РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ ВОДЯНОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ

Методика расчета параметров автоматической установки водяного пожаротушения

Цель расчета - определение оптимальных диаметров трубопроводов, требуемых давлений и расходов водопитателей.

Расчет автоматической установки пожаротушения производится в следующей последовательности:

1) определение диаметра оросителя

· размещение оросителей на плане защищаемого помещения и трассировка трубопроводов,

· определение условного диаметра выходного отверстия и требуемого давления у диктующего оросителя на основании ТЗ на проектирование,

· определение площади для расчета расхода воды;

2) расчет распределительной сети

· построение аксонометрической расчетной схемы АУВП,

· последовательный расчет давлений, расходов на различных участках распределительной сети;

3) определение параметров водопитателей и дополнительных агрегатов:

· основного водопитателя;

· автоматического водопитателя;

· компрессора (для воздушной спринклерной АУВП);

· дренажного насоса.

1. Определение диаметра оросителя

Ороситель выбирается по совокупности следующих критериев:

· обеспечения нормативной интенсивности в соответствии с группой помещения и учетом количества пожарной нагрузки;

· предельно допустимой рабочей температуры окружающей среды в зоне расположения спринклерных оросителей;

· монтажного положения (направления розетки оросителя) в зависимости от типа спринклерной установки (п.5.2.20 [6]), а также архитектурно - планировочных решений защищаемого объекта.

1. Минимально требуемый расход диктующего оросителя (наиболее высоко расположенного и удаленного от узла управления), , , необходимый для обеспечения нормативной интенсивности, определяется по формуле:

(4.1)

где - нормативная интенсивность орошения,
(таблица 5.1-5.3 [6]);

-площадь, защищаемая спринклерным оросителем (принимается по техническим характеристикам на ороситель, .

2. Расчетный расход воды , , через диктующий ороситель определяется по формуле:

(4.2)

где - коэффициент производительности оросителя - это относительная величина, характеризующая пропускную способность оросителя по подаче ОТВ, зависящая от диаметра оросителя, (является технической характеристикой на ороситель, ;

- давление перед диктующим оросителем (диапазон рабочего давления является технической характеристикой на ороситель, МПа.

Критерием выбора оросителя, является обязательное выполнение условия , где определяется по формуле 4.2 с учетом коэффициента производительности оросителя и давления перед диктующим оросителем , принимаемого, как правило, в диапазоне от 0,1 до 0,3 МПа.

Для определения и допускается использовать диаграмму, приведенную на Рисунок 4.1, с помощью ключа (пунктирная стрелка).

Затем выполняется проверочный расчет расхода. и приводится буквенно-цифровое наименование выбранного оросителя.

Рисунок 4.1– Диаграмма определения минимального коэффициента производительности оросителя

2. Определение площади для расчета расхода воды

Количество оросителей, принимающих участие в гидравлическом расчете АУВП, определяется по формуле:

(4.3)

где - расход АУВП (Таблица 5.1 - 5.3 [6]), ;

- расход диктующего оросителя, .

Если рассчитанное число оросителей не кратно числу оросителей на ветви или рядке, то для удобства расчета, возможно увеличить расчетный расход через ороситель, следовательно количество оросителей участвующих в расчете уменьшится.

Площадь для расчета расхода воды определяется по формуле:

(4.4)

Площадь для расчета расхода воды должна быть больше минимальной площади спринклерной АУП, определенной по таблице 5.1 [6].

Если данное условие не выполняется необходимо выбрать ороситель с меньшим условным диаметром выходного отверстия.

3. Расчет распределительной сети

Компоновка оросителей на распределительном трубопроводе АУВП чаще всего выполняется по симметричной тупиковой, кольцевой схеме и несимметричной тупиковой, кольцевойрисунке (Рисунок4.2).

Рисунок 4.2– Схемы распределительной сети АУВП

А - с симметричным расположением оросителей на тупиковом питающем трубопроводе;

Б-ссимметричным кольцевым питающим трубопроводом;

В-с несимметричным расположением оросителей на тупиковом питающем трубопроводе;

Г - с несимметричным кольцевым питающим трубопроводом;
I, II, III- рядки распределительного трубопровода; а, б, … г - узловые расчетные точки

Последовательный расчет давлений, расходов на различных участках распределительной сети

Методика расчета параметров АУП при поверхностном пожаротушении водой и пеной низкой кратности приведена в Приложении В [6].

Ориентировочный расход ветви вычисляется по формуле:

(4.5)

Номинальный диаметр трубопроводаDN, мм, ветви назначают по Таблица4.1. в соответствии с расходом, определенным по формуле (4.5).

Приблизительное значение определяется поформуле:

(4.6)

где 35,6 - ;

- ориентировочный расход ветви, ;

- скорость движения воды в трубопроводе на рассматриваемом участке, м/с (для расчетов принимается в диапазоне от 1 до 5 м/с).

В соответствии с [6] скорость движения воды в напорных трубопроводах распределительной сети должна составлять не более 10 м/с, а во всасывающих трубопроводах насосов - 2,8 м/с.

Диаметр, рассчитанный по формуле (4.6), увеличивается до ближайшего номинального значения в соответствии с таблицей В.2 [5].

Таблица 4.1 Ориентировочные значения диаметров трубопроводов в зависимости от расхода воды (при скорости движения воды 5 м/с)

Расход на участке трубопровода, Q, л/с	1	2	3	6	10	15	20	35	50	65	80	115	150
Номинальный диаметр трубопровода DN, мм	20	25	32	40	50	65	80	100	125	125	150	200	200
Примечание - при получении промежуточных значений расхода в рамках курсового проекта рекомендуется принимать наибольший из двух соседних диаметров трубопровода, например, если расход воды на участке составляет 18 л/с, то следует принимать диаметр, соответствующий 20 л/с

Под номинальным диаметром понимают параметр, принимаемый для трубопроводных систем в качестве характеристики присоединяемых частей, например, фитингов и вентилей. Номинальный диаметр не имеет единицы измерения и приблизительно равен внутреннему диаметру присоединяемого трубопровода, выраженного в миллиметрах.

Аналогично назначаются или определяются диаметры трубопроводов на остальных участках распределительной сети.

При назначении диаметров трубопроводов необходимо пересчитывать скорость движения воды в трубопроводах , м/с, по формуле:

(4.7)

Скорость движения воды в трубопроводе не должна превышать 10 м/с, если скорость превысила 10 м/с, то необходимо увеличить диаметр трубопровода.

Расход первого диктующего оросителя является расчетным значением на участке между первым и вторым оросителями (Рисунок 4.1).

Потери давления , , на участке определяют по формуле:

(4.8)

где - расход ОТВ, на участке между первым и вторым оросителями, ;

- длина участка 1 - 2, ;

- удельная характеристика трубопровода на участке 1 - 2, (выбирается в соответствии с номинальным DN по таблице В.2 [6]).

Давление у оросителя 2 , , определяется по формуле:

(4.9)

где - давление у оросителя ,

- давления у оросителя ,

- потери давления на участке ,

Расход у оросителя 2 , , через второй ороситель определяется по формуле:

(4.10)

где - давление перед вторым оросителем, МПа.

Расчетныйрасход для схемы А (Рисунок 4.2) научасткемеждувторыморосителемиточкойа определяют по формуле:

(4.11)

Аналогично определяются расходы для последующих участков.

Потери давления на последующих участках ветви, давления и расходы у последующих оросителей до питающего трубопровода определяются аналогично по формулам (4.8-4.11).

Особенностирасчетасимметричнойсхемытупиковойраспределительнойсети

Левая и правая ветви (Рисунок 4.2, секция А) симметричны, следовательно, их расходы будут равными.

Витогерасходводы длярядка I (в точке а) определяется по формуле:

(4.12)

Обобщеннуюхарактеристикурядкаопределяютизвыражения:

(4.13)

где - давление в точке а,

Если в дальнейшем расчете необходимо вычислить расход ветви, то аналогично можно рассчитать обобщеннуюхарактеристику ветви.

Номинальный диаметр питающего трубопроводаDN, мм, назначают по Таблица4.1 в соответствии с ориентировочным расходом, определенным по формуле:

(4.14)

При назначении диаметров трубопроводов необходимо пересчитывать скорость движения воды в трубопроводах , м/с, по формуле (4.7). Если скорость превысила 10 м/с, то необходимо увеличить диаметр трубопровода.

Потеридавлениянаучасткеа - б и давлениевточкеб вычисляются по формулам (4.8, 4.9).

Для уменьшения линейных потерь необходимо увеличивать диаметры трубопроводов.

Расходводыизрядка II определяютпоформуле, :

(4.15)

Расчетвсехпоследующихрядковдополучениярасчетного (фактического) расходаводыисоответствующегоемудавленияведетсяаналогичнорасчетурядка II.

Особенностирасчетанесимметричнойсхемытупиковой
распределительнойсети

Праваячастьсекции В (рисунок 4.2) несимметричналевой, поэтомулевуюветвьрассчитываютотдельно, определяядлянее и .

Еслирассматриватьправуючастьрядка 3-а (одинороситель) отдельноотлевой 1-а (дваоросителя), тодавлениевправойчасти должнобытьменьшедавления влевойчасти.

Таккакводнойточкенеможетбытьдвухразныхдавлений, топринимаютбольшеезначениедавления иопределяютисправленный (уточненный) расходдляправойветви , , по формуле,:

(4.16)

Суммарныйрасходводыизрядка I определяют по формуле, :

(4.17)

Симметричнуюинесимметричнуюкольцевыесхемы (Рисунок4.2, секции Б и Г) рассчитываютаналогичнотупиковойсети, нопри 50 % расчетногорасходаводыпокаждомуполукольцу.

В результате расчета определяются оптимальные диаметры трубопроводов и расход установки , который является суммой расходов оросителей размещенных на расчетной площади.

Проверкой правильности расчета является выполнение условия .

4. Определение параметров основного водопитателя

Основной водопитатель–водопитатель, обеспечивающий работу установки пожаротушения с расчетным расходом и давлением воды и (или) водного раствора в течение нормативного времени [6].

В качестве источника водоснабжения установок водяного пожаротушения следует использовать открытые водоемы, пожарные резервуары или водопроводы различного назначения.

В случае если гидравлические параметры водопровода (давление, расход) не обеспечивают расчетных параметров установки, должны быть предусмотрены насосная установка для повышения давления и пожарный резервуар.

Таким образом, функции основного водопитателя могут выполнять:

· водопроводная сеть, при обеспечении расчетного расхода и давления воды ( );

· водопроводная сеть и пожарные насосы, при обеспечении расчетного расхода в сети, но недостатке давления ( );

· водопроводная сеть, пожарные насосы, резервуар при недостатке расчетного расхода в сети и недостатке давления. При этом объем резервуара определяется с учетом пополнения из водопроводной сети ( );

· пожарные насосы, резервуар при отсутствии водопроводной сети.

Требуемое давление основного водопитателя, , определяется по формуле:

(4.18)

где - требуемое давление основного водопитателя, ;

- потери давления на горизонтальных участках трубопровода, ;

- потери давления на вертикальном участке трубопровода, ;

- потери давления в местных сопротивлениях, ;

- местные сопротивления в узле управления (сигнальном клапане, задвижках, затворах), ;

- давление у диктующего оросителя, ;

- пьезометрическое давление (геометрическая высота диктующего оросителя над осью пожарного насоса), ;

- давление водопроводной сети (учитывается при обеспечении расхода установки от водопроводной сети, при наличии пожарного резервуара - не учитывается), .

Потери давления в местных сопротивлениях определяются как 20% от суммы горизонтальных и вертикальных потерь, :

(4.19)

Местные сопротивления в узле управления (сигнальном клапане, задвижках, затворах), определяются по формуле, :

(4.20)

где - коэффициент потерь давления в узле управления (принимается по технической документации на узел управления, выбор узла управления осуществляется исходя из типа установки и диаметра питающего трубопровода);

- расход воды через узел управления принимается равным расчетному расходу установки, .

Пьезометрическое давление определяется по формуле, :

(4.21)

где - геометрическая высота диктующего оросителя над осью пожарного насоса, .

На основании значений и осуществляется выбор пожарного насоса. Насосы должны обеспечивать расход и давление воды, достаточные для работы установки.

5. Расчет объема пожарного резервуара

При определении вместимости резервуара для установок водяного пожаротушения следует учитывать возможность автоматического пополнения резервуаров водой в течение всего времени пожаротушения.

Объем резервуара для АУВП определяется по формуле, :

(4.22)

где - расход насоса, ;

- расход водопроводной сети, ;

- продолжительность работы установки пожаротушения, .

Количество пожарных резервуаров или водоемов должно быть не менее двух, при этом в каждом из них должно храниться 50 % объема воды на пожаротушение, при этом подача воды в любую точку пожара должна обеспечиваться из двух соседних резервуаров или водоемов; при объеме воды 1000 м³ и менее допускается хранить ее в одном резервуаре п. 5.9.13, 5.9.14 [6].

6. Определение параметров автоматического водопитателя

Автоматический водопитатель-водопитатель, автоматически обеспечивающий давление в трубопроводах, необходимое для срабатывания узлов управления [5].

Таким образом, автоматический водопитатель должен поддерживать необходимое давление в дежурном режиме.

В АУВП следует предусматривать один из видов автоматического водопитателя без резервирования:

· сосуд (сосуды) вместимостью не менее 1 м³, заполненный водой объемом (0,5 ± 0,1) м³ и сжатым воздухом;

· подпитывающий насос (жокей-насос), оборудованный промежуточной мембранной емкостью (сосудом) вместимостью не менее 40 л;

· водопровод различного назначения с гарантированным давлением, обеспечивающим срабатывание узлов управления [6].

Минимальное давление, необходимое для работы большинства узлов управления отечественного производства, составляет 0,14 МПа. При этом для уменьшения инерционности водозаполненных спринклерных установок рекомендуется поддерживать давление, достаточное для обеспечения нормативной интенсивности в начальный момент работы установки при пожаре.

Давление в дежурном режиме, , определяется по формуле:

(4.23)

где - давление у диктующего оросителя, ;

- геометрическая высота от оси насоса, до уровня оросителей, м;

15 - запас на работу установки до включения резервного насоса.

На основании рассчитанного давления определяется диапазон давления, который будет поддерживаться в АУВП в дежурном режиме.

Выбор типа автоматического водопитателя производится на основании ряда факторов, в том числе удобства эксплуатации.

В настоящее время наиболее часто применяется жокей-насос с мембранной емкостью. Критерием выбора жокей-насоса и мембранного бака является рассчитанное давление в дежурном режиме.

7. Определение параметров дренажного насоса

В насосной станции необходимо предусмотреть мероприятия против возможного затопления агрегатов при аварии в пределах машинного зала на самом большом по производительности насосе [6]. Как правило, для этих целей должен быть предусмотрен дренажный приямок и дренажный насос.

Выбор дренажного насоса производится на правах проектировщика из условия откачки воды из насосной станции при слое воды высотой 0,5 м, за время не более 1 часов.

Требуемая производительность дренажного насоса ( ) определяется по формуле: