Расчёт насосно-рукавной линии

Насосно-рукавная линия от водоисточника до очага состоит из мотопомпы, рукавов, пожарной арматуры и проложена по рельефу.
Соотношение параметров мотопомпы и рукавов для разных задач на пожаре:
Параметры, которые надо учитывать при прокладке линии:
  1. Напор (давление), который может дать мотопомпа. Это высота, на которую может поднять жидкость насос (м. вод. ст. — метры водяного столба)
  2. Расход — это способность насоса прокачивать через себя определённый объём воды в минуту (л/мин)
  3. Диаметр рукавов и потери на сопротивлении воды в теле рукава (м)
  4. Расстояние от водоисточника до необходимой точки на пожаре (м)
  5. Высота — подъём рельефа, с учётом его перепадов, от уреза воды до высоты ствольщика (м)
Чтобы понять, получится ли с выбранной мотопомпой и диаметром рукавов доставить воду к пожару на необходимые расстояние и высоту, можно воспользоваться расчётом насосно-рукавных линий.
При расчётах учитывают напор мотопомпы, который она может дать при определенном расходе (НМП); высоту (h), на которую нужно поднять воду от исходного уровня; потери в рукавной линии (ПРЛ) и потери напора, необходимого для формирования струи в стволе (ПРС). Переходники и разветвления не учитываются, так как считается, что потеря на них пренебрежимо мала. Чтобы на выходе был нужный результат, значения расчётов должны быть больше нуля. Условно формулу расчёта насосно-рукавной линии можно написать так: НМП — h — ПРЛ — ПРС > 0
Где взять данные для расчёта?
Высоту, на которую нужно поднять воду, и расстояние от воды до пожара можно измерить с помощью инструментов ориентирования, например, с помощью навигатора Garmin или картографического приложения Locus. Расстояние до пожара будет необходимо для расчёта потери в рукавах — она будет складываться из потери на один рукав, умноженная на количество рукавов, с учётом погрешности при прокладки по рельефу (от 10 до 30%).
Данные о напоре мотопомп и потерях на рукавах и стволе возьмём из таблицы, созданной добровольными лесными пожарными под оборудование, которое чаще всего ими используется при тушении лесных и торфяных пожаров.
Примечание: обычно в пожарной охране давление и расход считают по формуле: Нн = Nр · S · Q2 ± Zм ± Znр + Нпр, где Нн — напор на насосе, м; S · Q2 — потери напора в одном рукаве магистральной линии, м; Zм — геометрическая высота подъёма (+) или спуска местности (-), м; Znр — наибольшая высота подъема (+) или глубина (-) подачи стволов, м; Нпр — напор у приборов тушения (стволов), м. При подаче стволов от разветвлений вместо Нпр принимают напор у разветвлений на 10 м больше напора у стволов (Нр = Нст + 10). Поскольку мотопомпы обычно не оборудованы манометрами для определения реального давления на выходе, а также для упрощения расчётов, создана таблица для некоторых мотопомп с частично уже проведёнными вычислениями.
Данные для расчёта напорных линий для некоторых мотопомп
оптимально, подходит для тушения торфа и леса (напор и расход высокие)
допустимо, подходит для тушения травы (слабый напор, средний расход)
недопустимо, заправка РЛО или нет воды (напор и расход низкие)
В этой таблице цветом выделены значения для разных видов работ:
В наших интересах будет считать в первую очередь все значения в зелёной зоне, так как это оптимальное решение для тушения любых ландшафтных пожаров. Если по значениям из зелёной зоны результат вычислений будет больше нуля, значит, такая линия сработает и для тушения торфа, леса и травы, и для заправки РЛО или других ёмкостей.
Возьмите из таблицы значение давления на выходе мотопомпы при необходимом расходе. Посмотрите потери в рукавах при этом же расходе воды, умножьте на количество рукавов. Посмотрите при этом же расходе значение давления на входе в ствол. Определите высоту, на которую необходимо будет поднять воду (с учётом роста ствольщика). Рассчитайте по формуле.
Чтобы понять, как работать с таблицей, разберём задачу.
РЕШЕНИЕ:
Для начала необходимо рассчитать, сколько рукавов уйдёт на прокладку рукавной линии:
100 м / 20 м +10% = 6 рукавов нужно для прокладки линии (где 20 м — это стандартная длина пожарного рукава, а 10% — это компенсация неровностей простого рельефа).
Для расчёта насосно-рукавных линий будем использовать формулу:
НМП — h — ПРЛ — ПРС > 0
Чтобы правильно подобрать значения в таблице, начнём с потери напора на стволе.
Для того чтобы эффективно работать на лесном пожаре при помощи РС-50, необходимо, чтобы расход воды на стволе был не менее 100 л/мин.

Смотрим в таблицу
ДАНО:
Необходимо подать воду для тушения лесного пожара, происходящего на несложном рельефе, от неограниченного водоисточника. Из оборудования имеется:
  • мотопомпа Honda WX 15 — 1 шт.;
  • рукава Ø51 мм — 20 шт.;
  • ствол РС-50 — 1 шт.
Расстояние от водоисточника 100 м, высота подъёма — 7 м.


НАЙТИ:
Получится ли подать воду для эффективной работы на лесном пожаре?
Перед тем как произвести расчет насосно-рукавной линии, необходимо вспомнить, что помимо перепада высот между кромкой пожара и водоисточником нужно учесть высоту ствольщика, который будет держать ствол в руках, в среднем это 1,5 метра. То есть к перепаду высот между водоёмом и кромкой пожара необходимо добавить высоту ствольщика:
7 м + 1,5 м = 8,5 м. h = 8,5 м
В условиях задачи высота подъёма уже задана. На практике, чтобы определить, на какую высоту нужно поднять воду, можно воспользоваться туристическим навигатором: зафиксировать высоту над уровнем моря у уреза воды, затем подняться к месту пожара и вычислить разницу между двумя отметками.
Если навигатора нет, можно попытаться оценить высоту на глаз, ориентируясь, например, на высоту деревьев — в среднем она составляет около 25 метров. Однако при таком способе нужно учитывать возможную погрешность в расчётах.
Теперь, имея все данные, можем произвести расчёт насосно-рукавной линий по формуле НМП — h — ПРЛ — ПРС > 0
33 — 8,5 — 2,16 — 8 = 14,34 > 0


ОТВЕТ:
Воду получится подать для эффективной работы на лесном пожаре.
Чтобы узнать, какая будет потеря напора на трение о стенки рукавов в каждом рукаве при расходе в 100 л/минуту, смотрим значения в столбце «рукава 51». Это будет 0,36 м. Для того, чтобы узнать потерю напора в рукавной линии, умножаем 0,36 на количество рукавов в рукавной линии.
В нашем случае — на 6 штук: 0,36×6 = 2,16 м.в.ст. ПРЛ = 2,16
Находим столбец РС-50. При расходе 100 л/мин потеря на ручном стволе Ø51 мм будет 8 м. ПРС = 8
Если результат существенно больше нуля, то итоговый расход воды будет выше, чем запланированный изначально. Если результат близок к нулю, то значит вода будет подаваться из ствола с силой, близкой по значениям, по которым производили расчёт. В любом случае этого будет достаточно для выбранных условий.
В случае, если результат расчётов оказался меньше или равен нулю, то это значит, что напора мотопомпы недостаточно, а потеря на линии слишком большая, чтобы доставить воду к пожару. В этом случае можно заменить мотопомпу на более мощную, переложить линию, используя рукава большего диаметра, или использовать эстафетную подачу воды (или «в перекачку») с использованием нескольких мотопомп в линии.
Эстафетная подача воды («в перекачку»)
При этом способе используется две или более мотопомпы. Всасывающий рукав требуется только для первой (нижней) мотопомпы, установленной у водоёма. Все последующие мотопомпы должны иметь возможность подключения рукавной линии ко входному патрубку. Для этого они должны быть оснащены муфтовыми головками.
Если мотопомпы отличаются по характеристикам, у водоёма устанавливают ту, у которой выше производительность. Производительность — это количество воды, которое мы можем поднять на необходимую нам высоту (расход + напор). Чаще всего первой устанавливают мотопомпу с бо́льшим расходом.
От первой мотопомпы прокладывают рукав до такого места, где давление и расход воды ещё не превышают возможностей второй мотопомпы. То есть в следующую мотопомпу должно поступать не больше воды, чем она может пропустить, а давление не должно быть выше, чем она выдерживает, но и не меньше 5 метров. Там ставят вторую мотопомпу: рукав подключают к её входу, к выходу — новый рукав, и продолжают прокладку линии.
При таком способе расчёта давление (напор) всех мотопомп в линии суммируется.
Если используются одинаковые мотопомпы, порядок их установки не имеет значения. Допустимо устанавливать их сразу после первой, например, через один рукав. Однако в этом случае нужно убедиться, что суммарный напор от нескольких мотопомп не превысит прочность рукавной линии. Допустимое давление указывается в маркировке на рукавах. Обычно применяются рукава для мобильных средств тушения, рассчитанные на давление до 1,6 МПа (мегапаскаль — единица измерения давления). Это соответствует 160 метрам водяного столба (1 МПа = 100 м вод. ст.).
Например, мотопомпа Honda WX 15 при подаче 100 л/мин создаёт напор 33 м вод. ст. Чтобы превысить предел прочности рукава с маркировкой 1,6 МПа, потребуется подключить в одну линию примерно пять таких мотопомп. На практике добровольцам крайне редко приходится использовать подобные сочетания техники.
ВО ВРЕМЯ РАБОТЫ ВАЖНО СОБЛЮДАТЬ ПРАВИЛЬНЫЙ ПОРЯДОК ВКЛЮЧЕНИЯ И ВЫКЛЮЧЕНИЯ МОТОПОМП:

  • Сначала запускается мотопомпа, установленная у водоёма.
  • Вторая и последующие мотопомпы включаются только после того, как до них дошла вода.


Выключение происходит в обратном порядке:
  • Сначала отключается самая верхняя мотопомпа.
  • Затем — все остальные по порядку, двигаясь вниз по линии.
  • Последней выключается мотопомпа у водоёма.
Если во время работы по какой-либо причине прекращает работу мотопомпа, находящаяся внизу или в середине линии, необходимо немедленно заглушить все мотопомпы, стоящие выше. Без поступления воды они могут выйти из строя, так как работа «всухую» для насоса недопустима.
При работе с мотопомпой важно, чтобы у мотопомпы был моторист, у которого есть устойчивая связь с группой на конце рукавной линии. Моторист по команде запускает и глушит мотопомпы. Если мотопомп несколько и они находятся на удалении друг от друга, мотористов должно быть по количеству работающих мотопомп.
Формула расчёта линии при эстафетной подаче воды будет выглядеть так:
НМП1 + НМП2 — h — ПРЛ — ПРС > 0
если мотопомп в линии три, то, соответственно:
НМП1 + НМП2 + НМП3 — h — ПРЛ — ПРС > 0
При работе «в перекачку» может возникнуть несколько сложностей, связанных с неправильным распределением мотопомп в линии.
Все предыдущие варианты рассматривались с учётом, что воду планируется подавать только в один ствол. Если необходимо магистральную линию развести на несколько рабочих стволов, то расчёт линии немного меняется.
Сначала нужно рассчитать значения магистральной линии до разветвления, а затем уже по рабочим линиям.
Рассмотрим пример.
РЕШЕНИЕ:
Для начала необходимо рассчитать, сколько рукавов уйдёт на прокладку рукавной линии. Разветвление всегда стараются ставить как можно ближе к пожару, поэтому проведём расчёт, исходя из того, что магистраль будет идти прямо до кромки — 110 м, а после будет две рабочии линии по одному рукаву. Расстояние в один рукав на рабочей линии после разветвления даст запас длины для манипуляции — редко надо подать воду ровно в одну точку, как правило, необходимо проливать часть кромки, постепенно наращивая рабочие линии.
Для магистрали будем использовать рукава большего диаметра (66 мм), а для рабочей линии — меньшего (51 мм), чтобы сократить потери на сопротивлении воды в рукавах.
В итоге, чтобы проложить магистральную линию, нам понадобится 110 м / 20 м + 30% = 5,2, то есть 6 рукавов (где 20 м — это стандартная длина пожарного рукава, а 30% — это компенсация неровностей на сложном рельефе).
Теперь рассчитаем, какой напор будет до разветвления. Для этого нужно понять общий, суммарный, расход, который нужен для работы на два ствола. Из прошлых примеров мы помним, что минимально необходимый расход для ствола РС-50 при работе на лесном пожаре — это 100 л/мин. Соответственно, если нам нужно запитать 2 ствола, то на разветвление должно приходить не менее 200 л/мин (желаемый расход на один ствол умножаем на количество стволов).
Для расчёта насосно-рукавных линий до разветвления будем использовать ту же формулу, но пока без потери на стволах (потому что магистраль не заканчивается стволом).
НМП — h — ПРЛ > 0

Смотрим в таблицу значения при расходе 200 л/мин
ДАНО:
Необходимо подать воду для тушения лесного пожара, происходящего на сложном рельефе, от неограниченного водоисточника. Из оборудования имеется:
  • мотопомпа Honda WX 15 — 2 шт.;
  • рукава Ø51 мм — 10 шт.;
  • рукава Ø66 мм — 6 шт.;
  • ствол РС-50 — 2 шт.
Расстояние от водоисточника 80 м, высота подъёма — 15 м.


НАЙТИ:
получится ли подать воду для эффективной работы на лесном пожаре на два ствола?
Теперь нам надо вычесть из напора, который дошёл до разветвления, потери на рукаве, стволе и подъёме на высоту ствольщика.
14,42 — 1,5 — 0,36 — 8 = 4,56


ОТВЕТ:
Это значение больше нуля, а значит, такая линия, с использованием двух мотопомп Honda WX 15 и разветвлением на 2 ствола РС-50, сработает.
НМП = 16 м
h — известна по условиям задачи и равна 15 м (так как это расстояние до разветвления, а разветвление стоит рядом с кромкой, то мы можем взять всю высоту подъёма по рельефу, но пока не добавлять высоту ствольщика)
ПРЛ — 0,43 на один рукав, в магистрали у нас 6 рукавов, соотвественно, общая потеря в рукавах будет 0,43×6 = 2,58 м
Считаем по формуле: НМП — h — ПРЛ > 0
16 — 15 — 2,58 = - 1,58, то есть меньше нуля. Вода не дойдёт даже до разветвления, слишком высокий подъём по рельефу.
Но у нас в комплекте оборудования есть ещё одна мотопомпа такого же типа. Добавим её в линию, чтобы подать воду к разветвлению «в перекачку»
Рассчитаем по формуле: НМП1 + НМП2 — h — ПРЛ > 0
16 +16 — 15 — 2,58 = 14,42 — это существенно больше нуля, вода до разветвления дойдёт с нужным нам расходом. Осталось посчитать, что будет происходить на выходе из ствола.
Мы взяли за идею, что после разветвления у нас идёт 2 рабочие линии по одному рукаву Ø51 мм. В таблице нам надо посмотреть потери на одном рукаве и на стволе РС-50, потому что именно такой ствол дан по условиям задачи. При этом значения после разветвления мы уже смотрим для расхода, который хотим получить именно на стволе. В нашем случае — это изначальные 100 л/мин.
Если после разветвления рабочие линии имеют разное количество рукавов, например, одна рабочая линия состоит из двух рукавов, а другая — из четырёх, то расчёт после разветвления ведётся по самой длинной рабочей линии или по той, в которой может быть наибольшая потеря (линия длиннее, диаметр рукавов меньше или высота подъёма больше). Если для этой линии напора хватит, то значит, хватит и для той, в которой потери меньше.
Если вы не производили расчёты, а вода в собранной линии не дошла или дошла с меньшим, чем нужно, напором и расходом, то для исправления ситуации можно увеличить количество мотопомп в линии, увеличить диаметр используемых рукавов, взять стволы меньшего диаметра или уменьшить количество стволов после разветвления. Но перекладка линии всегда будет тратить много времени, которое почти всегда критично при тушении пожара. Расчёт насосно-рукавной линии позволяет избежать ошибок и собрать эффективную линию с первого раза.
В таблице приведено оборудование, которое чаще всего используется добровольными лесными пожарными. Если вы не нашли свою модель мотопомпы, сравните её характеристики с указанными в таблице и выберите ту модель, которая наиболее близка по параметрам. Характеристики мотопомп, представленных в таблице, можно найти в Справочнике добровольного лесного пожарного (стр. 134).
В качестве оптимизации процесса добровольцами было создано приложение на Android для расчёта насосно-рукавной линии. Его можно скачать по ссылке. Приложение давно не обновлялось и на некоторых устройствах может не устанавливаться автоматически.
Даже если приложение установилось, необходимо понимание принципов расчёта и того, какие меры можно предпринять, если линия не даёт ожидаемого результата. Только так можно построить эффективную работу по тушению ландшафтных пожаров.
А теперь убедимся, что с этой темой всё понятно
Пройти тест