Аналитический метод гидравлического расчета автоматических установок водяного пожаротушения в градостроительстве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.26.03, кандидат технических наук Груданова, Ольга Витальевна

• Груданова, Ольга Витальевна
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Груданова, Ольга Витальевна

Введение

1. Общие сведения об АУВПТ

1.1. История возникновения и развития АУВПТ

1 ^.Классификация и состав АУВПТ

1.3 .Способы подачи воды к оросительной сети

2. Основные принятые методы проектирования АУВПТ

2.1 .Отечественные и зарубежные нормативные документы в области автоматического водяного пожаротушения

2.2.Метод расчета по НПБ 88-2001*

2.3.Метод расчета по NFPА-13 с использованием программ- 35 ного продукта SprinkCAD 3D

3. Разработка метода расчета АУВПТ для решения задач анализа и синтеза

3.1 .Вывод основных зависимостей для расчета напорного движения жидкости по горизонтальному трубопроводу с отводами

3.2.Определение объемной подачи и давления нескольких на- 54 сосов с разными характеристиками, включенных параллельно или последовательно

3.3 .Пример расчета схемы параллельного включения дополнительного насоса

3 АЭкономическое обоснование эффективности модернизации насосных станций

4. Сравнительный анализ принятых и предлагаемого методов гидравлического расчета

4.1 .Тупиковая разветвленная оросительная сеть и основные нормативные параметры АУВПТ для проведения гидравлического расчета

4.2.Расчет оросительной сети аналитическим методом

4.3.Проверочный расчет

4.4.Сравнительный анализ результатов расчета 93 Выводы 99 Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Аналитический метод гидравлического расчета автоматических установок водяного пожаротушения в градостроительстве»

В последнее время в России, а особенно в ее крупных городах, ведется интенсивное строительство зданий и сооружений различного функционального назначения - жилых, общественных, производственных, складских, а также многофункциональных зданий и комплексов с массовым пребыванием людей, высотных зданий, подземных сооружений, паркингов и т.п.

С другой стороны, продолжает оставаться тревожной обстановка с пожарами - не снижается (а в некоторых районах и растет) их число, высокими остаются показатели травматизма и гибели людей, материального ущерба. Осложнена и работа подразделений пожарной охраны - увеличивается время следования к месту пожара из-за пробок на улицах; пожары в высотных зданиях требуют привлечения специальной техники, зачастую уникальной, имеющейся в единичных экземплярах в крупных городах, а в некоторых населенных пунктах вообще отсутствующей; строятся здания с многоэтажными подвалами, атриумами, куда доступ пожарных подразделений затруднен. Финансовые затруднения и реформы приводят к сокращению пожарных частей федерального подчинения, нехватке высококвалифицированных кадров пожарных.

Это, в свою очередь, выводит на первый план задачу оборудования зданий и сооружений автоматическими системами противопожарной защиты средствами раннего обнаружения и подавления очагов пожара, в частности, автоматическими установками пожаротушения (АУПТ), использующими воду или растворы на ее основе в качестве огнетушащего вещества (ОТВ).

Огромное многообразие защищаемых задний, сооружений и помещений требует каждый раз заново проектировать АУПТ, содержащие насосы, разветвленные магистрали и оросители, чтобы с одной стороны добиться гарантированной интенсивности орошения в течение заданного времени, а с другой - не допустить избыточного пролива ОТВ во избежание порчи соседних и нижележащих помещений.

Гидравлический расчет таких АУПТ весьма сложен и трудоемок и осуществляется в настоящее время либо приближенными методами по НПБ 88-2001* (приложение 2), либо с использованием сложных и дорогостоящих компьютерных программ (HydraCAD, SprinkCAD 3D). Зарубежные компьютерные программы дорогостоящи и рассчитаны на их стандарты в части трубопроводов и насосов, что требует дополнительных усилий по подбору отечественных аналогов.

Все это приводит к необходимости нахождения некоторой «золотой середины» - разработки точных аналитических методов, доступных как для специалистов в области проектирования автоматических установок водяного пожаротушения (АУВПТ), так и для обучающихся по пожарным специальностям, а также «прозрачных» для контролирующих специалистов соответствующих подразделений ГПС.

Целью работы является разработка аналитического метода гидравлического расчета АУВПТ.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

- проведен анализ достоинств и недостатков существующих методов расчета АУВПТ;

- разработан метод анализа и синтеза разветвленных оросительных сетей; разработан метод расчета и построения единой напорно-расходной характеристики для параллельного и последовательного включения пожарных насосов;

- разработана методика нахождения рабочей точки АУВПТ для аналитического метода с учетом разветвленности оросительной сети и наличия нескольких насосов.

Объектом исследования являются АУВПТ.

Предмет исследования составляют методы гидравлических расчетов АУВПТ.

Методы исследования: системный анализ, теория напорного движения жидкости, теория гидравлических машин.

Основные положения, выносимые на защиту:

- метод анализа и синтеза разветвленной оросительной сети АУВПТ; метод расчета и построения обобщенной напорно-расходной гидравлической характеристики последовательно и параллельно включенных насосов; методика определения рабочей точки АУВПТ и оценки ее параметров на соответствие предъявляемым требованиям.

Научная новизна диссертационной работы заключается в получении аналитических выражений для определения эквивалентного гидравлического сопротивления разветвленной оросительной сети, для построения обобщенных напорно-расходных характеристик совместно работающих насосов и нахождения рабочей точки АУВПТ.

Достоверность и обоснованность основных положений исследования обеспечена применением современных расчетных методов, корректным использованием гидравлических характеристик сетей, оросителей и насосов, непротиворечивостью полученных результатов и апробацией их на практике, а также согласованностью результатов с другими методами расчета.

Практическая значимость работы заключается в разработке аналитического метода, который позволяет на инженерном уровне аналитически решать задачи анализа и синтеза оросительных сетей АУВПТ, с одной стороны, с большей точностью, чем это позволяет стандартизованный в России метод, а с другой стороны, обеспечить возможность проверки расчета в отличие от сложных и дорогостоящих специализированных компьютерных программ.

Разработанные методы использовались при выполнении расчетов в процессе проектирования автоматических установок водяного пожаротушения ФГУП «Ведомственная охрана» агентства по судостроению и внедрены в учебный процесс СПбУ ГПС МЧС России и СПб государственного технологического института (технического университета).

Заключение диссертации по теме «Пожарная и промышленная безопасность (по отраслям)», Груданова, Ольга Витальевна

Выводы

По работе получены следующие результаты:

1. Проведен анализ отечественного и зарубежного опыта проектирования АУВПТ, соответствующих нормативных документов, научно-технической литературы и компьютерных программ. Показано, что стандартизованный метод расчета оросительной сети является весьма приближенным, а компьютерные программы помимо высокой стоимости требуют интенсивного обучения пользователей. Зарубежные программы, кроме того, ориентированы на зарубежные же стандарты в части трубопроводов, гидравлической арматуры и насосов.

2. Разработан аналитический метод гидравлического расчета разветвленной сети, основывающийся на точных соотношениях теории напорного движения несжимаемой жидкости.

3. Разработан аналитический метод расчета напорно-расходной характеристики для совместной работы параллельно или последовательно включенных насосов с различными характеристиками.

4. Разработана методика нахождения рабочей точки гидравлической схемы АУПТ при различных вариантах вскрытия оросителей при пожаре.

5. Предложен способ пересчета коэффициента производительности оросителей, использующегося в НПБ 88-2001* и выраженного во внесистемных единицах, в коэффициент местного сопротивления гидравлической сети АУПТ.

6. Предложенные разработки являются аналитическими и математически точными, не требуют сложной и дорогостоящей компьютерной техники и специализированных вычислительных программ, ориентированы на базовую квалификацию пользователя и позволяют решать задачи анализа и синтеза гидравлической сети АУПТ. Указанные достоинства обусловили их внедрение в практику работы организаций, проектирующих водяные АУПТ, и в учебный процесс подготовки специалистов пожарно-технического профиля.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Груданова, Ольга Витальевна, 2006 год

1. Автоматические пожарные установки. Федоров Н.В., Переслыцких Ф.Ф. «Техника», 1976, 238 с.

2. Автоматические средства обнаружения и тушения пожаров. М., Строй-издат, 1974.

3. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления, 2-е изд. прераб. и доп. М., Недра, 1982, с. 224.

4. Баратов А.Н., Иванов Е.Н., Корольченко А.Я. и др. Пожарная безопасность. Взрывобезопасность. Справ, изд./ М.: Химия, 1987. 272 с.

5. Баратов А.Н., Пчелинцев В.А. Пожарная безопасность: Учебное пособие/ М.:изд-во АСВ, 1997.- 176 стр. с ил.

6. Бубырь Н.Ф. и др. Пожарная автоматика: Учебник для пожарно-технических училищ/ Н.Ф.Бубырь, В.П.Бабуров, В.И.Мангасаров.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Стройиздат, 1984.-208 е., ил.

7. Бубырь Н.Ф., Бабуров В.П., Потапов В.А. Производственная и пожарная автоматика. Часть 2. Пожарная автоматика. М: ВИПТШ, 1986.

8. Бубырь Н.Ф., Воробьев Р.П., Быстров Ю.В., Зуйков Г.М., Эксплуатация установок пожарной автоматики/ под ред. Бубыря Н.Ф. М.: Стройиздат, 1986.

9. Веселов А.И., Мешман Л.М. Автоматическая пожаро- и взрывозащита предприятий химической и нефтехимической промышленности. М., «Химия», 1975.

10. Гидромеханика. Буквенные обозначения. Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск. 98. М.: Наука, 1980.

11. Груданова О.В., Жаров С.А. Нормативные документы по применению установок пожаротушения тонкораспыленной водой // Вестник Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России, №1 (4), СПб: 2004г.

12. Груданова О.В., Жаров С.А., Миронов В.В. Водоснабжение установок водяного и пенного пожаротушения // «Безопасность. Достоверность. Информация», №4 (55), 2004г.

13. Груданова О.В., Куянов А.В., Таранцев А.А. Моделирование истечения сжиженных огнетушащих веществ // Вестник Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России, №3 (10), СПб: 2005 г.

14. Груданова О.В., Таранцев А.А. Аналитическое описание характеристик совместно работающих насосов // Вестник Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России, № 1(12) -2(13), СПб: 2006 г.

15. Груданова О.В., Таранцев А.А., Яркин В.В. О задачах напорного движения жидкости по горизонтальному трубопроводу с отводами // Вестник Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России, №2 (9), СПб: 2005 г.

16. Демидович Б.П., Марон И.А., Шувалова Э.З. Численные методы анализа. М.: Наука, 1967.

17. Иванников В.П., Клюс П.П. Справочник руководителя тушения пожара.- М.: Стройиздат, 1987.-288 е.: ил.

18. Иванов Е.Н. Расчет и проектирование систем противопожарной защиты 2-е изд., доп и перераб. М.: Химия, 1990, 384 е., ил.

19. Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. 3-е изд. перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992.-672 е.: ил.

20. Калицун В.И., Дроздов Е.В., Комаров А.С., Чижик К.И. Основы гидравлики и аэродинамики. М.: Стройиздат, 2002.

21. Качалов А.А., Кузнецова А.Е., Богданова Н.В. Противопожарное водоснабжение. М.: Стройиздат, 1975.

22. Клубань B.C. и др. Пожарная безопасность предприятий промышленности и агропромышленного комплекса: Учеб. для пожарно-технических училищ/В.С.Клубань, А.П.Петров, В.С.Рябиков.-М.: Стройиздат, 1987.477 с. ил.

23. Лабораторные работы по курсу «Производственная и пожарная автоматика» Часть 2. Пожарная автоматика. Под ред. Бабурова В.П. ВИПТШ МВД СССР, 1989.

24. Лобачев В.Г. Противопожарное водоснабжение. Учебное пособие для пожарно-технических учебных заведений. Под общей ред. инж.-полк. Д.М. Корельского. М.-Л., Изд-во М-ва коммун, хозяйства РСФСР., 1950.

25. Мешман Л.М. , Цариченко С.Г., Былинкин В.А., Алешин В.В., Губин Р.Ю. Проектирование водяных и пенных автоматических установок пожаротушения. Учебно-методическое пособие под общей редакцией Н.П. Копыло-ва. М: ФГУ ВНИИПО МВД России, 2002.

26. Мухин С.И. и др. Эксплуатация инженерного оборудования систем противопожарной защиты зданий повышенной этажности/ С.И.Мухин, А.П. Чекрыжов, М.Ф. Шайтанов. М: Стройиздат, 1985.-112 с., ил.

27. Навацкий А.А. Производственная и пожарная автоматика. Часть 1. Производственная автоматика для предупреждения взрывов и пожаров. М:, ВИПТШ, 1985.

28. Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности. Методическое пособие. Дополнения и изменения в правила пожарной безопасности в Российской Федерации (ППБ-01-93).

29. Пожарная безопасность. Комплексные решения, техника, оборудование, услуги. 2000. Специализированный каталог.

30. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ, изд. в 2 книгах; /А.Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г.Н. Кравчук и др.- М.,Химия, 1990.-496 с.

31. Пожаротушение на предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. М: «Химия», 1971.

32. Поляков А.С., Абакумов А.С. Расчеты при проектировании и эксплуатации технических средств перекачки и заправки топливом и горючим. Л.: ВАТТ, 1973

33. Поляков А.С., Звонов B.C., Трубилко А.И. Физика для инженеров пожарной безопасности. Механика. Часть 1. СПб ИПБ МВД России, 1997

34. Поляков А.С., Иванов А.Н., Трубилко А.И., Звонов B.C., Скребов В.Н. Физика для инженеров пожарной безопасности. Физические измерения. СПб ИГПС МВД России, 2003.

35. Поляков А.С., Иванов А.Н., Михайлик А.Ф. К вопросу оценки безотказности функционирования спринклерных установок. Вестник № 2(5) СПб ИГПС МЧС России.: СПб, 2004.

36. Поляков А.С., Скороходов Д.А., Звонов B.C. Требования к системам превентивного предупреждения пожаров и взрывов в охраняемых помещениях. Проблемы обеспечения пожарной безопасности северозападного региона, СПбУ МВД России, 2000.

37. Расчет и проектирование автоматической противопожарной защиты: Учебно-методическое пособие и задания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Производственная и пожарная автоматика»/ Жаров С.А., СПбУ МВД РФ, 2000.

38. Рекомендации по проверке технического состояния установок пожарной автоматики. Москва, 1989.

39. Родэ А.А., Иванов Е.Н., Климов Г.В. Автоматические установки для тушения пожаров, М.: 1965.

40. Севриков В.В., Карпенко В.А., Севриков И.В. Надежность и эффективность автоматических установок пожаротушения. М.: Машиностроение, 1993.-104 с.:ил.

41. Смирнов Н.В., Цариченко С.Г. Нормативно-техническая документация о проектировании, монтаже и эксплуатации автоматических установок пожаротушения. Учебно-методическое пособие под общей редакцией Копылова Н.П. М: ФГУ ВНИИПО МВД России, 2000.

42. Собурь С.В. Пожарная безопасность предприятия (Курс пожарно-технического минимума): Справочник.- 2-е изд., доп. (с изм).- М.: Спецтехника, 1999.-432 е., ил.

43. Собурь С.В. Установки пожаротушения автоматические: Справочник. -М.: Спецтехника, 2001. 400 с.

44. Тарасов-Агалаков Н.А., Ходаков В.Ф. Противопожарное водоснабжение. М: Издательство литературы по строительству. 1967.

45. Тименский М.Н., Зуйков Г.М. Контрольно-измерительные приборы для противопожарной и противовзрывной защиты: (Справочник).-М.:Стройиздат, 1982.-256 е., ил.

46. Ходаков В.Ф.Устройство и расчет спринклерных и дренчерных установок. Учебное пособие. М., ВШ МООП РСФСР.

47. Цыбин JI.A., Шанаев И.Ф., Гидравлика и насосы. М.: «Высшая школа», 1976.

48. Чугаев P.P. Гидравлика (техническая механика жидкости). Изд. 4-е, пе-рераб. и доп. Л.: Энергоиздат, 1982.

49. Нормативно-технические документы

50. ВСН 25-09.67-87 Правила производства и приемки работ. Автоматические установки пожаротушения.

51. ГОСТ 12.1.004-91 (1999) ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

52. ГОСТ 12.1.033-81 (с изм. 1 1983) ССБТ. Пожарная безопасность. Термины и определения.

53. ГОСТ 12.2.037-78* ССБТ. Техника пожарная. Требования безопасности.

54. ГОСТ 12.2.047-86 (СТ СЭВ 5226-85) ССБТ. Пожарная техника. Термины и определения.

55. ГОСТ 12.3.046-91 ССБТ. Установки пожаротушения автоматические. Общие технические требования.

56. ГОСТ 12.4.009-83* ССБТ. Пожарная техника для защиты объектов. Основные виды. Размещение и обслуживание.

57. ГОСТ 17398-72. Насосы. Термины и определения.

58. СТ СЭВ 383-87 Пожарная безопасность в строительстве. Термины и определения.

59. ГОСТ Р 50680-94 Установки водяного пожаротушения автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний.

60. ГОСТ Р 51043-97 Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Оросители спринклерные и дренчерные. Общие технические требования. Методы испытаний.

61. ГОСТ Р 51052-97 Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Клапаны узлов управления. Общие технические требования. Методы испытаний.

62. ГОСТ 27331-87 Пожарная техника. Классификация пожаров.

63. ГОСТ Р 51737-2001 Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Муфты трубопроводные разъемные. Общие технические требования. Методы испытаний.

64. ИСО 13943 Пожарная безопасность Словарь.

65. МДС 21-1.98 Предотвращение распространения пожара (пособие к СНиП 21-01-97*).

66. МДС 21-3.2001 Методика и примеры технико-экономического обоснования противопожарных мероприятий к СНиП 21-01-97*.

67. НПБ 52-96 (с изм. 1 1998) Установки пожаротушения автоматические. Пожарные сигнализаторы давления и потока жидкости. Общие технические требования. Номенклатура показателей. Методы испытаний.

68. НПБ 53-96 Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Пожарные запорные устройства. Общие технические требования. Номенклатура показателей. Методы испытаний.

69. НПБ 57-97 Приборы и аппараты автоматических установок пожаротушения и пожарной сигнализации. Помехоустойчивость и помехоэмис-сия. Общие технические требования. Методы испытаний.

70. НПБ 59-97 Установки водяного и пенного пожаротушения. Пеносмеси-тели пожарные и дозаторы. Номенклатура показателей. Общие технические требования. Методы испытаний.

71. Н11Ь 62-97 Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Оповещатели пожарные звуковые гидравлические. Общие технические требования. Методы испытаний.

72. Н11Ь 68-98 Оросители водяные спринклерные для подвесных потолков. Огневые испытания.

73. НПБ 69-98 Установки пожаротушения водяные автоматические. Оросители для водяных завес. Общие технические требования. Методы испытаний.

74. НПБ 80-99 Модульные установки пожаротушения тонкораспыленной водой автоматические. Общие технические требования. Методы испытаний.

75. НПБ 83-99 Установки водяного и пенного пожаротушения автоматические. Узлы управления. Общие технические требования. Методы испытаний.

76. НПБ 88-2001* Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования (взамен СНиП 2.04.09-84 Пожарная автоматика зданий и сооружений).

77. НПБ 105-03 Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности.

78. НПБ 110-03 Перечень зданий, сооружений, помещений и оборудования, подлежащих защите автоматическими установками пожаротушения и автоматической пожарной сигнализацией.

79. Перечень сертифицированных средств обеспечения пожарной безопасности.

80. РД 009-01-96 Установки пожарной автоматики. Правила технического содержания.

81. РД 009-02-96 Установки пожарной автоматики. Техническое обслуживание и планово-предупредительный ремонт.

82. РД 25.952-90 Системы автоматического пожаротушения пожарной охранной и охранно-пожарной сигнализации. Порядок разработки задания на проектирование.

83. РД 25.953-90 Системы автоматические пожаротушения, пожарной, охранной и охранно-пожарной сигнализации. Обозначения условные графические элементов связи.

84. РД 25.954-90 Система технического обслуживания и ремонта автоматических установок пожаротушения, дымоудаления, охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации. Организация и порядок проведения работ (взамен ОСТ 25 950-81, ОСТ 25 951-81).

85. РД 34.49.501-95 Типовая инструкция по эксплуатации автоматических установок водяного пожаротушения.

86. РД 78.36.002-99 Технические средства систем безопасности объектов. Обозначения условные графические элементов систем (включает РД 78.В0.01-99).

87. РД 153-34.0-49.101-2003 Инструкция по проектированию противопожарной защиты энергетических предприятий.

88. СНиП 2.01.02-85* Противопожарные нормы (частично отменен с вводом СНиП 21-01-97).

89. СНиП 2.04.01-85* Внутренний водопровод и канализация зданий.

90. СНиП 2.04.02-84* Водоснабжение. Наружные сети и сооружения.

91. СНиП 21-01-97* Пожарная безопасность зданий и сооружений.

92. СНиП 21-02-99* Стоянки автомобилей.

93. Федеральный закон о пожарной безопасности (с изменениями на 24 января 1998 года).

94. Standard on Water Mist Fire Protection Systems, NFPA 750, National Fire Protection Association, One Batterymarch Park, Quincy, MA, 2000 edition.

95. Standard for the Installation of Sprinkler Systems, NFPA 13, National Fire Protection Association, One Batterymarch Park, Quincy, MA, 1999 edition.

96. Standard for the Installation of Sprinkler Systems in One- and Two-Family Dwellings and Manufactured Homes, NFPA 13D, National Fire Protection Association, One Batterymarch Park, Quincy, MA, 2000 edition.

97. Recommended Practice for Fire Department Operations in Properties Protected by Sprinkler and Standpipe Systems, NFPA 13E, National Fire Protection Association, One Batterymarch Park, Quincy, MA, 2000 edition.

98. Standard for the Installation of Sprinkler Systems in Residential Occupancies up to and Including Four Stories in Height, NFPA 13R, National Fire Protection Association, One Batterymarch Park, Quincy, MA, 2000 edition.

99. FM Global Property Loss Prevention Data Sheets 2-8N. Standard for the Installation of Sprinkler Systems.