Оптимизация геометрии проточного тракта насадков к стволу пожарному ручному СПРУ-50/0,7 для формирования компактной струи огнетушащего вещества

Виталий Николаевич Рябцев; Алексей Олегович Лихоманов; Олег Дмитриевич Навроцкий; Артем Александрович Морозов; Андрей Николаевич Камлюк; Александр Васильевич Ильюшонок; Игорь Андреевич Гончаренко; Олег Вячеславович Шкиндер

doi:10.33408/2519-237X.2023.7-4.370

Авторы

Виталий Николаевич Рябцев Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-2830-591X
Алексей Олегович Лихоманов Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-9374-1486
Олег Дмитриевич Навроцкий Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-4137-2519
Артем Александрович Морозов Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0001-8079-2578
Андрей Николаевич Камлюк Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-9347-0778
Александр Васильевич Ильюшонок Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0001-7523-4483
Игорь Андреевич Гончаренко Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0000-0002-8063-8068
Олег Вячеславович Шкиндер Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25 https://orcid.org/0009-0003-2022-3615

DOI:

https://doi.org/10.33408/2519-237X.2023.7-4.370

Ключевые слова:

пожарный ствол, насадок, проточный тракт, компактная струя, моделирование движения жидкости, расход, дальность струи

Аннотация

Цель. Разработать экспериментальные образцы съемных последовательно соединяемых насадков с диаметром выходного отверстия 19 (тип А) и 13 мм (тип Б) к стволу пожарному ручному СПРУ-50/0,7 и оптимизировать геометрию их проточного тракта по дальности и расходу компактной струи огнетушащего вещества, а также оценить соответствие образцов требованиям СТБ 11.13.14 по данным параметрам.

Методы. Общая методология работы предусматривала использование теоретических методов исследования (анализ, синтез, сравнение). Расчет геометрических параметров проточного тракта насадков проводился путем численного моделирования в программном обеспечении Ansys с помощью метода конечных элементов. Дальность и расход компактной струи огнетушащего вещества определялись экспериментально с использованием метода испытаний, описанного в СТБ 11.13.14.

Результаты. При численном моделировании проточного тракта насадков к стволу пожарному ручному СПРУ-50/0,7 установлено, что для обеспечения наибольшей скорости и сохранения энергии струи воды при заданных давлении (0,45 МПа), диаметрах входного (40 мм) и выходного (13 мм) отверстий проточный тракт должен постепенно сужаться по всей длине без участков цилиндрической формы, при этом длина тракта не должна превышать 200 мм. Экспериментально определены дальность компактной струи и расход воды для шести разработанных комплектов экспериментальных образцов насадков различной геометрии. Все образцы обеспечивают нормативную дальность компактной струи и расход воды в соответствии с СТБ 11.13.14. Также установлено, что на каждую единицу расхода воды наибольшая дальность компактной струи достигается при использовании: комплекта, состоящего из последовательно соединенных насадков типа А и Б с коноидальным проточным трактом длиной 50 мм каждый – для обеспечения расхода не менее 2,7 л/c c диаметром выходного отверстия 13 мм; насадка типа А с коническим проточным трактом длиной 100 мм – для обеспечения расхода не менее 7,4 л/c c диаметром выходного отверстия 19 мм. Вместе с тем показано, что вместо комплекта коноидальных насадков длиной по 50 мм на практике целесообразно применять конические аналоги той же длины ввиду несущественной разницы между соотношениями «дальность компактной струи / расход воды» (около 3 %).

Область применения исследований. Разработка и оптимизация насадков к пожарным стволам для подачи компактной струи.

Биографии авторов

Виталий Николаевич Рябцев, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра автоматических систем безопасности, начальник кафедры; кандидат технических наук, доцент

Алексей Олегович Лихоманов, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра автоматических систем безопасности, доцент; кандидат технических наук, доцент

Олег Дмитриевич Навроцкий, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра автоматических систем безопасности, доцент; кандидат технических наук, доцент

Артем Александрович Морозов, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра ликвидации чрезвычайных ситуаций, доцент; кандидат технических наук

Андрей Николаевич Камлюк, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

заместитель начальника университета по научной и инновационной деятельности; кандидат физико-математических наук, доцент

Александр Васильевич Ильюшонок, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра естественных наук, заведующий кафедрой; кандидат физико-математических наук, доцент

Игорь Андреевич Гончаренко, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

кафедра естественных наук, профессор; доктор физико-математических наук, профессор

Олег Вячеславович Шкиндер, Государственное учреждение образования «Университет гражданской защиты Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь»; 220118, Беларусь, Минск, ул. Машиностроителей, 25

факультет подготовки руководящих кадров, магистрант

Библиографические ссылки

Kamlyuk A., Parmon V., Morozov A. Stvol pozharnyy ruchnoy universal'nyy kombinirovannyy s raskhodom do 5 l/s i vozmozh-nost'yu formirovaniya vozdushno-mekhanicheskoy peny [Universal firefighter manual fire barrel combined with a flow rate of up to 5 l/s and the possibility of forming an air-mechanical foam]. Nauchnye i obrazovatel'nye problemy grazhdanskoy zashchity, 2019. No. 1 (40). Pp. 76–85. (rus). EDN: https://elibrary.ru/ZEUEPZ.

Morozov A.A., Kamlyuk A.N., Parmon V.V., Striganova M.Yu. Metody ispol'zovaniya sovremennykh ruchnykh pozharnykh stvolov pri tushenii pozharov [Methods of using modern hand-held fire barrels for fire extinguishing]. Journal of Civil Protection, 2019. Vol. 3, No. 4. Pp. 378–390. (rus). DOI: https://doi.org/10.33408/2519-237X.2019.3-4.378. EDN: https://elibrary.ru/ROWESN.

Marozau A., Tran Duc H., Kamluk A., Parmon V., Striganova M. Pump-hose systems with universal fire barrels for extinguishing buildings. Magazine of Civil Engineering, 2021. No. 3 (103). Article 10305. 9 p. DOI: https://doi.org/10.34910/MCE.103.5. EDN: https://elibrary.ru/ALXOEJ.

Kamlyuk A.N., Parmon V.V., Striganova M.Yu., Shirko A.V., Morozov A.A. Raschet i optimizatsiya geometrii protochnogo kanala pozharnogo stvola s raskhodom do 5 l/s [Calculation and optimization of the geometry of the flow channel at a rate of fire of the barrel to 5 l/s]. Vestnik Komandno-inzhenernogo instituta MChS Respubliki Belarus', 2016. No. 1 (23). Pp. 51–59. (rus). EDN: https://elibrary.ru/VKXNTD.

Frenkel' N.Z. Gidravlika [Hydraulic]: textbook. 2nd ed. Moscow; Leningrad: Gosenergoizdat, 1956. 456 p. (rus)

Lepeshkin A.V., Mikhaylin A.A. Gidravlicheskie i pnevmaticheskie sistemy [Hydraulic and pneumatic systems]: textbook. Ed. by Belenkov Yu.A. Moscow: Publishing Center «Akademiya», 2004. 336 p. (rus)

Kotousov L.S. Measurement of the water jet velocity at the outlet of nozzles with different profiles. Technical Physics, 2005. Vol. 50, No. 9. Pp. 1112–1118. DOI: https://doi.org/10.1134/1.2051447.