Авторы: проф., д.т.н. Качанов И.В., доц., к.т.н. Кудин М.В.,

ст. преп.Шаталов И.М., студентка Бутько Е.В.

Белорусский национальный технический университет

Дальнобойный пожарный ствол с винтовой структуризацией потока в проточной части

Для получения дальнобойных струй, обладающих достаточно большой ударной силой, в пожарной технике используют лафетные стволы.

В настоящее время наиболее оптимальной конструкцией лафетного ствола является лафетный ствол системы "Stringer 2.0", который состоит из четырех основных частей: опорной; входной (в виде одного или двух патрубков); лафетной части (в виде изогнутой криволинейной трубы); выходной части (в виде насадка с дефлектором и решетчатым успокоителем).

Опорная часть ствола представляет из себя обычную аутригерную установку с горизонтальными пятью опорными элементами, воспринимающими реакцию со стороны, вылетающей из насадка струи.

Входная часть ствола содержит один или два патрубка с диаметром близким диаметру пожарных рукавов.

Лафетная часть ствола состоит из последовательно соединенных четырех поворотов (колен с закруглениями или отводов) круглого сечения. Причем три поворота имеют угол 90⁰ и радиус поворота R, равный (R = d); один поворот выполнен на 180⁰ с тем же радиусом поворота. Криволинейная форма лафетного ствола выбрана из условия максимально возможного гашения реакции вылетающей струи.

Выходная часть ствола имеет типичный конически расходящийся насадок с дефлектором и решетчатым гасителем.

Анализ существующих подходов к вопросам эксплуатации стволов показывает, что на благоприятную их работу оказывают влияние такие факторы, как совершенная с гидравлической точки зрения конструкция проточной части лафетного ствола и его насадка; правильность выбора угла наклона ствола; корректно назначенный с учетом параметров течения перепад давлений на входе и выходе из ствола.

Второй и третий факторы изучены достаточно подробно, но первый, немаловажный фактор, требует более детального рассмотрения с точки зрения оптимизации гидравлических характеристик именно проточной части лафетного ствола. Анализ конструкции проточной части лафетного ствола круглого сечения, состоящего из совокупности 4-х плавных поворотов трубы (закругленное колено с углами поворота 90⁰ и 180⁰) показал, что путем изменения его некоторых конструктивных элементов, например, формы поперечного сечения, можно существенно улучшить его гидродинамику (т.е. уменьшить коэффициент гидравлического сопротивления почти на 50-70 %).

Проведенный анализ гидродинамики проточной части лафетного ствола круглого поперечного сечения, содержащей 3 закругленных колена с углом поворота 90⁰ и одно П-образное колено, и существующей эмпирической практики снижения сопротивлений, дал основания для изменения формы поперечного сечения лафетного ствола. При этом круглое сечение ствола предлагается заменить на прямоугольное, с соотношением сторон 2÷2,5 (вертикальной к горизонтальной), на овальное с тем же соотношением осей эллипса (см. рисунки 1 и 2).

Рисунок 1 – Лафетный ствол с прямоугольным сечением проточной части

Рисунок 2 – Лафетный ствол с овальным сечением проточной части

Существенным отличительным моментом предложенных сечений проточной части (см. рисунки 1 и 2) является формирование потока с винтовой его структуризацией на участках поворота на угля 90⁰ и 180⁰.

По предварительным экспериментальным данным в этом случае общий коэффициент сопротивления уменьшается в случае прямоугольного сечения на 50-60 % и составит ,а в случае с эллипсом . Оптимальное взаимное расположение колен относительно друг друга по нашим предположениям позволит довести уменьшение коэффициента сопротивления до 80 %.

Результаты компьютерного моделирования показали, что использование лафетных стволов с измененной геометрией поперечного сечения позволяет по сравнению с круглым сечением снизить потери напора на 10÷20 % и увеличить, соответственно, дальнобойность струи пожарного ствола.