Zapojenie čerpadiel pri diaľkovej doprave vody

Úvod

Doprava vody k požiaru je najdôležitejšia činnosť z hľadiska úspešnej lokalizácie požiaru. Je potrebné zabezpečiť neprerušovanú dodávku vody s potrebným prietokovým množstvom tak, aby bola zabezpečená optimálna intenzita hasiacej látky na plochu alebo front požiaru. Ak nie sú na mieste zásahu dostatočné vodné zdroje, treba organizovať diaľkovú dopravu vody. Vodu na miesto požiaru môžeme dopravovať viacerými spôsobmi. To aký spôsob zvolíme ovplyvňujú viaceré faktory: vzdialenosť na akú má byť voda dopravovaná, vlastnosti terénu v ktorom vodu dopravujeme, sily a prostriedky ktoré máme na dopravu vody k dispozícií a ďalšie. Tento spôsob dopravy vody realizujeme najčastejšie prostredníctvom dobrovoľných hasičských jednotiek.

Zapojenie čerpadiel pri doprave vody

Sériové zapojenie odstredivých čerpadiel

Obr. 1 Schéma sériového a paralelného zapojenia čerpadiel (Palúch, 1981)

Obr. 2 Diaľková doprava hadicovým vedením zo stroja do stroja (Foto: Milan Dermek)

Doprava vody systémom sériovo zapojených čerpadiel (obr. 1) je efektívna z hľadiska času zostavenia prečerpávacieho systému, nárokov na počet ľudí a hadíc do vzdialenosti v teréne až 600 metrov. Na začiatok dopravného vedenia k vodnému zdroju sa umiestňuje najvýkonnejšie čerpadlo. Prvé čerpadlo, ktorá sa nachádza pri vodnom zdroji má spojené výtlačne hrdlo čerpadla hadicovým vedením so sacím hrdlom druhého čerpadla. Aby sa neprerušila dodávka vody a tým aby nevznikol podtlak na sacej strane čerpadla, musí mať voda na vstupe do ďalšieho čerpadla tlak 0,1 až 0,2 MPa. Veľkosť vstupného a výstupného tlaku na ďalšom čerpadle ovplyvňuje pracovný tlak predchádzajúceho čerpadla. V praxi sa tento pracovný tlak pohybuje v rozmedzí od 0,6 do 1,2 MPa. To znamená, že tlak na výstupných hrdlách požiarnych striekačiek sa sčítava s prevádzkovým tlakom čerpadla a vstupným tlakom čerpadla. (Palúch, 1981).

Paralelne zapojenie striekačiek

Paralelne zapojenie čerpadiel (obr. 1) sa používa v prípadoch, kde je potreba zväčšiť prietokové množstvo kvapaliny. Čerpadla sú radené vedľa seba, teda na paralelných vetvách potrubia a pracujú do spoločného výtlačného potrubia. Toto zapojenie nezvyšuje mernú energiu ale sčítava sa prietok oboch čerpadiel a teda zväčšuje sa dopravovane množstvo kvapaliny v systéme. Používa sa pri nízkych tlakoch a väčších prietokoch tam, kde jedno čerpadlo nestačí dodať požadovane množstvo vody. Pracuje do tlaku 1,2 MPa. V praxi sa toto zapojenie používa ojedinele, zväčša tam, kde je potrebne dodať veľké množstvo vody (Palúch, 1981).

Parametre zapojenie čerpadiel pri doprave vody

Porovnanie zapojení hadicového vedenia

V tejto časti sú popisované spôsoby zapojenia hadicového vedenia dopravy vody, pri ktorých boli vypočítané teoretické prietoky a následne experimentálne overené. Pri tomto meraní bola použitá nepriama metóda merania, pri ktorej sme plnili nádrž vozidla CAS 32 TATRA 148 o objeme 6600 l. Merali sme čas naplnenia nádrže, z prázdnej nádrže po jej naplnene na maximálnu úroveň, na základe čoho sme následne stanovili prietok.

Najskôr bolo porovnávané jednoduché a paralelné dopravné vedenie z hadíc typu B. Dĺžka vedenia bola 300 metrov, každá z vetva hadicového vedenia sa skladala z 15 ks hadíc. Meranie prebiehalo v úseku z prevýšením terénu do 5 metrov. Ďalším meraním bolo overenie hypotézy, či jednoduché dopravné vedenie B dokážeme nahradiť paralelným dopravným vedením C+C.

Pri týchto meraniach sme používali čerpadlo PS 15 Magirus s menovitým prietokom 1500 l/min pri menovitom tlaku 1 Mpa pri menovitej sacej výške 1,5 m.

Pre teoretický výpočet možností dopravy vody sme vychádzali zo vzorcov (1, 2, 3):

Prevýšenie terénu p_vg do 5 metrov: p_vg = 0,05 MPa
Miestne tlakové straty: pretlakový ventil, p_m = 0,1 MPa
Tlak použitý na vstupe do nádrže CAS, p_p = 0,2 MPa

(3)

Teoretický prietok pri jednoduchom dopravnom vedení B na vzdialenosť 300 m (4):

(4)

Teoretický prietok pri paralelnom dopravnom vedení B na vzdialenosť 300 m (5):

(5)

Teoretický prietok pri paralelnom dopravnom vedení C na vzdialenosť 300 m (6):

(6)

Teoreticky vypočítaný prietok a namerané hodnoty sme zapísali do tabuľky 1.

V tabuľke môžeme vidieť jednotlivé hodnoty pri odlišnom zapojení hadicového vedenia ako najvýhodnejšie nám vyšlo paralelné zapojenie hadicového vedenia typu B. Paralelne zapojenie hadicového vedenia typu C síce nedosahuje ani prietok jednoduchého vedenie typu B ale v prípade nedostatku hadíc typu B je možné ho použiť ako alternatívne riešenie na zvýšenie prietoku pri diaľkovej doprave vody.

Zapojenie čerpadiel podľa prietoku

Pri stanovení počtu čerpadiel vychádzame z maximálnej vzdialenosti do ktorej je čerpadlo schopné dopraviť vodu. Jedným z rozhodujúcich parametrov je v tomto prípade prietok čerpadla = prietok jednoduchým hadicovým vedením typu B. Táto závislosť je znázornená na obrázku 3. Tlak je znázornený v 0,1 MPa, čo predstavuje tlakovú stratu v metroch vodného stĺpca.

Obr. 3 Znázornenie vzdialenosti dopravy vody podľa prietoku pre 1 PS 12 (autor)

Zapojenie čerpadiel pri prevýšení terénu

Výškové tlakové straty vznikajú prevýšením terénu, čo v našich podmienkach reliéfu terénu veľmi významne ovplyvňujú možnosti dopravy vody. Tento tlak je závislý od výšky stĺpca kvapaliny, jej hustoty a od tiažového zrýchlenia a nezávisí od veľkosti dopravovaného prietoku. Pri doprave vody platí, že každých 10 m výšky vodného stĺpca vzrastie p_vg o 0,1 MPa. Napríklad pri prevýšení terénu 30 metrov, pri prietoku 800 l/min dopravíme vodu do vzdialenosti o 200 metrov kratšej (obr. 4).

Obr. 4 Znázornenie vplyvu tlakovej straty prevýšením na vzdialenosť dopravy vody (autor)

Obr. 5 Meraný terén, pohľad z čerpadla č. 3 (foto: Milan Dermek)

V našom prípade sme meranie realizovali od vodného zdroja na kraji obce, ku kaplnke nachádzajúcej sa na kopci z prevýšením 50 metrov. Prvú časť 300 metrov tvorila relatívna rovina, ďalších cca 380 metrov bolo do kopca (obr. 5).

Pre teoretické riešenie dopravy vody sme si zostali model, na ktorom je znázornené umiestnenie čerpadiel, prevýšenie, umiestnenie čerpadiel a vznik tlakových strát. Na základe obr. 3 a obr. 4 sme si určili optimálny prietok vzhľadom na požadovanú vzdialenosť dopravy vody. Zohľadniť sme museli tiež maximálny prietok najslabšieho čerpadla v zapojení, ktorým bola PS 12. Po odčítaní údajov z obrázkov sme stanovili ako optimálny prietok 800 l/min.

Obr. 6 Teoretický model dopravy vody na modelový prípad (autor)

Teoretický výpočet dopravy vody pre modelový prípad (7):

Prevýšenie terénu p_vg cca 50 metrov: p_vg = 0,5 MPa
Miestne tlakové straty: pretlakový ventil, p_m = 0,1 MPa
Tlak potrebný na vstupe do čerpadla (2×), p_č = 0,15 MPa
Tlak pred prúdnicou: p_p = 0,8 MPa

(7)

(8)

Dĺžkové tlakové straty boli počítané na vzdialenosť 680 m (7). Pri výpočte (8) treba zohľadniť rozdielnosť výstupných tlakov čerpadiel, výstupné tlaky čerpadla PS 15 a CAS 32 sú 1 MPa a výstupný tlak čerpadla je 0,8 MPa. Teoretický výpočet potvrdil možnosť realizácie tohto zapojenia pre prietok 800 l/min. Meranie prietoku sme realizovali nepriamou metódou pomocou prúdnice P6 s prietokom 800 l/min, meranie je úspešné pokiaľ dokážeme zvýšiť tlak pred prúdnicou na 0,8 MPa. Výsledok sme zapísali do tabuľky 2.

Týmto meraním sme dokázali možnosť dopraviť požadované množstvo vody na požadovanú vzdialenosť. Zabezpečiť dopravu vody s väčším prietokom je možné:

• zapojením ďalšieho čerpadla (skrátenie vzdialenosti medzi čerpadlami),
• použitím paralelného dopravného vedenia B.

Záver

Diaľková doprava vody hadicovým vedením má svoje špecifické zásady ktorý treba dodržiavať. V článku sme sa venovali zapojeniu čerpadiel a hadicového vedenia pri doprave vody. Sérovým zapojením čerpadiel dokážme dopraviť vodu na veľké vzdialenosti s menším prietokom, pokiaľ chceme dosiahnuť väčší prietok je vhodné použiť paralelné zapojenie čerpadiel. Porovnávali sme jednoduché a paralelné dopravné hadicové vedenie, tu je však nutné zohľadňovať prietok čerpadla a vzdialenosť na ktorú potrebujeme vodu dopraviť. V prípade nedostatku hadíc typu B je možné vytvoriť paralelné vedenie z hadíc typu C, ktoré ho dokáže v parametroch nahradiť na cca 75 %. V článku sú uvedené zapojenia čerpadiel podľa prietoku, zapojenia čerpadiel v teréne a následne na modelovom prípade overená spolupráca čerpadiel do doprave vody.

Použitá literatúra

1. DERMEK, M. 2016: Porovnanie diaľkovej dopravy vody k požiarom v prírodnom prostredí. In: Advances in fire & safety engineering: V. medzinárodná vedecká konferencia: 27.–28. októbra 2016 Žilina: Žilinská univerzita, 2016. ISBN 978-80-554-1269-6.
2. DERMEK, M. 2016: Využitie dobrovoľných hasičských zborov obcí pri zásahovej činnosti. In: Riešenie krízových situácií v špecifickom prostredí: 21. medzinárodná vedecká konferencia: 25.–26. máj 2016, Žilina: Žilinská univerzita, 2016. ISBN 978-80-554-1213-9. CD-ROM, s. 89–95.
3. HAVLAN, P. 2017: Spolupráca čerpadiel pri diaľkovej doprave vody. Bakalárska práca. Vedúci bakalárskej práce: Ing. Milan Dermek. Žilina: FBI ŽU, 2017. 46 s.
4. KVARČÁK, M. 2008. Požární taktika v příkladech. 2. aktualizované vydanie. Ostrava: SPBI, 2008. 175 s. ISBN 978-80-7385-062-3
5. MONOŠI, M. – DERMEK, M – BALLAY, M. 2016: Technika a technické prostriedky hasičských jednotiek. 1. vyd., V Žiline : Žilinská univerzita, FBI, 2016. 180 s. ISBN 978-80-554-1231-3.
6. PALÚCH, I. 1976. Hydraulika – teória a prax pre zdolávanie požiarov. 1. vydanie. Praha. SNTL – Nakladatelství technické literatury, 1976. 428 s.
7. PALÚCH, I. 1981. Technické prostriedky požiarnej ochrany. 1. vydanie, Bratislava. Slovenské pedagogické nakladateľstvo, 1981. 444 s.
8. Pokyn prezidenta HaZZ č. 36/2005 o výkone strojnej služby v HaZZ.