„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

MINISTERSTWO EDUKACJI

NARODOWEJ

Jacek Kudłek

Określanie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę
315[02].Z2.02

Poradnik dla ucznia

Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

1

Recenzenci:
mgr inż. Paweł Pruś
mgr inż. Zbigniew Wójcik



Opracowanie redakcyjne:
inż. Jacek Kudłek
mgr inż. Zbigniew Wójcik



Konsultacja:
dr Justyna Bluszcz











Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 315[02].Z2.02.

,,Określanie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę”, zawartego w programie nauczania
dla zawodu technik pożarnictwa.




















Wydawca

Instytut Technologii Eksploatacji – Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

2

SPIS TREŚCI

1. Wprowadzenie

4

2. Wymagania wstępne

5

3. Cele kształcenia

6

4. Materiał nauczania

7

4.1. Ciśnienie hydrostatyczne oraz hydrodynamiczne

7

4.1.1. Materiał nauczania

7

4.1.2. Pytania sprawdzające

9

4.1.3. Ćwiczenia

9

4.1.4. Sprawdzian postępów

10

4.2. Prawo Pascala i Archimedesa

11

4.2.1. Materiał nauczania

11

4.2.2. Pytania sprawdzające

12

4.2.3. Ćwiczenia

12

4.2.4. Sprawdzian postępów

13

4.3. Doświadczenie Reynoldsa

14

4.3.1. Materiał nauczania

14

4.3.2. Pytania sprawdzające

15

4.3.3. Ćwiczenia

15

4.3.4. Sprawdzian postępów

16

4.4. Charakterystyka przepływu cieczy w ruchu laminarnym i burzliwym

17

4.4.1. Materiał nauczania

17

4.4.2. Pytania sprawdzające

19

4.4.3. Ćwiczenia

19

4.4.4. Sprawdzian postępów

20

4.5. Zasady obliczania parametrów przepływu cieczy

21

4.5.1. Materiał nauczania

21

4.5.2. Pytania sprawdzające

22

4.5.3. Ćwiczenia

23

4.5.4. Sprawdzian postępów

23

4.6. Parametry hydrodynamiczne prądów zwartych i rozproszonych

24

4.6.1. Materiał nauczania

24

4.6.2. Pytania sprawdzające

24

4.6.3. Ćwiczenia

25

4.6.4. Sprawdzian postępów

25

4.7. Zjawisko uderzenia wodnego

26

4.7.1. Materiał nauczania

26

4.7.2. Pytania sprawdzające

26

4.7.3. Ćwiczenia

26

4.7.4. Sprawdzian postępów

27

4.8. Połączenia szeregowe i równoległe węży pożarniczych

28

4.8.1. Materiał nauczania

28

4.8.2. Pytania sprawdzające

30

4.8.3. Ćwiczenia

30

4.8.4. Sprawdzian postępów

31

4.9. Praca pomp pożarniczych w układzie szeregowym i równoległym

32

4.9.1. Materiał nauczania

32

4.9.2. Pytania sprawdzające

33

4.9.3. Ćwiczenia

33

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

3

4.9.4. Sprawdzian postępów

35

4.10. Rola przegród w zbiornikach wodnych ruchomych

36

4.10.1. Materiał nauczania

36

4.10.2. Pytania sprawdzające

36

4.10.3. Ćwiczenia

36

4.10.4. Sprawdzian postępów

37

4.11. Klasyfikacja źródeł zaopatrzenia w wodę

38

4.11.1. Materiał nauczania

38

4.11.2. Pytania sprawdzające

38

4.11.3. Ćwiczenia

38

4.11.4. Sprawdzian postępów

39

4.12. Zasady projektowania stanowiska pobierania wody. Wydajność punktów

pobierania wody

40

4.12.1. Materiał nauczania

40

4.12.2. Pytania sprawdzające

41

4.12.3. Ćwiczenia

41

4.12.4. Sprawdzian postępów

42

4.13. Elementy składowe i konstrukcje sieci wodociągowej

43

4.13.1. Materiał nauczania

43

4.13.2. Pytania sprawdzające

43

4.13.3. Ćwiczenia

44

4.13.4. Sprawdzian postępów

44

5. Sprawdzian osiągnięć

45

6. Literatura

50

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

4

1.

WPROWADZENIE

Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy z podstaw hydrostatyki

i hydrauliki strażackiej oraz kształtowaniu umiejętności określania zaopatrzenia wodnego na
potrzeby akcji ratowniczo – gaśniczej.

W poradniku tym znajdziesz:

−

wymagania wstępne – wykaz umiejętności, jakie powinieneś mieć już ukształtowane,
abyś bez problemów mógł korzystać z poradnika,

−

cele kształcenia – wykaz umiejętności, jakie ukształtujesz podczas pracy z poradnikiem,

−

materiał nauczania – wiadomości teoretyczne niezbędne do opanowania treści jednostki
modułowej,

−

zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy już opanowałeś określone treści,

−

ć

wiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz ukształtować

umiejętności praktyczne,

−

sprawdzian postępów,

−

sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie materiału całej jednostki modułowej,

−

literaturę.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

5

2.

WYMAGANIA WSTĘPNE

Przystępując do realizacji programu nauczania jednostki modułowej powinieneś umieć:

−

stosować jednostki układu SI,

−

przeliczać jednostki,

−

posługiwać się podstawowymi pojęciami z zakresu hydrostatyki, hydrodynamiki,
wyposażenia technicznego

−

rozróżniać podstawowe wielkości ciśnienia i ich jednostki,

−

korzystać z różnych źródeł informacji,

−

obsługiwać komputer,

−

współpracować w grupie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

6

3.

CELE KSZTAŁCENIA

W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:

−−−−

wyjaśnić pojęcia: ciśnienie hydrostatyczne, ciśnienie hydrodynamiczne,

−−−−

wyjaśnić prawo Pascala i Archimedesa,

−−−−

objaśnić doświadczenie Reynoldsa,

−−−−

scharakteryzować przepływ cieczy w ruchu laminarnym i burzliwym,

−−−−

obliczyć parametry przepływu cieczy,

−−−−

wykonać pomiary ciśnienia i natężenia przepływu cieczy,

−−−−

obliczyć straty ciśnienia w ruchu laminarnym i burzliwym,

−−−−

określić parametry hydrodynamiczne prądów zwartych i rozproszonych,

−−−−

wyjaśnić zjawisko uderzenia wodnego,

−−−−

scharakteryzować połączenia szeregowe i równoległe węży pożarniczych,

−−−−

scharakteryzować pracę pomp pożarniczych w układzie szeregowym i równoległym,

−−−−

wyjaśnić rolę przegród w zbiornikach wodnych ruchomych,

−−−−

sklasyfikować źródła zaopatrzenia w wodę,

−−−−

określić zasady projektowania stanowiska pobierania wody,

−−−−

określić elementy składowe i konstrukcje sieci wodociągowej,

−−−−

obliczyć wydajność punktów pobierania wody.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

7

4.

MATERIAŁ NAUCZANIA

4.1.

Ciśnienie hydrostatyczne oraz hydrodynamiczne

4.1.1.

Materiał nauczania

Cieczą nazywamy ciało o określonej objętości, lecz o nieokreślonym kształcie, cechą

charakterystyczną cieczy jest przybieranie kształtu naczynia, które wypełnia. Ciecze posiadają
niżej wymienione właściwości fizyczne:

Gęstość jest to masa jednostki objętości.

V

m

=

ρ

,

[1]

gdzie:

ρ

– gęstość [kg/m³],

m

– masa [kg],

V

– objętość [m³].

Ciężar objętościowy jest to stosunek ciężaru ciała do jego całkowitej objętości

V

G

=

γ

,

[1]

gdzie:

γ

– ciężar objętościowy [N/m

3

],

G

– ciężar [N],

Ciężar właściwy jest to stosunek ciężaru danego materiału do objętości samej substancji

tego materiału z wyłączeniem wolnych przestrzeni.

W przypadku wody możemy przyjąć że ciężar objętościowy równa się ciężarowi

właściwemu.

Lepkość jest to właściwość polegająca na występowaniu tarcia wewnętrznego

i powstawaniu naprężeń stycznych pomiędzy sąsiednimi warstwami płynu podczas jego
przemieszczania się. Lepkość cieczy w dużym stopniu zależy od temperatury, wraz z jej
wzrostem lepkość maleje. Lepkość charakteryzuje kinematyczny współczynnik lepkości,
który obliczamy według wzoru:

ρ

µ

ν

=

,

[1]

gdzie:

ν

– kinematyczny współczynnik lepkości [m

2

/s],

µ

– dynamiczny współczynnik lepkości [kg/ms].

Zależność dynamicznego współczynnika lepkości

µ

od temperatury przedstawia

empiryczny wzór:

2

0

1

bt

at

+

+

=

µ

µ

,

[1]

gdzie:

µ

– dynamiczny współczynnik lepkości [m

2

/s],

0

µ

– dynamiczny współczynnik lepkości przy temp. 0

0

C,

b

a, – współczynniki doświadczalne, dla wody wynoszą w przybliżeniu:

a = 0,034, b = 00022,

t – temperatura [

0

C].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

8

Napięcie powierzchniowe jest to właściwość charakteryzująca się przybieraniem

w cienkich rurkach przez ciecz menisku, w przypadku wody wklęsłego, natomiast rtęci
wypukłego. Swobodna kropla każdej cieczy przybiera kształt kulisty.

Ciecz znajdująca się w spoczynku może być poddana działaniu sił powierzchniowych

proporcjonalnych oraz prostopadłych do powierzchni, siły te działają do środka cieczy (np.
parcie atmosferyczne na lustro cieczy) oraz sił masowych proporcjonalnych do masy cieczy
(np. siła bezwładności, siła ciężkości).

Parcie hydrostatyczne jest to siła, z jaką ciecz oddziałuje na otaczające ją środowisko,

Jeżeli siła ta pochodzi od cieczy pozostającej w spoczynku to nazywamy ją parciem
hydrostatycznym. Parcie to jest proporcjonalne i prostopadłe do powierzchni, na jaką działa
W hydraulice parcie oznaczamy literą P, jednostką w układzie SI jest 1[N].

Ciśnienie hydrostatyczne na pewnej głębokości h jest równe iloczynowi tej głębokości

i ciężaru objętościowego cieczy.

=

p

h

γ

×

,

[1]

gdzie: p – ciśnienie hydrostatyczne [Pa],

h

– wysokość słupa cieczy [m],

γ

– ciężar objętościowy [N/m

3

].

W przypadku naczyń otwartych pod uwagę należy wziąć ciśnienie atmosferyczne które, jako
ciśnienie zewnętrzne oddziałuje na wszystkie punkty cieczy. W tym przypadku wzór na
ciśnienie hydrostatyczne będzie przedstawiał się następująco:

γ

×

+

=

h

p

p

0

,

[1]

gdzie:

0

p – ciśnienie zewnętrzne [Pa].

Przedstawione definicje ciśnienia oraz parcia hydrostatycznego związane są z cieczą

pozostającą w spoczynku. Jeżeli ciecz porusza się np. w zamkniętym przewodzie kołowym
i jest pod ciśnieniem posiada pewną energię która jest sumą energii potencjalnej oraz
kinetycznej. Ciecz będącą w ruchu opisuje Równanie Bernoullego

Równanie Bernoulllego

Równanie Bernoullego możemy rozpatrywać w dwóch aspektach, dla strugi cieczy

doskonałej oraz strugi cieczy rzeczywistej.
Według równania dla cieczy doskonałej, suma energii położenia i energii ciśnienia czyli
energii potencjalnej oraz energii kinetycznej jest stała. Poniższy wzór przedstawia zapis za
pomocą wysokości

const

E

g

v

p

z

=

=

+

+

2

2

γ

,

[1]

gdzie: z – wysokość położenia [m],

γ

p

– wysokość ciśnienia [m],

g

v

2

2

– wysokość prędkości [m].

Rys. 1 przedstawia doświadczenie pokazujące wysokości energii występujące

w przepływającej strudze cieczy, warunkiem jest odpowiednio duży przekrój przewodu.
Dla przewodu ułożonego poziomo wysokość położenia z = 0.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

9

Rys. 1. Poziomy cieczy w rurce statycznej oraz dynamicznej [1]

Pierwsza rurka tzw. statyczna pokazuje wysokość nadciśnienia czyli

γ

p

, natomiast druga

dynamiczna sumę wysokości nadciśnienia oraz wysokości prędkości

g

v

p

2

2

+

γ

. A zatem

równanie Bernoullego przedstawia sumę wysokości ciśnienia statycznego oraz wysokość
ciśnienia hydrodynamicznego.

Jednostką ciśnienia w układzie SI jest 1 N/m² = 1Pa

Tabela 1. Zależności pomiędzy poszczególnymi jednostkami ciśnienia [opracowanie własne na postawie 1]

Jednostki

1Pa

1bar

1mm H

2

O

1atm

1at

1Pa

1

10

-5

0.102

9,87x10

-6

1,02x10

-5

1bar

10

5

1

10,2x10

4

0,987

1,02

1mm H

2

0

9,81

9,81x10

-5

1

9,87x10

-5

10

-4

1atm

1,01x10

5

1,01

10332

1

1,033

1 at

9,81x10

4

0,981

10000

0,968

1

4.1.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Co to jest ciecz i jakie posiada właściwości fizyczne ?

2.

Co to jest ciśnienie hydrostatyczne cieczy pozostającej w spoczynku ?

3.

Co przedstawia równanie Bernoullego ?

4.

Co to jest ciśnienie statyczne i dynamiczne cieczy będącej w ruchu ?

4.1.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przedstaw równanie Bernoullego oraz opisz jego części składowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

10

2)

odszukać w materiałach dydaktycznych opis równania Bernoullego,

3)

rozpoznać składniki równania,

4)

dokonać analizy jego części składowych,

5)

zapisać równanie opisując jego składowe.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Zilustruj doświadczenie przedstawiające pojęcie wysokości ciśnienia i wysokości

prędkości cieczy będącej w ruchu.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

wykonać schemat ilustrujący doświadczenie,

3)

zaznaczyć i opisać wielkości występujące na rysunku.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.1.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) przedstawić podstawowe właściwości cieczy?

2) określić pojęcia ciśnienia i parcia hydrostatycznego cieczy

pozostającej w spoczynku?

3) napisać i omówić występujące wielkości równania Bernoullego?

4) określić pojęcia wysokości ciśnienia statycznego i dynamicznego

cieczy będącej w ruchu?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

11

4.2.

Prawo Pascala i Archimedesa

4.2.1.

Materiał nauczania

Prawo Pascala mówi, że ciśnienie wewnątrz cieczy będącej w równowadze, pochodzące

od sił zewnętrznych ma jednakową wartość w każdym punkcie tej cieczy. Prawo Pascala nie
dotyczy ciśnienia pochodzącego od ciężaru cieczy, które zostało omówione w poprzednim
rozdziale.
Prawo Pascala ma zastosowanie w prasie hydraulicznej, którą przedstawia rys. 2.

Rys. 2. Prasa hydrauliczna – zasada działania [1]

Przedstawiona na rys. 2 prasa hydrauliczna pokazuje wykorzystanie Prawa Pascala,
w związku z tym możemy napisać zależność występującą w prasie:

2

1

p

p

=

,

[1]

czyli

2

2

1

1

S

F

S

F

=

,

[1]

Przekształcając ostatni wzór otrzymujemy:

2

1

2

1

S

S

F

F

=

,

[1]

Siły działające na tłoki prasy hydraulicznej są wprost proporcjonalne do powierzchni tych
tłoków.

Prawo Archimedesa

Na powierzchnię ciała zanurzonego w cieczy działa parcie hydrostatyczne, którego

składowe poziome nawzajem się znoszą, czyli działa tylko składowa pionowa parcia.
Możemy w związku z tym stwierdzić, że parcie pionowe działające na ciało zanurzone
w cieczy równe jest iloczynowi objętości zanurzonej części tego ciała oraz ciężarowi
objętościowego cieczy.

γ

×

=

V

P

gdzie: P – składowa pionowa parcia [N],

V

– objętość zanurzonego ciała [m

3

].

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

12

Dla ciał zanurzonych parcie to nazywa się wyporem i oznacza się literą W, jego działanie

określa Prawo Archimedesa które brzmi:

„Ciało zanurzone w cieczy traci na wadze tyle, ile waży ciecz wyparta przez to ciało”[1]

4.2.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jak brzmi Prawo Pascala?

2.

W budowie jakiego urządzenia znalazło zastosowanie Prawo Pascala?

3.

Jak brzmi Prawo Archimedesa?

4.2.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przedstaw zasadę działania prasy hydraulicznej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

odszukać w materiałach dydaktycznych opis prasy hydraulicznej,

2)

napisać równanie, opisując występujące wielkości,

3)

wyciągnąć wnioski z napisanego równania.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Zdefiniuj Prawo Archimedesa, opisz wielkości występujące we wzorze.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

napisać Prawo Archimedesa ilustrując je wzorem, opisując występujące wielkości.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 3

Oblicz największy ciężar jaki może pływać na tratwie o wymiarach a = 3 m, b = 1,20 m,

c = 0,1 m. Gęstość drewna z którego zbudowana jest tratwa wynosi ρ = 500 kg/m

3

, gęstość

wody ρ = 1000 kg/m

3

.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

13

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

zastosować odpowiednie wzory,

3)

podstawić dane wartości,

4)

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika

4.2.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować Prawo Pascala?

2)

przedstawić działanie prasy hydraulicznej?

3)

zdefiniować Prawo Archimedesa?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

14

4.3.

Doświadczenie Reynoldsa

4.3.1.

Materiał nauczania

Angielski fizyk Osborne Reynolds przeprowadził doświadczenie, które pokazało że

w zależności od prędkości przepływu cieczy mamy do czynienia z dwoma rodzajami ruchu
cieczy. Rys.3 przedstawia stanowisko pozwalające powtórzyć doświadczenie Reynoldsa.

1.

zbiornik,

2.

rura,

3.

wlot rury,

4.

zawór,

5.

zbiorniczek
z barwnikiem,

6.

zaworek,

7.

odpływ,

8.

cienka rurka,

Rys. 3. Stanowisko do wykonania doświadczenia Reynoldsa

[1]

Stanowisko składa się z dużego zbiornika (1) z zamontowaną rurą (2). Do wlotu (3) tej

rury wprowadzona jest osiowo cienka rurka (8) z zaworkiem (6), którą można podać barwnik
ze zbiorniczka (5). Zawór (4) pozwala regulować prędkość przepływu cieczy przez rurę (2).
Do zbiornika (1) doprowadza się ciecz tak aby jej poziom był stały, nadmiar cieczy
odprowadzany jest przez odpływ (7). Jeżeli po otwarciu zaworu (4) prędkość przepływu
cieczy będzie niewielka to wpływająca do rury (3) ciecz barwiąca będzie cienką strużką
płynącą równolegle do osi rury (3). W miarę zwiększania prędkości przepływu cieczy poprzez
odkręcanie zaworu (4) po przekroczeniu pewnej wartości barwnik będzie płynął całym
przekrojem rury (2) w sposób nieuporządkowany, burzliwy.

Pierwszy rodzaj ruchu przy małej prędkości przepływu nazywamy ruchem laminarnym,

uwarstwionym (rys. 4b). Drugi rodzaj ruchu (rys.4a) w którym widać poprzeczne ruchy
cząstek barwnika ruchem turbulentnym, burzliwym. Doświadczenie Reynoldsa pozwoliło
stwierdzić, że przejście z jednego rodzaju ruchu w drugi odbywa się przy tej samej wartości
zwanej liczbą Reynoldsa która wynosi:

ν

d

v

ś

r

×

=

Re

,

[1]

gdzie: Re – liczba Reynoldsa,

V

ś

r

– średnia prędkość w przewodzie okrągłym [m/s],

d – średnica przewodu [m],

ν

– kinematyczny współczynnik lepkości badanej cieczy [m

2

/s].

Jeżeli obliczona liczba Reynoldsa jest mniejsza od 2320 to w przewodzie panuje ruch

laminarny, jeżeli liczba Reynoldsa jest większa od 50000 wówczas w przewodzie wystąpi
ruch turbulentny. W przedziale tzw. strefie przejściowej, pomiędzy tymi wielkościami
w zależności od warunków zewnętrznych, będzie panował ruch turbulentny lub laminarny.
Przekształcając powyżej przedstawiony wzór oraz podstawiając za liczbę Reynoldsa wartość
2320 otrzymamy wzór na prędkość graniczną, przy której nastąpi przejście z jednego ruchu
w drugi.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

15

d

v

gr

ν

Re

=

=2320

d

ν

,

[1]

Poniżej została zaprezentowana tabela z prędkościami granicznymi dla wody w różnych

temperaturach i różnych średnic dla liczby Reynoldsa równej 2320.

Tabela 2. Prędkości graniczne dla wody w różnych temperaturach i średnicach rur dla Re = 2320 [1]

Ś

rednica [cm]

t = 5

0

C

t = 10

0

C

t = 15

0

C

t = 20

0

C

1

0,351

0,303

0,265

0,233

5

0,070

0,061

0,053

0,047

10

0,035

0,030

0,026

0,023

20

0,018

0,015

0,013

0,012

4.3.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

W jaki sposób przeprowadza się doświadczenie Reynoldsa?

2.

Ile wynosi graniczna liczba Reynoldsa?

3.

Jaką postać ma wzór definiujący liczbę Reynoldsa?

4.3.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj doświadczenie Reynoldsa.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać instrukcję wykonania doświadczenia Reynoldsa,

2)

zapoznać się ze stanowiskiem do wykonania doświadczenia,

3)

wykonać doświadczenie,

4)

zapisać uzyskane pomiary,

5)

napisać sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

stanowisko do wykonania doświadczenia,

−

instrukcja wykonania doświadczenia,

−

kalkulator.

Ćwiczenie 2

Na podstawie tabeli z podanymi prędkościami granicznymi dla wody w różnych

temperaturach i średnicach rur dla Re = 2320 opracuj wnioski z przedstawionych zależności.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

16

Tabela do ćwiczenia 2. Prędkości graniczne dla wody w różnych temperaturach i średnicach rur dla Re = 2320 [1]

Ś

rednica [cm]

t = 5

0

C

t = 10

0

C

t = 15

0

C

t = 20

0

C

1

0,351

0,303

0,265

0,233

5

0,070

0,061

0,053

0,047

10

0,035

0,030

0,026

0,023

20

0,018

0,015

0,013

0,012

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

przeanalizować wartości w tabeli pod kątem wzajemnych zależności,

3)

wyciągnąć wnioski z tabeli i je zapisać.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika

4.3.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

opisać doświadczenie Reynoldsa?

2)

podać wartość graniczną liczby Re?

3)

opisać rodzaje ruchu cieczy w zależności od liczby Re?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

17

4.4.

Charakterystyka przepływu cieczy w ruchu laminarnym
i burzliwym

4.4.1.

Materiał nauczania

Doświadczenie Reynoldsa pokazało, że podczas ruchu laminarnego cząstki poruszają się

po torach równoległych do osi przewodu, natomiast w przypadku ruchu turbulentnego ruch
cząstek cieczy jest poprzeczny. Rys. 4 przedstawia omawiane rodzaje ruchu cząstek cieczy.

Rys. 4. Rodzaje ruchu cieczy [1]

Doświadczenie Reynoldsa ukazuje również różnice w rozkładzie prędkości

w poszczególnych rodzajach ruchów cząstek cieczy. Poniżej przedstawione są wzory na
obliczanie średnich prędkości w poszczególnych rodzajach ruchów.

W ruchu laminarnym prędkość średnia wynosi:

2

max

v

v

ś

r

=

,

[1]

W ruchu turbulentnym

max

83

,

0

v

v

ś

r

=

,

[1]

Przepływ rzeczywistej cieczy przez przewody zamknięte charakteryzuje się powstaniem

strat hydraulicznych różnych w zależności od rodzaju ruch cieczy. W ruchu laminarnym
straty są proporcjonalne do prędkości w pierwszej potędze, natomiast w ruchu turbulentnym
wykładnik potęgi występuje w przedziale 1,75 ÷ 2.

Straty hydrauliczne mogą być liniowe oraz miejscowe. Straty liniowe związane

są z długością przewodów prowadzących ciecz. Obliczamy je na podstawie wzoru
Darcy – Weisbacha który ma następującą postać:

g

v

d

L

h

str

2

2

×

=

λ

,

[1]

gdzie:

λ

– bezwymiarowy współczynnik oporów liniowych,

L

– długość przewodu [m],

d

– średnica przewodu [m],

v

– średnia prędkość w przewodzie [m/s],

g

– przyśpieszenie ziemskie m/s

2

].

W przypadku obliczania strat liniowych w wężach strażackich stosujemy poniższy wzór:

2

Q

l

A

h

×

×

=

, [1]

gdzie: A – współczynnik oporów liniowych zależny od rodzaju węża [MPa],

l – długość linii wężowej [m],
Q – przepływ wody [l/min].

a) ruch turbulentny

b) ruch laminarny

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

18

Najtrudniejszy do określenia jest współczynnik

λ

zależny od lepkości cieczy, prędkości,

chropowatości przewodu i jego średnicy. Zależność współczynnika

λ

od tych parametrów

określa wykres Colebrooka – White

`

a. Wykres ten jest zbiorem linii które odpowiadają

stosunkowi, przedstawia to rys. nr 5

d

k

=

ε

,

[1]

gdzie:

ε

– względna chropowatość przewodu,

k

– bezwzględna chropowatość przewodu [mm],

d

– średnica przewodu [mm].

Wykres Colebrooka – White

`

a przedstawia rys. nr 5

Rys. 5. Wykres Colebrooka – White

`

a [1]

Na poziomych krawędziach wykresu znajdują się wartości liczby Reynoldsa, na

krawędziach pionowych wartość współczynnika

λ

. Wykres podzielony jest na trzy strefy

podzielone liniami przerywanymi. Strefa ruchu laminarnego ograniczona jest wartością
graniczną liczby Reynoldsa czyli Re = 2320. W tej strefie wartość

λ

wynosi:

Re

64

=

λ

,

[1]

Strefa druga zwana jest przejściową tutaj współczynnik oporów zależy od liczby

Reynoldsa i chropowatości względnej.

W strefie trzeciej zwanej strefą kwadratowej zależności oporów ruchu, linie przebiegają

poziomo i równolegle. W tym obszarze

λ

zależy od względnej chropowatości przewodu,

a nie zależy od liczby Reynoldsa, a straty na długości zależą od kwadratu prędkości cieczy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

19

Straty miejscowe inaczej zwane lokalnymi związane są z przeszkodami jakie na swojej

drodze spotyka przepływająca woda, i takimi przeszkodami są wszelkie łuki, kolana,
zwężenia i rozszerzenia przewodu oraz armatura. Straty lokalne obliczamy korzystając
z poniższego wzoru.

g

v

h

str

2

2

ξ

=

, [m],

[1]

gdzie:
h

str

–

wielkość straty lokalnej [m]

ξ

– niemianowany współczynnik zależny od rodzaju przeszkody,

v – prędkość średnia za przeszkodą [m/s],
g – przyśpieszenie ziemskie [m/s

2

].

4.4.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jak zmieniają się przepływy cieczy w zależności od liczby Re?

2.

Jak zmieniają się prędkości średnie cieczy w zależności od rodzaju przepływu?

3.

Co charakteryzuje wykres Colebrooka – White

`

a?

4.

Jakie znasz rodzaje strat hydraulicznych i czym one się charakteryzują?

4.4.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Opisz zależności wynikające z wykresu Colebrooka – White

`

a.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

odszukać w materiałach dydaktycznych wykres Colebrooka – White

`

a,

2)

zapisać odpowiednie wzory,

3)

opisać zależności,

4)

wyciągnąć wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika,

−

arkusz z wykresem Colebrooka – White

`

a.

Ćwiczenie 2

Opisz straty hydrauliczne na długości przewodu oraz miejscowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

zapoznać się z literaturą,

3)

opisać parametry i zależności poszczególnych rodzajów strat.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

20

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 3

Oblicz wielkość strat występujących w poziomym przewodzie na odcinku A-B, jeżeli

w punkcie A ciśnienie wynosi p = 4 bary, a w punkcie B ciśnienie p = 3 bary. W przewodzie
przepływa woda o ciężarze objętościowym γ = 9810 N/m

3

.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

odszukać wzory,

3)

znać przeliczniki jednostek,

4)

zapisać zależność,

5)

obliczyć wynik.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

kalkulator,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.4.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

scharakteryzować rodzaje ruchów cieczy?

2)

opisać wykres Colebrooka – White

`

a?

3)

scharakteryzować straty przepływu na odpowiednich długościach?

4)

scharakteryzować lokalne straty przepływu cieczy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

21

4.5.

Zasady obliczania parametrów przepływu cieczy

4.5.1.

Materiał nauczania

Badając ruch nieściśliwej cieczy możemy wyróżnić trzy elementy charakterystyczne:

ciśnienie panujące w dowolnym punkcie cieczy, prędkość poszczególnych cząstek cieczy oraz
przyśpieszenie.

Ciśnienie panujące w przepływającej cieczy możemy zmierzyć w sposób następujący:

„Ciśnienie statyczne: można zmierzyć przy pomocy manometru, którego otwór wlotowy jest
równoległy do kierunku przepływu cieczy.
Ciśnienie całkowite – ciśnienie to będące sumą ciśnienia statycznego i dynamicznego
mierzymy manometrem, którego otwór wlotowy umieszcza się prostopadle do kierunku
przepływu cieczy.
Ciśnienie dynamiczne można zmierzyć wykorzystując Rurkę Prandtla czyli przyrząd do
pomiaru prędkości przepływu cieczy poprzez pomiar ciśnienia w przepływającej cieczy.
Rurka poprzez otworek na półkulistym nosku rurki mierzy ciśnienie całkowite p

1

(ciśnienie

całkowite), a poprzez otwór w powierzchni bocznej oddalony od przodu rurki, ciśnienie
statyczne p

2

.”

[10]

ρ

)

(

2

2

1

p

p

v

−

×

=

,

[10]

v

– prędkość przepływu [m/s],

p

1

– ciśnienie całkowite [Pa],

p

2

– ciśnienie statyczne [Pa],

ρ

– gęstość cieczy [kg/m³].

Prędkość cieczy, rozpatrując ruch cząstek wody w przewodach możemy stwierdzić, że

prędkość bliżej ścianek (brzegów) przewodu jest mniejsza, natomiast w środku strumienia
większa. W związku z tymi różnicami prędkości do celów obliczeniowych zastosujemy
prędkość średnią którą określimy wzorem:

A

Q

v

ś

r

=

,

[1]

gdzie:

ś

r

v

–

prędkość średnia [m/s],

Q

– ilość wody przepływająca przez rozpatrywany przekrój [m

3

/s],

A

–

powierzchnia rozpatrywanego przekroju przewodu [m

2

].

W praktyce stwierdzenie prędkość średnia pomijamy używając tylko wyrażenia prędkość

przyjmując, że rozpatrujemy strumień cieczy który jest zbiorem wszystkich strug
przepływających przez rozpatrywany przekrój.

Znając prędkość przepływającej cieczy przekształcimy powyższy wzór obliczając

natężenie przepływu, czyli wydatek:

A

v

Q

×

=

,

[1]

Warunek ciągłości

Rozpatrując przepływ cieczy przez dwa różne przekroje poprzeczne przewodu jak na

rys. 6.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

22

Rys. 6. Warunek ciągłości przepływu cieczy [1]

Możemy przeprowadzić następujące rozumowanie: ilość cieczy dopływającej równa się ilości
cieczy odpływającej czyli:

2

1

Q

Q

=

,

[1]

const

Q

A

v

A

v

ś

r

ś

r

=

=

×

=

×

2

2

1

1

.

[1]

Jest to warunek ciągłości cieczy który mówi, że w ruchu ciągłym iloczyn prędkości

ś

redniej w dowolnym przekroju cieczy i powierzchni tego przekroju jest wielkością stałą

i równą natężeniu przepływu.

Równanie Bernoulllego

Równanie Bernoullego możemy rozpatrywać w dwóch aspektach, dla strugi cieczy

doskonałej oraz strugi cieczy rzeczywistej. Teraz omówiona zostanie struga rzeczywista.
W przypadku rozpatrywania cieczy rzeczywistej całkowite wysokości energii strumienia
cieczy dla dwóch dowolnie wybranych przekrojów strumienia różnią się między sobą
o wielkość strat jakie powstały przy przepłynięciu cieczy z jednego przekroju do drugiego,
czyli wzór będzie miał następującą postać:

str

h

g

v

p

z

g

v

p

z

∑

+

+

+

=

+

+

2

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

γ

γ

,

[1]

gdzie:

str

h

Σ

– suma strat na długości oraz lokalnych przy przepływie między dwoma

punktami przewodu.

4.5.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Przy pomocy jakich podstawowych wielkości opisuje się przepływ cieczy?

2.

Jak przedstawia się warunek ciągłości cieczy?

3.

Jaka jest różnica w równaniach Bernoullego, wynikająca z różnicy między cieczą
rzeczywistą, a doskonałą ?

4.

Jak definiuje się pojęcie prędkości średniej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

23

4.5.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zdefiniuj parametry przepływu cieczy, przedstaw wzory.

Sposób wykonania ćwiczenia.

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

rozpoznać właściwe równania,

3)

dokonać analizy jego części składowych,

4)

zapisać równanie opisując jego składowe.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Oblicz prędkości przepływu cieczy po przejściu przez kryzę, jeśli prędkość przepływu

cieczy przed kryzą wynosi v

1

= 0,3 m/s. Powierzchnie przekrojów wynoszą odpowiednio:

S

1

= 0,012 m², S

2

= 0,015 m

2

. Grubość kryzy należy pominąć.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

rozpoznać zjawisko,

2)

odszukać wzory,

3)

zapisać zależność na wyliczenie prędkości przepływu,

4)

obliczyć i podać wynik.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika

4.5.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

omówić parametry ruchu cieczy?

2)

obliczyć wielkości charakteryzujące ruch cieczy?

3)

rozwiązywać zadania z wykorzystaniem wzorów na parametry
przepływu cieczy?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

24

4.6.

Parametry

hydrodynamiczne

prądów

zwartych

i rozproszonych

4.6.1.

Materiał nauczania

W pożarnictwie stosujemy prądy wody zwarte, rozproszone oraz mgłowe. W naszych

rozważaniach zajmiemy się podstawowymi parametrami charakteryzującymi hydrodynamikę
prądów zwartych oraz rozproszonych. „W celu określenia parametrów prądów gaśniczych
należy wykorzystać stanowisko pomiarowe wykonane z ułożonych na poziomej płaszczyźnie
pojemników pomiarowych o wewnętrznych wymiarach 0,25 x 0,25 x 0,25 m w odstępach nie
większych niż 0,5 + 0,05 m, mierząc od środka pojemników. Prądownicę należy ustawić tak,
aby jej rzut pionowy pokrywał się z osią podłużną siatki stworzonej przez ułożone pojemniki.
Ś

rodek dyszy wypływowej prądownicy powinien znajdować się na wysokości 1 m od górnej

krawędzi pojemników. Dla strumienia rozproszonego kąt ustawienia prądownicy mierzony
między jej osią podłużną, a poziomem powinien wynosić α = 15

0

. Natomiast dla strumienia

zwartego α = 32

0

. Podczas pomiaru wysokości rzutu strumienia kąt ustawienia prądownicy

powinien wynosić kąt α = 80

0

. Na tak przygotowanym stanowisku przeprowadza się pomiar

w czasie nie krótszym niż 2 min, parametry wypływającego strumienia powinny być w tym
czasie stałe, obliczając niżej przedstawione parametry.”

[14]

−

„maksymalna długość rzutu strumienia: wyznaczamy mierząc odległość w poziomie
wzdłuż osi prądownicy, od środka wylotu dyszy wypływowej do miejsca, w którym
wysokość zraszania przekracza 2 mm”,

[14]

−

„średnia długość rzutu: jest to długość mierzona od środka dyszy wypływowej do
miejsca, w którym przypada połowa podawanej z prądownicy wody,”

[2]

−

szerokość rzutu: jest to odległość między miejscami po obu stronach osi podłużnej
prądownicy w których wysokość opadu jest nie mniejsza niż 2 mm,

−

wielkość opadu: jest to wysokość warstwy wody zgromadzonej w pojemniku
pomiarowym obliczona według poniższego wzoru:

t

s

V

V

P

×

×

=

2

,

[14]

gdzie:

V – wielkość opadu,
V

P

– objętość wody zebranej w pojemniku [ml],

s – powierzchnia dna pojemnika [dm

2

],

t – czas pomiaru [min]

−

wysokość rzutu strumienia: jest to odległość od środka dyszy wypływowej do miejsca
widocznej części strumienia osiągającego największą wysokość.

4.6.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Czy potrafisz opisać stanowisko do pomiaru parametrów hydrodynamicznych prądów
gaśniczych ?

2.

Wymień parametry hydrodynamiczne prądów gaśniczych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

25

4.6.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wykonaj pomiar parametrów hydrodynamicznych prądów gaśniczych.

Sposób wykonania ćwiczenia.

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

przeczytać instrukcję stanowiskową wykonania ćwiczenia,

3)

zapoznać się z Polską Normą PN-89/M-51028 Sprzęt pożarniczy. Prądownice wodne do
pomp pożarniczych,

4)

dokonać pomiarów oraz niezbędnych obliczeń,

5)

wyciągnąć wnioski.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

stanowisko pomiarowe zgodne z wytycznymi PN-89/M-51028,

−

różne rodzaje prądownic,

−

instrukcja stanowiskowa,

−

Polska Norma PN-89/M-51028,

−

miarka długości,

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Zdefiniuj parametry przepływu cieczy, przedstaw wzory.

Sposób wykonania ćwiczenia.

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

rozpoznać właściwe równania,

3)

dokonać analizy jego części składowych,

4)

zapisać równanie opisując jego składowe.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.6.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zdefiniować parametry hydrodynamiczne prądów wody?

2)

opisać stanowisko pomiarowe?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

26

4.7.

Zjawisko uderzenia wodnego

4.7.1.

Materiał nauczania

W czasie przepływu cieczy przez rurociągi zamknięte, a z takim przepływem mamy do

czynienia w wężach strażackich może dojść do powstania uderzeń hydraulicznych (wodnych),
które mogą być przyczyną uszkodzeń węży strażackich. Uderzenie wodne powstaje w skutek
nagłego zatrzymania przepływu wody (np. na rozdzielaczu lub prądownicy) lub nagłego
wyłączenia pompy wirowej.

Nagłe zamknięcie rozdzielacza lub prądnicy powoduje zamianę energii kinetycznej

płynącej wody na energię ciśnienia, które osiąga maksymalną wartość. Maksymalne ciśnienie
powstające w układzie może znacznie przewyższać ciśnienie rozrywające węża pożarniczego.

Druga możliwość powstania uderzenia wodnego związana jest z nagłym wyłączeniem

pompy wirowej, wówczas woda porusza się nadal siłą bezwładności tak długo, aż energia
kinetyczna wody nie zostanie zużyta na pokonanie wysokości oraz oporów w wężu tłocznym.
Jednocześnie ulega zmniejszeniu ciśnienie w początkowym fragmencie węża, czyli przy
nasadzie tłocznej pompy.

W przypadku zasilania długich linii tłocznych, czyli podczas przetłaczania wody do

celów gaśniczych niezbędne jest instalowanie regulatorów, ograniczników ciśnienia, które
pozwalają na samoczynne regulowanie ciśnienia przepływającej wody w układzie. Regulator
ciśnienia działa na zasadzie różnicy ciśnień wywieranych na membranę z jednej strony przez
sprężynę, a z drugiej strony przez przepływającą wodę. Poprzez śrubę regulacyjną możemy
zmieniać naciąg sprężyny ustawiając w ten sposób właściwe ciśnienie odpowiednie do
danych warunków pracy układu. Jeżeli wystąpi przekroczenie nastawionego na regulatorze
ciśnienia, wówczas następuje automatyczne otwarcie bocznego wylotu, przez który wypływa
woda, co powodując spadek ciśnienia. Regulatory ciśnienia mogą być wyposażone
w manometr pozwalający na odczyt panującego ciśnienia i precyzyjne nastawienie naciągu
sprężyny.

4.7.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jak przebiega zjawisko uderzenia wodnego?

2.

Jak działa ogranicznik ciśnienia?

4.7.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Przedstaw warunki, przy których może dojść do uderzenia hydraulicznego.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

wypisać warunki, przy których może dojść do uderzenia hydraulicznego,

3)

skonsultować wyniki na forum grupy i skorygować ewentualne błędy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

27

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

stanowisko do wykonania doświadczenia,

−

instrukcja wykonania doświadczenia.

Ćwiczenie 2

Opisz działanie regulatora ciśnienia.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

opisać działanie regulatora ciśnienia,

3)

skonsultować opis na forum grupy i skorygować ewentualne błędy.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.7.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

przedstawić zjawisko uderzenia hydraulicznego?

2)

opisać działanie regulatora ciśnienia?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

28

4.8.

Połączenia szeregowe i równoległe węży pożarniczych

4.8.1.

Materiał nauczania

Podczas budowy linii wężowych wykorzystujemy następujące sposoby łączeń:

−

szeregowe , pojedyncza linia tłoczna,

−

równoległe, zasilanie wspólnego odbioru wody dwoma lub więcej liniami wężowymi

−

mieszane, zasilanie pojedynczą linią wężową kilku linii gaśniczych.

Połączenie szeregowe

Odpowiednie ciśnienie tłoczenia uzyskane na prądownicy możemy obliczyć przy pomocy

empirycznych wzorów. Skorzystamy ze wzorów na wielkość ciśnienia H

P

na prądownicy

w zależności od średnicy jej pyszczka:

D

Hp

7

,

132

=

,

[9]

gdzie: H

P

– wielkość strat ciśnienia na prądownicy [kPa],

D – średnica pyszczka w [mm].

Oraz wydajność wodną prądownicy Q

P

w zależności od średnicy pyszczka oraz ciśnienia

tłoczenia H

P

P

P

P

H

D

A

Q

2

=

,

[9]

gdzie:

p

Q – wydajność wodna prądownicy [l/min],

A

P

– współczynnik wypływu zależny od gęstości wody i kształtu otworu wylotowego

pyszczka prądownicy,

D – średnica wylotu pyszczka [cm],
H

P

– ciśnienie tłoczenia [kPa].

Dla obliczonego natężenia przepływu wody wyznaczamy za pomocą empirycznych

wzorów wielkości strat ciśnienia w linii wężowej:

z

L

AQ

Hstr

W

±

=

2

[9]

gdzie:

W

Hstr – wielkość strat ciśnienia w linii wężowej [kPa],

A – współczynnik oporów liniowych zależny od rodzaju węża [MPa],
L – długość linii wężowej [m],
Q – przepływ wody [l/min],

z – poziom położenia linii wężowej [m].

Sumując ciśnienia w poszczególnych liniach wężowych uzyskamy ciśnienie wymagane

na początku linii wężowej, dla zadanego natężenia przepływu:

z

H

H

H

H

R

P

W

T

±

+

+

=

[9]

gdzie:

T

H

– ciśnienie wymagane na początku linii wężowej [kPa],

W

H – suma strat ciśnienia w wężach W75 i W52 (w zależności od występujących

węży w układzie) [kPa],

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

29

R

H

– strata na rozdzielaczu [kPa],

z – strata ciśnienia wynikającego z różnicy poziomów terenu.

W celu obliczenia maksymalnego przepływu z pompy współpracującej z linią wężową

należy przyrównać powyższy wzór ze wzorem na ciśnienie tłoczenia pompy:

2

bQ

a

H

T

−

=

[kPa],

[9]

gdzie: a – współczynnik określający maksymalne ciśnienie tłoczenia przy zamkniętym

kolektorze tłocznym pompy,

b – współczynnik charakteryzujący przebieg krzywej H

T

= f(Q).

z

H

H

H

bQ

a

R

P

W

±

+

+

=

−

2

,

[9]

i otrzymujemy wzór na przepływ maksymalny

W

R

P

A

b

z

H

H

a

Q

+

±

−

−

=

[l/min],

[9]

Korzystając z powyższych wzorów możemy obliczyć maksymalną dla danej pompy

długość linii wężowej:

2

52

max

Q

A

z

H

H

H

L

P

W

T

MAX

±

−

−

=

[m],

[9]

Połączenie równoległe

Rozpatrując połączenia równoległe węży pożarniczych, stwierdzamy że wypadkowe

natężenie przepływu wody jest sumą przepływu w poszczególnych wężach, czyli:

Q

Q

Q

+

+

+

.......

2

1

[l/min],

[9]

natomiast wypadkowy współczynnik oporów przepływu będzie zależał od węży użytych
w układzie:

n

n

W

L

A

L

A

L

A

A

1

......

1

1

1

2

2

1

1

+

+

+

=

,

[9]

W przypadku jednakowych

n

linii wężowych np. z węży W75

2

75

75

n

L

A

A

W

×

=

,

[9]

czyli wypadkowy współczynnik oporów przepływu w układzie węży połączonych równolegle
jest

2

n

mniejszy od współczynnika oporów dla pojedynczej linii wężowej, z tego wynika

również, że wielkość strat ciśnienia będzie

2

n

mniejsza.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

30

Połączenie mieszane

Połączenie mieszane węży tłocznych składa się z odcinków węży połączonych

szeregowo i równolegle. Obliczenia przeprowadzamy wykorzystując wiadomości
przedstawione powyżej.

4.8.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jakie rozróżniamy sposoby łączenia węży strażackich?

2.

Jakimi wzorami opisuje się straty ciśnienia w wężach połączonych szeregowo?

3.

Jakimi wzorami opisuje się straty ciśnienia w wężach połączonych równolegle?

4.

Od czego zależą współczynniki oporów węży?

4.8.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz straty ciśnienia w dwóch odcinkach węża W-52 wiedząc że przepływ w linii

wężowej wynosi Q = 200 l/min. Linia wężowa prowadzona jest prosto oraz po terenie
płaskim.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

odszukać w materiałach dydaktycznych tematy związane z połączeniami węży,

2)

znaleźć wzory pomocnicze,

3)

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

kalkulator,

−

literatura zgodna z rozdziałem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Oblicz straty ciśnienia na prądownicy wodnej W – 52 o średnicy pyszczka d = 1,2 cm.

Prędkość wypływającej wody wynosi v = 19 m/s.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

odszukać w materiałach dydaktycznych tematy związane z połączeniami węży,

2)

znaleźć wzory pomocnicze,

3)

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

kalkulator,

−

literatura zgodna z rozdziałem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

31

Ćwiczenie 3

Oblicz straty ciśnienia na rozdzielaczu kulowym wiedząc, że podłączone do niego są

dwie linie gaśnicze. Jedna z nasady 52 o wydajności 200 l/min, druga z nasady 75
o wydajności 800 l/min.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

odszukać w materiałach dydaktycznych tematy związane z połączeniami węży,

2)

znaleźć wzory pomocnicze,

3)

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

kalkulator,

−

literatura zgodna z rozdziałem 6 poradnika.

Ćwiczenie 4

Przeprowadź badanie połączeń węży pożarniczych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać instrukcję wykonania doświadczenia,

2)

zapoznać się ze stanowiskiem do wykonania doświadczenia,

3)

wykonać doświadczenie,

4)

zapisać uzyskane pomiary,

5)

napisać sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

stanowisko do wykonania doświadczenia,

−

instrukcja wykonania doświadczenia,

−

kalkulator.

4.8.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

przedstawić sposoby łączenia węży?

2)

stosować wzory dotyczące połączeń szeregowych węży?

3)

stosować wzory dotyczące połączeń równoległych węży?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

32

4.9.

Praca pomp pożarniczych w układzie szeregowym
i równoległym

4.9.1.

Materiał nauczania

Pompy są to maszyny robocze służące do podnoszenia cieczy. Rozróżniamy pompy

wyporowe oraz pompy wirowe. Pompy wyporowe wypierają ciecz z części ssawnej przez
ruch organu roboczego (np. tłok, skrzydełka, rotor) do części tłocznej. Część ssawna musi być
szczelnie oddzielona od części tłocznej. Przemieszczeniu tłoka towarzyszy przemieszczeniu
pompowanej cieczy. Pompa wirowa działa poprzez ruch obrotowy organu roboczego czyli
wirnika. Wirnik osadzony jest na wale wymuszając ruch okrężny cieczy przepływającej przez
wnętrze pompy.

Charakterystyką pompy nazywamy zbiór krzywych ilustrujących parametry pompy i ich

zależność. Podstawową krzywą jest charakterystyka przepływu H=f(Q), przedstawia ona
zależność pomiędzy wydajnością, a wytwarzaną wysokością podnoszenia.
Współpraca pomp może być równoległa czyli taka w której króćce tłoczne pomp podłączone
są do wspólnego przewodu tłocznego oraz szeregowa czyli taka, że króciec tłoczny jednej
pompy połączony jest z króćcem ssawnym drugiej pompy.

Szeregowe połączenie pomp pożarniczych polega na zbudowaniu układu w którym

pierwsza pompa zasysa wodę ze zbiornika wodnego i tłoczy do nasady ssącej pompy drugiej
itd., system ten zwany jest przetłaczaniem wody. Szeregowe połączenie pomp powoduje
wzrost ciśnienia (jeżeli pompy w układzie są o jednakowych parametrach) w układzie,
ponieważ pompa druga nie zasysa wody lecz otrzymuje ją od pierwszej pod pewnym
ciśnieniem. Szeregowe połączenie pomp jest stosowane jeżeli chcemy uzyskać wyższe
ciśnienie przy tej samej wydajności.

Równoległe połączenie pomp polega na łączeniu nasad tłocznych w jeden układ za

pomocą zbieracza. Taki połączenie pozwala na zwiększenie wydajności układu. Stosujemy go
w celu zasilenia np. dużej liczby prądów lub działka.

W hydraulice strażackiej zależność H=f(Q) przedstawiamy za pomocą empirycznego

wzoru

H

T

= a - b × Q

2

,

[9]

gdzie: H

T

– ciśnienie tłoczenia [kPa],

a – współczynnik określający maksymalne ciśnienie tłoczenia przy zamkniętym

kolektorze tłocznym pompy,

b – współczynnik charakteryzujący przebieg krzywej H

T

= f(Q),

Q – natężenie przepływu [dm

3

/min].

Przykładowo dla motopompy M8/8 przy maksymalnej mocy silnika:

H

T

= 1200 - 7×10

-4

×Q

2

[kPa],

[9]

Połączenie szeregowe pomp

Dla jednakowych pomp pracujących w układzie szeregowym ciśnienie tłoczenia

obliczamy następująco:

H

T

= n

a

(a-bQ

2

),

[9]

gdzie: n

a

– liczba autopomp pracująca w układzie.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

33

W przypadku pracy pomp sprawą istotną jest odległość pomiędzy nimi, gdyż przy zbyt

bliskiej odległości między nimi może dojść do wzrostu ciśnienia mogącego uszkodzić węże
tłoczne. Zasadniczo ciśnienie wytworzone przez pompę powinno być równe stratom ciśnienia
na wężach oraz różnicy położenia.

Rozwiązując układ równań:

−

straty w linii wężowej H

W

= A

W

× Q

2

× L

gdzie:

A

W

– współczynnik oporów liniowych zależny od rodzaju węża [MPa],

L

– długość linii wężowej [m],

Q

– przepływ wody [l/min].

−

obliczone H

W

= H

T

– H

S

± z

Otrzymamy

2

Q

A

z

H

H

L

W

S

T

±

−

=

,

[9]

Podstawiając za

H

T

= α(a-bQ

2

),

[9]

gdzie: α – współczynnik wykorzystania nominalnej charakterystyki pompy, otrzymamy wzór

na długość linii wężowej między pompami:

2

2

)

(

Q

A

z

H

bQ

a

L

W

S

±

−

−

=

α

,

[9]

Znając powyższe wzory możemy wyznaczyć zależność określającą liczbę pomp

potrzebnych do przetłoczenia wody od miejsca poboru ostatniej pompy.

)

(

2

2

bQ

a

z

H

L

Q

A

n

S

C

W

a

−

±

+

=

α

,

[9]

Połączenie równoległe pomp

Dla pomp pracujących w układzie równoległym ciśnienie tłoczenia obliczamy

z zależności:

H

T

= a – bQ

2

n

a

-2

,

[9]

gdzie: n

a

– liczba pomp w układzie.

4.9.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Czym charakteryzują się zasady połączenia pomp w celu przetłaczania wody?

2.

Jakimi wzorami opisuje się szeregowe połączenie pomp?

3.

Jakimi wzorami opisuje się równoległe połączenie pomp?

4.9.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Oblicz liczbę pomp A16/8 oraz odległość między nimi przy przetłaczaniu jedną linią

W75, odległość źródła zasilania 1500 m, Q = 800 l/min, wielkość strat ciśnienia węża
W75 = H

W75

= 2,6 × 10

-6

× Q

2

× L,

charakterystyka pompy A16/8 = H

T

= 1280 – 1 × 10

-4

× Q

2

.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

34

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

odszukać w materiałach dydaktycznych tematy związane z połączeniami pomp,

2)

znaleźć odpowiednie wzory,

3)

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

kalkulator,

−

literatura zgodna z rozdziałem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Oblicz liczbę pomp A16/8 oraz odległość miedzy nimi w układzie z równoległym

połączeniem węży W75, odległość od źródła zasilania 1500 m, Wydajność Q=800 l/min,
wielkość strat ciśnienia węża W75 = H

W75

= 2,6 × 10

-6

× Q

2

× L, charakterystyka pompy

A16/8 = H

T

= 1280 – 1 × 10

-4

× Q

2

, współczynnik wykorzystania pompy α = 0,75, pompy

pracują na tym samym poziomie czyli z = 0, wielkość ciśnienia na wejściu do kolektora
ssawnego następnej pompy H

S

= 100 kPa.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

odszukać w materiałach dydaktycznych tematy związane z połączeniami pomp,

2)

znaleźć odpowiednie wzory,

3)

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

kalkulator,

−

literatura zgodna z rozdziałem 6 poradnika.

Ćwiczenie 3

Oblicz liczbę pomp A8/8 oraz odległość między nimi przy przetłaczaniu jedną linią W75,

odległość źródła zasilania 1500 m, Q = 1600 l/min, wielkość strat ciśnienia węża
W75 = H

W75

= 2,6 × 10

-6

× Q

2

, charakterystyka pompy A16/8 = H

T

= 1280 – 1 × 10

-4

× Q

2

,

współczynnik wykorzystania pompy α = 0,75, pompy pracują na tym samym poziomie czyli
z = 0, wielkość ciśnienia na wejściu do kolektora ssawnego następnej pompy H

S

= 100 kPa.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

odszukać w materiałach dydaktycznych tematy związane z połączeniami pomp,

2)

znaleźć odpowiednie wzory,

3)

wykonać obliczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

kalkulator,

−

literatura zgodna z rozdziałem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

35

Ćwiczenie 4

Przeprowadź badanie połączeń pomp pożarniczych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać instrukcję wykonania doświadczenia,

2)

zapoznać się ze stanowiskiem do wykonania doświadczenia,

3)

wykonać doświadczenie,

4)

zapisać uzyskane pomiary,

5)

napisać sprawozdanie z wykonanego ćwiczenia.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

stanowisko do wykonania doświadczenia,

−

instrukcja wykonania doświadczenia,

−

kalkulator.

4.9.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

przedstawić sposoby łączenia pomp?

2)

stosować wzory dotyczące połączeń szeregowych pomp?

3)

stosować wzory dotyczące połączeń równoległych pomp?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

36

4.10.

Rola przegród w zbiornikach wodnych ruchomych

4.10.1.

Materiał nauczania

Przegrody w zbiornikach ruchomych mają za zadanie ograniczyć tzw. „falowaniu”.

Podczas ruchu samochodów gaśniczych bądź cystern mamy do czynienia z przemieszczaniem
cieczy podczas hamowania oraz przemieszczanie środka ciężkości zbiornika podczas
pokonywania zakrętów. Znaczący wpływ na stabilność przewożonej cieczy ma sposób
prowadzenia pojazdu.
Przegrody umieszczone w poprzek osi pojazdu mają za zadanie podzielić przewożoną masę
na mniejsze elementy. Powierzchnię przegród przepisy ADR określają jako 70% powierzchni
poprzecznego przekroju cysterny

Jeżeli przyjmiemy, że cysterna porusza się ruchem jednostajnie zmiennym

prostoliniowym to ciecz przewożona w cysternie pozostaje w równowadze względnej tzn. że
oddziaływają na ciecz wypełniającą zbiornik siły masowe. Występujące siły to siła ciężkości
oraz siła bezwładności. Wysokość powstałej „fali’ zależy od stosunku przyśpieszenia i siły
ciężkości, długości podzielonych elementów zbiornika oraz wysokości napełnienia podczas
postoju cysterny.

4.10.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytanie, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Co jest przyczyną tzw. „falowania” podczas ruchu pojazdu ze zbiornikiem na wodę?

2.

Jaka powinna być powierzchnia falochronów?

4.10.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Opisz powstawanie zjawiska „falowania”.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

odszukać właściwy opis ,

3)

rozpoznać występujące wielkości.,

4)

zapisać występujące wielkości.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z rozdziałem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Przedstaw parametry, od których zależy wielkość „falowania”.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

37

2)

zaznaczyć wielkości charakteryzujące „falowanie”,

3)

opisać wielkości charakteryzujące „falowanie”.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z rozdziałem 6 poradnika.

4.10.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

przedstawić rodzaje sił oddziaływających na pojazd będący w ruchu
prostoliniowym?

2)

opisać czynniki, od których zależy wysokość „fali” podczas ruchu
cysterny z wodą?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

38

4.11.

Klasyfikacja źródeł zaopatrzenia w wodę

4.11.1.

Materiał nauczania

Podstawowym źródłem zaopatrzenia w wodę do celów przeciwpożarowych powinny być

urządzenia służące do zaopatrywania w nią ludzi, czyli wodociągi. „Jeżeli zasoby wody
przeznaczone do celów bytowo - gospodarczych, dostarczanej wodociągiem, nie zapewniają
jej wymaganej ilości do celów przeciwpożarowych wówczas zastępczymi źródłami mogą być

−

studnie o wydajności nie mniejszej niż 10 dm

3

/s. Najlepiej jeżeli studnie te zasilają

również system wodociągowy danej jednostki osadniczej. Jest to wskazane ze względu
na charakterystykę poboru wody ze studni. Aby studnia działała sprawnie potrzebny jest
stały pobór wody. Studnia nie używana, z której nagle będą pobierane duże ilości wody
do celów przeciwpożarowych może ulec zamuleniu,

−

punkty czerpania wody przy naturalnym lub sztucznym zbiorniku wodnym o pojemności
zapewniającej odpowiedni zapas wody

−

punkty czerpania wody na cieku wodnym o stałym przepływie wody nie mniejszym niż
20 dm

3

/s przy najniższym stanie wód;

−

przeciwpożarowe zbiorniki wodne spełniające wymagania Polskiej Normy PN-82/B –
02857 Ochrona przeciwpożarowa w budownictwie - Przeciwpożarowe zbiorniki wodne -
Wymagania ogólne. Zbiorniki przeciwpożarowe w zależności od głębokości
posadowienia mogą być: podziemne zakryte, półpodziemne zakryte, otwarte.
W zależności od zasilania dzielimy na zasilane z sieci wodociągowej oraz zasilane wodą
z innych źródeł. Zbiorniki przeciwpożarowe powinny mieć pojemność.”

[13]

Zastępcze źródło wody powinno być wyposażone w studzienkę ssawną oraz stanowisko

czerpania wody wraz z dojazdem.

4.11.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Co jest głównym źródłem zaopatrzenia w wodę do celów przeciwpożarowych?

2.

Jakie są zastępcze źródła wody do celów przeciwpożarowych?

4.11.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Wymień źródła zaopatrzenia w wodę do celów przeciwpożarowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

odszukać w treści odpowiedni materiał ,

3)

zapisać źródła zaopatrzenia w wodę do celów przeciwpożarowych.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

39

Ćwiczenie 2

Podaj wymaganą wydajność źródeł wody do celów przeciwpożarowych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

zaznaczyć i opisać wydajność źródeł zaopatrzenia w wodę do celów przeciwpożarowych.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.11.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

wymienić i opisać wymagane parametry przepływu cieku wodnego?

2)

wymienić i opisać parametry wydajności studni?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

40

4.12.

Zasady projektowania stanowiska pobierania wody.
Wydajność punktów pobierania wody

4.12.1.

Materiał nauczania

Stanowisko czerpania wody możemy zdefiniować jako miejsce do ustawienia pomp

pożarniczych służących do poboru wody ze zbiornika natomiast punkt poboru wody jako
miejsce wyprowadzenia ze zbiornika lub studzienki ssawnej przewodów ssawnych.

Stanowisko czerpania wody powinno znajdować się w odległości nie większej niż 3 m od

punktu poboru wody.

Stanowisko czerpania wody powinno mieć wymiary nie mniejsze niż 20x20 m, natomiast

na terenie wiejskich jednostek osadniczych dopuszcza się wymiary 3x3 m jako miejsce na
ustawienie motopompy. Nawierzchnia powinna być utwardzona i posiadać spadek
umożliwiający odwodnienie, na terenach miejskich oraz zakładów produkcyjnych
nawierzchnia powinna być tak wykonana, aby wytrzymywała obciążenie minimum 100 kN na
jedną oś samochodu pożarniczego, natomiast na terenach wiejskich 50 kN. Droga dojazdowa
do stanowiska czerpania wody powinna spełniać wymagania przewidziane dla dróg
pożarowych.

Odległość stanowiska czerpania wody od najbliższego chronionego obiektu nie powinna

być mniejsza niż 25 m, jeżeli obiektem chronionym jest składowisko materiałów palnych lub
budynek z przeszklonymi ścianami od strony stanowiska czerpania wody o przeszkleniu
większym niż 70% odległość powinna być nie mniejsza niż 40 m. Każde stanowisko
czerpania wody powinno być wyposażone w minimum dwa przewody ssawne. W przypadku
zbiornika o pojemności 200 m

3

i więcej należy przewidzieć co najmniej dwa stanowiska

czerpania wody. Przy stanowisku czerpania wody powinna być ustawiona tablica
informacyjna wg PN-65/M-51520. Jeżeli stanowisko czerpania wody ma być usytuowane w
pobliżu istniejącej drogi - w miejscu tym należy przewidzieć poszerzenie tej drogi w taki
sposób, aby uzyskać niezbędną powierzchnię na urządzenie stanowiska czerpania wody.

Hydranty zewnętrzne przeciwpożarowe rozmieszczane są wzdłuż dróg i ulic oraz przy

ich skrzyżowaniach, przy zachowaniu odległości:
1)

między hydrantami – do 150 m;

2)

od zewnętrznej krawędzi jezdni drogi lub ulicy – do 15 m;

3)

od chronionego obiektu budowlanego – do 75 m;

4)

od ściany budynku – co najmniej 5 m.

Wydajność punktów pobierania wody

Wydajność hydrantów zewnętrznych zainstalowanych na sieci wodociągowej przy

ciśnieniu nominalnym 0,2 MPa powinna wynosić:

−

10 dm

3

/s – nadziemny DN 80;

−

15 dm

3

/s – nadziemny DN 100;

−

10 dm

3

/s – podziemny DN 80.

Natomiast wydajność hydrantów wewnętrznych stosowanych w budynkach powinna wynosić
odpowiednio dla hydrantu:
25 – 1,0 dm

3

/s;

52 – 2,5 dm

3

/s;

dla zaworu 52 – 2,5 dm

3

/s.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

41

4.12.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jakie wymiary powinno mieć stanowisko pobierania wody?

2.

Jakie powinny być minimalne odległości stanowiska czerpania wody od chronionych
obiektów?

3.

Jakie obciążenia samochodów straży pożarnej powinien przenieść utwardzony plac
stanowiska?

4.

Jaka odległość powinna oddzielać stanowisko czerpania wody od punktu poboru wody?

5.

Jaka powinna być wydajność hydrantów wewnętrznych przy ciśnieniu 0,2 [MPa]?

6.

Jaka powinna być wydajność hydrantów wewnętrznych?

4.12.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zaprojektuj i narysuj schematycznie stanowiska poboru wody w mieście, zaznaczając na

rysunku najważniejsze parametry projektowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

przeczytać w materiałach dydaktycznych zasad projektowania stanowisk poboru wody,

3)

wykonać schematyczny rysunek,

4)

zaznaczyć wartości projektowe.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Wykonaj schematyczny rysunek uwzględniający położenie hydrantów zewnętrznych na

sieci oraz zapisz wydajność hydrantów zewnętrznych.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

wykonać schematyczny rysunek uwzględniający położenie hydrantów,

3)

zaznaczyć i opisać wartości projektowe.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

42

4.12.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1)

zaprojektować stanowisko pobierania wody?

2)

podać wydajności hydrantów zewnętrznych przy ciśnieniu 0,2 MPa?

3)

podać wydajności hydrantów wewnętrznych?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

43

4.13.

Elementy składowe i konstrukcje sieci wodociągowej

4.13.1.

Materiał nauczania

Sieć wodociągowa powinna w sposób bezawaryjny dostarczać wodę do odbiorców.

Woda powinna być dostarczana pod odpowiednim ciśnieniem oraz odpowiedniej jakości.
Przy projektowaniu sieci wodociągowej należy wziąć pod uwagę właściwy układ przewodów
i sieci zgodny z topografią terenu zasilania, ustalić przepływy obliczeniowe oraz dobrać
ś

rednice przewodów. Rozróżniamy przewody tranzytowe, magistralne oraz rozdzielcze.

Rozróżniamy dwa układy sieciowe tj. sieć promienistą (rozgałęzieniową) oraz sieć

pierścieniową (obwodową). W sieci promienistej powstają znaczne spadki ciśnienia
powodujące duże różnice ciśnień na terenie obszaru zasilanego i z tego względu sieć ta pod
względem przeciwpożarowym jak i niezawodności jest niekorzystna. W sieci pierścieniowej
rozdział wody jak i występujące ciśnienia oraz niezawodność zasilania obszaru zaopatrywania
jest najkorzystniejsza. Cechy te z punktu zaopatrzenia do celów przeciwpożarowych są
szczególnie wskazane.

Elementami składowymi sieci wodociągowych jest armatura (uzbrojenie), którą dzielimy

na:

−

regulujące przepływ – zasuwy, klapy zwrotne,

−

czerpalne – hydranty, zdroje,

−

zabezpieczające

–

odpowietrzniki,

wydłużki,

zawory

regulacyjne,

zawory

przeciwuderzeniowe,

−

pomiarowe – wodomierze, manometry.
Z wymienionego uzbrojenia występującego na sieci wodociągowej należy zwrócić uwagę

na hydranty, których celem jest dostarczanie wody do celów przeciwpożarowych ale również
do odpowietrzania lub odwodnienia sieci. Używane są również do poboru wody do
spłukiwania ulic oraz do celów budowlanych.

Hydranty dzielimy na:

−

podziemne o średnicy DN 80,

−

nadziemne o średnicy DN 80 i DN 100.

Najmniejsze średnice przewodów wodociągowych, na których mogą być zainstalowane
hydranty zewnętrzne to:
1.

DN 100 – w sieci obwodowej,

2.

DN 125 – w sieci rozgałęźnej,

3.

W odgałęzieniach sieci obwodowej – wg obliczeń hydraulicznych,

4.

DN 80 – przy rozbudowie istniejącego wodociągu o wydajności 5dm

3

/s w jednostce

osadniczej o liczbie mieszkańców mniej niż 2000.

Do poboru wody z hydrantów podziemnych niezbędny jest stojak hydrantowy, który

może być jedno lub dwuwylewowy. Istotną sprawą w montażu tych hydrantów jest właściwe
odwodnienie zabezpieczające zimą przed zamarznięciem i uszkodzeniem.

4.13.2.

Pytania sprawdzające

Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.

1.

Jakie rozróżniamy rodzaje sieci wodociągowych i czym się różnią?

2.

Jakie znasz elementy składowe sieci wodociągowych i jakie jest ich przeznaczenie?

3.

Czym charakteryzują się hydranty występujące na sieci wodociągowej?

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

44

4.13.3.

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Porównaj sieci wodociągowe.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

wypisać cechy charakterystyczne sieci,

3)

wykonać schematyczne rysunki,

4)

porównać rodzaje sieci.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

Ćwiczenie 2

Wymień armaturę występującą na cieci wodociągowej.

Sposób wykonania ćwiczenia

Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:

1)

przeczytać materiał nauczania z poradnika dla ucznia oraz poszerzyć wiadomości
z literatury uzupełniającej,

2)

odszukać wymienioną armaturą,

3)

wypisać armaturę,

4)

podać i zapisać parametry.

Wyposażenie stanowiska pracy:

−

papier formatu A4, flamastry,

−

literatura zgodna z punktem 6 poradnika.

4.13.4.

Sprawdzian postępów

Czy potrafisz:

Tak

Nie

1) wymienić armaturę występującą na sieci wodociągowej?

2) przedstawić parametry hydrantów

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

45

5.

SPRAWDZIAN OSIĄGNIĘĆ

INSTRUKCJA DLA UCZNIA

1.

Przeczytaj uważnie instrukcję.

2.

Podpisz imieniem i nazwiskiem kartę odpowiedzi.

3.

Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.

4.

Test zawiera 20 zadań. Do każdego zadania dołączone są 4 możliwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.

5.

Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki należy błędną odpowiedź zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedź prawidłową.

6.

Zadania wymagają stosunkowo prostych obliczeń, które powinieneś wykonać przed
wskazaniem poprawnego wyniku.

7.

Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.

8.

Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłóż jego rozwiązanie
na później i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.

9.

Na rozwiązanie testu masz 40 min.

Powodzenia!

ZESTAW ZADAŃ TESTOWYCH

1.

Ciężar objętościowy jest to stosunek
a)

ciężaru ciała do jego całkowitej objętości.

b)

masy ciała do jego całkowitej objętości.

c)

ciężaru danego materiału do objętości.

d)

masy ciała do objętości.

2.

Ciśnienie hydrostatyczne na pewnej głębokości h jest równe iloczynowi tej głębokości
i ciężaru objętościowego cieczy.
a)

ciężaru tej cieczy.

b)

masy tej cieczy.

c)

ciężaru objętościowego ciała.

3.

Równanie Bernoullego opisuje
a)

ciecz będącą w spoczynku.

b)

ciecz będącą w ruchu.

c)

tylko ciecze.

d)

tylko gazy.

4.

Prawo Pascala definiujemy następująco
a)

jest to stosunek siły zewnętrznej do powierzchni cieczy.

b)

jest to stosunek sił masowych do powierzchni tłoka.

c)

ciśnienie wewnątrz cieczy będącej w równowadze pochodzące od sił zewnętrznych
ma jednakową wartość w każdym punkcie tej cieczy.

d)

ciśnienie wewnątrz cieczy będącej w równowadze pochodzące od sił masowych ma
jednakową wartość w każdym punkcie tej cieczy.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

46

5.

Prędkość średnia przepływającej cieczy wynosi

a)

w ruchu laminarnym

2

max

v

v

ś

r

=

.

b)

w ruchu turbulentnym

2

max

v

v

ś

r

=

.

c)

w ruchu uwarstwionym

max

73

,

0

v

v

ś

r

=

.

d)

w ruchu burzliwym

max

73

,

0

v

v

ś

r

=

.

6.

Wykres Colebrooka – White

`

a przedstawia zbiór linii

a)

przedstawiających ruch laminarny.

b)

przedstawiających ruch turbulentny.

c)

odpowiadających stosunkowi

d

k

=

ε

.

d)

odpowiadających stosunkowi

Re

64

=

λ

.

7.

Przepływ cieczy charakteryzują
a)

prędkość, ciśnienie.

b)

prędkość, ciśnienie, parcie.

c)

prędkość, parcie.

d)

prędkość, ciśnienie, przyśpieszenie.

8.

Przedstawiony wzór

const

Q

A

v

A

v

ś

r

ś

r

=

=

×

=

×

2

2

1

1

określa

a)

Równanie Bernoullego.

b)

Prawo Archimedesa.

c)

warunek ciągłości ruchu cieczy.

d)

pomiar zwężką Venturiego.

9.

Parametry hydrodynamiczne prądów wody określają
a)

maksymalna długość rzutu strumienia, szerokość rzutu, wielkość opadu.

b)

szerokość rzutu, wielkość opadu, wysokość rzutu strumienia.

c)

maksymalna długość rzutu strumienia, szerokość rzutu, wielkość opadu, wysokość
rzutu strumienia.

d)

maksymalna długość rzutu strumienia, wielkość opadu, wysokość rzutu strumienia.

10.

Uderzenie wodne powstaje podczas
a)

przepływu cieczy.

b)

wzrostu parcia cieczy.

c)

gwałtownego zamknięcia przepływu cieczy.

d)

powstania strat hydraulicznych.

11.

Urządzeniem redukującym uderzenie hydrauliczne jest
a)

zawór kulowy.

b)

ogranicznik ciśnienia.

c)

urządzenie pomiarowe.

d)

urządzenie przelew.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

47

12.

Współczynnik oporów A węży strażackich zależy od
a)

ś

rednicy węża, chropowatości wewnętrznej i elastyczności węża.

b)

chropowatości zewnętrznej, chropowatości wewnętrznej i średnicy węża.

c)

chropowatości wewnętrznej i elastyczności węża.

d)

ś

rednicy węża i elastyczności węża.

13.

Przedstawiony wzór

z

L

AQ

Hstr

W

±

=

2

[k Pa] opisuje

a)

straty ciśnienia na pompie.

b)

straty ciśnienia na rozdzielaczu.

c)

straty ciśnienia na autopompie.

d)

straty ciśnienia na wężu.

14.

Przedstawiony wzór

2

bQ

a

H

T

−

=

[kPa] opisuje

a)

ciśnienie tłoczenia pompy.

b)

straty ciśnienia na rozdzielaczu.

c)

straty ciśnienia na autopompie.

d)

straty ciśnienia na wężu.

15.

Współczynnik a we wzorze

2

bQ

a

H

T

−

=

[kPa]

a)

maksymalne ciśnienie tłoczenia przy otwartym kolektorze tłocznym pompy.

b)

maksymalne ciśnienie tłoczenia przy zamkniętym kolektorze tłocznym pompy.

c)

ciśnienie tłoczenia przy otwartym kolektorze tłocznym pompy.

d)

ciśnienie tłoczenia przy zamkniętym kolektorze tłocznym pompy.

16.

Wielkość „falowania” w ruchomych zbiornikach zależy od
a)

postoju pojazdu.

b)

ruchu pojazdu.

c)

stosunku przyśpieszenia i siły ciężkości oraz długości komór.

d)

stosunku przyśpieszenia i siły ciężkości, długości komór i wysokości napełnienia.

17.

Głównym źródłem zaopatrzenia w wodę do celów przeciwpożarowych jest
a)

ciek wodny.

b)

studnia.

c)

zbiornik przeciwpożarowy.

d)

wodociąg komunalny.

18.

Wydajność hydrantu zewnętrznego podziemnego przy ciśnieniu 0,2 MPa wynosi
a)

15 dm

3

/s.

b)

12 dm

3

/s.

c)

8 dm

3

/s.

d)

10 dm

3

/s.

19.

Wydajność zaworu hydrantowego 52 powinna wynosić
a)

10 dm

3

/s.

b)

5 dm

3

/s.

c)

2,5 dm

3

/s.

d)

1,5 dm

3

/s.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

48

20.

Punktami poboru wody do celów przeciwpożarowych na sieci wodociągowej są hydranty
a)

52.

b)

25.

c)

DN 80 i DN 100.

d)

DN 80 i DN 52.

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

49

KARTA ODPOWIEDZI

Imię i nazwisko:...............................................................................

Określanie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę

Zakreśl poprawną odpowiedź.

Nr

zadania

Odpowiedź

Punkty

1

a

b

c

d

2

a

b

c

d

3

a

b

c

d

4

a

b

c

d

5

a

b

c

d

6

a

b

c

d

7

a

b

c

d

8

a

b

c

d

9

a

b

c

d

10

a

b

c

d

11

a

b

c

d

12

a

b

c

d

13

a

b

c

d

14

a

b

c

d

15

a

b

c

d

16

a

b

c

d

17

a

b

c

d

18

a

b

c

d

19

a

b

c

d

20

a

b

c

d

Razem:

„Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego”

50

6.

LITERATURA

1.

E. Czetwertyński, A. Szuster, Hydrologia i hydraulika, PWSZ Katowice 1973

2.

T. Derecki, Sprzęt pożarniczy do podawania wody i pian gaśniczych, SGSP, Warszawa
1999

3.

T. Gabryszewski, Wodociągi, Arkady, Warszawa 1983

4.

H. Kaliciecki, Motopompy pożarnicze, Instytut Wydawniczy CRZZ Warszawa 1979

5.

H. Kaliciecki, Podręcznik kierowcy mechanika straży pożarnych, Instytut Wydawniczy
CRZZ, Warszawa 1977

6.

J. Lindner, W. Struś, Przeciwpożarowe urządzenia i instalacje wodne, Arkady Warszawa
1977

7.

S. Mazur, Podręcznik młodszego podoficera pożarnictwa, Instytut Wydawniczy CRZZ,
Warszawa 1979

8.

T. Ściepura, W. Wawrzyński, Ciężki samochód gaśniczy GCBA 6/32 typu 004, Instytut
Wydawniczy CRZZ Warszawa1979

9.

T. Ściepura, W. Wawrzyński,, Wodno pianowe samochody gaśnicze, pytania
i odpowiedzi, Instytut Wydawniczy CRZZ Warszawa 1980

10.

H. Gascha, S. Pflanz, Fizyka Kompendium, DNT – oddział PAP SA, Warszawa 2004

11.

Zrestrukturyzowana Umowa ADR, Tom 2, Wydawnictwo ADeR, Błonie 2003

Akty prawne

12.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA SPRAW WEWNĘTRZNYCH I ADMINISTRACJI
z dnia 16 czerwca 2003r. w sprawie ochrony przeciwpożarowej budynków, innych
obiektów budowlanych i terenów (Dz.U. 03.121.1139 z 11 lipca 2003)

13.

ROZPORZĄDZENIE MINISTRA SPRAW WEWNĘTRZNYCH I ADMINISTRACJI
z dnia 16 czerwca 2003r. w sprawie przeciwpożarowego zaopatrzenia w wodę oraz dróg
pożarowych (Dz.U. 03.121.1138. z 11 lipca 2003)

Polskie Normy

14.

PN – 89/M – 51028 Sprzęt pożarniczy. Prądownice wodne do pomp pożarniczych.

15.

PN-82/B – 02857 Ochrona przeciwpożarowa w budownictwie - Przeciwpożarowe
zbiorniki wodne