Ocena podstawowych charakterystyk pracy pomp strumieniowych stosowanych w pożarnictwie

Transkrypt

1 DRZYMAŁA Tomasz 1 WĄSIK Wiktor 2 CHUDY Piotr 3 RÓZGA Łukasz 4 Ocena podstawowych charakterystyk pracy pomp strumieniowych stosowanych w pożarnictwie WSTĘP Strumienice znalazły szerokie zastosowanie w sprzęcie pożarniczym miedzy innymi jako pompy strumieniowe (wysysacze), zasysacze i dozowniki środka pianotwórczego, wytwornice pianowe, prądownice pianowe oraz urządzenia zasysające pomp wirowych. Wymieniony sprzęt wykorzystywany jest od wielu lat podczas działań ratowniczo-gaśniczych takich jak: wypompowanie wody, pobór wody do celów gaśniczych, wytwarzanie pian gaśniczych. Wśród podstawowych zalet strumienic należy wymienić: prostą budowę i obsługa, brak elementów ruchomych, wysoka niezawodność działania, duża rozpiętość uzyskiwanych natężeń przepływu strumienia zassanego, zdolność samozasysania cieczy, czy dużą dowolność w doborze materiałów konstrukcyjnych. Mimo swych licznych zalet strumienice posiadają również wady, wśród których są: niska sprawność (zwykle nie przekracza 30%), wrażliwość parametrów na zmiany warunków pracy układu, konieczność stosowania dodatkowych układów zasilania takich jak pompy wirowe lub kompresory. W celu zapewnienia skutecznych działań jednostek ochrony przeciwpożarowej niezbędne jest wnikliwe zapoznanie się z parametrami techniczno-użytkowymi stosowanych strumienic. Ponadto należy zauważyć, że dane techniczne podawane przez producentów strumienic nie zawsze są wystarczające dla przyszłych użytkowników. Zwłaszcza w odniesieniu do warunków pracy odbiegających od normatywnych. Wiedza na ten temat jest niezwykle istotna pod względem skrócenia czasu prowadzenia działań oraz ich skuteczności. Zastosowanie niewłaściwych układów pracy podczas działań ratowniczo-gaśniczych często może skutkować znaczącym zmniejszeniem wydajności zassanej cieczy lub całkowitym przerwaniem procesu zasysania. W celu pozyskania niezbędnych informacji na temat działania strumienic cieczowych konieczne jest wyznaczenie ich charakterystyk pracy. Badania takie pozwalają zoptymalizować pracę strumienic stosowanych w pożarnictwie. Przeprowadzone badania oraz uzyskane wyniki badań odniesiono do wymagań stawianych w rozporządzeniu MSWiA [11] oraz kart katalogowych i danych producentów. WYKAZ WAŻNIEJSZYCH SYMBOLI I OZNACZEŃ A dw przekrój wylotowy z dyszy roboczej strumienicy, [m 2 ] A km przekrój komory mieszania strumienicy, [m 2 ] β współczynnik ciśnień, [ - ] u współczynnik wydatków, [ - ] H t wysokość tłoczenia strumienicy, [mh 2 O] H p wysokość podnoszenia strumienicy, [mh2o] H r wysokość strumienia roboczego strumienicy, [mh2o] H z wysokość strumienia zassanego strumienicy, [mh2o] średnica przekroju wylotu dyszy roboczej strumienicy [m] d dw 1 Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego; Warszawa; ul. Słowackiego 52/54. Tel: , Fax: , t.drzymala@sgsp.edu.pl 2 Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego; Warszawa; ul. Słowackiego 52/54. Tel: , Fax: , edekww@o2.pl; 3 Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego; Warszawa; ul. Słowackiego 52/54. Tel: , Fax: , pechudy@op.pl 4 Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego; Warszawa; ul. Słowackiego 52/54. Tel: , Fax: , luuuki1992@op.pl 7391

2 d km średnica przekroju komory mieszania, [m] m współczynnik konstrukcyjny strumienicy, [ - ] p r ciśnienie czynnika roboczego na wlocie do zasysacza, [MPa] p t ciśnienie czynnika roboczego na wylocie z zasysacza, [MPa] p z ciśnienie ssania zasysasacz, [MPa] Q r wydatek cieczy roboczej, [dm 3 /s] Q z wydatek cieczy zasysanej, [dm 3 /s] wydatek strumienia wylotowego strumienicy, [dm 3 /s] Q t 1. BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA POMP STRUMIENIOWYCH W zależności od rodzaju płynu zasysanego strumienice można podzielić na: cieczowe, gazowe, parowe. Ośrodkiem podnoszonym mogą być gaz, ciecz, para, ciała stałe sypkie. Płyny zasilające i zasysane występują w takich samych lub różnych stanach skupienia. W przypadku, gdy medium zasysanym i płynem zasilającym są czynniki o takim samym stanie skupienia, strumienicę taką nazywa się jednorodną lub homogeniczną. Natomiast gdy czynniki zasilający i zasysany występują w różnych stanach skupienia strumienicą taką nazywa się niejednorodną lub heterogeniczną [1, 7]. Działanie strumienicy oparte jest na zjawisku Venturiego, zachodzącym na zwężce zasilanej dowolnym płynem. Po przepływie płynu przez zwężkę, w strumienicy następuje spadek ciśnienia poniżej ciśnienia atmosferycznego, dzięki czemu możliwe jest zassanie i podnoszenie płynu. Ogólny schemat budowy i rozkład prędkości oraz ciśnień w strumienicy przedstawia, rysunek 1 [1]. Początkowo ośrodek zasilający, wtłaczany za pomocą pompy lub hydrantu trafia do komory zasilającej z prędkością c r i ciśnieniem p r. Po przepływie przez tę komorę płyn trafia na dyszę zasilającą (A-rys. 1), w której poprzez przewężenie zwiększa swoją prędkość. W wyniku zamiany energii następuje spadek ciśnienia poniżej ciśnienia atmosferycznego u wylotu dyszy (przekroju 0-0). Dzięki uzyskanemu podciśnieniu zostaje zassany płyn, który wpływa do strumienicy poprzez króciec ssawny (K s ) z prędkością c s. Po przebyciu przez komorę ssawną (S) strumień zasysany z prędkością c s0-0 trafia do komory mieszania (C), czyli elementu znajdującego się między przekrojami 1-1 a 2-2, gdzie następuje wymieszanie się płynu zasilającego i zasysanego. Do dyfuzora powinna trafić mieszanina jednorodna. W dobrze zaprojektowanej strumienicy kąt rozwarcia dyfuzora δ powinien być tak dobrany, aby nie nastąpiło oderwanie strumienia od jego ściany [1]. Najistotniejszy wpływ na prawidłową pracę strumienicy oraz uzyskiwane parametr mają kształt oraz wymiary: dyszy zasilającej, komory mieszania i dyfuzora. 7392

3 Rys. 1. Ogólny schemat budowy i rozkład prędkości oraz ciśnień w strumienicy. A dysza zasilająca (robocza), B dysza chwytająca, C komora mieszania, D dyfuzor, E komora zasilająca, K r króciec zasilający, K s króciec ssawny, K t króciec tłoczny, S komora ssawna, A dw przekrój wylotowy dyszy zasilającej, A s0-0 pierścieniowy przekrój ssawny, d km średnica przekroju komory mieszania, d Ks średnica przekroju króćca ssawnego, l km długość komory mieszania, δ kąt rozwarcia dyfuzora, L długość strumienicy, k odległość między wylotem dyszy zasilającej a komorą mieszania, c r, c t, c s0-0 prędkości strumienia roboczego, tłoczonego, zassanego, p r, p t ciśnienie strumienia roboczego, tłoczonego. Źródło: opracowanie własne na podstawie: [1, 7]. Przemiany energii mechanicznej (energii kinetycznej, energii ciśnienia, energii położenia) zachodzące w strumienicy można zapisać przy pomocy twierdzenia D. Bernoulliego [7]: gdzie: c 1-1, c 2-2 prędkość strumienia w przekroju 1-1 oraz 2-2 [m/s], g przyspieszenie ziemskie [g = 9,81 m/s 2 ], h 1-1, h 2-2 wysokość środka przekroju 1-1 oraz 2-2 od dowolnego układu odniesienia [m], p 1-1, p 2-2 ciśnienie strumienia w przekroju 1-1 oraz 2-2 [Pa], γ ciężar właściwy cieczy, γ = δ g [N/m 3 ] [δ gęstość cieczy, w kg/m 3, g przyspieszenie ziemskie, g = 9,81 m/s 2 ], Δh str wysokość strat energii [m]. (1) 7393

4 W strumienicy można pominąć różnicę wysokości środków przekrojów i w takim przypadku równanie D. Bernoulliego można uprościć jedynie do postaci uwzględniającej przemiany energii kinetycznej i energii ciśnienia [7]: Największe przemiany energetyczne zachodzą w dyszy zasilającej, komorze ssawnej oraz komorze mieszania i dyfuzorze. W przekroju 1-1 widoczna jest strata ciśnienia, związane jest to z nagłym zwężeniem przekroju. Między przekrojami 1-1 a 0-0 następuje przemiana energii ciśnienia w energię prędkości, w tym samym czasie w komorze ssawnej zachodzi przemiana energii ciśnienia w energię kinetyczną i tworzy się podciśnienie. Następnie w dyszy B zachodzi wstępne wymieszanie się płynu zasilającego i zasysanego. Całkowite wymieszanie się strumieni zachodzi jednak w komorze mieszania C, gdzie prędkość przepływu znacznie maleje do c 3-3. Podczas mieszania się strumieni ciśnienie osiąga wartość ciśnienia atmosferycznego oraz rośnie logarytmicznie aż do punktu M, czyli momentu, w którym ośrodki roboczy i zasysany w pełni się wymieszają. Za punktem M ciśnienie maleje aż do końca komory mieszania C, czyli przekroju 3-3. Stąd też długość komory mieszania musi być tak zaprojektowana, aby płyny się wymieszały, ale jednocześnie po wymieszaniu się nie powstawały straty hydrauliczne. Przed wylotem ze strumienicy mieszanina strumieni trafia do dyfuzora, w którym zachodzi przemiana energii kinetycznej w energię ciśnienia, dzięki temu ciśnienie rośnie do wartości p t, a prędkość maleje do wartości c t [1, 10] Podstawowy układ i parametry pracy strumienic Podstawowe zależności, jakie zachodzą w układzie, w którym stosuje się strumienicę, można przedstawić za pomocą trzech zbiorników z grawitacyjnym napływem wody do strumienicy. Układ przedstawiony został na rysunku 2. Aby ułatwić obliczenia, jako strumień zasilający oraz zasysany stosuje się płyny o jednakowej gęstości [10]. (2) Rys. 2. Ideowy układ pracy strumienicy [10] Wysokość podnoszenia jest to różnica poziomów zwierciadeł cieczy w zbiorniku ssawnym i tłocznym [1]: H p = H z + H t [m] (3) 7394

5 Natężenie przepływu strumienia tłocznego jest to suma natężenia przepływu strumienia zassanego i roboczego [1]: Q t = Q z + Q r [m 3 /s] (4) Uwzględniając przyspieszenie ziemskie i gęstości płynów w danej temperaturze oraz ich ciśnienie można wyznaczyć wysokość strumienia roboczego i tłocznego jako: [1]: [m] (5) gdzie: r gęstość strumienia roboczego [m 3 /kg], w gęstość strumienia tłoczonego [m 3 /kg], g przyspieszenie ziemskie [g = 9,81m 2 /s]. [m] (6) Zasysanie cieczy następuje pod działaniem siły proporcjonalnej do różnicy ciśnienia w komorze ssawnej, a ciśnieniem oddziałującym na lustro cieczy w zbiorniku ssawnym. Przy zasysaniu z przestrzeni będącej pod ciśnieniem atmosferycznym wysokość ssania wyniesie [7]: gdzie: z gęstość strumienia zasysanego [m 3 /kg], h str wysokość strat ciśnienia [m]. [m] (7) Dla każdej strumienicy można wyznaczyć jej charakterystyczne współczynniki, którymi są: a) sprawność strumienicy η jest to stosunek mocy przekazanej strumieniowi zassanemu i mocy oddanej przez strumień roboczy: b) współczynnik ejekcji (współczynnik wydatków) u [-] jest to stosunek natężenia przepływu strumienia zasysanego do natężenia przepływu strumienia roboczego i określa on zdolność zasysającą urządzenia [2]: (8) u (9) c) współczynnik spiętrzenia (ciśnień) β [-] jest to stosunek wysokości ciśnienia strumienia tłoczonego i wysokości ciśnienia strumienia zasilającego określający straty energetyczne strumienicy (w strumienicach cieczowych β<1) [2]: (10) Dla cieczy o tej samej gęstości można je skrócić, gdyż ρ r =ρ t : d) wyróżnik konstrukcyjny m jest to stosunek przekroju komory mieszania i przekroju wylotu dyszy roboczej, wielkość ta charakteryzuje geometrię wewnętrzną strumienicy [3]: (11) (12) 7395

6 Współczynniki u i β są ściśle powiązane z wyróżnikiem konstrukcyjnym m. Gdy ten rośnie, to maleje współczynnik β i ciśnienie p t, rośnie natomiast współczynnik u i ilość zasysanej cieczy. W przypadku, gdy wyróżnik konstrukcyjny spada, zachodzi odwrotna sytuacja, β rośnie, czyli wzrasta wysokość podnoszenia, u maleje, czyli zmniejsza się ilość zassanego medium. Zależności te są powiązane, gdyż u oraz β zależą od konstrukcji strumienicy. Rys. 3. Charakterystyka pracy strumienicy β=f(u) [3] Wykres ukazany na rysunku 3 potwierdza zależności zachodzące między współczynnikami u, β, m. Pole znajdujące się pod obwiednią wyznacza zakres pracy strumienic. W warunkach rzeczywistych liniowe charakterystyki β=f(u) dla wyższych wartości współczynnika wydatku mogą ulegać załamaniu. Dzieje się tak w wyniku zaistnienia zjawiska kawitacji w strumienicach. Zjawisko kawitacji powstaje wtedy, gdy wzrastająca prędkość przepływu strumienia cieczy na wylocie z dyszy roboczej spowoduje spadek ciśnienia do wartości poniżej ciśnienia parowania w danej temperaturze. Wtedy tworzą się pęcherzyki pary cieczy i moment ten nazywa się początkowym stanem kawitacji. Początkowo zjawisko to zachodzi bez zaburzeń ruchu cieczy i dzięki temu lepkość cieczy maleje i można zaobserwować wzrost sprawności strumienicy. Dalszy wzrost prędkości przepływu i spadek ciśnienia prowadzi do zwiększenia liczby tworzących się pęcherzyków pary nie powodując już wzrostu współczynnika ejekcji. Praca strumienicy w stanie kawitacji może prowadzić do jej uszkodzenia oraz nagłego spadku wysokości tłoczenia, a tym samym spadku wartości współczynnika β [3, 5]. Najczęściej stosowane charakterystyki strumienic przedstawiono na rysunku 4 (zależności H p =f(q z ), η=f(q z )oraz β=f(u). Rys. 4. Podstawowe charakterystyki strumienicy cieczowej Hp=f(Qz), η=f(qz) oraz β=f(u) [1] 7396

7 2. PODSTAWOWE WYMAGANIA STAWIANE POMPOM STRUMIENIOWYM Dla pomp strumieniowych (wysysaczy) nie została opracowana Polska Norma. Jedyne wymagania zawarte są w rozporządzeniu MSWiA [11], które reguluje dopuszczanie do użytkowania wyrobów w jednostkach ochrony przeciwpożarowej. W odniesieniu do charakterystyk pracy w rozporządzeniu jest mowa, że wydajność cieczy zasysanej nie może być mniejsza od 400 dm 3 /min przy nominalnym ciśnieniu tłoczenia (ciśnienie za pompą strumieniową) 0,4 bar oraz ciśnieniu roboczym (ciśnienie przed pompą strumieniową) 8 bar. Punkt ten powinien być uzyskany przy poziomym ustawieniu wysysacza na dnie zbiornika ssawnego. W rozporządzeniu postawione zostało również wymaganie dotyczące minimalnej głębokość ssania pompy strumieniowej wynoszącej 25 mm. 3. BUDOWA I PARAMETRY BADANYCH STRUMIENIC 3.1. Wysysacz z poziomym zasilaniem Wysysacz z poziomym zasilaniem produkcji firmy AWG to jeden z przykładów pompy strumieniowej. Przeznaczony jest on głównie do usuwania wody z płaskich powierzchni takich jak piwnice. Wysysacz ten wyposażony jest w nasadę wlotową wielkości 52 oraz nasadę wylotową 75. Posiada on sito filtrujące zapobiegające wnikaniu zanieczyszczeń do jego wnętrza i jest wykonany z aluminium. Wewnątrz wysysacza, zainstalowany jest zawór zwrotny uniemożliwiający cofanie się wody do zbiornika ssawnego. Minimalna wysokość lustra zasysanej wody wynosi 25 mm. W katalogach producenta można odnaleźć pewne punkty pracy, jakie powinien spełniać tego typu wysysacz. Dane te zostały przedstawione w tabeli 2. Tab. 1. Parametry pracy dla wysysacza z poziomym zasilaniem [9] Ciśnienie zasilające [bar] Natężenie przepływu strumienia roboczego [dm 3 /min] Natężenie przepływu strumienia wysysanego [dm 3 /min] Na rysunku 5 przedstawiono budowę wysysacza AWG z poziomym zasilaniem. Rys. 4. Wysysacz nieobrotowy poziomy [6]. 1 nasada wlotowa o średnicy wewnętrznej 52 mm, 2 dysza robocza (zasilająca), 3 komora ssawna, 4 nóżka, 5 komora mieszania, 6 dyfuzor, 7 nasada wylotowa o średnicy wewnętrznej 75, 8 korpus, 9 sito filtrujące, 10 zawór zwrotny 3.2. Wysysacz obrotowy Na rysunku 6 został przedstawiony przekrój wysysacza z obrotowym korpusem produkcji firmy AWG, który wykonano zgodnie z normą DIN Jego korpus wraz z nasadami wlotową wielkości 52 i wylotową 75 można regulować w zakresie [8]. Sito filtrujące, umieszczone przed komorą ssawną, zabezpiecza przed wnikaniem zanieczyszczeń znajdujących się w pompowanej wodzie. Materiały, z jakich został wykonany wysysacz to w głównej mierze aluminium. W karcie katalogowej podano, że minimalna wysokość lustra zasysanej wody wynosi 25 mm. Wysysacz ten może być zasilany motopompą, autopompą lub hydrantem, a minimalne ciśnienie zasilające powinno być wynosić co najmniej 3 bar. 7397

8 a) b) Rys. 5. Wysysacz obrotowy [4] a) 1 nasada wlotowa o średnicy wewnętrznej 52 mm, 2 dysza robocza (zasilająca), 3 komora ssawna, 4 nóżka, 5 komora mieszania, 6 dyfuzor, 7 nasada wylotowa o średnicy wewnętrznej 75, 8 korpus, 9 sito filtrujące b) 1 zawór zwrotny w trakcie tłoczenia wody, 2 zawór zwrotny, gdy wysysacz nie pracuje, 3 pokrętło regulowania kąta obrotu korpusu, 4 guma rozpychająca grzybki zaworu zwrotnego, 5 komora ssawna, 6 sito filtrujące Producent wysysacza w karcie katalogowej umieszcza charakterystykę pracy Hp=f(Qs) wysysacza przy różnych ciśnieniach strumienia zasilającego. Charakterystyki te oraz wygląd wysysacza obrotowego przedstawia rysunek 7. Rys. 6. Charakterystyki pracy oraz wygląd wysysacza obrotowego [4] 3.3. Wysysacze głębinowe Wysysacz głębinowy jest odmianą pompy strumieniowej o konstrukcji pozwalającej na podnoszenie wody na duże wysokości wynoszące ponad 20 m. Wysysacz posiada nasady wlotową i wylotową wielkości 75 ustawione pionowo i wykonany jest z aluminium. Zamieszczony na rysunku 8 wysysacz głębinowy, został wyprodukowany w Czechach, w 1962 r. Z danych naniesionych na tabliczce znamionowej umieszczonej na jego korpusie można odczytać, że podczas pracy należy operować w zakresie ciśnień roboczych 2 8 bar. W wysysaczu zastosowano zawór zwrotny uniemożliwiający powrót wody do zbiornika ssawnego. Na korpusie umieszczono strzałki pokazujące właściwy kierunek przepływu wody podczas pracy wysysacza. 7398

9 Rys. 7. Przekrój wysysacza głębinowego [6]. 1 nasada wlotowa o średnicy wewnętrznej 75 mm, 2 dysza robocza (zasilająca), 3 komora ssawna, 4 smok ssawny, 5 komora mieszania, 6 dyfuzor, 7 nasada wylotowa o średnicy wewnętrznej 75, 8 zawór zwrotny 4. POGRAM BADAŃ ORAZ METODY BADAWCZE 4.1. Zakres badań Badania zostały przeprowadzone dla trzech pomp strumieniowych (wysysaczy) omówionych w rozdziale 3 (wysysacz z poziomym zasilaniem, wysysacza z obrotowym korpusem, wysysacz głębinowy). Badania wykonane zostały w pracowni Zakładu Sprzętu Ratowniczo-Gaśniczego w Szkole Głównej Służby Pożarniczej. Zakres badań obejmował: 1. Wyznaczenie charakterystyk pracy H p =f(q z ). 2. Wyznaczenie charakterystyk sprawności η=f(q z ). 3. Wyznaczenie charakterystyk β=f(u). Otrzymane charakterystyki porównano z danymi producentów oraz wymaganiami postawionymi w przepisach prawa i normach. W celu wyznaczenia wartości wyróżnika konstrukcyjnego m, przed rozpoczęciem badań dokonano pomiaru średnic wylotu dyszy roboczej oraz komory mieszania badanych strumienic Stanowisko badawcze W celu przeprowadzenia badań wykorzystano specjalne stanowisko pomiarowe, przedstawione na rysunku 9. Podczas badań wyznaczono natężenia przepływu i ciśnienie strumienia roboczego i wylotowego. Podczas badań w celach kontrolnych monitorowano parametry pracy pompy zasilającej oraz temperaturę wody w zbiornikach. Badania wykonano w układzie zamkniętym przepływu wody. Układ zasilania strumienicy stanowiła motopompa połączona ze zbiornikiem z wodą. W badaniach użyto następujące przyrządy pomiarowe: a) przepływomierz elektromagnetyczny MAGFLO, typ MAG 3100 o średnicy nominalnej DN 80 i dokładności pomiarowej ±0,5 % aktualnego natężenia przepływu; b) przepływomierz elektromagnetyczny Elis, typ Flonet FN20XX.1 o średnicy nominalnej DN 65 i dokładności pomiarowej ±0,2 % aktualnego natężenia przepływu; c) przepływomierz elektromagnetyczny Yamatake-Honeywell, typ K1D10A-0050PL41 SX-XX, DN 50, dokładność pomiaru ±0,5 % aktualnego przepływu; d) manometr glicerynowy Wika, zakres pomiaru 0 1 MPa, skala pomiaru 0,2 MPa, klasa dokładności 1,6; e) manometr glicerynowy Wika, zakres pomiaru 0 0,6 MPa, skala pomiaru 0,1 MPa, klasa dokładności 1,6; 7399

10 f) wakuometr sprężynowy KFM, zakres pomiaru -0,1 MPa 0 MPa, skala pomiaru 0,002 MPa, klasa dokładności 1,6. Rys. 8. Schemat stanowiska do badań wysysaczy. 1 zbiornik wodny pojemności 4,5 m 3, 2 badany wysysacz, 3, 4, 9 manometr, 5 rurociąg ssawny DN 100 z płytą antywirową, 6, 10, 13, 16 zawory wolnootwieralne, 7 pompa zasilająca (motopompa Rosenbauer FOX M16/8), 8 wakuometr kontrolny pompy, 11 rurociąg zasilający strumienicę (odcinek węża pożarniczego W-52), 12, 15 przepływomierz elektromagnetyczny, 14 rurociąg tłoczny strumienicy DN 65, 17 odpływ wody do zbiornika Przebieg badań W badaniach wysysaczy ustalono geometryczną wysokość ssania równą zero. Badania wykonywano tak, aby uzyskane charakterystyki posiadały minimum 10 punktów pracy wyznaczonych równomiernie w całym zakresie wydajności zasysanej cieczy. Punkty pracy zostały wyznaczone metodą dławienia przepływu w rurociągu tłocznym (wylotowym) wysysacza. Podczas badań wyznaczono i zapisywano następujące wskazania przyrządów pomiarowych: ciśnienie zasilania p r (3 odniesienia do rysunku 11), wydajność zasilania Q r (12), ciśnienie wylotowe (tłoczenia) p t (4), wydajność wylotową (tłoczenia) Q t (15). Wydajność strumienia zassanego obliczono jako różnicę wydajności tłoczenia i wydajności strumienia roboczego: Q z =Q t -Q r [dm 3 /min] (13) Na rurociągu DN 65 (14), zainstalowany został zawór dławiący (14), na którym zmieniano opory stawiane przez układ po stronie wylotowej wysysacza. Przy całkowicie otwartych zaworach i nawodnieniu układu przez regulację prędkości obrotowej silnika motopompy ustalano ciśnienia zasilania wysysacza. Pierwszy pomiar wykonany został przy całkowicie otwartym zaworze dławiącym (16). Przy zadanych ciśnieniach na wylocie z wysysacza odczytywano i zapisywano wskazania przyrządów pomiarowych. Kolejne pomiary były przeprowadzane przy stopniowo zwiększanym ciśnieniu tłoczenia (co 0,1 bar). Wzrost ciśnienia uzyskiwanego przez stopniowe zakręcanie zaworu dławiącego (16). Procedurę zwiększania ciśnienia powtarzano do momentu, w którym natężenie przepływu strumienia roboczego i zasysanego były równe. Wskazana sytuacja świadczy o braku zasysania wody. Po wykonaniu badań dla pierwszego przyjętego ciśnienia zasilania, całkowicie odkręcano zawór dławiący (18) i ustalano wyższe ciśnienie robocze poprzez zwiększenie obrotów silnika motopompy, po czym przeprowadzano pomiary jak wyżej. Dalsza procedura była powtarzana dla ciśnień roboczych kolejno 4 bar, 6 bar, 7 bar oraz 8 bar. 7400

11 4.4. Wyniki przeprowadzonych badań Na rysunkach pokazano uzyskane charakterystyki pracy badanych pomp strumieniowych. Rys. 9. Charakterystyki pracy wysysacza o poziomym zasilaniu dla różnych ciśnień roboczych Rys. 10. Charakterystyki sprawności wysysacza o poziomym zasilaniu dla różnych ciśnień roboczych Rys. 11. Charakterystyki pracy wysysacza obrotowego dla różnych ciśnień zasilania Rys. 12. Charakterystyki sprawności wysysacza obrotowego dla różnych ciśnień zasilania Rys. 13. Charakterystyki pracy wysysacza głębinowego dla różnych ciśnień zasilania Rys. 14. Charakterystyki sprawności wysysacza głębinowego dla różnych ciśnień zasilania 7401

12 Rys. 15. Charakterystyki współczynnika ciśnień od wspołczynnika ejekcji dla badanych strumienic Rys. 16. Charakterystyki współczynnika ciśnień od wspołczynnika wydatku dla badanych strumienic bez obszaru kawitacji odniesione do danych literaturowych WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań sformułowano następujące wnioski: 1. Chcąc optymalizować parametry pracy strumienic należy korzystać z podstawowych charakterystyk (zależności H p =f(q z ), η=f(q z )oraz β=f(u)), gdyż to dzięki nim można odnaleźć takie punkty, w których parametry pracy dla danego urządzenia są najkorzystniejsze. 2. Podczas pracy strumienica w zależności od zastosowanego układu, może osiągać różne punkty na swojej charakterystyce (odbiegające od punktu nominalnego). Z tego względu podanie przez producentów jedynie punktu nominalnego nie daje wystarczającej wiedzy osobom użytkującym strumienice w różnych układach pracy, jak ma to miejsce w przypadku działań ratowniczogaśniczych. 3. Podniesienie wartości ciśnienia zasilania strumienicy powoduje proporcjonalne podniesienie charakterystyk pracy H p =f(q z ) badanych strumienic. 4. Maksymalne sprawności badanych wysysaczy nie przekraczają 22%, a w przypadku wysysacza głębinowego 16%. 5. Zmniejszenie ciśnienia zasilania wysysacza powoduje nieznaczne obniżenie się charakterystyk H p =f(q z ). 6. Spośród badanych wysysaczy najwyższe wysokości podnoszenia uzyskano dla wysysacza głębinowego, a najwyższą wydajność strumienia zassanego dla wysysacza obrotowego. 7. Wyższe ciśnienia zasilania wysysacza sprzyjają zaistnieniu zjawiska kawitacji. W przypadku zaistnienia kwitacji w wsysaczach następuje gwałtowne załamanie się charakterystyki H p =(Q z ) 8. Najwyższe sprawności wysysacze osiągają w przedziale wydajności strumienia zassanego ½Qz max Qz max. 9. Charakterystyki β=f(u) badanych wysysaczy odpowiadają danym zawartym w literaturze, za wyjątkiem obszaru, w którym następuje zjawisko kawitacji. Streszczenie Prosta konstrukcja strumienic i łatwość ich wykonania zapewniły im szeroki zakres zastosowania w technice. Podstawowymi rodzajami strumienic cieczowych stosowanych w ochronie przeciwpożarowej są wysysacze (wypompowywanie wody z zalanych pomieszczeń) i zasysacze liniowe (wytwarzanie wodnego roztworu środka pianotwórczego). W referacie omówiono badania dla wybranych pomp strumieniowych (wysysaczy) aktualnie stosowanych w ochronie przeciwpożarowej oraz stawiane im wymagania normowe. Na podstawie przeprowadzonych badań wyznaczone zostały charakterystyki teoretyczne, jak również charakterystyki rzeczywiste (doświadczalne) badanego sprzętu. Przeprowadzono analizę porównawczą 7402

13 badanych pomp strumieniowych oraz sformułowano wnioski końcowe z przeprowadzonych badań. Słowa kluczowe: pompy strumieniowe, strumienice cieczowe, charakterystyki przepływowe, badania doświadczalne. Comparative analysis the characteristics of the selected ejector pumps used in fire protection area Abstract Simple design and ease-of-implementation of them provided their spotlights a wide range of applications in technology. The basic types of liquid ejectors used in fire protection are ejector pumps (pumping out water from flooded rooms) and in-line foam concentrate inducers (manufacture of aqueous solution foam). Research on flow characteristics of selected ejector pumps used currently in fire protection and its comparison with standard requirements are discussed in the paper. On the basis of the studies carried out either theoretical or real characteristics of tested devices are presented. A comparative analysis of the tested ejector pumps and the final conclusions are included at the end of the paper. Keywords: ejector pumps, liquid ejectors, flow characteristics, experimental testing, fire protection. BIBLIOGRAFIA 1. Goliński J. A., Troskolański A.T., Strumienice: teoria i konstrukcje, Warszawa Derecki T., Sprzęt pożarniczy do podawania wody i pian gaśniczych, Warszawa Sokołow J.J., Zinger N.M., Strumienice, Warszawa Ebert K., Feuerwehrarmaturen, zweite auflage, Giengen an der Brenz Jędral W., Pompy wirowe, Warszawa Kaliciecki H., Podręcznik kierowcy mechanika straży pożarnych, Warszawa Opyrchał L., Wstęp do mechaniki cieczy w inżynierii środowiska, Kraków Placek P., Pompy pożarnicze, W akcji 2012, nr 6, s Placek P., Sprzęt i armatura wodna, Warszawa Rynkowski P., Teleszewski T. J., Wyznaczanie charakterystyk strumienicy, Białystok Rozporządzenie Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji z dnia 27 kwietnia 2010 r. zmieniające rozporządzenie w sprawie wykazu wyrobów służacych zapewnieniu bezpieczeństwa publicznego lub ochronie zdrowia i życia oraz mienia, a także zasad wydawania dopuszczenia tych wyrobów do użytkowania (Dz. U. z 2010 Nr 85 poz. 553). 7403