Проектирование автоматической установки пожаротушения (АУП) — важная и ответственная задача, так как необходимо обеспечить тушение пожара в любой части здания или сооружения. Для этого при проектировании АУП рассчитывают расход и потребный напор воды для системы противопожарного водоснабжения. Расчёт опирается на своды правил [1, 2], а также на данные из справочников [3, 4].
Рассмотрим расчёт требуемого давления пожарных насосов [1]:
pн = pг + pв + ∑pм + pуу + pд + Z — pвх = pтр — pвх, (Б. 30)
Не будем расписывать все слагаемые в формуле. В рамках данной статьи нас интересуют только местные потери напора ∑pм. Это потери на фитингах, фасонных частях и запорной арматуре, которые принимают равными 20% от линейного сопротивления трубопроводов, согласно Б. 1.3.13 из [1]*.
После расчёта pн, необходимого для обеспечения требуемого расхода, подбирают оборудование по рабочим характеристикам насосов, приведённым в каталогах или на сайтах производителей одним из двух способов: отдельно насосы с их последующей обвязкой на объекте; насосы в составе модульных насосных установок заводской сборки.
Первый способ более трудозатратный и зачастую обходится дороже. В рамках данной статьи он рассматриваться не будет. Предлагаем обратить внимание на второй вариант.
Подбор модульной насосной установки (МНУ) по графикам совместной работы насосов — это нормальный подход для установок на базе многоступенчатых насосов, которые характеризуются относительно низкими расходами (до 90 м³/ч) и небольшими потерями в обвязке в пределах 1–2 м. Однако для модульной насосной установки на базе блочных насосов с низким напором и высокой подачей потери в правой зоне могут достигать 20 м! Тогда как при проектировании потери в обвязке МНУ, как правило, принимают без расчёта около 2–3 м.
Рис. 1. Модульная насосная установка
Рассмотрим в качестве примера установку (рис. 1) и её характеристики (рис. 2).
Рис. 2. Гидравлические характеристики установки
Согласно гидравлическим характеристикам, потери напора при подаче 300 м³/ч достигают 8 м. При этом конструкторы применяют все возможные способы снижения потерь в обвязке без ущерба для компактности установки: выдерживание оптимальных скоростей во всасывающих и напорных линиях; как следствие, применение трубопроводов и арматуры большего типоразмера относительно фланцев насосов; использование плавных конфузоров и диффузоров; сварка трубопроводов с отгибом галтели на тройниках; использование арматуры с низкими коэффициентами местных сопротивлений.
Однако для снижения себестоимости большинство производителей не делает переходы у фланцев насосов, закладывая обратные клапаны и затворы с Ду, равными Ду фланцев насосов (рис. 3).
Рис. 3. Пример насосной установки с нарушениями в обвязке
Гидравлические характеристики насоса меняются соответственно — рис. 4.
Рис. 4. Гидравлические характеристики установки с нарушениями в обвязке
Таким образом, при 300 м³/ч потери напора в обвязке возрастают с 8 до 35 м, что делает невозможным обеспечение требуемого расхода при пожаре.
При просмотре такие установки, к сожалению, проходят экспертизу, так как проектный расход зачастую проверяют расходомером на закольцованном трубопроводе в помещении насосной стации (то есть при минимальном напоре, без учёта сопротивления всей сети), а проектный напор проверяют при открытии наиболее удалённого пожарного крана или спринклера (при минимальном расходе). Очевидно, что при пожаре, когда потребуется обеспечить весь расчётный расход, такая МНУ не справится с поставленной задачей.
Высокие потери в МНУ объясняются в первую очередь тем, что в качестве запорной арматуры обычно применяются поворотные дисковые затворы и обратные клапаны типа «бабочка» или пружинные клапаны. Из-за своих конструктивных особенностей они вносят самый существенный вклад в гидравлическое сопротивление всей МНУ (30–60%).
Настоятельно рекомендуется осуществлять гидравлический расчёт, учитывая данные из каталогов производителя запорной арматуры, продукцию которого заложили в проект. Методика расчёта может быть взята из [3]. Так, для узла с затворами и обратными клапанами — участки 2, 5, 6, 9, 10 и 11 (рис. 5) — местные потери напора hм на каждом участке можно определить по формуле Вейсбаха (3.10) [3] hм = SQ2, где Q — расчётный расход воды, м³/ч; S — модуль местного сопротивления.
Рис. 5. Расчётная схема МНУ
Параметр S можно вычислить из соотношения SKv2 = 10, где Kv — условная пропускная способность арматуры при перепаде давления 1 бар, принимаемая по данным изготовителя арматуры, м³/ч.
Тогда итоговая формула примет вид: hм = 10Q2/Kv2.
Аналогичный расчёт делают для всех участков, затем потери суммируются.
* Аналогично в формуле (15) из [2] имеется коэффициент kl, учитывающий потери напора в местных сопротивлениях, значения которого следует принимать 0,2 в сетях объединённых хозяйственно-противопожарных и производственных водопроводов жилых и общественных зданий.
