Wpływ ciśnienia zasilania na zmianę parametrów pracy zasysacza liniowego Z4

WĄSIK Wiktor 1 DRZYMAŁA Tomasz 2 CHUDY Piotr 3 Wpływ ciśnienia zasilania na zmianę parametrów pracy zasysacza liniowego Z4 WSTĘP Dobór odpowiedniego środka gaśniczego uzależniony jest od warunków, w jakich powstał i rozwija się pożar, a także rodzaju palącego się materiału. Piana gaśnicza dzięki swoim właściwościom chłodzącym i izolującym ma zastosowanie przy gaszeniu pożarów grupy A i B. Wobec tego stała się ona jednym z najskuteczniejszych i zaraz po wodzie najczęściej używanym środkiem gaśniczym. Potwierdzają to statystyki prowadzone przez Komendę Główną Państwowej Straży Pożarnej (KG PSP) [14]. Do wytworzenia piany na miejscu działań ratowniczo gaśniczych niezbędny jest specjalistyczny sprzęt, którego najważniejszym elementem umożliwiającym zassanie i wymieszanie środka pianotwórczego z wodą jest strumienica czyli urządzenie przeznaczone do zasysania i podnoszenia płynów albo do mieszania płynów z ciałami stałymi. Strumienice to urządzenia, które dzięki swoim zaletom znalazły szerokie zastosowanie w wielu gałęziach gospodarki. Wśród podstawowych zalet strumienic należy wymienić: prostą budowę i obsługę, brak elementów ruchomych, wysoką niezawodność działania, dużą rozpiętość uzyskiwanych natężeń przepływu strumienia zassanego, zdolność samozasysania cieczy. Mimo swych licznych zalet strumienice posiadają również wady wśród których są m.in: niska sprawność (zwykle nie przekracza 30%), wrażliwość na zmiany warunków pracy układu, konieczność stosowania dodatkowych układów zasilania takich jak pompy wirowe lub kompresory. 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 [12], normie PN-M-51069 [13] oraz kart katalogowych producentów badanych strumienic. Ponadto podczas badań określono korelację podstawowych parametrów charakteryzujących strumienice, którymi są: współczynnik wydatków α, współczynnik ciśnień β oraz parametr (wyróżnik) konstrukcyjny m. Prosta konstrukcja strumienic i łatwość ich wykonania zapewniły im szeroki zakres zastosowania w technice pożarniczej. Podstawowymi rodzajami strumienic cieczowych stosowanych w ochronie przeciwpożarowej są wysysacze (wypompowywanie wody z zalanych pomieszczeń) i zasysacze liniowe (wytwarzanie wodnego roztworu środka pianotwórczego). Mimo postępu technologicznego, zasysacze liniowe nadal są stosowane i wykorzystywane przez jednostki ochrony przeciwpożarowej podczas działań ratowniczo gaśniczych. Obowiązek posiadania na stanie tego urządzenia regulują Wytyczne Komendanta Głównego PSP, dotyczące standaryzacji pojazdów pożarniczych i innych środków transportu Państwowej Straży Pożarnej z dnia 14 kwietnia 2011 roku [17]. 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, [ - ] 1 Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego; 01-629 Warszawa; ul. Słowackiego 52/54. Tel: +48 225617645, Fax: +48 228330724, edekww@o2.pl 2 Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego; 01-629 Warszawa; ul. Słowackiego 52/54. Tel: +48 225617613, Fax: +48 228330724, t.drzymala@sgsp.edu.pl 3 Szkoła Główna Służby Pożarniczej, Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego; 01-629 Warszawa; ul. Słowackiego 52/54. Tel: +48 225617559, Fax: +48 228330724, pechudy@op.pl 8482

C rzeczywista wartość stężenia zasysanego środka, [%] C 1 zadana wartość stężenia zasysanego środka, [%] u współczynnik wydatków, [ - ] H t wysokość tłoczenia strumienicy, [mh 2 O] H p wysokość podnoszenia strumienicy, [mh2o] H r wysokość strumienia roboczego strumienicy, [mh 2 O] H z wysokość strumienia zassanego strumienicy, [mh 2 O] d dw średnica przekroju wylotu dyszy roboczej strumienicy [m] d km średnica przekroju komory mieszania, [m] m współczynnik konstrukcyjny strumienicy, [ - ] S straty ciśnienia w zasysaczu 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 ZASYSACZY LINIOWYCH 1.1. Teoria strumienic Działanie strumienicy oparte jest na zjawisku Venturiego, zachodzącym na zwężce zasilane dowolnym płynem. Po przepływie płynu przez zwężkę, w strumienicy następuje spadek ciśnienia poniżej ciśnienia atmosferycznego dzięki czemu możliwe jest zassanie i podnosić innego płynu. Ogólny schemat budowy strumienicy przedstawia, rysunek 1. W dobrze zaprojektowanej strumienicy kąt rozwarcia dyfuzora δ powinien być tak dobrany, aby nie nastąpiło oderwanie strumienia od jego ściany. Najistotniejszy wpływ na prawidłową pracę strumienicy oraz uzyskiwane parametry mają kształt oraz wymiary: dyszy zasilającej, komory mieszania i dyfuzora [1]. Ogólny schemat strumienicy przedstawiono na rysunku 1. Rys. 1. Ogólny schemat strumienicy [1]. 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. 8483

Zasysacz liniowy jest typem strumienicy cieczowej. W pożarnictwie znalazł on zastosowanie w procesie tworzenia pian gaśniczych. Dzięki zasysaczowi woda miesza się ze środkiem pianotwórczym i powstaje wodny roztwór, który za pośrednictwem wytwornicy pianowej lub prądownicy pianowej staje się pianą gaśniczą. Wyróżnia się 3 typy zasysaczy liniowych: Z-2, Z-4, Z-8, o przepływach nominalnych odpowiednio 200 dm 3 /min, 400 dm 3 /min, 800 dm 3 /min. Zasysacze Z-2 oraz Z-4 posiadają nasady wlotową i wylotową o średnicy wewnętrznej 52 mm, natomiast zasysacz Z-8 nasady o średnicy wewnętrznej 75 mm [2, 14]. Zasada działania zasysacza jest ściśle związana z działaniem strumienicy. Ciecz roboczą stanowi woda, natomiast płynem zasysanym jest środek pianotwórczy. Woda tłoczona za pomocą pompy trafia do nasady wlotowej (2) zasysacza (rys. 2). Następnie ciecz zasilająca o ciśnieniu p r zostaje podzielona na dwa strumienie, jeden trafia do dyszy roboczej (11), gdzie ciecz zostaje przyspieszona do prędkości dochodzących do 30 m/s. Po wylocie z dyszy (11) następuje rozprężenie tworząc podciśnienie w komorze ssawnej (6), dzięki czemu nasadą zasysającą (4) oraz wężem ssawnym zostaje zassane początkowo powietrze, a następnie środek pianotwórczy o wydajności Q z. Strumienie cieczy roboczej i zasysanej trafiają do komory mieszania (16, kolor niebieski), w której następuje ich wymieszanie się oraz wyrównanie prędkości przy jak najmniejszych stratach ciśnienia. Następnie mieszanina trafia do dyfuzora (9), który jest odpowiedzialny za częściową przemianę energii kinetycznej w energię ciśnienia, po czym wodny roztwór środka pianotwórczego z prędkością c 2 pod ciśnieniem p t mniejszym niż p r wypływa poprzez nasadę wylotową (10) do węży tłocznych. Drugi strumień przepływa przez siatkę filtrującą (1) i trafia do komory bocznikowej (5, kolor zielony). Następnie woda kierowana jest poprzez zawór samoregulujący do górnej części komory przepływowej (7). Woda znajdująca się w górnej komorze ma za zadanie wywierać nacisk na zawór regulujący (15), gdyż zawór ten otwiera się lub zamyka w zależności od ciśnienia panującego w układzie. W ten sposób samoczynnie reguluje się pobieranie środka pianotwórczego tak, aby zasysacz zasysał jednakową procentową ilość środka pianotwórczego. Woda, która z komory przepływowej (7) nie trafia do komory ssawnej, odprowadzana jest łącznikiem rurowym (8) do nasady wylotowej (10). Stężenie wodnego roztworu środka pianotwórczego nastawia się przy pomocy pokrętła (13) w zakresie 1 7 %, w starszych modelach 1 6 % [2, 12, 13]. Schemat zasysacza liniowego został przedstawiony na rysunku 2. Rys. 2. Przekrój zasysacza liniowego. 1 sito filtrujące, 2 nasada wlotowa o średnicy wewnętrznej 52 mm lub 75 mm, 3 korpus, 4 nasada zasysająca o średnicy wewnętrznej 25 mm, 5 kanał bocznikowy, 6 komora zasysania (ssawna), 7 komora przepływowa, 8 łącznik rurowy, 9 dyfuzor, 10 nasada wylotowa o średnicy wewnętrznej 52 mm lub 75 mm, 11 dysza robocza (zasilająca), 12 wspornik, 13 pokrętło do regulacji środka pianotwórczego, 14 zawór zwrotny, 15 zawór samoregulacyjny, 16 komora mieszania, 17 sito filtrujące 1.2. Podstawowy układ i parametry pracy strumienic Zasysacze liniowe instaluje się w linie gaśnicze bądź w linię główną zgodnie z kierunkiem strzałki umieszczonej na korpusie urządzenia. Umieszczenie zasysacza liniowego w linii głównej 8484

rzadko jest stosowane, gdyż eliminujemy możliwość podawania wody z drugiej linii gaśniczej. Przy instalowaniu zasysaczy liniowych należy pamiętać, by instalować je pomiędzy przedostatnim a ostatnim odcinkiem linii wężowej. manometr linia główna linia gaśnicza zbiornik środka pianotwórczego prądownica pianowa manometr pompa rozdzielacz zasysacz liniowy zbiornik wody Rys. 3. Ideowy układ pracy zasysacza liniowego zainstalowanego w linię gaśniczą Podstawowymi parametrami pracy zasysacza liniowego są ciśnienie i wydajność strumienia zasilającego (Q r i p r ) ciśnienie i wydajność strumienia tłoczonego (Q t i p t ) oraz ciśnienie i wydajność strumienia zassanego (Q z i p z ). Uwzględniając przyspieszenie ziemskie i gęstości płynów w danej temperaturze ciśnienie można przeliczyć na wysokość strumienia jako [1]: [m] (1) [m] (2) gdzie: r gęstość strumienia roboczego [m 3 /kg], w gęstość strumienia tłoczonego [m 3 /kg], g przyspieszenie ziemskie [g=9,81m 2 /s]. [m] (3) Zasysanie cieczy następuje pod działaniem siły proporcjonalnej do różnicy ciśnienia w komorze ssawnej, a ciśnieniem oddziałującym na lustro cieczy w zbiorniku ssawnym. Dla każdej strumienicy można wyznaczyć jej charakterystyczne współczynniki, którymi są [2,16]: a) stężenie wodnego roztworu środka pianotwórczego: b) starta ciśnienia na zasysaczu (parametr ten informuje jaką stratę ciśnienia generuje dany zasysacz): (5) c) sprawność strumienicy η jest to stosunek mocy przekazanej strumieniowi zassanemu i mocy oddanej przez strumień roboczy: (4) (6) 8485

Maksymalna sprawność strumienic osiąga bardzo małe wartości wynoszące ok. 25% 30%. Spowodowane jest to tym, iż duża część energii dostarczonej do strumienicy wykorzystywana jest na mieszanie się strumienia zasilającego i zasysanego. Dodatkowo w warunkach rzeczywistych kolejne straty wywoływane są przez tarcie wewnętrzne cząstek oraz tarcie cząstek o ściany wewnętrzne strumienicy [1]. d) współczynnik ejekcji (współczynnik wydatków) u [-] jest to stosunek natężenia przepływu strumienia zasysanego do natężenia przepływu strumienia roboczego i określa on zdolność zasysającą urządzenia: u (7) e) 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): (8) Dla cieczy o tej samej gęstości można je skrócić, gdyż ρ r =ρ t : f) wyróżnik konstrukcyjny m jest to stosunek przekroju komory mieszania do przekroju wylotu dyszy roboczej, wielkość ta charakteryzuje geometrię wewnętrzną strumienicy [3]: 2. KLASYFIKACJA I PODSTAWOWE WYMAGANIA STAWIANE ZASYSACZOM LINIOWYM Wymagania i metody badań zasysaczy liniowych określa norma PN-M-51069 z 1996 roku [16]. W zależności od wydajności wodnego roztworu środka pianotwórczego norma podaje trzy wielkości zasysaczy linowych: Z-2, Z-4 i Z-8. Norma przedstawia parametry jakie powinien spełniać strumień przepływający przez zasysacz liniowy przy ciśnieniu 0,55 MPa na wlocie prądownicy pianowej (tabela 1). (9) (10) Tab. 1. Parametry zasysacza [16] Parametr Natężenie przepływu wodnego roztworu środka pianotwórczego Strata ciśnienia, maksimum Stężenie roztworu wodnego środka pianotwórczego Odchyłka ilości zassanego środka pianotwórczego Jednostka miary Wartość parametru Wyróżnik oznaczenia zasysacza Z-2 Z-4 Z-8 dm 3 /min 200 ± 10 400 ± 20 800 ± 40 % 34 1 7 ± 15 ± 8 Norma dopuszcza przeprowadzanie badań przy wykorzystaniu wody zamiast środka pianotwórczy. Na rysunku 4 zostało przedstawione stanowisko pomiarowe, na którym wg normy [16] powinno się przeprowadzać badania dotyczące wymagań normowych dla zasysaczy liniowych. 8486

Rys. 4. Schemat stanowiska pomiarowego zasysaczy liniowych wg normy [16] Natężenie przepływu wody wg normy [16] należy zbadać przy nastawie pokrętła ustawiającego stężenie środka pianotwórczego na 7 % oraz przy ciśnieniu 0,55 MPa przed prądownicą pianową, czyli na manometrze (7). Przepływ powinien być zmierzony przy pomocy przepływomierza (5). Straty ciśnienia również należy sprawdzać przy nastawie 7 %, utrzymując ciśnienie 0,55 MPa na ciśnieniomierzu (7). Po ustaleniu przepływu należy odczytać pomiary z manometrów (1) i (4), po czym należy skorzystać ze wzoru 5. Stężenie wodnego roztworu środka pianotwórczego powinno badać się następująco: początkowo przy ciśnieniu 0,55 MPa na manometrze (7) bez zasysania środka pianotwórczego należy ustalić przepływ na przepływomierzu (3) rzędu: 200 ± 10 dm 3 /min, 400 ± 20 dm 3 /min lub 800 ± 40 dm 3 /min odpowiednio dla zasysaczy Z-2, Z-4 oraz Z-8. Po ustaleniu przepływu, za pomocą pokrętła dozującego środek pianotwórczy na 1 % należy odkręcić wodę na prądownicy, włożyć wąż ssawny do zbiornika ze środkiem pianotwórczym i włączyć stoper. Następnie roztwór wodny środka pianotwórczego trafia do zbiornika (11). Operacja ta powinna trwać nie krócej niż 0,5 minuty, po przeprowadzeniu badania należy odczytać masę zassanego środka za pomocą różnicy wskazań przed i po badaniu na wadze (9). Badanie powinno się przeprowadzić dla wszystkich stężeń środka pianotwórczego tj. dla 1 %, 2 %, 3 %, 4 %, 5 %, 6 % i 7 %. Stężenie wodnego roztworu środka pianotwórczego C, w %, należy obliczyć ze wzoru 4. 3. POGRAM BADAŃ ORAZ METODY BADAWCZE 3.1. Zakres badań Badaniom poddano zasysacz liniowy Z4, wyprodukowany przez firmę AWG. Badania zostały przeprowadzone w pracowni Zakładu Sprzętu Ratowniczo-Gaśniczego w Szkole Głównej Służby Pożarniczej. Przeprowadzone badania obejmowały: 1. Wyznaczenie charakterystyk pracy H t =f(q z ). 2. Wyznaczenie charakterystyk β=f(u). 3. Wyznaczenie charakterystyk C=f(Q z ) zasysacza liniowego. 4. Wyznaczenie charakterystyk C=f(H p ) zasysacza liniowego. Otrzymane charakterystyki porównano z danymi producentów oraz wymaganiami postawionymi w przepisach prawa i normach. W badaniach zamiast środka pianotwórczego została użyta woda, zaś pomiaru wydajności strumienia zassanego dokonywana za pomocą przepływomierza. Dla wszystkich serii pomiarowych i wydajności zbliżonej do nominalnej dokonano obliczenie straty ciśnienia na zasysaczu, których wyniki przedstawiono w tabela 3. 8487

3.2. Parametry badanego zasysacza Parametry poddanego badaniom zasysacza liniowego Z4 produkcji firmy AWG podano w tabeli 2. Tab. 2. Dane katalogowe zasysacza liniowego Z4 produkcji firmy AWG [4] Natężenie przepływu środka pianotwórczego przy różnych nastawach stężenia [dm 3 /min] Nominalne natężenie przepływu przez zasysacz [dm 3 /min] 2% 3% 4% 5% 6% Maksymalne straty na zasysaczu [%] Długość linii wężowej [m] Ciśnienie nominalne na wytwornicy pianowej [bar] 400 8±1 12±1,5 16±2 20±2,5 24±3 38 40 5 Badany zasysacz liniowy posiada nasadę wlotową i wylotową wielkości 52 oraz nasadę zasysającą wielkości 25. Na korpusie została umieszczona strzałka z kierunkiem przepływu cieczy. Na zewnątrz zasysacza znajduje się pokrętło umożliwiające regulację stężenia środka pianotwórczego w zakresie 1% - 6 %. Wygląd zasysacza Z4 przedstawia rysunek 5. Rys. 5. Badany zasysacz liniowy AWG Z4 3.3. Stanowisko badawcze W celu przeprowadzenia badań wykorzystano specjalne stanowiska pomiarowe, przedstawione na rysunku 6. Podczas badań wyznaczono natężenia przepływu i ciśnienie strumienia roboczego i wylotowego, podciśnienia i przepływu wody w układzie ssawnym. 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) przepływomierz elektromagnetyczny MAGFLO, typ MAG 2500 o średnicy nominalnej DN 25 i dokładności pomiarowej ±0,5 % aktualnego natężenia przepływu, e) manometr glicerynowy Wika, zakres pomiaru 0 1 MPa, skala pomiaru 0,2 MPa, klasa dokładności 1,6, f) manometr glicerynowy Wika, zakres pomiaru 0 1 MPa, skala pomiaru 0,2 MPa, klasa dokładności 1,6, g) wakuometr sprężynowy, zakres pomiaru -0,1 0 MPa, skala pomiaru 0,002 MPa, klasa dokładności 1,6. 8488

Rys. 6. Schemat stanowiska badawczego dla zasysaczy liniowych. 1 zbiornik wodny pojemności 4,5 m 3, 2 badany zasysacz liniowy, 3, 4, 9 manometr, 5 rurociąg ssawny DN 100 pompy zasilającej, 6, 10, 14 zawory wolnootwieralne, 7 pompa zasilająca (motopompa Rosenbauer FOX M16/8), 8 wakuometr kontrolny pompy, 11 rurociąg zasilający strumienicę (odcinek węża pożarniczego W-52), 12, 13, 18 przepływomierz elektromagnetyczny, 15 rurociąg tłoczny strumienicy DN 65, 16 wakuometr strumienicy, 17 przewód ssawny (wąż półsztywny średnicy 25 mm), 19 zbiornik ssawny. 3.4. Przebieg badań Podczas badania przyjęto geometryczną wysokość ssania wynoszącą H gs =0,3±0,1 m. Geometryczną wysokość ssania wyrażoną jako różnica wysokości między lustrem cieczy w zbiorniku ssawnym (19 odniesienia do rysunku 6) a osią zasysacza (2). Dla każdego punktu pomiarowego rejestrowano i zapisywano następując wskazania przyrządów pomiarowych: ciśnienie zasilania strumienia roboczego p r (3), przepływu strumienia roboczego Q r (13), podciśnienie w przewodzie ssawnym p z (16), wydajność strumienia zassanego Q z (18), ciśnienie wylotowe (tłoczenia) z zasysacza p t (4). Podczas badania kontrolowano dokładność wskazania przepływomierza zamontowanego w rurociągu ssawnym przez odczyt i analizę wyników podanych przez przepływomierz (13) zastosowany w układzie wylotowym zasysacza. Badania wykonano tak aby każda uzyskana charakterystyka pracy zasysacza zawierała minimum 10 punktów pomiarowych. Badania zostały wykonane przy ciśnieniu zasilania strumienicy 0,8 MPa i 0,9 MPa oraz dla zadanych stężeń 3%, 5%, 6%. Dodatkowo dla stężenia 5% wykonano badanie przy ciśnieniu zasilania 0,6 MPa. Punkty pracy wskazane na charakterystykach uzyskano w wyniku dławienia przepływu wody w rurociągu tłocznym zasysacza. Dławienia dokonano przez stopniowe zwiększanie strat w rurociągu przez zakręcanie zaworu dławiącego (14). W wyniku dławienia uzyskiwano zwiększenie ciśnienie tłoczenia na wylocie z zasysacza. Ciśnienie tłoczenia zwiększano, aż do momentu, w którym dokręcenie zaworu dławiącego spowodowało zbyt duże opory na linii tłocznej i zasysacz nie zasysał wody ze zbiornika ssawnego (19). 8489

3.5. Wyniki przeprowadzonych badań Na rysunkach 7 10 pokazano uzyskane charakterystyki pracy badanego zasysacza. Wyniki badania strat na zasysaczu S przedstawiono w tabeli 3. Tab. 3. Dane katalogowe zasysacza liniowego AWG L.p. C 1 [%] p r [MPa] p t [MPa] p z [MPa] Q t [dm 3 /min] Q z [dm 3 /min] Q r [dm 3 /min] 1. 3,0 0,8 0,5 0,005 405,7 15,5 390,2 3,8 35,0 2. 3,0 0,9 0,6 0,005 400,0 15,4 384,6 3,9 34,8 3. 5,0 0,6 0,3 0,006 421,2 23,3 397,9 5,5 43,3 4. 5,0 0,8 0,5 0,005 438,5 23,0 415,5 5,3 37,5 5. 5,0 0,9 0,6 0,005 400,0 23,0 377,0 5,8 33,3 6. 6,0 0,8 0,5 0,005 400,0 27,9 372,1 7,0 32,5 7. 6,0 0,9 0,6 0,005 400,0 28,2 393,8 6,7 33,3 Na rysunkach 7 10 pokazano uzyskane charakterystyki pracy wyznaczone dla badanego zasysacza liniowego Z4. C [%] S [%] Rys. 7. Charakterystyki pracy zasysacza liniowego w zależności od stężenia i ciśnienia zasilania Rys. 8. Charakterystyki uzyskanego stężenia środka pianotwórczego od natężenia przepływu strumienia zasysanego w zależności od stężeń i ciśnień zasilania 8490

C [%] β [-] 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 5% pr=0,9 MPa 3% pr= 0,9 MPa Ht[m] 6% pr=0,9 MPa 5% pr=0,8 MPa 3% pr=0,8 MPa 6% pr=0,8 MPa Rys. 9. Charakterystyki uzyskanego stężenia środka pianotwórczego od wysokości tłoczenia w zależności od stężeń i ciśnień zasilania 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 3% pr=0,8 MPa 5% pr=0,8 MPa 6% pr=0,8 MPa u [-] Rys. 10. Charakterystyki współczynnika ciśnień od wspołczynnika wydatku badanego zasysacza dla ciśnienia zasilania 0,8 MPa WNIOSKI Na podstawie przeprowadzonych badań sformułowano następujące wnioski: 1. Uzyskane wartości stężeń środka pianotwórczego dla badanego zsysacza odbiegają od zadanych nastawów, przy zmianie ciśnienia tłoczenia. W zakresie stałej wydajności strumienia zassanego Q z (zakres pracy zaworu samoregulacyjnego) uzyskane wartości stężeń wahają się w zakresie odpowiednio: od 2,5% do 4,5% dla nastawu 3%, od 3,6% do 6% dla 5 % oraz od 4,5% do 7%. dla 6%. Najwyższe stężenia uzyskano tuż przed całkowitym zamknięciem zaworu samoregulacyjnego zasysacza. 2. Wydajność strumienia zassanego zasysaczy liniowych przyjmuje stałą wartość dla danego stężenia, jednak ulega gwałtownemu spadkowi podczas wzrostu oporów przepływu na wylocie zasysacza. Dla ciśnienia zasilania 0,9 MPa zasysacz przestaje dozować stałą wartość strumienia zassanego Q z po przekroczeniu ciśnienia tłoczenia w zakresie ok. H t =65 m. Przy ciśnieniu zasilania równym 0,8 MPa i 0,6 MPa podobne zjawisko ma miejsce odpowiednio w zakresie ok. H t =55 m i H t =40 m. Wynika z tego, że w celu zapewnienia właściwego zasilania prądownicy lub wytwornicy piany należy zapewnić ciśnienie zasilania zasysaczy wynoszące ponad 0,8 MPa. W przeciwnym razie ciśnienie na wlocie do prądownicy lub wytwornicy będzie niższe niż 0,55 MPa lub nie zostanie zapewnione właściwe stężenie środka pianotwórczego. Sytuacja taka spowoduje wytworzenie piany niewłaściwej jakości i obniżenie skuteczności prowadzonych działań gaśniczych. 3. Zasysacz liniowy przestaje dozować środek pianotwórczy (Q z =0 dm 3 /min) przy wysokości wylotowej odpowiednio: 75 m dla ciśnienia zasilania 0,9 MPa, 65 m dla ciśnienia 0,8 MPa oraz 50 m dla ciśnienia zasilania 0,6 MPa. Jeżeli straty pomiędzy prądownicą lub wytwornicą piany, przy odpowiednich ciśnieniach zasilania będą przekraczały powyższe wartości niemożliwe będzie wytworzenie piany ponieważ środek pianotwórczy nie zostanie zassany. W takim przypadku do prądownicy lub wytwornicy piany będzie docierała sama woda. 4. Przy wzroście ciśnienia tłoczenie (za zasysaczem) stężenie środka pianotwórczego C rośnie, aż do zamknięcia zaworu do samoregulacji. Po zamknięciu zaworu samoregulacji i wzroście ciśnienia tłoczenia stężenie C gwałtownie spada. 8491

5. Wraz ze wzrostem ciśnienia zasilania zawór samoregulacji zamyka się przy wyższych ciśnieniach tłoczenia (za zasysaczem). Wartości ciśnienia tłocznia zasysacza, przy których zawór samoregulecyjny ulega zamknięciu przedstawiono w punkcie 3. 6. Bez względu na ciśnienie zasilania, w zakresie pracy zaworu regulacyjnego, zasysacz dozuje stałą wartość strumienia zassanego, która wynosi odpowiednio: 15,5 dm 3 /min przy zadanym stężeniu 3%, 23,2 dm 3 /min przy zadanym stężeniu 5% oraz 28,2 dm 3 /min przy zadanym stężeniu 6%. Wyniki przeprowadzonych badań pozwalają w łatwy sposób ocenić zużycie środka pianotwórczego podczas prowadzenia działań gaśniczych. W przypadku gdy strażak ma do dyspozycji 200 dm 3 środka pianotwórczego, taka ilość środka wystarczy do podawania piany przez okres około 13 minut przy stężeniu 3% lub 7 minut przy stężeniu 6 %. 7. Wyznaczone starty ciśnienia zasysacza liniowego dla maksymalnego stężenia wynoszącego 6% spełniają wymagania normy [16] i są mniejsze od 34%. Dla niższych nastawów stężeń wartości strat rosną i przekraczają 34%. 8. W dzisiejszych czasach podczas działań gaśniczych prowadzonych przy użyciu piany można zauważyć, że zasysacze liniowe są sprzętem rzadko stosowanym do wytworzenia wodnego roztworu środka pianotwórczego. Wypierane są przez dozowniki środka pianotwórczego zamontowane na stałe w układzie wodno-pianowym samochodu gaśniczego lub bezpośrednio wbudowane w autopompę. Rozwiązanie to przełożyło się na zwiększenie szybkości i skuteczności, a co za tym idzie na poprawienie jakości prowadzenia działań gaśniczych. 9. Mimo tego, że zasysacze liniowe są rzadko w praktyce stosowane, Komendant Główny PSP w Wytycznych standaryzacji pojazdów pożarniczych i innych środków transportu Państwowej Straży Pożarnej z dnia 14 kwietnia 2011 roku w załączniku nr 1 wskazuje, by na średnim samochodzie ratowniczo-gaśniczym GBA 2,5/16 dysponowanym w I rzucie znajdował się zarówno dozownik środka pianotwórczego jak i zasysacz liniowy, który w razie niesprawności dozownika mógł zostać użyty podczas działań gaśniczych. Streszczenie Do wytworzenia piany na miejscu działań ratowniczo gaśniczych niezbędny jest specjalistyczny sprzęt, którego najważniejszym elementem umożliwiającym zassanie i wymieszanie środka pianotwórczego z wodą jest strumienica czyli urządzenie przeznaczone do zasysania i podnoszenia płynów albo do mieszania płynów z ciałami stałymi. Mimo nowej technologii, zasysacze liniowe poprzez swoją niezawodną konstrukcję, wciąż stanowią podstawowe wyposażenie samochodów gaśniczych. W referacie omówiono przeprowadzone badania dla wybranego zasysacza liniowego Z4, aktualnie stosowanego w ochronie przeciwpożarowej oraz stawiane mu wymagania normowe. Na podstawie przeprowadzonych badań wyznaczone zostały charakterystyki teoretyczne, jak również charakterystyki rzeczywiste (doświadczalne) badanego sprzętu oraz sformułowano wnioski końcowe z przeprowadzonych badań. Słowa kluczowe: zasysacze liniowe, strumienice cieczowe, charakterystyki przepływowe, badania doświadczalne, sprzęt do podawania piany. The impact of supply pressure to change the operating parameters of the in-line foam concentrate inducer Z4 Abstract In the manufacture of the foam on the spot relief activities-for specialized equipment is needed, which is the most important element for pull and mixing foam concentrate with water is a spotlight or a device designed to suck in and picking up liquids or for mixing liquids with solid. Despite new technology, in-line foam concentrate inducers through its reliable design, still constitute the basic equipment of firefighting vehicles. Research of flow characteristics of selected in-line foam concentrate inducer Z4 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 and the final conclusions are included at the end of the paper. Keywords: in-line foam concentrate inducer, liquid ejectors, flow characteristics, experimental testing, equipment to make foam. 8492

BIBLIOGRAFIA 1. Goliński J. A., Troskolański A.T., Strumienice: teoria i konstrukcje, Warszawa 1979. 2. Derecki T., Sprzęt pożarniczy do podawania wody i pian gaśniczych, Warszawa 1999. 3. Sokołow J.J., Zinger N.M., Strumienice, Warszawa 1965. 4. Ebert K., Feuerwehrarmaturen, zweite auflage, Giengen an der Brenz 1988. 5. Jaworski H., Guzy Z., Konstrukcja i działanie wybranych urządzeń ze sprzętu pożarniczego, Warszawa 1978. 6. Jędral W., Pompy wirowe, Warszawa 2001. 7. Kaliciecki H., Podręcznik kierowcy mechanika straży pożarnych, Warszawa 1977. 8. Opyrchał L., Wstęp do mechaniki cieczy w inżynierii środowiska, Kraków 2010. 9. Placek P., Pompy pożarnicze, W akcji 2012, nr 6, s. 34-36. 10. Placek P., Sprzęt i armatura wodna, Warszawa 2011. 11. Rynkowski P., Teleszewski T. J., Wyznaczanie charakterystyk strumienicy, Białystok 2012. 12. Gałaj J., Pawlak E., Zegar W., Laboratorium z hydromechaniki, Warszawa 2004. 13. Gil D., Armatura wodna i pianowa, Częstochowa 2003. 14. Drzymała T., Rozenberg M., Smulczyński T., Analiza porównawcza wybranych zasysaczy liniowych stosowanych w ochronie przeciwpożarowej, Logistyka 2014, nr 6, s. 3264-3275. 15. 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. nr 85 poz. 553. 16. PN-M-51069, Sprzęt pożarniczy. Zasysacze liniowe, Warszawa 1996. 17. Wytyczne Komendanta Głównego PSP, dotyczące standaryzacji pojazdów pożarniczych i innych środków transportu Państwowej Straży Pożarnej z dnia 14 kwietnia 2011 roku. 8493