2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ОРОСИТЕЛЕЙ ДЛЯ СОЗДАНИЯ ВОДЯНЫХ ЗАВЕС [26].

 

В отечественной практике создание водяных завес, как правило, осуществляется оросителями общего назначения. Ос­новные требования к оросителям для создания водяных завес и методы их испытаний приведены в НПБ 87-2000 и включены в проект ГОСТ Р 51043-2003. 

При выборе гидравлических параметров оросителя (давление, расход) необходимо провести перерасчет интенсивности оро­шения, определенной по ГОСТ Р 51043-94 или по НПБ 87-2000, в удельный расход, т. е. расход, приходящийся на 1 м ширины завесы.

Допустим, зона орошения традиционным оросителем общего назначения представляет собой площадь круга радиу­сом R со средней интенсивностью i (рис. IV.2.1).

Расход, приходящийся на ширину завесы l = 2а в преде­лах площади прямоугольника ABCD, вписанного в круг (без учета сегментов АВ и CD), определяется по формуле

Q≈iS≈4iab≈4iR² sin a cos a,                                        (IV.2.1)

где i — средняя интенсивность орошения в пределах зоны ра­диусом R, л/(см²); S — площадь, орошаемая завесой со сред­ней интенсивностью i, м²; а — угол, определяющий ширину орошаемой зоны, в пределах которой рассчитывается мини­мальный удельный расход завес, град.

Минимальное значение удельного расхода q_a по ширине завесы l в пределах прямоугольника ABCD (определяемого уг­лом а) рассчитывают по формуле

(IV.2.2)

где l — ширина орошаемой зоны в пределах плоскости, огра­ниченной отрезками AD и ВС, со средним удельным расходом завесы не менее q_a , м; l = 2R cos a .

Согласно ГОСТ Р 51043 сведения об интенсивности орошения для оросителей общего назначения, установленных на высоте 2,5 м от пола, приведены для площади 12 м², что соответствует радиусу R=2м, следовательно,

q_a ≈ 4i sin a;                                                                (IV.2.3)

l ≈ 4 cos а .                                                                 (IV.2.4)

Тогда согласно НПБ 88-2001 при удельном расходе q_a = 1 л/(с*м) интенсивность орошения должна составлять

 (IV.2.5)

Угол, определяющий защищаемую зону при q_a = 1 л/(см), находят из уравнения

Таким образом, если орошаемая зона находится в преде­лах круга радиусом 2 м, то, чтобы удовлетворять условию q_a ≥ 1 л/(см), интенсивность орошения должна быть значи­тельно больше 0,25 л/(см²).

Увеличить ширину водяной завесы с требуемым значени­ем удельного расхода можно тремя способами:

1) снижением высоты установки оросителя над полом (или расстояния между оросителем и защищаемой вертикальной плоскостью);

2)   повышением давления подачи воды (при допущении, что форма водяного потока оросителя практически сохраняется неизменной);

3)   увеличением количества оросителей по ширине защищаемой зоны (при неизменном давлении).

Увеличение ширины завесы за счет снижения высоты Н установки оросителя (или расстояния между оросителем и за­щищаемой вертикальной плоскостью) можно обеспечить только при условии наличия соответствующих эпюр орошения, мате­матических или графических зависимостей удельного расхода от Н. Данная зависимость для оросителей общего назначения носит, как правилу гиперболический характер и чаще всего устанавливается экспериментально.

Увеличение ширины завесы посредством повышения давления подачи воды рассчитывают исходя из следующих соображений.

Расход из оросителя при расчетном давлении и давлении, при котором обеспечивается нормативное (требуемое) значе­ние, определяют из следующих выражений:

где Р_р - расчетное давление; q_p -расход ОТВ при Рр; q_H -норма­тивный (или требуемый) расход; Р_н - давление, при котором обеспечивается нормативное (или требуемое) значение расхода q_H. При этом принимают следующие допущения:

•       в заданном диапазоне давлений (Р_р-Р_н) коэффициент производительности неизменен;

•       средняя интенсивность орошения по ширине завесы сохраняется неизменной (реально в зависимости от конструкции оросителя интенсивность орошения от оси оросителя к периферии может как возрастать, так и уменьшаться);

•       коэффициент использования воды (отношение массы воды, приходящейся на защищаемую зону в единицу времени, к массе воды, диспергируемой за то же время из оросителя) сохраняется неизменным, а защищаемая концентричная пло­щадь по-прежнему равна 12 м² (радиус R ≈ 2 м).

Увеличение ширины завесы за счет совокупного действия нескольких оросителей можно обеспечить в двух случаях:

а)  при недостаточной интенсивности орошения каждым из оросителей в пределах его площади орошения (С≤ R),

б)  при обеспечении каждым из оросителей требуемого удельного расхода в пределах l (С < 2R).

Вариант "а" (рис. IV.22), когда интенсивность орошения ка­ждым из оросителей явно недостаточна для получения q≥ 1 л/(с*м), расстояние между оросителями С должно быть менее R. При­чем чем больше интенсивность орошения, тем больше может быть расстояние между оросителями; при этом ширина завесы также возрастает.

При взаимном перекрытии орошаемой зоны двумя одно­типными оросителями с R ≈ 2 м на границах завесы шириной 1 = С=АВ

При проектировании водяных завес должны использоваться однотипные оросители; расстояние между ними принимают чаще всего 1 м (при этом а = 60°).                                          

В этом случае, чтобы на участке С = АВ обеспечивался удельный расход 1 л/(с*м), интенсивность орошения каждым оросителем должна составлять согласно (IV.2.11) i ≥ 0,144 л/(с*м²),
а расход через каждый ороситель, рассчитанный по формуле

q = i*Fop/k,                                                               (IV.2.12)

должен быть не менее

q = 0,144*12/(0,8÷0,9) ≈ (1,9÷2,2) л/c,                    (IV.2.13)

где к — коэффициент использования воды (относительная мас­са воды, диспергируемая оросителем и приходящаяся на пло­щадь 12 м²).

 

 

Значение коэффициента использования воды для кон­кретного типа оросителя можно установить, зная эксперимен­тальные значения расхода Q_ЭKC и интенсивности орошения i:

В случае варианта "б" (рис. IV.2.3) расчет сводится к то­му, что задают ширину завесы l, обеспечиваемую одним ороси­телем, и рассчитывают необходимую интенсивность орошения i либо задают i и определяют l.

Расстояние между оросителями С подбирают таким обра­зом, чтобы по ширине всей завесы удельный расход составлял q≥1 л/(с*м), при этом С < 2R.

Например, если удельный расход обеспечивается каждым оросителем по ширине завесы l = 2a, то

C = R + a                                                                  (IV.2.15)

или

С = R(l +cos a).                                                        (IV.2.16)

Выражения (IV.2.15) и (IV.2.16) свидетельствуют о том, что на практике зона орошения радиусом R с нормативной ин­тенсивностью одного оросителя должна примыкать к зоне оро­шения с нормативным удельным расходом другого оросителя.

В области совместного действия двух оросителей (кривая 12) удельный расход несколько превышает нормативное значение. Общая ширина завесы с нормативным удельным расходом при действии двух оросителей:

L = 2l + (R - а) = 0,5l (3 + cos a)                              (IV.2.17)

или

L = 4Rcos а + (R - R cos а) = R (3 cos а + 1).                        (IV.2.18)

       При С = 1,5R (что соответствует а = а₁ = а₂ = 60°) об­щая ширина завесы L с нормативным удельным расходом со­ставит 5 м; при этом интенсивность орошения i должна быть согласно (IV.2.11) не менее 0,289 л/(с*м²), а расход каждого оросителя согласно (IV.2.10) - q≈ (3,85÷4,34) л/c.

 

 

Таким образом, если используется два оросителя, интен­сивность орошения каждого из которых недостаточна для соз­дания завесы с удельным нормативным расходом (вариант "а") то с учетом (IV.2.12) при суммарном расходе 3,8-4,4 л/c ши­рина водяной завесы составит 1 м.

Если же каждый из двух оросителей обеспечивает опреде­ленную ширину завесы l < 2R с удельным нормативным расходом, то с учетом (IV.2.12) при суммарном расходе 7,7-8,7 л/c ширина водяной завесы составит 5 м.

В табл. IV.2.1 приведены ориентировочные расчетные значения давления подачи для двух рассмотренных вариантов "а" и "б" в зависимости от коэффициента производительности

 (или диаметра выходного отверстия оросителя).

Таблица  IV.2.1

Расчетные значения давления в зависимости от коэффициента производительности

 

Вариант	Значения давление подачи, МПа, в зависимости от коэффициента Красн/ диаметра выходного отверстия d, мм
	0,33/10	0,48/12	0,76/15
а	0,30-0,37	0,14-0,17	0,06-0,07
б	1,40-1,78	0,66-0,84	0,26-0,34

Следовательно, вариант "б" размещения оросителей более предпочтителен по расходу, так как при увеличении расход да примерно в 2,2 раза ширина водяной завесы возрастает в 5 раз (однако при этом давление необходимо увеличивать при­близительно в 4,7 раза).

Требуемую интенсивность орошения в любой зоне сов­местного действия нескольких оросителей определяют по формуле

 

(IV.2.19)

При межцентровом расстоянии 1 м < С < R в зоне совмест­ного действия оказываются три оросителя (рис. IV.2.4), а при С= 1 м -четыре (рис. IV.2.5).

 

 

 

 

 

 

Рассматривая орошаемую зону при расположении оросите­лей общего назначения через 1 м, можно отметить несколько зон с различными значениями удельного расхода (см. рис. IV.2.5):

•       зона I — зона действия только крайнего левого оросителя 0₁ с переменным удельным расходом от 0 до q₁;

•       зона II — зона совместного действия двух оросителей О₁ и О₂ с переменным удельным расходом от q₁ до q₂; суммарный удельный расход возрастает почти в 2 раза;

•       зона III — зона совместного действия трех оросителей О₁, 0₂и O₃ с переменным удельным расходом от q₂ до q₃суммар­ный удельный расход возрастает почти на ту же величину, что и в зоне II;              

•       зона IV — зона действия четырех оросителей О₁—О₄ с переменным значением удельного расхода от q₃ q₄.

При дальнейшем последовательном увеличении количе­ства оросителей характер изменения расхода циклически по­вторяется аналогично зоне IV, в зонах N-2., N—1 и N характер изменения расхода аналогичен соответственно зонам III, II и I.

При нескольких последовательно расположенных ороси­телях п и С = 1 м зона их совместного действия с требуемым значением удельного расхода определяется из выражения 1 = (п -2) С.

Нормативный удельный расход обеспечивается при q₃. Для данной схемы интенсивность орошения каждого оросите­ля согласно (IV.2.19) должна составлять:

Расход каждого оросителя составляет q = (1,20ч÷1,35) л/c.

Следует отметить, что границы ширины водяной завесы с требуемым удельным расходом соответствуют центрам О₂ и О_n-1, т. е. ширина водяной завесы L = О₂О_п-1.

При расположении оросителей между собой на расстоя­нии 1 м интенсивность орошения в зонах взаимодействия их капельно-струйных потоков должна соответствовать данным, приведенным в табл. IV.2.2.