений на
систему противопожарной защиты.
В основу трассировки водопроводной сети положены
функциональные зависимости пропускной способности
FiQ), стоимости строительства ф(С) и удельного со-
противления ф(Л) от диаметра трубопровода (рис. 102).
Кривая D = F{Q) показывает, что при увеличении диа-
метра в 2 раза (D2/D|=2) расход воды, подаваемой че-
рез водопровод (при прочих равных условиях L| = L2
и Ai—Az), увеличивается в 6 раз (QVQ^i=25-'=6). Из
кривых D = F{Q) и /) = ф(С) видно, что трубы большо-
го диаметра обладают большой пропускной способно-
стью на каждый затрачиваемый рубль и единицу веса
металла. Таким образом, замена двух ниток водопровод-
ной сети диаметром 250 мм (в базовом варианте) одной
линией водопровода диаметром 400 мм (в новом вариан-
те) увеличивает пропускную способность водопроводной
Ю* Зак 179
291

100 ISO 200 250
Диаметр труВорровода -5^ Mtf
НО
60
iO
.70'§,
30
кч
«
•^20
<1
•t^
U
Q
у
^ю
н
у (Л)
\
Vx^
jt^i \
У^ 1 \
1 N
1 У^
1
^Ю^'''"^ /
^ /
Floy
г 1 1 1 1
т
700
■500 г
-т
ЮР
i
I
0,12'^
I
аодМ
о 350 W0 450 500 550 БОО Б50 700
Дцаметр труВопровода D, им
Рис. 102. Зависимость пропускной способности F{Q.), стоимости
строительства ф(С) и удельного сопротивления 1|)(Л) от диаметра
трубопровода D
а —D= 100—300 мм; 6—0=350—700 мм
сети на 60 % и сокращает затраты возведения водопро-
водной сети до 28 % •
Повышение давления в водопроводных сетях, возни-
кающее при пуске и остановке насосно-силового обору-
дования, при включении и выключении арматуры и в
ряде других причин приводит к разрушению водопро-
водных труб, нарушает герметичность их соединений и
292

Таблица 34. Показатели качества функционирования
водопроводной сети
Параметр
Q
АН
Ад
t
Т
Э
Значение параметров
Варианта
й 1
базового нового
0.4
1
1
0.3
1
0,6
1
0,2
0,5
1
1.4
1
Веспмость
0,3
0,1
0,1
0.3
0.1
0,1
Отношение пока-
зателя HCiBoro Ва-
рианта к показа-
телю базовоги
•2,5
5
2
2.3
1.4
1,7
Относитель-
ный показа-
тель Ф^
0,75
0,5
0,2
I
0.14
0,17
2,62
ВЫВОДИТ из строя оборудование. Это нарушает нормаль-
ный режим функционирования водопроводной сети и
зачастую приводит к отказам в работе отдельных ее уча-
стков.
Необходимость поддержания рабочего давления в во-
допроводной сети в режиме «ожидания» вызывает не-
производительные потери воды и пенообразователя в
результате утечек. Утечки через неплотности соединений
труб и запорной арматуры в базовом варианте решения
составляют 125 л-сут"'. Для снижения размера утечек в
новом варианте предложена низконанорпая система во-
лоподачи. В режиме ожидания система содержится под
напором 20 м, достаточным для работы гидроавтомати-
ки. Это позволяет сократить размер утечек более чем
в 2 раза.
В результате ранноналыюй трассировки надежность
работы водопроводных сетей в новом варианте решения
(по вероятности отказа) повышена более чем в 3 раза.
Срок службы водопроводной сети в новом варианте
технического рен1ения увеличен на 40 % в результате
применения чугунных водопроводных труб, которые ме-
нее подвержены воздействию постоянного высокого дав-
ления, и исключения агрессивного воздействия на металл
водного раствора пенообразователя. Результаты оценки
размера прибыли показателя качества функционирова-
ния водопроводной сети по новому варианту приведены
в табл. 34.
Таким образом, показатель качества функционирова-
ния предложенного варианта трассировки водопровод-
ной сети в 2,62 раза выше показателя базового вариан-
293

Таблица 35. Показатели качества функционирования
наземного пункта управления
Параметр
т
Р
э
т
в
Значение параметров
варианта
базового
1
о,с
1
0,5
1
НОВОГО
1
1
0,3
0,7
0,4
Весомость
0,2
0,3
0.2
0,15
0,15
Отношение пока-
зателя нового
варианта к пока-
зателю базового
1
1,66
3,33
1.4
2,5
Относитель-
ный показа-
тель Ф j
0,2
0,5
0,66
0,21
0.37
та. Капитальные вложения на строительство водопро-
водной сети по новому варианту сокращены на 28 7о.
В связи с этим эффективность нового решения увели-
чилась в 3,75 раза.
Контрольно-пусковой узел для удобства
технического обслуживания и эксплуатации в новом ва-
рианте решения расположен в наземном помещении (из
строительных конструкций первой степени огнестойко-
сти) — пункте управления. В помещении размещены
HiecTb контрольно-пусковых узлов для включения подачи
поды в устройства водоорошения и установки пенотуше-
ния и насос-дозатор пенообразователя с емкостью для
хранения пенообразователя. Принятая компоновка обо-
рудования обусловлена стремлением улучшить условия
эксплуатации оборудования, а также необходимостью
сокран1ения непроизводительных утечек пенообразовате-
ля, увеличения срока службы водопроводной сети и
улучшения качества дозирования пенообразователя в по-
ток воды.
Эффективность предлагаемого варианта решения оце-
нивалась путем сравнения показателей качества базово-
го и нового вариантов решения с учетом приведенных
ниже показателей: инерционность включения т, с; на-
дежность работы Р; трудоемкость технического обслу-
живания Э, чел.-сут-'; срок службы Т, лет; безопасность
работы операторов В, балл.
Результаты оценки размера прибыли показателя ка-
чества функционирования нового варианта решения
приведены в табл. 35. Показатель качества функциони-
рования S0j = l,94.
294

Таким образом, показатель качества функционирова-
ния нового варианта решения на 94 % выше показателя
базового варианта. Капитальные вложения для возведе-
ния наземной постройки па 46 7о ниже затрат на соору-
жения HiecTH подземных камер для размеи|,ения копт-
рольно-нускопых узлов. В результате эффективность но-
вого варианта решения в 3,5 раза A,94 :0,54 = 3,5) пре-
вышает эффективность базового варианта
Применение предложенного варианта узла управле-
ния позволяет:
повысить надежность работы за счет создания нор-
мальных условий для качественного технического обслу-
живания и эксплуатации;
снизить затраты па техническое обслуживание;
увеличить срок службы занорно-пусковой арматуры
(срок службы арматуры в отапливаемом помещении с
нормальной влажностью окружающей среды в 2 раза
выше срока службы арматуры, эксплуатируемой при
пониженной температуре, повышенной влажности, а так-
же под воздействием грунтовых вод и льдово-грунтовой
среды);
уменьшить вероятность воздействия опасных факто-
ров (ядовитых и взрывчатых паров) на жизнь обслужи-
вающего персонала.
Эффективность новой схемы противопожарного водо-
снабжения в целом определена исходя из весомости
каждого элемента системы, которая принята пропорцио-
нально капитальным вложениям в элемент. Эффектив-
ность новой схемы противопожарного водоснабжения
A,6X0,3-1-3,75X0,5+3,5X0,2=3,05) в 3,1 раза превы-
шает эффективность базового варианта.
Противопожарное водоснабжение крупнотоннажных
комплексов по переработке нефти
Противопожарное водоснабжение крупнотоннажных
технологических комплексов по переработке нефти со-
держит: помещение пожарной станции, в которой разме-
щены две группы насоспо-силового оборудования для
подачи воды и водного раствора пенообразователя, две
нитки водопроводной сети (для подачи воды и водного
раствора пенообразователя), запорно-пусковую армату-
ру и контрольно-пусковые узлы, а также генераторы пе-
ны, расположенные в отдельных помещениях технологи-
ческого комплекса. В пожарной насосной станции раз-
295

мещены автоматичоскне дозаторы для подачи пенообра-
зователя, емкость с пенообразователем и автоматика
включения насосных агрегатов и аварийного переклю-
чения рабочих агрегатов на резервные. Система пред-
пазиачепа для бесперебойной подачи водного раствора
пенообразователя и воды в стационарные лафетные ство-
лы, устройства водоорошепия колони, а также в пере-
движную пожарную технику. Водопроводные сети име-
ют кольцевую разводку, выполненную из условия водо-
обеспечения потребителей при авариях на участках се-
ти. Для отбора воды передвижной пожарной техникой
(при подаче средств тушения и переносные агрегаты) на
водопроводной сети предусмотрены пожарные гидранты.
Для включения подачи водного раствора пенообразова-
теля в генераторы йены на сети водного раствора пено-
образователя устроены пусковые узлы. Система работа-
ет таким образом, что при включении пожарного гид-
ранта или пускового узла включаются насосно-силовые
агрегаты насосной станции.
Требованиями противопожарных норм проектирова-
ния определены расходы воды, на подачу которых в те-
чение нормативной продолжительности рассчитывают па-
раметры водопроводных сооружений (емкостей для хра-
нения воды, насосно-силовых агрегатов и т, п.).
Противопожарное водоснабжение технологических
комплексов по переработке иефти в техническом отно-
шении имеет разнотипные элементы оборудования (до-
заторы пенообразователя, запорно-пусковая арма-
тура, автоматика включения и выключения иодачи жид-
кости).
Причиной частых отказов работы задвижки с элект-
рифицированным приводом является заклинивание си-
стемы электропривода, связанное с чрезмерным усилием
для вращения шпинделя затвора, которое возникает при
значительном перепаде рабочего давления. Из-за низкой
надежности пусковой арматуры, эксплуатация которой
недопустима в режиме рс1улирования подачи с перепа-
дами давления, исноль.ювать подобную арматуру в ус-
тановках пожаротушения нежелательно. Пусковые узлы
проектируют с двумя электрифицированными задвижка-
ми (рабочей и резервной). Помимо этого, предусматри-
вают дополнительно три задвижки с ручным приводо.м
на случай отказа в работе резервной задвижки с элек-
трифицированным приводом.
296

Для подачи воды и водного раствора пенообразова-
теля используют системы подачи распределения воды.
Наиболее типичны системы водорасиределсния по двум
независимым линиям водойроподпой сети, первая из ко-
торых предназпатеиа для подачи воды, вторая — водно-
го раствора пенообразователя. Водопроводные сети в ре-
жиме ожидания находятся пол давлеиием 0,G МПа. Утеч-
ки через лепиотностн соединений труб, арматуру и
другое водопроводное оборудование ежегодно составля-
ют свын1е 700 м* воды и 40 м^ пенообразователя. На
восстановление рабочего давления жидкости в сети еже-
годно расходуется 280 кВт-ч электроэнергии. Постоян-
ная утечка пенообразователя с биологически жесткими
компонентами пагубно воздействует на окружающую
гидросферу. В пожарной насосной стаииии расположены
две группы насосов: первая--для пенообразователя,
вторая — для воды. В помеП1,еннн насосной станции име-
ются емкости для хранения пенообразователя. Водный
раствор пенообразователя получается с помоп1,ью эжек-
торов-смесителей за счет подачи воды насосами из про-
тивопожарного водопровода. Электрозадвижка на линии
всасывания пенообразователя открывается одновременно
с включением одной из электрозадвижек iranopnoro кол-
лектора. По достижении в коллекторе заданного преде-
ла давления автоматически открывается соответствую-
щая электрозадвижка и раствор непообразовагеля пода-
ется в заданное направление водопроводной сети. Откры-
тые технологические насосные и другие объекты комп-
лекса имеют оборудование для отбора жидкости из про-
тивопожарного водопровода н подачн ее в переносные
пеногенераторы. У каждого объекта предусматривают
не менее двух стояков для подключения пепогенераторов
в каждом отсеке. При пожаре используют ближайпте к
очагу пожара стояки для подключения переносных пе-
погенераторов. После открывания электрнфицироваиной
задвижки стояка запускается насос (от пусковых кно-
пок, расположенных у каждого стояка). Подача вод-
ного раствора пенообразователя прекран1ается при вы-
ключении электродвигателя или закрытии электроза-
движки. При опорожнении емкостей насос останавлива-
ется автоматически от импульса датчика уровня. Помимо
автоматического запуска насосно-силовых агрегатов в на-
сосной предусматриваются: пуск и выключение насоса при
нажатии кнопки на объекте или со щита операторной;
297

открывание и закрытие электрозадвижки на месте и со
щита операторной; переключение рабочего насоса на ре-
зервный при падении давления ниже расчетного; пере-
ключение рабочего насоса на резервный при отсутст-
вии расчетной величины давления в течение 1 мин.
Для тушения пожаров и охлаждения водой техно-
логических аппаратов и этажерок на пожарном водо-
проводе предусмотрены лафетные установки, представ-
ляющие собой стационарно установленные пожарные ла-
фетные стволы. Лафетный ствол оборудован сухотрубом
с соединительной головкой диаметром 80 мм на высоте
1,3 м от уровня земли (для присоединения к ним рукав-
ных линий от насосов пожарных автомобилен). Радиус
действия струй из лафетных стволов, их число и рас-
положение определяются условиями орошения каждой
точки защищаемого объекта двумя струями. Лафетные
стволы обеспечивают маневрирование водяной струей в
горизонтальной плоскости в пределах 360° и в верти-
кальной плоскости в пределах от —30 до +75°. Лафет-
ным стволом управляет оператор вручную. На ответвле-
нии от водопроводной сети к лафетному стволу в колод-
цах установлены две задвижки: одна в начале ответвле-
ния, другая — у лафетного ствола. Задвижки в колод-
цах и па ответвлениях к лафетным стволам имеют руч-
ной или дистанционный привод. Задвижка с ручным
(местным) приводом размен1ается на расстоянии не бо-
лее 20 м от лафетного ствола; при этом штурвал за-
движки выводится над крышкой люка колодцев. При
большем расстоянии задвижек от лафетных стволов
применяют дистанционный привод от кнопочного пуска-
теля, который располагается у лафетного ствола или у
основания лафетной вышки. При этом электропривод
задвижки устанавливают на покрытии колодца. Элект-
ропривод задвижки дублируется ручным приводом. За-
движка в колодце в начале ответвления в теплое вре-
мя года находится в положении «Открыто». Участок
трубопровода между лафетным стволом и задвижкой в
колодце в холодное время года освобождается от воды.
На технологических установках не всегда удается
оборудовать колонные аппараты такими лaфeтным^
стволами, которые смогли бы орошать каждую точку за
щищаемого аппарата, поэтому дополнительно к лафет
ным стволам устраивают оборудование водяного ороше
ния. Существуют два варианта:
298

водяное оросительное оборудование, защищающее
колонные аппараты на отметке выше 30 м, и лафетные
стволы, струи от которых защищают любую точку ко-
лонных аппаратов на отметках до 30 м;
водяное оросительное оборудование для противопо-
жарной защиты колонных аппаратов с отметки 12 м до
верха аппарата.
Оборудование водяного орошения представляет собой
кольца перфорированных трубопроводов на отметке 30 м
и выше до верха аппарата. Если колонные аппараты
защищены лафетными стволами не менее чем с двух
противоположных сторон, то кольца орошения распола-
гают с отметки 12 м и до верха аппарата. Оборудование
водяного орошения колонного аппарата включает:
оросительные кольцевые трубопроводы, расположен-
ные под площадками колонных атшаратов с шагом 8 м
один от другого по высоте аппарата и на расстоянии
0,8 м от его стенки (изоляции). Верхнее кольцо распо-
лагается над колонным аппаратом;
стояк для подачи воды в кольцо орошения, проло-
женный вдоль колонного аппарата от верха колонны до
ввода противоположного водопровода;
насосы-повысители напора воды.
Кольца орошения располагают так, чтобы струи воды
из них были направлены вниз под углом 50—60° к оро-
шаемой поверхности колонны. Из-за возможного засо-
рения перфорационных отверстий на кольцах орошения
устанавливают дренчеры ДЛ. Для обеспечения необхо-
димого расхода воды и одинакового напора во всех
кольцах орошения, расположенных на разных высотах
колонных аппаратов, на трубопроводах установлены ог-
раничительные диафрагмы.
Водопроводную сеть для подачи воды в оросительную
систему аппаратов рассчитывают из условия одновре-
менного включения горян1его колонного аппарата и двух
соседних с ним Водоорошение включают вручную. Штур-
валы задвижек на подводящем трубопроводе к стоякам
выводят наружу над покрытием колодцев. Подводящие
трубопроводы к оборудованию водоорошения в теплое
время года заполнены водой. Система противопожарного
водоснабжения подает воду в установку автоматическо-
го пенного пожаротун1ения, которая предназначена для
автоматического обнаружения и ликвидации пожара,
включения насосов-повысителей, открывания соответст-
290

вующих электрифицированных задвижек для подачи
жидкости в защитаемое помещение. Установка имеет
оборудование для оптического и акустического извеще-
ния о месте возникновения очага пожара и для наблю-
дения за состоянием объектов управления. Установками
автоматического пенного пожаротуиюпием оборудуют
закрытые взрыво-, пожароонг.-сные помещения, в кото-
рых устанавливают пожарные извещателн, а также от-
крытые объекты, вблизи которых размещаются извеща-
тели-киопкн для ручного пуска FiacocoB водного раство-
ра пенообразователя и включения сигнала о пожаре.
Пункт управления автоматическими установками пе-
потушення размещен в помещении операторной. Там же
расположены приборы приема сигналов о пожаре от ав-
томатических и ручных извещателен со звуковой и све-
товой индикацией, релейные щиты, щиты автоматики и
сигнализации с пнев.мосхемой и иульт управления.
Кроме автоматического управления, предусмотрено
ручное управление насосами и задвижками на растворо-
проводах и дистанционное управление с пульта опера-
тора и от кнопок, установленных в насосной пенотуще-
ьия и у задвижек. Пункт автоматического управления
установками пенотущением включает концентратор ма-
лой емкости «Сцгнал-12» (или ему подобный); релейные
щиты; щит световой сигнализации (мнемощит); пульт
управления.
Концентратор малой емкости «Сигнал-12» предназна-
чен для приема сигналов о пожаре с автоматических и
ручных пожарных извещателей, а также преобразования
слаботочного сигнала для подачи его на релейный щит
управления в операторной. Концентратор выдает свето-
вую н звуковую сигнализации с указанием места воз-
никновения очага пожара. На релейном щите оператор-
нон установлена релейная аппаратура для усиления сиг-
налов от слаботочной первичной аппаратуры приборов
регистрации уровня давления, выдержки времени. Там
же расположены вспомогательные реле для автоматиче-
ского включения резервного насоса при отключении ра-
бочего. Па пульте в операторной имеются кнопки дис-
танционного управления насосами и задвижками, пере-
ключатели выбора режимов управления — «Дистанцион-
ное— Автоматическое» или «Местное» и выбора рабо-
чего или резервного агрегата. Щит световой сигнализа-
ции служит для визуального наблюдения за работой си-
300

стемы автоматического управления пенотушением. На
мнемощит выведены световые указатели: насосы «Вклю-
чены», «Выключены»; насосы «Основной», «Резервный»;
неисиравность насосов, предупредительные сигналы о
снижении уровня в емкостях с раствором пенообразова-
теля ниже допустимого предела, и снижении давления в
сети растворопровода ниже расчетного, а также поло-
жение электропривода каждой из задвижек. На мнемо-
схеме установлено световое табло, характеризующее со-
стояние насосных агрегатов «Включен», «Отключен»,
положение задвижек — «Открыто», «Закрыто», «Закли-
нило», а также аварийная сигнализация о нарушении
нормальной работы насосов, о пожаре, падении уровня
в емкостях с раствором и проверки ламп и звукового
сигнала.
При возникновении пожара сигнал от автоматиче-
ских или ручных изветателей поступает но кабельным
линиям в операторную на концентратор малой емкости
«Сигнал-12», который подает световую и звуковую сиг-
нализации с расшифровкой объекта, загорания и одно-
временно формирует общий и индивидуальный сигнал
тревоги. Общий сигнал о пожаре на установке трансли-
руется в пожарное депо завода, на центральную станцию
пожарной сигнализации, где сигнал дублируется свето-
вой и звуковой сигнализациями. Индивидуальный сиг-
нал о возникновении очага пожара с концентратора по-
ступает на релейный ншт в операторной для формиро-
вания сигналов управления системой автоматического
пенотушения и подачи команды на включение рабочего
насоса пенотушения.
Автоматизированная система
противопожарного водоснабжения
нефтеперерабатывающей установки ЭЛОУ-АВТ
Система подачи и распределения воды в установки
пожаротушения технологического комплекса ЭЛОУ-АВТ
нефтеперерабатывающего завода выполняет функции по-
дачи воды в передвижную пожарную технику, водообес-
печения стационарных установок водопенного тушения
пожаров и устройств водоорошения колонн. Система
(рис. 103) представляет собой комплекс сооружений: по-
жарргая насосная станция, магистральные сухотрубы
установки пожаротушения и т. п.
30]

■-€>
■-€>
W-- ~д-'
-F^.
%, \ >»!.!
' • ■ ^--^---■-jij'гг--i_i ]_J/
6
\'^(:-Ж
Г^^^
ххх\
#^
Рис 103. Схема автоматизированной системы противопожарно-
го водоснабжения нефтеперерабатывающего комплекса
/ — насосная пожарная станция, 2 — магистральные сухотрубы 3 - секция
автоматической установки пенного пожаротушения, 4 —здание, оборудован-
ное установкой пожаротупгення. 5 — распределительная сеть установки по-
жаротушения, 6 — контрольно-пусковой узел установки пожаротутепия. 7 —
граница между секциями установки пожаротушения, S —здание, не обору.чо-
ваппое установкой пожаротушения; 9 — пожарный извещатель 10 — линия
связи пожарной сигнализации; // — пусковые узлы
Компоновка оборудования новой установки противо-
пожарного водоснабжения обусловлена стремлением по-
высить эффективность пожаротушения, улучшить усло-
вия эксплуатации, рационализировать трассировку во-
допроводной сети, сократить непроизводительные утеч-
ки пенообразователя, увеличить срок службы и улуч-
шить качество получаемой пены.
В новом техническом решении увеличена мощность
пасосно-силового оборудования с 80 до 350 кВт. В ре-
зультате этого суш,ествен1го возросли производительность
пасосно-силового оборудования (с 24 до 150 л/с) и тех-
нические возможности установки пожаротушения. Но-
вая система в отличие от базовой способна автоматиче-
ски ликвидировать крупный очаг пожара (площадью
свыше 100 м^). Применение в новом решении оборудо-
вания для автоматической подачи и распределения пе-
ны в очаг пожара позволило сократить инерцпонпость
установки пожаротушения Ти с 7 мин D20 с) до 40 с.
302

в базовом варианте для приведения в действие уста-
новки Х10,жаротушения затрачивается время: на опове-
щение о пожаре — 1 мин; следование пожарной коман-
ды к месту пожара — 5 мин; развертывание и включе-
}1ис установки пожаротушения — 1 мин. В }iobom вариан-
те решения приведение установки в действие — автома-
тическое D0 с): инерционность извещателя (спринкле-
ра) — 10 с; продолжительность заполнения сухотруба
длиной 220 м, диаметром 150 мм — 30 с. Продолжитель-
ность тушения пожара тт в базовом варианте состав-
ляет 50 мин, в автоматическом режиме пожаротуше-
ния — 10 мин.
Надежность работы установки пожаротушения повы-
шена в результате использования наземной трассировки
распределительных трубопроводов. Продолжительность
восстановления наземного трубопровода после его ава-
рии по сравнению с подземным размещением и базовом
варианте сокраш,ена с 24 до 3 ч. Наземное размещение
сухотрубов в системе подачи и распределения позволило
освободиться от дорогостоящей и опасной операции тех-
нического обслуживания оборудования и арматуры, рас-
полагаемой в подземных колодцах и камерах (базовый
вариант), постоянно заполненных парогазовоздушной
смесью нефтепродуктов. В новом вариа}1те решения при-
менена система подачи и распределения воды с сухотру-
бами. Это полностью исключает утечки жидкости через
неплотности соединений, а также потери дефицитного
пенообразователя. Вместе с этим исключается пагубное
воздействие биологически «жестких» компонентов пено-
образователя на окружающую гидросферу. Слагаемые
приведенных затрат включают трудоемкость техническо-
го обслуживания Э; капиталь}1ые вложе}шя К; ущерб от
пожара и его последствия У, учнтываюни1е простой тех-
нологического комплекса в результате нарушений, вы-
званных воздействием факторов пожара. Трудоемкость
тех}1нческого обслуживания в новом варианте сокра-
ниется в результате использования наземной системы
распределительных трубопроводов. Капитальные вложе-
}1ня при сооружении установок автоматического пожаро-
тушения (новый вариант) возрастают в результате уве-
личения установочной мощности насосно-силового обо-
рудования, увеличения диаметров распределительных
трубопроводов, применения системы автоматики включе-
ния подачи жидкости.
303

Результаты оценки размера прибыли показателя ка-
чества функционирования нового варианта технического
решения по стандартной методике прьгведены в табл.
36—37. Данные таблиц показывают, что показатель ка-
чества функционирования нового варианта решения в
5,6 раза выше показателя базового варианта.
Таблица 36. Слагаемые показатели качества
функционирования системы
Параметры
N, кВт
Тт, Ч
Т
Б
В
Значения параметров вари-
анта
X, базового
80
420
1
12
1
1
Xi нового
350
40
0.17
12
0,115
0,5
0,229
10,5
6
1
8
2
/ * *
m .jf^fJC.—(р.
0,0229
3,15
1.2
0,1
1
0,1
5,6
Таблица 37. Слагаемые приве/еииых затрат
Слагаемые» тыс. руб/год
и
к
у
Зиаиении слагаемых варианта
базовAГО И 1
9,61
46,82
138,2
Sny = 149,6
*
НОВОГО П J
6,71
89,16
25,8
1П*=121,7
Противопожарное водоснабжение
на складах лесоматериалов
На складах лесоматериалов применяют противопо-
жарные водопроводы с лафетными стволами, которые
рассчитывают на подлчу расходов воды, приведенных
ниже.
304

Склад Расход
воды, л/с
Пиломатериалов при площади, равной;
до 9 га 65
более 9 » • . ■ • 130
Круглых лесоматериа.10в:
при влажном способе хранения 30
» сухом способе хранения и площади до
9 га 30
то же, и более 9 до 18 i а 45
Балансовой древесины, осмола и дров кучевого
хранения при высоте куч;
до 14 м 60
более 14» 240
Щепы и опилок 60
Особенности размещения пиломатериалов на подоб-
ных предприятиях осложняют пожаротушение и дела-
ют практически невозможным применение переносного
оборудования пожарных подразделений. Пожары па
объектах характеризуются крупными размерами и бы-
стрым распространением огня.
Противо}10жарные водопроводы на складах лесома-
териалов, как правило, устраивают по системе высокого
давления. В водопроводе повышенное давление воды
требуется в период пожаротушения, в остальное время
в нем поддерживается низкое давление. Водопроводы
постоянного высокого давления устраивают в особых
случаях, так как эксплуатация этих систем требует зна-
чительных затрат электроэнергии и связана с большими
потерями воды из-за ее утечки через неплотности сое-
динений труб и установленную на водопроводной сети
арматуру. В результате резкого изменения давления и
подачи больших расходов воды в трубах и арматуре
возникают гидравлические удары и кавитациопные про-
цессы, которые являются причинами отказов водопро-
водной сети, приводящих к снижению надежности всей
системы. Основной мерой по обеспечению надежности
подачи воды является устройство кольцевой водопро-
водной сети. Для водопроводных линий применяют тру-
бы, способные выдерживать значительные внутренние
давления и внешние динамические нагрузки.
Лафетные стволы на водопроводной сети размещают
так, чтобы обеспечить орошение водой расчетной точки
защищаемого объекта не менее чем двумя компактными
струями. Задвижки на водопроводной сети устанавлива-
ют таким образом, чтобы в случае неисправности на
305

Рис. 104. Ствол пожарный лафетный комбинированный
I — опора, 2 — рукоятка управления стволом, J — разветвление, 4- iiatpsfioK
для формирования пенной струи; 5 — водяной ствол, 6 — насадок 7 — распьЕ-
литель, S — золотник; 9 — рукоятка переключения режима работы
участке водопровода одновременно выключалось не бо-
лее двух лафетных стволов. Подача воды к лафетным
стволам и гидрантам может осуществляться стацио-
нарными насосами водоисточников или резервуаров без
предварительной очистки. Мощность насосной станн,ии
для противопожарного водопровода склада балансовой
древесины рассчитывают на одновременную работу че-
тырех лафетных стволов с общим расходом воды около
240 л/с. Лафетные стволы на водопроводах высокого
давления устанавливают на отметке поверхности земли
открытых площадок, на покрытиях вспомогательных и
производственных зданий, а также на специальных вынь
ках. Размещение стволов на возвьпнении обеспечивает
лучшие условия орошения объекта водой, позволяет
уменьшить ее расход и напор у стволов. Диаметр насад-
ков стационарных лафетных стволов принимают 38 или
50 мм; на наружных установках промышленных пред-
приятий можно устанавливать лафетные стволы с диа-
метром насадка не менее 28 мм. Ствол пожарный ла-
фетный комбинированный (рис. 104) предназначен для
формирования и управления водяными пенными струя-
ми. Он состоит из приемного корпуса и разветвления с
патрубком, на который навертывают насадок. ?1а па-
трубке установлен распылитель для тепловой защиты,
который создает водяную завесу в виде веера. Разветв-
ление шарнирно закреплено fia опоре, которая имеет
опорный фланец для подключения ствола к стояку про-
306

Таблица 38. Расход воды и радиус действия струй,
получаемых из лафетных стволов
Диаметр на-
садка, мм
28
32
38
50
65
Напор ствола,
м
40
50
70
90
40
50
70
90
40
50
70
90
40
50
70
90
40
50
70
90
Расход воды,
лус
17,2
19.3
22,8
25,9
22,5
25,1
29,6
33,8
31,7
35,4
41,9
47,6
55
61,4
72,6
82,5
88
98,5
116,5
134
Радиус струи, и
^к '^р
30
32
36
38
30,5
34
38
40
32
35,5
39,5
43
33
37,5
42,5
46
35
42
52
59
50
55
65
72
53
58
68
75
57
62
71
80
60
65
75
85
62
70
90
108
тивопожарного водопровода. Шарнирные соединения по-
зволяют поворачивать ствол рукояткой в горизонталь-
ной плоскости на 360° и в вертикальной от —30 до
+75°. Ствол комплектуют сменным воздушно-пенным па-
трубком, обеспечивающим формирование воздушно-пен-
ной струи и всасывающим рукавом для подсасывания
пенообразователя. При включении подачи водного рас-
твора пенообразователя ствол обеспечивает получение
пенной струи. Длина пенной струи при одном и том же
давлении у ствола на 15—20 % меньше, чем длина
сплошной водяной струи. Зависимость расхода воды,
радиуса действия компактной части 7?к и всей струи Rp
(включая раздробленную часть) от напора приведена
в табл. 38.
307

'■^///■^///////////////.
^ у^/ //////,// Л'х/^)},'у//,-
Рис. 105. Схема размещения стволов для тушения пожаров ба-
лансовой древесины, расположенной в куче
/ —транспортер для складирования древесины; 2 —куча древесины. 3 — ла-
фетный ствол
Лафетные стволы на наружных установках н откры-
тых площадках нефтехимической промышленности рас-
полагают у пристроенных и отдельно стоящих установок
с таким расчетом, чтобы обеспечить орошение каждой
точки наружной установки компактной струей Орошение
колонной аппаратуры выше отметок этажерок необхо-
димо осуществить стационарным оборудованием водя-
ного орошения, представляющим собой кольца с уста-
новленными на них оросителями (обычно дренчерами
лопаточного типа).
На сырьевых, товарных и промежуточных складах
лафетные стволы располагают за обваловкой. Число ла-
фетных стволов на складах принимают исходя из усло-
вия орошения каждого резервуара двумя струями. При
оборудовании резервуаров стационарной системой оро-
шения с применением специальных водяных распылите-
лей или перфорированных трубопроводов лафетные
стволы располагают из расчета подачи одной струи на
каждый резервуар.
Пример расстановки лафетных стволов показан для противо-
пожарного водоснабжения склада лесоматериалов в виде кучи
балансовой древесины При расположении стволов необходимо ис-
ходить нз того, что компактные водяные струи с каждой стороны
куш должны достигать ее гребня Когда высота кучи равна
30 м, а ширина основания 90 м, требуемое орошение достигается
из насадков диаметром 50—65 мм и напоре 100 м. Лафетные выш-
ки располагают со стороны кучеукладчика не более чем 5 м от
края, а с другой стороны — вне кучи, на расстоянии 3 м от края
ее основания (рис 105) Максимальная высота вьинек 14 м Рас-
становка лафетных стволов по периметру кучи осуществляется из
308

условия Орошения каждой точки поверхности кучи двумя струям»
В этом случае наиболее удаленная и высоко расположенная точка
для определения места соприкосновения струй от двух смежных
стволов, находится на гребне кучи. Стволы с насадками диаметром
50 мм при напоре ствола 70 м подают 72,6 л/с воды и имеют ра-
диус действия компактной струи 43 м Проекцию компактной
струи находят по формуле
;?2^=;?2„_(я_/гJ = 40,5 м,
где R^ — радиус компактной части струи, Н — высота гребня кучи; h — вы
сота расиоложепия ствола.
Расстояние между смежными лафетными стволами (располо-
женными вне кучи) определяют по формуле
«-1/"^п-(* + «)' =13.8м.
где Ь+с — расстояние от оси ствола до оси кучи; с — расстояние от осн
ствола до края кучи.
Расчет ор01нения новерхностн кучи компактными струями дли-
ной 59 м, получаемыми при напоре 90 м из стволов с насадком
65 мм, показывает, что расстояние между лафетными стволами,
расположенными вне кучи, можно будет увеличить до 43,5 м, а
расстояние между стволами со стороны кучеукладчика — до 49 м
Такое решение ивляется наиболее целесообразным по экономиче-
ским соображениям. С учетом найденных расстояний между ство-
лами определяют места расположения лафетных вышек путем по-
строении траекторий и зон орошения компактными струями В
практике может встретиться противоположная задача — определить
число стволов, если известно расстояние между ними Для опре-
деления участков поверхности кучи, орошаемых одной, двумя и
более струями, вычерчивают план орошения При этом необходимо
Определить также мертвую зону непосредственно у вышки, кою-
рая из-за ограничения поворота ствола в вертикальной плоскости
орошается струями смежных стволов. Дли тушения пожара в этой
зоне предусматривается специальный стояк с соединительными го-
ловками для подсоединения рукавов с ручными стволами.
На рис 106 показана вышка, в которой в качестве
несущей конструкции использован стояк стальной тру-
бы, подающей воду к стволу У основания вышки устра-
ивают водопроводный колодец, в котором ниже глуби-
ны промерзания грунта устанавливают задвижку. Штур-
вал управления задвижкой выводят на поверхность зем-
ли. В колодце на стояке ниже глубины промерзания
грунта имеется клапан для слива воды в канализацию
В сухих Водопроницаемых грунтах вода сливается в
грунт. На уровне поверхности земли на стояке имеется
309

u
c=fiHI5=:
1
^1
Г^
J
J
W^7
контрольно-спускной край
диаметром 50 мм, кото-
рый служит для проверки
работы задвижки и слив-
ного клапана. Для защи-
ты ствольщика от тепло-
вого излучения на пло-
щадке установлен щит.
Вышка из сборного же-
лезобетона наиболее на-
дежна и устойчива к ди-
намическим и тепловым
воздействиям. Примеры
размещения лафетных
стволов на водопроводах
производственных объек-
тов, а также варианты
подключения лафетных
стволов, установленных
на открытой площадке и
покрытии здания, показа-
ны на рис. 107. При уста-
новке лафетных стволов
на вышках, покрытиях
зданий или площадках
наружных маршевых ле-
стниц без стационарного
подключения к водопро-
водной сети к лафетным
стволам должны быть
подведены сухотрубы с
соединительными голов-
ками для подсоединения
рукавных линий от по-
жарных автомашин. Под-
соединение сухотрубов к
лафетным стволам долж-
но быть стационарным.
Высоту вышек противопожарного водоснабжения техно-
логических установок принимают равной 4,8; 6 и 7,2 м.
Для защиты сырьевых и товарных складов с шаровыми
резервуарами высота вышек принимается не менее 5 м',
а для защиты горизонтальных резервуаров —не менее
2 м, считая от планировочной отметки территории скла-
да до уровня рабочей площадки вышки.
310
Рпс. 106 Стальная вышка
для лафетного ствола
/ — лафетный ствол; 2 — лестница,
3 — водопроводный колодец; 4 —
задвижка, 5 — кран для слива ос
тавшейся воды, 6 ~ стояк, 7 — пло
щадка

Рис. 107. Установка лафетного ствола
а — па покрытии здания, б — на вышке, в — иа открытой площадке
9. УСТРОЙСТВА для ОТБОРА ВОДЫ
из ПРОТИВОПОЖАРНЫХ ВОДОПРОВОДОВ
Пожарные подземные гидранты устанавливают в во-
допроводных колодцах, необходимость сооружения ко-
торых существенно удорол<ает строительство водопро-
водных сетей. Новая конструкция устройства для от-
бора воды из коммунальных и промышленных водопро-
водов показагш на рис. 108. В основу конструкции
положен бесколодезный гидрант. Новое устройство мо-
жет быть применено в качестве наземного пожарного
гидранта, предназначенного для подачи воды из водо-
провода в передвижную пожарную технику, а также в
качестве контрольно-пускового узла (КПУ) для авто-
матического включения стационарных установок водо-
ненного пожаротушения. В последнем случае устройство
оборудуется электрифицированным приводом ЭВ-25М
(ВАОА-12-4). Новое устройство имеет ряд преимуществ
перед пожарным подземным гидрантом (ГОСТ 8220—62),
особенно при строительстве коммунальных водопрово-
дов, трасса которых проходит в стороне от магистралей
с интенсивным движением транспорта.
311

Техническая характеристика устройстйа для отбора
воды из подземных водопроводов
Номинальная производнтельносгь (при потерях
напора 10 м), л-с-' 70
Время приведения в действие, не более, с . . . 15
Повышение давления при шдравлическом ула-
ре, НС более (в долях Р\) 0,3
Крутящий момент, Н-м 150
Условное данлеине, МПа .... ... 1
Условный проход, мм 125
Высота гидранта (глубина заложения водопро-
вода) Я, мм 5С0...3500
Срок службы, лет 18
Вероятность безотказной работы 0,996
Устройство для отбора воды из подземных водопро-
водов работает следуюи1им образом. При возникновении
пожара автоматически включается электродвигатель.
Через редуктор крутягций момент электродвигателя пе-
редается на птипдель, который совершает вращатель-
ное движение. Благодаря наличию па штоке выступов,
входящих в пазы неиодвижпой втулки, шток поднимает-
ся вверх вместе с жестко связанным с fihm клапаном.
При поднимании клапана с уплотнительным кольцом
жидкость под давлением поступает из трубопровода че-
рез образовавп:уюся между клапаном и седлом коль-
цевую щель в полость корпуса. В начальной стадии от-
крывания клапана образуется равномерное поле скорос-
тей потока между седлом и цилиндрическим участком
клапана, расположенным в средней его части (ниже ун-
лотнительного кольца), ч^м достигается устойчивая
(без появления срывной кавитации ') подача жидкости.
Цилиндрический стержень нижней части клапана сколь-
зит во втулке, прикрепленной к седлу спицами, ориен-
тированными под острым углом к оси корпуса, н пол-
ностью устраняет воздействие Г1есимметричного усилия
гидродинамического давления потока, действующего на
клапан, резьбовой привод шпинделя и штока. Для удоб-
ства осмотра во время эксплуатации вращающиеся резь-
бовые части гппинделя расположены в наземной части
гидранта и легко расчленяются с валом электродвига-
теля.
К данному гидранту был разработан клапан с кави-
тационно-устойчивон характеристикой. Стендовые и на-
' Причиной срывиой кавитации ивляются периодически обра-
зующиеся за неровностями обтекаемых тел вихри.
312

турпые испытания нового
клапана показали отсут-
ствие срывной кавитации
и Г1еустойчивости работы
клапана в режиме дрос-
селирования потока.
Замена подземного
пожарного гидранта
(ГОСТ 8220—62) назем-
ным бесколодезным гид-
рантом позволяет в 3 ра-
за сократить время для
отбора воды при [гожаро-
тушении, в 1,5 раза
уменьшить металлоем-
кость при монтаже обору-
дования за счет исключе-
ния люка с крышкой и
деталей крепления гид-
ранта к стенке водопро-
водного колодца) и в
2,2 раза сократить затра-
ты па установку пожар-
ного гидранта на водо-
проводной сети.
Приме{[ение нового
устройства в качестве
КПУ для стационарных
установок водяного и
пенного пожаротушения
дает возможность не
строить вспомогательных
помещений для их раз-
Рис 108 Устройство с элек-
тропрнполом для отбора воды
из подземных подопроводов
/ — пускатель 2 — ручном (дубли
руютиЯ привод). J — редукто?).
4 — опора, 5 — направляющие iiaiu
6 птипдель; 7—выступы, 8- па
трубок rf = 77 мм, 9 — патрубок d =
= 125 мм /О — корпус; //— трубо
провод, /2 —втулка, /,? —спицы,
14 — седло, 15 — уялотпительпос
кольцо. /6—клапан, /7 —шток,
18 — втулка, 19 — вал передачи
мещения. Весьма эффек-
тивно применение устройства с электроприводом для от-
бора воды из подземных водопроводов при строитель-
стве стационарных установок пожаротушения открытых
технологических комплексов химической, нефтехимичес-
кой, нефтяной и газовой нромышлспгюсти; стационарных
установок пенного пожаротушения резервуаров с нефтью
и продуктами ее переработки; сооружений, расположен-
ных на открытом воздухе, сливо-наливных эстакадах,
лесобиржах и многих других объектах.
313

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 3
Глава 1. Потребители воды и требования к качеству водо-
обеспечения пожариой техники и оборудования 4
1 Виды потребителей воды . .5
2 Нормы водопотреблепия ... . .... 6
Расход воды для тушения пожаров передвижными
средствами .... ... . ,7
Расход воды для тушения пожаров внутри зданнн . 10
Расчет требуемого количества воды по зарубежным дан-
ным . .12
Прогночнропапне водопотреблепия . 14
Расход воды па хозяйствеипо-бытовыс и произподствен-
ные нужды Неравномерность водо11отреб.1еп11я . 16
Глава 2. Системы водоснабжения и режилт их работы . . 19
1 Классификация систем водоснабжения . . ... 19
Мноюфункциопальные системы водоснабжения . . 20
2 Схемы водоснабжения . ... . 23
Водопроводы для наружною пожаротушения 26
Внутренний противопожарный водопровод . . 31
Спринклерпое и дренчерное оборудование . . 31
Установки лафетных стволов . . . . . 33
3. Обоснование проектных решений ... ... 34
Эффективность варианта технического решения . . 35
Характеристика качества функционирования системы про-
тивопожарного водоснабжения . 42
4. Технико-экономический анализ ... 48
Этапы технико-экономического анализа .... 49
Определение параметров экономически наиболее выгод-
ного режима подачи воды ... 53
Оптимизация надежности системы противопожарного во-
доснабжения .... . . . . 57
Капитальные вложения . . 58
Ущербы от пожаров .... 68
5 Построение рациональной структуры противопожарного во-
доснабжения ... 69
6 Методика разработки рационального варианта системы про-
тивопожарного водоснабжения ... ... 70
Глава 3. Многофункциональные системы коммунального
водоснабжения . . .... 73
1 Режим потребления воды и взаимодействие работы соору-
жений ... . . . . 74
Суточные объемы водопотреблепия населенных мест 74
Режим потребления воды паселегшем .... 74
График потребления воды населением 78
Режим взаимодействия работы сооружений .... 79
2 Подача воды к месту пожара . . . . .82
Расчет насосно-рукавных систем . . . .84
Перекачка воды автопасосами 8Р
Параллельная работа иасосов на лафетные стволы . . 91
314

3 Обеспечение бесперебойности подачи воды при пожаро-
тушении ...
Трассировка водопроноднои сети
4. Устройство водопроводной сети .
Пожарные гидранты н колонки . . . .
5. Обеспечение бесперебойной подачи воды но водопроводной
сети и водоводам .
6. Гидравлический расчет системы подачи и распределения
воды . . . . ....
7 Насосные станции для подачи воды . . . . .
8 Резервуары чистой воды .... . .
9 Водонапорные банп1и и гидроколонны
10 Прогнозировшню режима потребления воды при тушении
пожаров ... . .
Расходы воды для тушения пожаров
Определение расхода воды
П. Обоснование параметров водопроводных сооружений
Влияние требований противопожарного водообеспечени
на параметры водопроводных сооружений
Потребление воды при тушении пожаров
Процесс отбора воды при тушении пожаров
Поток заявок на отбор воды для тушения пожаров
Продолжительность отбора воды ...
Одновременное число отборов воды
Расход воды для тушения одновременно вози 1кших
жаров . . .... ...
Качество бесперебойного водообеспечеиия
12 Надежность водоснабжения
Показатели оценки надежности
Отказы системы . .
Влия1ше случайных факторов
Модель фупкцио1шрования . . . . .
Пути обеспечения надежности
13 Работа водопроводных сетей при нефиксирова1Н10м отбо
ре воды .
Глава 4. Противопожарное водоснабжение промышленных
предприятий
1 Потребление воды промышленными предприятиями
2 Схемы водоснабжения . . . .
3 Расчет гидравлических параметров пожарных струй
Истечение жидкости из пожарных стволов
Коэффициент расхода жидкости из пожарного ствола
Потери напора в направляющей ствола
Потери напора в спрямляющих лопатках
Истечение жидкости из оросителей
4. Расчет параметров траектории сплошных водяных струй
Высота вертикальных раздробленных струй
Влияние шероховатости внутренней поверхности насад
ков на высоту струи ....
Влияние напора на высоту вертикальной струи
Дальность полета наклонных струй
Компактная часть струи
Рабочие пожарные струи
Давление пожарных струй на орошаемую поверхность
5. Расчет параметров капельных водяных струй ....
93
93
97
103
108
115
125
130
134
137
138
140
143
146
150
156
158
162
163
165
167
169
170
173
179
180
185
188
192
193
193
198
202
204
210
212
214
219
219
222
223
223
227
231
231
232
315

Факторы процесса дробления (распыления) жидкости 23«,
Размер капель распыленной жидкости . . . . 234
Кривые распределения размера капель . . . 233
Распределение жидкости в потоке струи . . . 2АЪ
Динамика двнжени!) распыленной струн . . . 240
Аэродинамические свойстпа потока распыленной струи 243
6. Определение количества воды, требуемого для оборудова-
ния системы противоножарнон затиты . .... 244
Иитенсиппость подачи воды для тушения пожаров . 245
Интенсивность подачн воды для ту1исния пожаров в зда-
ниях из металлических конструкций ... , 250
Интепсипность подачи воды для тупюння пожаров горю-
чих жидкостей . .... 256
Интенсивность подачи воды для систем водоорои1енйя 259
Подача воды для повышения огнестойкости стальных кон-
струкций 262
Расход воды для создания водяных завес .... 267
7. Потребление воды для тушения пожаров передвижной тех-
никой 271
Факторы, определяющие потребление лоды . . . 277
8. Противопожарное водоснабжение техиоло1ическнх устано-
вок, сооружений и объектов, расположенных под открытым
небом 279
Противопожарное водоснабжение объектов химической и
нефтеперерабатывающей промышленности .... 280
Новая система противопожарного водоснабжения товар-
но-сырьевой базы . 287
Противопожарное водоснабжение крупнотоннажных комп-
лексов по переработке нефти . . . 295
Автоматизированная система противопожарного водоснаб-
жения нефтеперерабатывающей уста1Говки ЭЛОУ-АВТ 301
Противопожарное водоснабжение на складах лесомате
риалов 304
9. Устройство для отбора воды из противопожарных водо-
проводов 311

Проипводственное издание
ЕВГЕНИЯ НИКОЛАЕВИЧ ИВАНОВ
Противопожарное водоснабжение
Редакция литературы по жилнщио-коммунальиому
хозяйству
Зав редакцией В. И Киселев
Редактор Р. X. Исеева
Младший редактор И. Б. Волкова
Технический редактор Г. Н. Орлова
Корректор К. М. Корепаиова
ИБ № 4005
Сдано в набор 10 1285. Подписано в печать 09 04 86. Т-08348 Формат84Х1087а2
Ьумага тин № 2. Гарнитура литературная Печать высокая. Усл. печ л. 16,80
Усл. кр-отт 17,01 Уч-изл л. 17,69. Тираж 39 000 экз Изд № AV/— 1238
Заказ № 422/179 Цена I р. 10 к.
Стройиздат, 101442, Москва, Каляевская, 23а
Набрано в Московской типографии № 13 ПО «Периодика»
ВО «Союзполиграфиром> Государственного комитета СССР
но делам шлательств, полиграфии н книжной торговли
H7005, Москп,), Б 5. Денисовский пер , дом 30,
Отпечатано в Подольском филиале ПО «Периодика» Союшолиграфпрома
при Государственном комитете СССР но делам издательств, полиграфии
и книжной торговли, 142110, г. Подольск, ул Кирова, д. 25