Железногорск, Красноярский край, Россия
Красноярский край, Россия
УДК 614.843 Пожарное оборудование в целом
В статье рассматривается проблема обеспечения бесперебойной подачи огнетушащих веществ при тушении пожаров в условиях ограниченного водоснабжения, отсутствия развитой сети противопожарного водоснабжения или расположения водоисточников в труднодоступной местности. Обоснована особая значимость гидроэлеваторных систем как одного из ключевых технических средств для забора воды из открытых источников, в том числе с большой глубиной, на значительном удалении и при минимальном слое забора воды. Отмечено, что существующие нормативные и справочные данные содержат характеристики гидроэлеватора Г-600 лишь для одного фиксированного режима работы, оставляя неопределёнными его параметры при других режимах. Это затрудняет проведение точных пожарно-тактических расчётов, снижает надёжность водоснабжения и может приводить к срыву работы гидроэлеваторной системы. Для устранения указанного пробела в работе экспериментально уточнены гидравлические характеристики гидроэлеватора Г-600. Эксперименты проведены на специализированном стенде с применением электронных манометров и электромагнитных расходомеров. Получены фактические значения напора, расхода и подачи при различных режимах работы. Установлено, что заявленная производителем номинальная подача достигается при входных напорах 57–82 м. В то же время выявлено существенное ограничение: при глубине забора воды 20 м напор после гидроэлеватора во всех исследованных режимах не превышает 8,1–12,0 м, что недостаточно для преодоления гидростатического сопротивления без учёта подъёма воды на высоту пожарного автомобиля и потерь напора в рукавной линии. Также подтверждена невозможность забора воды при максимальном удалении насоса от источника на 100 м. Полученные данные позволяют уточнить методику пожарно-тактических расчётов, повысить их точность и достоверность, что непосредственно влияет на надёжность забора воды при тушении пожаров. Результаты могут быть использованы в деятельности федеральной противопожарной службы при планировании боевых действий, профессиональной подготовке личного состава, а также при актуализации нормативных документов и рекомендаций по эксплуатации пожарной техники.
гидроэлеватор, пожарный насос, расход, напор, подача, пожарно-тактические расчеты, тушение пожаров
Экспериментальное уточнение фактических гидравлических характеристик гидроэлеватора для обеспечения надежности забора воды
Введение
Одним из основополагающих требований к организации тушения пожаров является обеспечение бесперебойной подачи огнетушащих веществ в очаг горения. Бесперебойность в данном контексте понимается как способность системы водоснабжения поддерживать заданные параметры (давление, подачу, расход) на всем протяжении проведения боевых действий по тушению пожара без сбоев, вызванных гидравлическими, техническими или организационными причинами [1]. Реализация этого требования приобретает особую значимость в условиях ограниченного водоснабжения, при заборе воды из труднодоступных источников, а также при использовании гидроэлеваторных систем, где устойчивость работы напрямую зависит от точности соблюдения расчетных режимов. Таким образом, бесперебойность подачи огнетушащих веществ выступает не просто желательным, а обязательным условием выполнения подразделениями поставленных тактических задач.
В условиях отсутствия развитой сети противопожарного водоснабжения либо при расположении водоисточников в труднодоступной местности применение гидроэлеваторных систем зачастую является единственным технически реализуемым способом подачи воды [2]. Согласно справочным данным [3], гидроэлеватор способен осуществлять забор воды из открытых водоисточников с глубины до 20 м и на расстоянии до 100 м по горизонтали, что значительно расширяет тактические возможности пожарно-спасательных подразделений [4]. Наряду с возможностью работы на значительных глубинах и удалениях, конструктивные особенности гидроэлеватора позволяют также осуществлять забор воды из водоисточников с минимальной глубиной слоя жидкости 5–10 см [3], что недостижимо при использовании штатных всасывающих рукавов и сетки. Согласно ГОСТ 50398-92, гидроэлеватор сохраняет работоспособность даже при наименьшей высоте слоя эжектируемой воды 10 мм [5].
Универсальность гидроэлеватора, обусловленная его применимостью при глубоком залегании водного зеркала от уровня пожарного насоса, отсутствии подъездных путей и ограниченной глубине водоисточника, определяет его место в качестве одного из ключевых средств организации водоснабжения при тушении пожаров в условиях, затрудняющих забор воды из открытых водоисточников [3, 6].
Вопросы надежности гидроэлеваторных систем и пути их повышения рассмотрены в работе [1], где авторы обосновывают необходимость совершенствования методов расчета параметров таких систем. В предыдущих исследованиях [7] показана возможность увеличения подачи гидроэлеватора Г-600А за счет модернизации его конструкции, однако в данных работах не рассматривались вопросы уточнения характеристик гидроэлеватора при различных режимах работы, а также точности соответствующих расчетов. Критический анализ работоспособности гидроэлеваторных систем, применяемых для забора воды пожарной техникой, выполнен в работе [6], где отмечено, что существующие справочные данные имеют ряд ограничений.
Вместе с тем, применение гидроэлеваторов предъявляет повышенные требования к точности расчета параметров работы насосно-рукавных систем, так как неправильный расчет может привести к сливу воды из автоцистерны [6]. Недостаточный напор, развиваемый насосом, приводит к срыву работы гидроэлеваторной системы и прекращению подачи воды, что в условиях пожара может повлечь невыполнение боевой задачи и развитие пожара до крупных размеров. Существующие справочные данные [8] включают лишь табличные значения рабочего давления и номинальной подачи (расхода) для одного фиксированного режима работы, оставляя неопределёнными характеристики при работе в других режимах. Это затрудняет проведение точных пожарно-тактических расчетов для различных схем подачи воды и может снижать надежность водоснабжения на месте пожара.
Цель работы заключается в экспериментальном уточнении гидравлических характеристик гидроэлеватора, направленное на повышение надежности забора воды при тушении пожаров.
Научная новизна и практическая значимость.
В соответствии с поставленной целью в работе экспериментально уточнены гидравлические характеристики гидроэлеватора Г-600. Полученные данные позволяют уточнить методику пожарно-тактических расчетов, повысить их точность и достоверность, что непосредственно влияет на обеспечение требуемого уровня надежности забора воды при тушении пожаров. Результаты исследования имеют практическую значимость и могут быть использованы в деятельности федеральной противопожарной службы: при планировании действий по тушению пожаров в условиях недостаточного водоснабжения, при проведении занятий по профессиональной подготовке личного состава, а также при разработке и актуализации нормативных документов и рекомендаций по эксплуатации пожарной техники.
Методы исследования.
Для достижения поставленной цели использован комплекс методов, включающий: физическое моделирование работы гидроэлеваторной системы на специализированном стенде, обоснование состава которого представлено в работе [9]; инструментальные измерения давления и расхода с применением электронных манометров СДВ-И и электромагнитных расходомеров МФ-50, МФ-80; статистическую обработку экспериментальных данных. Безопасность проведения исследований на экспериментальной установке обеспечена методами, описанными в работе [10].
Основная часть
Объект и методика экспериментального исследования
Объектом исследования является гидроэлеватор эжекторного типа, предназначенный для забора воды из водоисточников с уровнем, превышающим максимальную высоту всасывания насосов, а также для удаления из помещений воды, пролитой при тушении пожара [5]. Его тактико-технические характеристики (Табл.1) регламентированы ГОСТ 50398-92 [5] и справочной литературой [3].
Табл.1. Тактико-технические характеристики гидроэлеватора
|
Наименование показателя |
Значение |
|
Номинальная подача при давлении 0,8 МПа, л/мин |
600 |
|
Рабочий расход воды, л/мин |
550 |
|
Коэффициент эжекции при давлении 0,8 МПа |
1,1 |
|
Давление перед гидроэлеватором, МПа (кгс/см2) |
0,2 – 1,0 (2,0 – 10,0) |
|
Давление за гидроэлеватором (при указанной производительности), МПа (кгс/см2), не менее |
0,17 (1,7) |
|
Наибольшая высота подъема воды, м |
20 |
|
Масса, кг |
5,1 |
По конструктивному исполнению рабочей насадки гидроэлеваторы, применяемые для забора воды из различных водоисточников в целях обеспечения бесперебойной подачи огнетушащих веществ при тушении пожаров, подразделяются на две модификации: Г-600 (Рис.1а) и Г-600А (Рис.1б).
Рис.1. Модели гидроэлеваторов
а) Г-600; б) Г-600А
Для уточнения гидравлических характеристик гидроэлеватора использовалась оригинальная экспериментально-исследовательская установка Сибирской пожарно-спасательной академии ГПС МЧС России [9]. Модернизация данной установки для комплексной оценки основных эксплуатационных параметров пожарного оборудования описана в работе [11]. На Рис.2 представлена принципиальная схема для экспериментального уточнения фактических гидравлических характеристик гидроэлеватора.
Рис.2. Принципиальная схема для экспериментального уточнения фактических гидравлических характеристик гидроэлеватора
На Рис.2 приведены обозначения используемого оборудования, элементов и приборов:
1 – Измерительная рукавная вставка с номинальным диаметром DN50 (с электромагнитным расходометром МФ-50 (5.2.2) класс Б (0,1 м/имп) [9];
2 – Вставка с электронным манометром СДВ-И-2,50-1,60-1,00 М (1,6)-4-20 мА для измерения давления [11];
3 – Измерительная рукавная вставка с номинальным диаметром DN80 (с электромагнитным расходометром МФ-80 (5.2.2) класс Б (0,1 м/имп) [9];
4 – Устройство, обеспечивающее безопасность проводимых гидравлических исследований [10];
5 – Линии связи от приборов измерения к тепловычислителю СПТ941.20 [9];
6 – Тепловычислитель СПТ941.20: приемно-контрольный прибор, предназначенный для регистрации и визуализации параметров (давления, температуры, расхода) [9].
Вода в собранную насосно-рукавную систему подавалась насосом нормального давления, а наполнение ёмкости, в которую помещался гидроэлеватор Г‑600 производилось от пожарного крана, размещённого в гараже учебной пожарно-спасательной части. Схема экспериментального стенда для уточнения фактических гидравлических характеристик гидроэлеватора представлена на Рис.3.
Рис.3. Схема экспериментального стенда для уточнения фактических гидравлических характеристик гидроэлеватора
Следует отметить, что при проведении испытаний гидроэлеватор Г‑600 погружали в воду лишь до верхней границы его конструкции, что соответствует условиям его реальной эксплуатации при заборе воды из открытых водоисточников.
В ходе эксперимента изменялся режим работы насоса пожарного автомобиля, что обеспечивало варьирование напора и расхода на входе в гидроэлеватор. Для каждого режима фиксировались показания расходомеров и манометров. Полученные экспериментальные данные представлены в Табл.2.
Табл.2. Результаты экспериментального уточнения рабочих параметров гидроэлеватора Г‑600
|
Напор перед гидроэлеваторомН1, м |
Напор после гидроэлеватораН2, м |
Расход перед гидроэлеваторомQ1, л/с |
Расход после гидроэлеватораQ2, л/с |
Подача Г-600 (Q₂ - Q₁), л/с |
|
55 |
9,0 |
7,8 |
17,2 |
9,4 |
|
57 |
10,0 |
7,5 |
17,8 |
10,3 |
|
69 |
8,4 |
8,4 |
18,5 |
10,1 |
|
73 |
11,5 |
8,6 |
18,6 |
10,0 |
|
77 |
8,1 |
8,8 |
19,0 |
10,2 |
|
82 |
12,0 |
9,0 |
19,3 |
10,3 |
Анализ полученных данных показывает, что заявленная производителем подача гидроэлеватора (600 л/мин) достигается в интервале входных напоров от 57 до 82 м, что согласуется с его номинальными характеристиками. В то же время при глубине забора воды 20 м система неработоспособна: напор после гидроэлеватора во всех исследованных режимах составил 8,1–12,0 м, что недостаточно для преодоления гидростатического сопротивления – даже без учёта подъёма воды на высоту самого пожарного автомобиля (до заливной горловины на крыше или сухотруба) и потерь напора в рукавной линии после Г‑600.
Авторы работы [6] также провели верификацию полученных расчётно-теоретических результатов и экспериментально доказали, что забор воды при максимальном удалении пожарного насоса от открытого водоисточника на 100 м невозможен. При использовании шести прорезиненных напорных пожарных рукавов диаметром 77 мм и длиной 20 м каждый потери напора при заявленной подаче 19,1 л/с составляют 32,8 м, что делает забор воды неосуществимым.
Заключение
1. Установлено, что существующие нормативные и справочные данные содержат параметры лишь для одного фиксированного режима работы гидроэлеватора, оставляя неопределёнными его характеристики при других режимах.
2. Впервые экспериментально определены фактические гидравлические характеристики гидроэлеватора Г-600 при работе в различных режимах.
3. Выявлено ограничение работоспособности гидроэлеватора при глубине забора воды 20 м. Во всех исследованных режимах напор после гидроэлеватора составил лишь 8,1–12,0 м, что недостаточно для преодоления гидростатического сопротивления без учёта подъёма воды на высоту пожарного автомобиля и потерь в рукавной линии.
4. Подтверждена невозможность забора воды при максимальном удалении пожарного насоса от открытого водоисточника на 100 м. Расчёт показывает, что при использовании шести прорезиненных рукавов (Ø77 мм, L=20 м) потери напора при подаче 19,1 л/с достигают 32,8 м, что делает забор воды неосуществимым.
1. Харламов, Р. И. Повышение надёжности оборудования для забора и подачи воды при использовании гидроэлеватора пожарного / Р. И. Харламов, Р. Р. Музафяров // Надежность и долговечность машин и механизмов: Сборник материалов X Всероссийской научно-практической конференции, Иваново, 18 апреля 2019 года. – Иваново: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Ивановская пожарно-спасательная академия Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий», 2019. – С. 192-194. – EDN XPPNUY.
2. Калениченко, Е. А. Совершенствование применения гидроэлеваторных систем. Использование инновационной гидроэлеваторной системы "Южная" / Е. А. Калениченко // Высшая школа: научные исследования: Сборник научных статей по итогам работы Межвузовского научного конгресса, Москва, 27 сентября 2019 года / Ответственный редактор Д.Р. Хисматуллин. – Москва: Инфинити, 2019. – С. 190-196. – EDN SSIBCT.
3. Иванников, В. П. Справочник руководителя тушения пожара / В. П. Иванников, П. П. Клюс. – Москва: Стройиздат, 1987. – 288 с. – Текст: непосредственный.
4. Моисеев, Ю. Н. Аварийно-спасательная техника и оборудование: учебное пособие / Ю. Н. Моисеев, Г. И. Харламов. - Москва: КУРС, 2020. – 192 с. – Текст: непосредственный.
5. ГОСТ Р 50398-92. Гидроэлеватор пожарный. Технические условия (детализированное применение) // Технические условия и стандарты на пожарное оборудование: сборник. – Москва: Стандартинформ, 1992. – 10 с.. URL: https://files.stroyinf.ru/Data/190/19054.pdf (дата обращения 20.04.2026).
6. Куртов, С. О. Критический анализ работоспособности гидроэлеваторных систем, применяемых для забора воды пожарной техникой / С. О. Куртов, В. П. Малый, В. М. Макаров // Актуальные проблемы безопасности в техносфере. – 2025. – № 4(16). – С. 29-32. – DOIhttps://doi.org/10.34987/2712-9233.2024.41.67.004. – EDN SMDTVE.
7. Черепанов, Н. С. Повышение производительности гидроэлеватора Г-600 А / Н. С. Черепанов, А. С. Григорьев // Наука в исследованиях молодежи - 2020: Материалы студенческой научной конференции. В II частях, Курган, 25 марта 2020 года / Под общей редакцией И.Н. Миколайчика. Том Часть II. – Курган: Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т.С. Мальцева, 2020. – С. 132-133. – EDN UNDNRF.
8. Повзик, Я. С. Справочник руководителя тушения пожара / Я. С. Повзик. – Москва: ЗАО «Спецтехника», 2000. – 361 с. – Текст: непосредственный.
9. Обоснование выбора состава экспериментально-исследовательской установки для измерения теплогидравлических параметров элементов насосно-рукавных систем / В. П. Малый, С. О. Куртов, А. С. Лунев [и др.] // Южно-Сибирский научный вестник. – 2024. – № 2(54). – С. 60-68. – DOIhttps://doi.org/10.25699/SSSB.2024.54.2.006. – EDN OZOYAH.
10. Куртов, С. О. Повышение безопасности проведения исследований на экспериментально-исследовательской установке при проведении диагностики и контроля теплогидравлических параметров элементов насосно-рукавных систем / С. О. Куртов, В. П. Малый // Сибирский пожарно-спасательный вестник. – 2024. – № 2(33). – С. 222-231. – DOIhttps://doi.org/10.34987/vestnik.sibpsa.2024.40.21.026. – EDN XMCTUY.
11. Куртов, С. О. Модернизация экспериментально-исследовательской установки для комплексной оценки основных эксплуатационных параметров пожарного оборудования / С. О. Куртов, В. П. Малый, В. М. Макаров // Актуальные проблемы обеспечения пожарной безопасности и защиты от чрезвычайных ситуаций: Материалы VII всероссийской научно-практической конференции, Красноярск, 24 апреля 2025 года. – Железногорск: Сибирская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России, 2025. – С. 166-170. – EDN XLCVMM.
