Местные сопротивления в противопожарных водопроводах: учитывать или пренебречь?

Местными сопротивлениями называются такие участки трубопроводов, на которых происходит деформация потока жидкости из-за изменения направления ее движения, либо размеров или формы сечения. Деформация потока по причине вихреобразования вызывает дополнительное гидравлическое сопротивление, возникают  потери удельной энергии потока (напора).

К местным сопротивлениям, к примеру, относятся расширения и сужения в противопожарном водопроводе (плавные и внезапные), повороты под различными углами (плавные и внезапные), участки с разделением или слиянием потоков жидкости, различная гидравлическая арматура (краны, вентили, клапаны и т.д.), установленные на водопроводе измерительные приборы, устройства (водомеры, диафрагмы) и др.

То есть, любое препятствие на пути движения потока огнетушащей жидкости является местным сопротивление. При этом, чем сильнее деформируется поток, тем больше будет потеря напора на данном местном сопротивлении.

Долю скоростного напора, затрачиваемого на преодоление какого-либо местного сопротивления, показывает коэффициент местного сопротивления. Величина этого коэффициента зависит от вида местного сопротивления, его геометрических размеров, условий входа жидкости в него, от режима движения жидкости. Чем выше коэффициент сопротивления, тем выше будут потери напора на этом участке. Значения коэффициентов местных сопротивлений определяются опытным путем, приводятся в справочной литературе.

При проектировании, конструировании противопожарных водопроводных систем важно осуществить организацию необходимых участков местных сопротивлений наиболее рациональным образом, чтобы таким образом уменьшить возникающие гидравлические потери и энергетические затраты на транспортировку жидкости.

Каким образом следует осуществить переход с одного диаметра на другой в противопожарном водопроводе? Местное сопротивление,  при котором трубопровод постепенно расширяется,  называется диффузором. Он характеризуется углом конусности и степенью расширения. Основное влияние на конфигурацию потока при протекании жидкости через диффузор оказывает угол конусности. При плавном расширении потока, когда угол конусности составляет не более 10⁰, жидкость на всем протяжении диффузора течет в одном направлении, не отрываясь от стенок. Т.е. в этом случае условия являются наиболее благоприятными, тогда как с увеличением угла в диффузоре возникают обратные течения. Таким образом, следует учитывать влияние угла расширения на величину возникающих потерь напора. Так, например, переходы в виде диффузора с углом более 50° следует заменять внезапным расширением, как дающим меньшие потери напора.

В конфузоре происходит постепенное сужение потока. Потери напора в нем незначительны, а при плавном сопряжении конической части с цилиндрической практически равны нулю. Лишь при угле конусности более 50° возникающие потери становятся заметны.

Каким образом следует организовать участки изменения направления потока в противопожарном водопроводе? Исследования показывают, что при повороте трубопровода на угол менее 15° гидравлическим сопротивлением можно пренебречь. С увеличением диаметра трубопровода значение коэффициента местного сопротивления для поворота (колена) уменьшается. При плавном повороте трубопровода вихреобразования уменьшаются, и потери напора будут значительно меньше.

В трубопроводных линиях систем наружного и внутреннего противопожарного водоснабжения участков местных сопротивлений может быть достаточно много. Нужно ли при выполнении гидравлических расчетов рассчитывать потерю напора на каждом из множества местных сопротивлений?

Обычно следует рассчитывать не все местные сопротивления, а только наиболее существенные, создающие наибольшие гидравлические сопротивления, например на водомере. На остальных местных сопротивлениях потери напора могут быть учтены коэффициентом.

Так, при гидравлическом расчете трубопроводных систем противопожарного водоснабжения в зависимости от соотношения в них местных и линейных потерь напора различают короткие и длинные трубопроводы.

К коротким относят трубопроводы, в которых величина местных потерь напора составляет более 10÷20 % от потерь напора по длине. Короткими трубопроводами являются, к примеру, всасывающие линии пожарных насосных станций, системы аварийного слива легковоспламеняющихся и горючих жидкостей. При их расчетах обязательно рассчитывают потери напора в местных сопротивлениях!

К длинным относят трубопроводы значительной протяженности, в которых величина местных потерь напора менее 10÷20 % от потерь напора по длине. К длинным трубопроводам относят наружные и внутренние водопроводные сети объединенных и специальных противопожарных водопроводов, водопроводы автоматических установок водяного пожаротушения. При гидравлическом расчете длинных трубопроводов местными сопротивлениями пренебрегают или приближенно учитывают введением коэффициента k!

Значение коэффициента принимают равным: k =1,05÷1,1 − для наружных противопожарных водопроводов; k =1,1÷1,2 − для внутренних противопожарных водопроводов; k =1,2 − для автоматических установок водяного пожаротушения.

Инженерная практика отличается большим разнообразием местных сопротивлений и высокой насыщенностью ими многих систем, в том числе систем противопожарного водоснабжения.  Изучение вопросов грамотного расчета и проектирования противопожарных водопроводов помогает выбрать оптимальную конструкцию участков местных сопротивлений для снижения энергетических затрат и правильно их рассчитать.