CC BY
49
ml. bryg. mgr inz. Zbigniew SURAL inz. Katarzyna WLODARCZYK
Zaklad-Laboratorium Technicznego Wyposazenia Strazy Pozarnej i Technicznych Zabezpieczen Przeciwpozarowych CNBOP
BADANIA TRWALOSCI, WYTRZYMALOSCI I CHARAKTERYSTYK PRZEPLYWU HYDRANTÖW
ZEWN^TRZNYCH
Streszczenie
Niniejszy artykul prezentuje nowe metody badan hydrantow przeciwpozarowych opracowanych w Zakladzie -Laboratorium Technicznego Wyposazenia Strazy Pozarnej i Technicznych Zabezpieczen Przeciwpozarowych -CNBOP.
Summary
This article describes new searching methods to fire hydrants worked out in Department-Laboratory of Technical Equipment of Fire Service and Technical Fire Protection - CNBOP.
Wst^p
Dotychczas w kraju jak i w Europie nie prowadzono zadnych badan hydrantow pozarniczych w zakresie trwalosci i wytrzymalosci (a przynajmniej wyniki ich nie byly publikowane). Badania prowadzone dotychczas obejmowaly proby szczelnosci zaworu i szczelnosci zewn^trznej hydrantu, sprawdzenie skutecznosci dzialania urz^dzenia odwadniaj^cego oraz w przypadku hydrantow nadziemnych, dzialania zaworu napowietrzaj^cego. Ponadto sprawdzeniu podlegaly wymiary przyl^czeniowe oraz gabarytowe hydrantu.
Opracowane metody i aparatura do badania hydrantow jest efektem wdrozenia nowych norm: PN-EN 14 339: 2005 (U) Hydranty podziemne oraz PN-EN 14384: 2005 Hydranty nadziemne. Powyzsze normy okreslaj^. podstawowe wymagania dla hydrantow pozarniczych.
W zwi^zku z powyzszym koniecznosci^. stalo si? opracowanie szczegolowej metodyki
badan oraz budowa stanowiska badawczego, ktore umozliwia weryfikacj? wymagan okreslonych w ww. normach.
Podobnie przedstawia si? sytuacja w przypadku badania sprawnosci hydrantow (jako miar? sprawnosci mozna przyj^c wspolczynnik Kv charakteryzuj^cy opory przeplywu). Dotychczas nie prowadzono zadnych badan w tym zakresie. Obecnie nowe normy europejskie okreslaj^. wymagane wartosci wspolczynnika Kv dla roznych wielkosci i typow hydrantow.
Maj^c na uwadze powyzsze, Centrum Naukowo - Badawczego Ochrony Przeciwpozarowej z Instytutem Technologii Eksploatacji - Panstwowym Instytutem Badawczym w Radomiu podj?lo si? wdrozenia nowych metod i aparatury badawczej w ramach realizacji Programu Wieloletniego pn. „Doskonalenie systemow rozwoju innowacyjnosci w produkcji i eksploatacji w latach 2004 - 2008".
Wdrozenie do stosowania ww. metod w zakresie badania trwalosci, wytrzymalosci i charakterystyk przeplywu hydrantow bylo niezb?dne w celu zapewnienia polskim producentom mozliwosci weryfikacji spelnienia wymagan norm europejskich, jako warunku koniecznego do wprowadzenia hydrantow do uzytkowania w ochronie przeciwpozarowej.
Hydranty pozarnicze podziemne i nadziemne wykorzystywane s^. do zaopatrzenia wodnego pojazdow strazy pozarnej do celow gasniczych oraz w przypadku sieci hydrantowych o wyzszym cisnieniu 8-15 bar (np. w zakladach przemyslowych) do bezposredniego zasilania linii gasniczych. Warto tu rowniez zaznaczyc, ze hydranty zewn?trzne wykorzystywane s^. nie tylko w akcjach gasniczych, ale rowniez w dzialaniach ratownictwa chemicznego i ekologicznego.
Niesprawnosc hydrantu pozarniczego powoduje brak mozliwosci poboru wody do celow gasniczych, a tym samym uniemozliwia prowadzenie akcji. Oprocz strat materialnych moze to spowodowac utrat? zdrowia lub nawet zycia przez osoby znajduj^ce si? w strefie zagrozonej, dlatego skutecznosc i niezawodnosc dzialania tych urz^dzen powinna byc sprawdzana poprzez badanie ich parametrow technicznych oraz trwalosci.
Realizacja pracy
Prace zwi^zane z opracowaniem metod badan hydrantow rozpocz?to od badan literatury z zakresu hydrantow zewn?trznych w tym norm polskich i europejskich oraz specyfikacji technicznych krajowych i zagranicznych, dotycz^cych hydrantow.
Wykaz dokumentôw normatywnych:
• EN-14384 Pillar fire hydrants,
• EN-14339 Underground fire hydrants,
• PN- 89/M-74091 Hydranty nadziemne na cisnienie nominalne 1MPa,
• PN-89/M-74092 Hydranty podziemne na cisnienie nominalne 1MPa,
• PN-89/M-74088 Armatura przemyslowa. Klucze do hydrantow nadziemnych,
• PN-M-51014 Sprzçt pozarniczy. Klucze do l^cznikôw,
• PN-EN 1503-1 Armatura przemyslowa. Materialy na kadluby, pokrywy i zaslepki. Czçsc 1: Stale okreslone w normach europejskich,
• PN-EN 1503-3 Armatura przemyslowa. Materialy na kadluby, pokrywy i zaslepki. Czçsc 3: Zeliwa okreslone w normach europejskich,
• PN-EN 681-1 Uszczelnienia z elastomerôw. Wymagania materialowe dotycz3.ce uszczelek zl^czy rur wodoci^gowych i odwadniaj^cych. Czçsc 2: Elastomery termoplastyczne,
• PN-EN 1074-1 Armatura wodoci^gowa. Wymagania uzytkowe i badania sprawdzaj^ce. Czçsc 1: Wymagania ogôlne,
• PN-EN 1074-2 Armatura wodoci^gowa. Wymagania uzytkowe i badania sprawdzaj^ce. Czçsc 2: Armatura zaporowa,
• PN-63/M-74085 Armatura przemyslowa. Klucz do zasuw i hydrantow,
• PN-73/M-51154 Sprzçt pozarniczy. Stoj ak hydrantowy.
Wg ww. literatury rozrôzniamy hydranty pozarnicze nadziemne i podziemne. Hydranty nadziemne:
W zaleznosci od srednicy nominalnej wyrôzniamy nastçpuj^ce wielkosci hydrantow: DN 80, DN 100, DN 150.
W zaleznosci od glçbokosci zabudowy rozrôznia siç trzy wielkosci hydrantôw:
• o glçbokosci zabudowy 1250 mm,
• o glçbokosci zabudowy 1500 mm,
• o glçbokosci zabudowy 1800 mm.
Wysokosci calkowite hydrantôw dla wymienionych wyzej glçbokosci zabudowy zawieraj^ siç w przedziale : od 1900 do 2480 mm.
Ryc. 1. Hydrant nadziemny (konstrukcj? hydrantu pokazano na rysunku przykladowo): 1) korpus nasad bocznych, 2) korpus nasady czolowej (korpus nasady czolowej i korpus nasad bocznych mogq, byc wykonane jako jeden element), 3) kolumna, 4) komora zaworowa, 5) trzpien, 6) grzybek zaworu, 7) nakr?tka trzpienia. (zrödlo; PN-89 M-74091).
Hydranty podziemne:
W hydrantach podziemnych wyst?puje jedna wielkosc srednicy wewn?trznej: DN 80. W zaleznosci od gl?bokosci zabudowy rozröznia si? cztery wielkosci hydrantöw:
• o gl?bokosci zabudowy 1000 mm;
• o gl?bokosci zabudowy 1250 mm;
• o gl?bokosci zabudowy 1500 mm;
• o gl?bokosci zabudowy 1800 mm.
Wysokosci calkowite hydrantöw dla wymienionych wyzej gl?bokosci zabudowy zawierajq, si? w przedziale: od 750 do 1550 mm.
Ryc. 2. Hydrant podziemny (konstrukcjç hydrantu pokazano na rysunku przykladowo); 1) korpus, 2) komora zaworowa, 3) kolumna, 4) uchwyt klowy, 5) grzybek zaworu, б) trzpien,
7) nakrçtka trzpienia. (zródlo; PN-B9 M-74092).
Wykorzystano równiez dotychczasowe doswiadczenia zebrane w czasie badan hydrantów podziemnych i nadziemnych przeprowadzonych przez CNBOP. W latach 2002 - 2006, CNBOP przeprowadzilo badania 104 róznych typów i wielkosci hydrantów zewnçtrznych podziemnych i nadziemnych.
Po dokonaniu analizy wyników badan oraz wymagan zawartych w literaturze rozpoczçto opracowywanie metodyki badan trwalosci hydrantów podziemnych
i nadziemnych przy zachowaniu rzeczywistych warunkow przeplywu wody zasilaj^cej hydrant, z uwzglçdnieniem pomiaru i rejestracji parametröw pracy hydrantu.
Nastçpnie opracowane zostaly zalozenia konstrukcyjne do budowy stanowiska badawczego. Na podstawie zalozen powstala dokumentacja konstrukcyjna stanowiska. Kolejnym etapem pracy byla budowa stanowiska badawczego. Podczas budowy stanowiska, uwzglçdniono mozliwosc jego modulowej budowy (glowicy obrotowej wraz z konstrukcj 3 nosnq) tak, aby umozliwic wspôlpracç z aktualnie budowanym stanowiskiem do badania charakterystyk przeplywu.
Pozwolilo to na znaczne obnizenie kosztôw budowy stanowiska poprzez wykorzystanie istniej^cego zasilania wodnego, kolektora przyl^czeniowego oraz aparatury do pomiaru natçzenia przeplywu i cisnienia.
Po zakonczeniu budowy stanowiska zostaly przeprowadzone prôby eksploatacyjne oraz walidacja metody badawczej.
Opis stanowiska badawczego
Metoda badania trwalosci hydrantu polega na wykonaniu okreslonej liczby cykli otwarcia i zamkniçcia zaworu hydrantu, dla rzeczywistych warunkow zasilania wodnego hydrantu oraz przeplywu wody przez hydrant.
Stanowisko do badania trwalosci hydrantöw zostalo wyposazone w konstrukcjç nosn^. z trzema kolektorami przyl^czeniowymi o wielkosci DN 80, DN 100 i DN 150.
Stanowisko badawcze sklada siç z glowicy obrotowej do otwierania i zamykania zaworu badanego hydrantu. Glowica (Ryc. nr 3) wyposazona jest w napçd umozliwiaj^cy ruch obrotowy glowicy w obydwu kierunkach oraz wbudowany miernik momentu obrotowego. Glowica wyposazona jest w wymienny uchwyt w celu dopasowania do hydrantöw nadziemnych i podziemnych.
Konstrukcja nosna glowicy posiada mozliwosc dopasowania do röznych wysokosci hydrantôw.
Ryc. 3. Glowica obrotowa do otwierania i zamykania zaworu hydrantu. (zródlo; Dokumentacja konstrukcyjna stanowiska ITE-PIB, Radom 2007)
Stanowisko zostalo wyposazone w programowalny sterownik sprzçzony z miernikiem momentu obrotowego. Otwieranie i zamykanie badanego hydrantu odbywa siç przy uzyciu momentu obrotowego o wartosci wymaganej dla danego typu i wielkosci hydrantu.
Stanowisko posiada równiez aparaturç do pomiaru natçzenia przeplywu i cisnienia, a takze wlasne zasilanie wodne.
Ryc. 4. Stanowisko do badania trwalosci, wytrzymalosci charakterystyk przeplywu hydrantôw (zrôdlo; Dokumentacja konstrukcyjna stanowiska ITE-PIB, Radom 2007)
Czas pozostawania zaworu w pozycji otwartej i zamkniçtej regulowany jest przez sterownik, podobnie jak liczba cykli otwarcia i zamkniçcia (1000 cykli).
Po zakonczeniu prôby wykonywany jest pomiar momentu obrotowego otwarcia i zamkniçcia oraz sprawdzenie szczelnosci zaworu. Pozwala to na weryfikacjç konstrukcji i zastosowanych materialôw.
Zbudowane stanowisko badawcze wykorzystywane jest obecnie do przeprowadzania
badan:
• trwalosci hydrantôw,
• wytrzymalosci hydrantôw na obci^zenie robocze,
• charakterystyk przeplywu hydrantów. Opis metod badawczych
Wyznaczanie charakterystyki przeplywu hydrantów
Charakterystyka przeplywu kazdego z wylotów hydrantów powinna bye badana indywidualnie. Jezeli wystçpuj^. dwa otwory wylotowe o tych samych wymiarach mog^. bye badane jednoczesnie. Minimalne wartosci wspólczynnika Kv podano w tablicy nr l.
Tablica nr l
Hydrant DN Ilosc wylotów
l x 37,5 mm 2 x 37,5 mm l x 5G mm 2 x 5G mm l x 65 mm 2 x 65 mm l x lGG mm 2 x 100 mm 1 x 150 mm 2 x 150 mm
8G i lGG 3G 6G 4G 60 80 l40 l60 - - -
l5G - - - - 80 l40 16G 280 300 -
Schemat ukladu pomiarowego przedstawia Ryc. nr 5.
Ryc. 5. Schemat ukladu pomiarowego; (zródlo; EN l4384: 2GG5)
1. punkt pomiaru cisnienia,
2. zawór kontrolny,
3. punkt pomiaru cisnienia,
4. zawór kontrolny,
5. przeplywomierz,
6. badany hydrant,
d - nominalna srednica wylotu.
Po zamontowaniu badanego hydrantu na stanowisku nalezy otworzyc zawor hydrantu. Kolejnym etapem badania jest wykonanie pomiaru dla trzech roznych wartosci nat?zenia przeplywu wody, wynikaj^cych z trzech zakresow roznicy cisnien okreslonych w tablicy nr 2.
Ustalenia parametrow przeplywu (nat?zenia przeplywu oraz roznicy cisnien) dokonuje si? za pomoc^ zaworow kontrolnych 2 i 4.
Tablica 2.
Zakresy roznicy cisnien
Zakresy roznicy cisnien
_kPa (bar)_
_15 -35 (0,15 - 0,35)_
_25 -45 (o,25 - 0,45)_
_35 - 55 (0,35 - 0,55)_
Niepewnosc pomiaru zroznicowanego cisnienia nie moze byc wyzsza niz 2 %, nat?zenia przeplywu nie wyzsza niz 5%.
Dla kazdego pomiaru wylicza si? Kv w nast?puj^cy sposob: Kv = MPI-P2
gdzie:
Q - nat?zenie przeplywu (m3/h) (p1 - p2) - roznica cisnien
Jako Kv dla hydrantu przyjmuje si? sredni^. trzech uzyskanych wartosci.
Badanie trwalosci hydrantow
Do hydrantu zamocowanego na stanowisku badawczym, przy otwartym organie zamykaj^cym podl^czany jest poprzez jedn^. z nasad bocznych odcinek w?za z wpi?tym przeplywomierzem do pomiaru przeplywu wody przez hydrant. Nast?pnie z przeplywomierza do zbiornika, ktory zasila stanowisko odprowadzana jest woda, a pozostale nasady zaslepione pokrywami. Kolejny krok stanowi zamontowanie na stanowisku manometru do pomiaru cisnienia oraz zamocowanie do organu steruj^cego zaworem zamykaj^cym w komorze zaworowej hydrantu nap?du do pomiaru sily zamkni?cia i otwarcia.
Fot. 1. Badanie trwalosci hydrantu nadziemnego
Po zamontowaniu hydrantu na stanowisku badawczym otwierany jest zawór hydrantu. Nastçpnie, po wprowadzeniu do programu sterujqcego danych z podaniem momentu obrotowego okreslonego przez wytwórc? zgodnie z klasyfikacjq zawartq w normie PN-EN 14384 : 2005 (tablica nr 3), uklad napelniony zostaje wodq, a zawór hydrantu jest zamykany z silq. okreslona przez wytwórc?.
Tablica 3.
Maksymalny moment otwarcia hydrantu (Próba trwalosciowa) (Nm) Minimalny mom zamkniçcia hydrantu wytrzymalosciowa) ent (Próba (Nm)
Hydrant DN 80 100 150 80 100 150
Zakres momentu obrotowego 1 80 80 80 250 250 250
Zakres momentu obrotowego 2 125 125 125 250 250 250
Zakres momentu 105 130 195 210 260 380
obrotowego 3
Nastçpnie podwyzszone zostaje cisnienie wody pod zaworem zamykaj^cym do wartosci PFA (dopuszczalne cisnienie robocze) okreslonej w tablicy nr 4 i utrzymane przez co najmniej 5 s.
Tablica nr 4.
PN PFA MPa (bar)
10 1,0 (10)
16 1,6 (16)
25 2,5 (25)
Cykl „zamykanie/utrzymywanie podwyzszonego cisnienia/otwieranie" powtarzany jest dla okreslonej liczby 1000 cykli.
Po zakonczeniu proby trwalosci sprawdzana jest szczelnosc obudowy i wszystkich elementow cisnieniowych w celu wykrycia ewentualnych wyciekow wody. Ponadto sprawdzany jest stan hydrantu pod katem innych uszkodzen (np. zatarcia mechanizmu zamykaj^cego).
Badanie wytrzymalosc hydrantu na obciqzenia robocze
Proba wytrzymalosci przeprowadzana jest na stanowisku do badania trwalosci. Hydrant z zaworem zamykaj^cym powinien wytrzymac minimalny moment przeci^zeniowy MST (wg tablicy nr 5) w pozycji pelnego otwarcia i pelnego zamkni^cia bez zadnego uszkodzenia mog^cego wplyn^c na pogorszenie zdolnosci funkcjonalnych.
Tablica 5
Wymagane momenty obrotowe
DN MOT MST
Nm Nm
80 105 210
100 130 260
150 195 380
MOT - Maksymalny moment napçdowy, MST - Minimalny moment przeci^zeniowy,
Podczas proby zawor hydrantu zostaje zamkniçty. Nastçpuje zwiçkszenie momentu obrotowego do osi^gniçcia wartosci MST. Moment obrotowy MST utrzymywany jest, co najmniej przez 10 min. Po tym czasie zawor hydrantu zostaje otwarty do polozenia pelnego otwarcia. Nastçpnie zwiçkszony zostaje moment otwieraj^cy do osi^gniçcia wartosci MST. Moment obrotowy MST utrzymywany jest, co najmniej przez 10 min.
Wnioski
Opracowane i wdrozone metody oraz stanowisko badawcze wykorzystane jest do prowadzenia badan przed wprowadzeniem wyrobow do uzytkowania przez sluzby ratownicze, w celu zapewnienia wysokiej skutecznosci sprzçtu oraz jego niezawodnosci.
Metody badania trwalosci, wytrzymalosci i charakterystyk przeplywu hydrantow zewnçtrznych s^. akredytowane przez Polskie Centrum Akredytacji od kwietnia 2008 roku.
Ponadto wdrozone metody badawcze umozliwiaj^. producentom spelnienie wymagan miçdzynarodowych oraz rozwoj nowych rozwi^zan konstrukcyjnych hydrantow, a takze doskonalenie istniej^cych konstrukcji poprzez ich obiektywn^. weryfikacjç. Ma to bezposredni wplyw na podniesienie bezpieczenstwa powszechnego, poprzez zapewnienie skutecznosci i niezawodnosci dzialania hydrantow, a tym samym zapewnienie efektywnosci dzialan ratowni czo-gasni czych.
Jednoczesnie posiadanie bazy badawczej w kraju pozwala na sprawdzanie parametrow technicznych hydrantow, ktore s^. eksploatowane przez sluzby ratownicze. Uzyskane wyniki badan hydrantow znajduj^cych siç w eksploatacji pozwalaj^. na ocenç rzeczywistego stanu technicznego sprzçtu i okreslenie potrzeb w zakresie ich ewentualnych remontow lub wymiany.
Stanowisko badawcze umozliwia prowadzenie badan trwalosci, wytrzymalosci i charakterystyk przeplywu aktualnie produkowanych oraz wdrazanych konstrukcji hydrantow, w celu weryfikacji wymagan okreslonych w normach: PN-EN 14 339: 2005 (U) Hydranty podziemne oraz PN-EN 14384: 2005 Hydranty nadziemne.
Stanowisko badawcze wykorzystywane jest w Zakladzie-Laboratorium Technicznego Wyposazenia Strazy Pozarnej i Technicznych Zabezpieczen Przeciwpozarowych do prowadzenia badan trwalosci, wytrzymalosci i charakterystyk przeplywu hydrantow zewnçtrznych. Do chwili obecnej na stanowisku badawczym wykonano 18 badan hydrantow zewnçtrznych, w tym 12 badan hydrantow nadziemnych i 6 badan hydrantow podziemnych.
Literatura
1. EN-14384 Pillar fire hydrants
2. EN-14339 Underground fire hydrants
3. PN- 89/M-74091 Hydranty nadziemne na cisnienie nominalne 1MPa
4. PN-89/M-74092 Hydranty podziemne na cisnienie nominalne 1MPa
5. PN-89/M-74088 Armatura przemyslowa. Klucze do hydrantów nadziemnych.
6. PN-M-51014 Sprzçt pozarniczy. Klucze do l^czników.
7. PN-EN 1503-1 Armatura przemyslowa. Materialy na kadluby, pokrywy i zaslepki. Czçsc 1: Stale okreslone w normach europejskich.
8. PN-EN 1503-3 Armatura przemyslowa. Materialy na kadluby, pokrywy i zaslepki. Czçsc 3: Zeliwa okreslone w normach europejskich
9. PN-EN 681-1 Uszczelnienia z elastomerów. Wymagania materialowe dotycz3.ce uszczelek zl^czy rur wodoci^gowych i odwadniaj^cych. Czçsc 2: Elastomery termoplastyczne.
10. PN-EN 1074-1 Armatura wodoci^gowa. Wymagania uzytkowe i badania sprawdzaj^ce. Czçsc 1: Wymagania ogólne.
11. PN-EN 1074-2 Armatura wodoci^gowa. Wymagania uzytkowe i badania sprawdzaj^ce. Czçsc 2: Armatura zaporowa.
12. PN-63/M-74085 Armatura przemyslowa. Klucz do zasuw i hydrantów.
13. PN-73/M-51154 Sprzçt pozarniczy. Stojak hydrantowy.
