РАЗДЕЛ IV.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВОК ВОДЯНОГО И ПЕННОГО ПОЖАРОТУШЕНИЯ.

 

1. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ УСТАНОВОК

ВОДЯНОГО И ПЕННОГО

(НИЗКОЙ И СРЕДНЕЙ КРАТНОСТИ)

ПОЖАРОТУШЕНИЯ.

 

1.1.         Порядок гидравлического расчета.

      

Гидравлический  расчет спринклерной или дренчерной сети имеет своей целью: определение расхода воды, т. е. ин­тенсивности орошения или удельного расхода, у 'диктующих" оросителей; сравнение удельного расхода (интенсивности оро­шения) с требуемым (нормативным), а также определение не­обходимого давления (напора) у водопитателей и наиболее экономных диаметров труб.

Расчету сети предшествует выполнение аксонометриче­ской схемы с указанием на ней размеров и диаметров участков труб. Расчет сети производят исходя из характеристик (истече­ния из оросителя, трения в трубопроводе и др.) для двух ре­жимов работы основного водопитателя (1-й режим — работа вспомогательного водопитателя в течение 10 мин, 2-й режим — работа основного водопитателя в течение нормативного време­ни) и одного режима работы основного водопитателя при на­личии автоматического водопитателя.

Гидравлический расчет противопожарного водопровода АУП сводится к решению трех основных задач:

1. Определение давления на входе в противопожарный водопровод (на оси выходного патрубка насоса или иного во­допитателя), если заданы расчетный расход воды, схема трас­сировки трубопроводов, их длина и диаметр, а также тип арма­туры. В данном случае расчет начинается с определения потерь давления при движении воды (при заданном расчетном расхо­де) в зависимости от диаметра трубопроводов, схемы их трас­сировки, типа установленной арматуры и т. д. Заканчивается расчет выбором марки насоса (или другого вида водопитателя) по расчетному расходу воды и давлению в начале установки.

2.    Определение расхода воды по заданному давлению в начале противопожарного трубопровода. Расчет начинается с определения гидравлических сопротивлений всех элементов трубопровода и заканчивается установлением расчетного расхода воды в зависимости от заданного давления в начале противопожарного водопровода.

3.    Определение диаметров трубопроводов и других элементов противопожарного трубопровода по расчетному расходу воды и давлению в начале противопожарного трубопровода. Диаметры арматуры противопожарного водопровода выбирают исходя из заданного расхода воды и потерь давления по длине
трубопровода и на используемой арматуре.

Прежде чем выполнять гидравлический расчет установок пожаротушения, необходимо убедиться, что в соответствии с НПБ 110-99* и действующими отраслевыми нормативными документами данный объект защиты действительно подлежит оснащению АУП. Если объект защиты не подходит под пере­чень зданий, помещений, сооружений и оборудования, приве­денных в НПБ 110-99*, необходимо пользоваться действующи­ми ведомственными правилами или рекомендациями.

В соответствии с НПБ 88-2001 гидравлическому расчету должно предшествовать определение требуемой интенсивности орошения.

Для этого прежде всего по табл. 1.1.5 в соответствии с перечнем характерных помещений, производств или техно­логических процессов, которым удовлетворяет защищаемый объект, устанавливают группу подлежащих защите помещений.

Если ни одно из характерных помещений или производ­ственных процессов не подпадает под данный перечень, то не­обходимо пользоваться действующими ведомственными доку­ментами.

Алгоритм расчета АУП сводится к следующему.

1.  По табл. III. 1.1 настоящего пособия устанавливается эффективность тушения горючих материалов, сосредоточенных в защищаемых объектах, водой, водным или пенным раствором.

2.  С учетом пожароопасности (скорость распространения пламени)   выбирается   вид   установки   пожаротушения   — спринклерная, дренчерная или модульная.

3.  В зависимости от температуры эксплуатации устанавливается тип спринклерной установки пожаротушения — водозаполненная или воздушная. 

4.    С учетом выбранной группы объекта защиты (см. табл. 1.1.5) по табл. 1.1.2-1. 1.4 настоящего пособия принимают интенсивность орошения и площадь, защищаемую одним оросителем, площадь для расчета расхода воды и расчетное время работы установки. Для помещений складов (5, 6 и 7-я группы объекта защиты) интенсивность орошения определяют в зависимости от высоты складирования материалов (см. табл. 1.1.4).

5.    По паспортным данным оросителя с учетом коэффициента полезного использования расходуемой воды устанавливают давление, которое необходимо обеспечить у 'диктующего" оросителя (наиболее удаленного или высоко расположенного), и расстояние между оросителями.

6.  Расчетный расход воды в спринклерных установках определяют из условия одновременной работы всех спринклерных оросителей на защищаемой площади (см. раздел I, габл. 1.1.2 и 1.1.4), с учетом коэффициента полезного использования расходуемой воды и того обстоятельства, что расход оросителей, установленных вдоль распределительных труб, возрастает по мере удаления от "диктующего" оросителя.

Расход воды для дренчерных установок рассчитывают из условия одновременной работы всех дренчерных оросителей в защищаемом складском помещении (5, 6 и 7-я группы объ­екта защиты). Площадь помещений 1, 2, 3 и 4-й групп для оп­ределения расхода воды и числа одновременно работающих секций находят в зависимости от технологических данных, а при их отсутствии - по табл. 1.1.2 настоящего пособия.

7.     Для зоны приемки, упаковки и отправки грузов в складских помещениях высотой от 10 до 20 м с высотным стеллажным хранением значения интенсивности и защищаемой площади для расчета расхода воды, раствора пенообразователя по группам 5, 6 и 7, приведенные в табл. 1.1.2-1..1.4, должны быть увеличены из расчета 10 % на каждые 2 м высоты.

8.     В соответствии с выбранным типом оросителя, его расходом, интенсивностью орошения и защищаемой им площадью прорабатывают планы размещения оросителей и трассировку трубопроводной сети.

Для наглядности трассировки по объекту защиты изобра­жают (необязательно в масштабе) аксонометрическую схему сети.

9.   Проводят гидравлический расчет противопожарного водопровода АУП.

 

1.2. Определение необходимого давления у оросителя при заданной интенсивности орошения [2, 3, 26].

 

В СССР основным производителем оросителей являлся Одесский завод "Спецавтоматика", который выпускал три вида оросителей, монтируемых розеткой вверх или вниз, с услов­ным диаметром выходного отверстия 10; 12 и 15 мм.

По результатам всесторонних испытаний для этих оросите­лей были построены эпюры орошения в широком диапазоне дав­лений и высоты установки. В соответствии с полученными дан­ными и были установлены в СНиП 2.04.09-84 нормативы по их размещению (в зависимости от пожарной нагрузки) на рас­стоянии 3 или 4 м друг от друга. Эти нормативы без измене­ния внесены в НПБ 88-2001.

В настоящее время основной объем оросителей поступает из-за рубежа, так как российские производители ПО "Спец­автоматика" (г. Бийск) и ЗАО "Ропотек" (г. Москва) не в со­стоянии полностью обеспечить потребность в них отечествен­ных потребителей.

В проспектах на зарубежные оросители, как правило, от­сутствуют данные по большинству технических параметров, регламентируемых отечественными нормами. В связи с этим провести сравнительную оценку показателей качества одно­типной продукции, выпускаемой различными фирмами, не представляется возможным.

Сертификационными испытаниями не предусматривает­ся исчерпывающая проверка исходных гидравлических пара­метров, необходимых для проектирования, например эпюр ин­тенсивности орошения в пределах защищаемой площади в зависимости от давления и высоты установки оросителя. Как правило, эти данные отсутствуют и в технической документации, однако без этих сведений не представляется возможным корректное выполнение проектных работ по АУП.

В частности, важнейшим параметром оросителей, необ­ходимым для проектирования АУП, является интенсивность орошения защищаемой площади в зависимости от давления и высоты установки оросителя.

В зависимости от конструкции оросителя площадь оро­шения по мере повышения давления может оставаться неиз­менной, уменьшаться или увеличиваться [5, 26—28].

Например, эпюры орошения универсального оросителя типа CU/P, установленного розеткой вверх, практически слабо изменяются от давления подачи в пределах 0,07-0,34 МПа (рис. IV. 1.1). Напротив, эпюры орошения оросителя этого ти­па, установленного розеткой вниз, при изменении давления подачи в тех же пределах изменяются более интенсивно.

Если орошаемая площадь оросителя при изменении дав­ления остается неизменной, то в пределах площади орошения 12 м² (круг R ~ 2 м) можно расчетным путем установить давле­ние Р_т, при котором обеспечивается требуемая по проекту ин­тенсивность орошения i_m:

 

(IV.l.l)

где Р_н и i_н — давление и соответствующее ему значение интен­сивности орошения согласно ГОСТ Р 51043-94 и НПБ 87-2000.

Значения i_н и Р_н зависят от диаметра выходного отверстия.

Если с возрастанием давления площадь орошения уменьшается, то интенсивность орошения возрастает более существенно по сравнению с уравнением (IV. 1.1), однако при-этом необходимо учитывать, что должно сокращаться и расстояние между оросителями.

Если с возрастанием давления площадь орошения увели­чивается, то интенсивность орошения может несколько повы­шаться, оставаться неизменной или существенно уменьшаться. В этом случае расчетный метод определения интенсивности орошения в зависимости от давления неприемлем, поэтому расстояние между оросителями можно определить пользуясь только эпюрами орошения.

Отмечаемые на практике случаи отсутствия эффективно­сти тушения АУП нередко являются следствием неправильного расчета гидравлических цепей АУП (недостаточной интенсив­ности орошения).

Приведенные в отдельных проспектах зарубежных фирм эпюры орошения характеризуют видимую границу зоны оро­шения, не являясь числовой характеристикой интенсивности орошения, и только вводят в заблуждение специалистов про­ектных организаций. Например, на эпюрах орошения универ­сального оросителя типа CU/P границы зоны орошения не обозначены числовыми значениями интенсивности орошения (см. рис. IV.1.1) [26-28].

Предварительную оценку подобных эпюр можно произ­вести следующим образом.

По графику q = f(K, Р) (рис. IV. 1.2) определяется расход из оросителя при коэффициенте производительности К, ука­занном в технической документации, и давлении на соответст­вующей эпюре.

Для оросителя при К = 80 и Р = 0,07 МПа расход со­ставляет q_p=007 ~ 67 л/мин (1,1 л/c).

Согласно ГОСТ Р 51043-94 и НПБ 87-2000 при давлении 0,05 МПа оросители концентричного орошения с диаметром выходного отверстия от 10 до 12 мм должны обеспечивать ин­тенсивность не менее 0,04 л/(см²).

Определяем расход из оросителя при давлении 0,05 МПа:

q_p=о,₀₅ = 0,845 q_{p ≈}= 0,93 л/c .                                   (IV. 1.2)

 

 

Допуская, что орошение в пределах указанной площади орошения радиусом R≈3,1 м (см. рис. IV. 1.1,а) равномерное и все огнетушащее вещество распределяется только на защищае­мую площадь, определяем среднюю интенсивность орошения:

Таким образом, данная интенсивность орошения в пределах приведенной эпюры не соответствует нормативному значению (необходимо не менее 0,04 л/(с*м²). Для того чтобы установить, удовлетворяет ли данная конструкция оросителя требованиям ГОСТ Р 51043-94 и НПБ 87-2000 на площади 12 м² (радиус ~2 м), требуется проведение соответствующих испытаний.

Для квалифицированного проектирования АУП в техни­ческой документации на оросители должны быть представлены эпюры орошения в зависимости от давления и высоты уста­новки. Подобные эпюры универсального оросителя типа РПТК приведены на рис. IV. 1.3, а оросителей, производимых ПО "Спецавтоматика" (г. Бийск), - в приложении 6.

Согласно приведенным эпюрам орошения для данной конструкции оросителей можно сделать соответствующие вы­воды о влиянии давления на интенсивность орошения.

Например, если ороситель РПТК установлен розеткой вверх, то при высоте установки 2,5 м интенсивность орошения практически не зависит от давления. В пределах площади зоны радиусами 1,5; 2 и 2,5 м интенсивность орошения при повы­шении давления в 2 раза возрастает на 0,005 л/(с*м²), т. е. на 4,3-6,7 %, что свидетельствует о значительном увеличении площади орошения. Если при повышении давления в 2 раза площадь орошения останется неизменной, то интенсивность орошения должна увеличиться в 1,41 раза.

При установке оросителя РПТК розеткой вниз интенсив­ность орошения возрастает более существенно (на 25-40 %), что свидетельствует о незначительном увеличении площади орошения (при неизменной площади орошения интенсивность должна была бы увеличиться на 41 %).

 

 

 

 

1.3. Гидравлические потери давления в трубопроводах.

 

В общем случае требуемое давление в начале установки (после пожарного насоса) складывается из следующих состав­ляющих (рис. IV. 1.4):

Ртр = Р_г+Р_в+∑Р_м +Pyy+P₀+Z,                             (IV.1.4)

где Р_г — потери давления на горизонтальном участке трубопро­вода АБ; Р_в — потери давления на вертикальном участке трубо­провода БД; Р_м — потери давления в местных сопротивлениях (фасонных деталях Б и Д); Р_уу — местные сопротивления в узле управления (сигнальном клапане, задвижках, затворах); Р_о — давление у "диктующего" оросителя; Z — геометрическая высота "диктующего" оросителя над осью насоса.

Гидравлические потери давления PΔ в трубопроводах оп­ределяют по формуле

РΔ=I_l1,                                                                       (IV. 1.5)

где l —длина трубопровода, м; I_l —потери давления на едини­цу длины трубопровода, или гидравлический уклон;

I_l=АQ² = Q²/К_т,                                                         (IV. 1.6)

А — удельное сопротивление, зависящее от диаметра и шерохо­ватости стенок, с²/л⁶; К_т — удельная характеристика трубопро­вода, л⁶/с²; Q -расход воды, л/c.

Как показывает опыт эксплуатации, характер изменения шероховатости труб зависит от состава воды, растворенного в ней воздуха, режима эксплуатации, срока службы и т. п.

Удельное сопротивление и удельная гидравлическая ха­рактеристика трубопроводов для труб различного диаметра приведены в табл. IV. 1.1 и IV. 1.2.

Таблица   IV. 1.1

 

 

 

Таблица  IV. 1.2 Удельная гидравлическая характеристика трубопроводов

 

Трубы	Диаметр условного прохода, мм	Диаметр наружный, мм	Толщина стенки, мм	Удельная характеристика трубопровода Кт, л6/с2
Стальные электросварные (ГОСТ 10704-91)	15 20 25 32 40 50 65 80 100 100 100 100 125 125 125 150 150 150 200 250 300 350	18 25 32 40 45 57 76 89 108 108 114 114* 133 133* 140 152 159 159* 219* 273* 325* 377*	2,0 2,0 2,2 2,2 2,2 2,5 2,8 2,8 2,8 3,0 2,8 3,0* 3,2 3,5* 3,2 3,2 3,2 4,0* 4,0* 4,0* 4,0* 5,0*	0,0755 0,75 3,44 13,97 28,7 110 572 1429 4322 4231 5872 5757 13530 13190 18070 28690 36920 34880 209900 711300 1856000 4062000
Стальные водо­газопроводные (ГОСТ 3262-75)	15 20 25 32 40 50 65 80 90 100 125 150	21,3 26,8 33,5 42,3 48 60 75,5 88,5 101 114 140 165	2,5 2,5 2,8 2,8 3,0 3,0 3,2 3,5 3,5 4,0 4,0 4,0	0,18 0,926 3,65 16,5 34,5 135 5l7 1262 2725 5205 16940 43000

Примечание. Трубы с параметрами, отмеченными знаком "*", применяются в сетях наружного водоснабжения.

Практика эксплуатации существующих спринклерных систем на действующих объектах со значительным сроком службы трубопроводов показывает, что трубы в большинстве случаев имеют среднюю шероховатость. Трубопроводы сприн­клерных сетей через 20-30 лет эксплуатации приобретают наи­большую шероховатость.

В приближенных расчетах местные сопротивления принимают равными 20 % сопротивления сети трубопроводов. В пенных АУП при концентрации пенообразователя 10 % и бо­лее необходимо учитывать вязкость раствора.

Диаметры питающих и распределительных всасывающих и напорных трубопроводов АУП следует определять гидравли­ческим расчетом, при этом скорость движения вoды во всасы-, вающих трубопроводах должна составлять не более 2,8 м/с,) а в нагнетательных трубопроводах скорость движения воды и раствора пенообразователя не должна превышать 10 м/с  Рекомендуемые СНиП 2.04.01-85* значения скорости: движения воды приведены в табл. 1.1.1 и 1.5.1 настоящего_п_особия.

 

1.4. Гидравлический расчет распределительных и питающих трубопроводов [2, 3, 26].

 

Гидравлический расчет трубопроводов следует выполнять при условии водоснабжения этих установок от основного водо­питателя.

Расчетный расход воды (раствора пенообразователя) q (л/c) через "диктующий" ороситель (генератор пены) опреде­ляется по формуле

q = 10K√P,                                                                (IV. 1.7)

где К - коэффициент производительности оросителя (генера­тора пены), принимаемый по технической документации на изделие; Р -давление перед оросителем (генератором пены), МПа.

Величина давления принимается из условия обеспе­чения требуемой интенсивности орошения (в соответствии с табл. 1.1.2-1.1.4 настоящего пособия).

Максимальное допустимое давление для оросителей (спринк­лерных или дренчерных) при эксплуатации составляет 1 МПа.

Интенсивность орошения традиционными розеточными оросителями, формирующими концентричный водяной поток, в пределах орошаемой зоны неравномерна, причем, как правило, на периферии этой зоны интенсивность орошения минимальна.

Поэтому в том случае, когда необходимо обеспечить орошение защищаемой площади с заданной интенсивностью орошения, необходимо учитывать, что не вся диспергируемая вода поступает непосредственно в защищаемую зону.

На рис. IV. 1.5 приведена эпюра орошения оросителем защищаемой площади. На площади зоны радиусом Я, обеспе­чивается требуемое или нормативное значение интенсивности орошения, а на площади радиусом Я_орош. распределяется все огнетушащее вещество, диспергируемое оросителем.

При расчете суммарного расхода установки необходимо учитывать коэффициент использования расхода (полезного использования воды)ƒ:

ƒ=q_i /q                                                                       (IV. 1.8

я

где qi - расход оросителя, приходящийся на площадь с задан ной интенсивностью орошения; q - полный расход оросителя соответствующий принятому давлению.

Взаимную расстановку оросителей можно представить в шахматном или квадратном порядке (рис. IV. 1.6) [5].

Оросители необходимо размещать таким образом, чтобы обеспечить наиболее эффективное орошение защищаемой зоны. Если линейные размеры защищаемой зоны кратны ра-диycy Ri или остаток больше 0,5 Ri, и практически весь расход оросителя приходится на защищаемую зону, то при равном количестве оросителей и при одинаковой защищаемой площа­ди наиболее выгодно размещать оросители в шахматном порядке.

В этом случае конфигурация расчетной площади представляет собой вписанный в окружность шестиугольник, в наибольшей степени приближающийся по форме к орошаемой площади зоны. При этом достигается более интенсивное оро­шение боковых сторон, ограниченных стенами. Однако при квадратном расположении оросителей увеличивается зона вза­имного действия (заштрихованная область).

Согласно НПБ 88-2001 (см. табл. 1.1.2 настоящего посо­бия) расстояние между оросителями зависит от групп защищае­мых помещений и составляет для одних групп не более 4 м, для Других — не более 3 м.

 

 

Рассмотрим схему, в которой оросители расположены на расстоянии 4 м друг от друга, а паспортные сведения об эпю­рах орошения отсутствуют (рис. IV. 1.7) [5, 26]. Если допустить, что требуемая интенсивность орошения наблюдается на пло­щади 12 м² (Ri ≈2 м), то на площади CEGF интенсивность орошения не определена. Каждая четвертая часть этой площа­ди (площадь ABCD) может находиться в зоне действия двух, трех или четырех оросителей (в зависимости от размеров Лдрош). Если площадь ABCD находится в зоне взаимодействия только двух оросителей, то интенсивность орошения каждого оросителя в поясе шириной А В * 0,4 м должна составлять ~50 % от требуемой интенсивности орошения.

При уменьшении расстояния между оросителями на 0,4 М площадь зоны ABCD (рис. IV. 1.8) становится почти в 4 раза меньше зоны ABCD (см. рис. IV. 1.7). Кроме того, в поясе зоны орошения шириной АВ ≈ 0,4 м взаимодействуют все четыре оросителя, и, следовательно, интенсивность орошения каждого оросителя в этой зоне может составить всего 25 % от требуе­мого значения. При данном расположении оросителей (непо­средственно у стен W) более интенсивное орошение наблюда­ется в пристеночной (граничной) области.

В общем случае распределение интенсивности орошения и значение коэффициента полезного использования воды в оро­шаемой зоне варьируются в зависимости от давления и высоты установки оросителя. В зависимости от конструкции оросителя интенсивность орошения и коэффициент полезного использо­вания воды могут увеличиваться, оставаться неизменными или даже уменьшаться.

Расстояние между оросителями L при условии обеспече­ния заданной интенсивности орошения всей защищаемой зо­ны можно принять:

L = 2 Ri.                                                                     (IV. 1.9)

При ƒ≤0,85 можно допустить, что в зонах АВСД интенсивность орошения будет близка к допускаемой по ГОСТ Р 51043 и НПБ 87-2000 (на площади орошения с заданной норматив­ной интенсивностью /„ допускаются отдельные участки с ин­тенсивностью не менее 50 % от нормативного значения):

i_ABCД≥0,5/.                                                                 (IV. 1.10)

На практике возможны три схемы компоновки оросите­лей на распределительном трубопроводе: симметричная, сим­метричная закольцованная и несимметричная (рис. IV. 1.9).

Для каждой секции пожаротушения определяется самая удаленная или наиболее высоко расположенная защищаемая зо­на, и гидравлический расчет проводится именно для этой зоны.

В симметричной секции А давление Р_I у "диктующего" оросителя 1 должно быть не менее

 

 

 

(IV.1.11)

 

где -q — расход через ороситель; К — коэффициент производи­тельности; Р_{мин раб} — минимальное допустимое давление для данного типа оросителя.

Расход первого оросителя 1 является расчетным значени­ем Q_1-2 на участке l_1-2 между первым и вторым оросителями. Потери давления P_1-2 на участке 1_1-2 определяются по формуле

P_1-2 = l_1-2Q² _1-2 /100K_m                                              (IV. 1.12)

Следовательно, давление у ороситеяя-.2

Pi=P₁+P_1-2                                                               (IV.1.13)

Расход оросителя 2 составит:

(IV. 1.14)

Расчетный расход на участке между вторым оросителем И точкой а, т.е. на участке 2-а, будет равен:

Q₂-a = q₁ + q₂.                                                          (IV.1.15)

Диаметр трубопровода d (м) определяют по формуле

 

 

(IV.l.16)

где υ - скорость движения воды, м/с.

 

 

Диаметр трубопровода выражают в миллиметрах и увели­чивают до ближайшего значения, указанного в ГОСТ 8732-70 или ГОСТ 10704-76.

По расходу воды Q₂-а определяют потери напора на уча­стке 2-а:

P_2-a=l_2-aQ ² _2-a  /100Km                                             (IV.1.17)

Напор в точке а составит:

Ра=Р₂+Р_2-a                                                              (IV.1.18)

Таким образом, для левой ветви рядка I секции А (см. рис. IV. 1.9) требуется обеспечить расход Q₂-a при давлении Р_а. Правая ветвь рядка симметрична левой, поэтому расход для этой ветви тоже будет равен Q₂-a , а следовательно, и давление в точке а будет равно Р_а .

В итоге для рядка I имеем давление, равное Р_а, и расход воды

Q_I = 2Q_2-a                                                                 (IV.1.19)

Правая часть секции Б (см. рис. IV. 1.9) несимметрична левой, поэтому левую ветвь рассчитывают отдельно, определяя для нее Р_а и Q’_3-a.

Если рассматривать правую часть 3-а рядка (один оро­ситель) отдельно от левой 1-а (два оросителя), то давление в правой части Р'_а должно быть меньше давления Р_а в левой части.

Так как в одной точке не может быть двух разных давле­ний, то принимают большее значение давления Р_а и определя­ют исправленный (уточненный) расход для правой ветви Q_3-a :

(IV. 1.20)

Суммарный расход воды из рядка I

Q1=Q_2-a+Q_3-a .                                                         (IV.1.21)

Потери давления на участке a-b находят по формуле

 

(IV. 1.22) (IV. 1.23)

Рядок II рассчитывают по гидравлической характеристике
В = К_м/1_i,                                                                 (IV. 1.24)

где li—длина расчетного участка трубопровода, м.

Так как гидравлические характеристики рядков, выпол­ненных конструктивно одинаково, равны, характеристику ряд­ка II определяют по обобщенной характеристике расчетного участка трубопровода

B_Pl=Q² _I   /P_a.                                                            (IV. 1.25)

Расход воды из рядка II определяют по формуле

 

(IV. 1.26)

 

Расчет всех следующих рядков до получения расчетного расхода воды ведется аналогично расчету рядка II.

Общий расход просчитывается из условия расстановки необходимого количества оросителей, обеспечивающих защиту расчетной площади, в том числе и в случае необходимости монтажа оросителей под технологическим оборудованием, пло­щадками или вентиляционными коробами, если они препятст­вуют орошению защищаемой поверхности. Расчетная площадь принимается в зависимости от группы объектов (см. табл. 1.1.2). В общем случае количество оросителей, монтируемых на рас­четной площади, может быть больше указанных в табл. 1.1.2.

Поскольку давление у каждого оросителя различно (са­мое низкое давление у наиболее удаленного или высоко распо­ложенного оросителя), необходимо учитывать и различный расход из каждого оросителя при соответствующем коэффици­енте полезного использования воды.

Поэтому расчетный расход АУП должен определяться по формуле

(IV. 1.27)

где QАуп ~ расчетный расход АУП, л/c; q_n — расход л-го оросите­ля, л/c; ƒn — коэффициент использования расхода при расчетном давлении у n-го оросителя; i_n - средняя интенсивность орошения п-ы оросителем (не менее интенсивности орошения, приведен­ной в соответствии с группой помещения в табл. 1.1.2-1.1.4); F_n -нормативная площадь орошения каждым оросителем с интен­сивностью не менее приведенной в табл. 1.1.2—1.1.4.

Кольцевую сеть (см. рис. IV. 1.9, секция В) рассчитывают аналогично тупиковой сети, но при 50 % расчетного расхода воды по каждому полукольцу.

От точки т до водопитателей вычисляют потери давле­ния в трубах по длине и с учетом местных сопротивлений, в том числе в узлах управления (сигнальных клапанах, задвиж­ках, затворах).

Потери напора в узлах управления установок Руу (м) оп­ределяются по формуле

Р_УУ = γQ²                                                                 (IV. 1.28)

где γ — коэффициент потерь давления в узле управления (при­нимается по технической документации на узел управления в целом или на каждый сигнальный клапан, затвор или за­движку индивидуально); Q — расчетный расход воды или рас­твора пенообразователя через узел управления.

Расчет ведут таким образом, чтобы давление у узла управления не превышало 1 МПа.

Ориентировочно диаметры распределительных рядков мож­но выбирать по числу установленных на трубопроводе оросите­лей. В табл. IV.1.3 указана взаимосвязь между наиболее часто ис­пользуемыми диаметрами труб распределительных рядков, давле­нием и числом установленных спринклерных оросителей.

Таблица   IV.1.3

 

Наиболее распространенной ошибкой при гидравличе­ском расчете распределительных и питающих трубопроводов является определение расхода Q по формуле

Q = iF_op,                                                                   (IV. 1.29)

где i и F_gp — соответственно интенсивность и площадь ороше­ния для расчета расхода, принимаемые по НПБ 88-2001 (см. табл. 1.1.2-4.1.4).

Однако в установках с большим числом оросителей при их одновременном действии возникают значительные потери давления в системе трубопроводов. Поэтому и расход, а значит, и интенсивность орошения каждого оросителя различны [2, 26]. Это приводит к тому, что ороситель, установленный ближе к питающему трубопроводу, имеет большее давление и, соответ­ственно, больший расход. Неравномерность орошения хорошо иллюстрирует результаты гидравлических расчетов рядков, со­стоящих из последовательно расположенных оросителей (рис. IV.1.10, табл.  IV. 1.4).

Таблица   IV. 1.4 Значения расхода и давления в рядках

 

Значения расхода и давления в рядках

 

Вариант расчетной   схемы рядков	Диаметр труб участков, мм						Давление, м		Расход, л/c			q4/q1	Суммарный расход рядка, л/c
	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	Р1	Ра	q1	q4	Qa		Q=7q1	Qa/Q
1	20	25	25	32	25	20	0.03	0.12	0.78	1.84	9.62	2.35	5.46	1.76
2	20	25	25	32	25	20	0.05	0.26	1.00	2.15	11.59	2.15	7.00	1.66
3	20	25	25	32	25	20	0.05	0.31	1.00	2.36	12.24	2.36	7.00	1.75
4	25	25	32	32	25	25	0.05	0.15	1.00	1.58	9.38	1.58	7.00	1.34
5	25	25	32	32	25	25	0.11	0.20	1.00	1.28	8.14	1.28	7.00	1.16
6	32	32	32	32	32	32	0.11	0.16	1.00	1.16	7.90	1.126	7.00	1.12

 

 

 

Примечания:

1.  Варианты 1-4 —коэффициент производительности К= 0,47, вариан­
ты 5-6 — K= 0,3.

2.  Вариант 2 — расстояние между оросителями li = 2,5 м, в остальных —li= 3,0м.

3.  Р\ и Р_а -давление соответственно перед крайним оросителем и в точке а.

4.  q1,q4 и Qa —соответственно расход через первый и четвертый ороси­
тели, а также суммарный расход в точке а.

Согласно данным табл. IV. 1.4 расход оросителя q_A превы­шает расход из крайнего оросителя q\, причем с увеличением расстояния между оросителями и уменьшением диаметров тру­бопроводов между оросителями возрастает и соотношение q^/qy

Если расход из всех оросителей будет одинаков, то сум­марный расход рядка можно найти умножением расхода воды оросителя на число оросителей в рядке:

Q = nq_l                                                                     (IV. 1.30)

где п — количество оросителей в рядке; q_I — расход "дик­тующего" оросителя.

Например, для вариантов 2-6 суммарный расход воды можно было найти умножением расхода воды q_l "диктующего" оросителя на число оросителей в рядке: Q = 1 * 7 = 7 л/c.

Однако ввиду того, что давление и расход из каждого по­следующего оросителя заметно отличаются, фактический сум­марный расход рядка также будет отличаться от рассчитанного по формуле (IV. 1.30).

Реально для вариантов 2-6 при расходе из "диктующего" оросителя q_l ⁼ 1 л/c расход воды q₄ из четвертого оросителя (расположенного около питающего трубопровода) больше, чем расход воды q₁ из "диктующего" оросителя. При различных расходах воды из оросителей суммарный расход воды рассчи­тывается последовательным суммированием расходов каждого оросителя:

 

(IV.1.31)

 

 

где q_n - расход из каждого оросителя.

Этот расход в зависимости от варианта расчета колеблет­ся в пределах Q_a = 7,90*12,24 л/c, что на 12-75 % больше Q.

Таким образом, соотношение фактического расхода и рассчитанного по формуле (IV. 1.30) в зависимости от коэф­фициента производительности оросителей и диаметров трубо­проводов на различных участках распределительного рядка для рассмотренных вариантов составляет Qa/Q = 1,12+1,75, т.е. практически реальный расход по отношению к рассчитанному по формуле (IV. 1.30) должен быть увеличен в 1,12-1,75 раза.

При определенных параметрах распределительной сети (особенно когда определяется расход двух и более рядков) соот­ношение Q_a/Q может достигать 2 и более_(см. приложение 9).

Так как оросители имеют одинаковые отверстия истече­ния, повышенное давление перед оросителем вызывает увели­чение расхода по сравнению с производительностью "дикту­ющего" оросителя. Неоправданное увеличение расхода тех оро­сителей, перед которыми отмечается более высокое давление, ведет к дополнительному повышению потерь давления в под­водящих трубопроводах сети и тем самым к еще большему увеличению суммарного расхода и неравномерности орошения.

Таким образом, если количество спринклерных оросите­лей, которые предположительно сработают при пожаре, или общее количество дренчерных оросителей не превышает трех, то для упрощения расчетов можно использовать формулу (IV. 1.30), увеличив суммарный расход на 5-15 %, в противном случае необходимо проводить полный расчет расхода по фор­муле (IV.1.31).

Имеющиеся на практике случаи отсутствия эффективно­сти тушения АУП нередко являются следствием неправильного расчета распределительных сетей АУП (недостаточный расход воды).

Диаметры трубопроводов сети оказывают существенное влияние не только на падение давления в сети, но и на расчетный расход воды. Увеличение расхода воды водопитателя при неравно­мерной работе оросителей приводит к повышению в значительной мере строительных затрат на водопитатель, которые, как правило, являются решающими в определении стоимости установки.

Равномерный расход из оросителей, а следовательно, и равномерное орошение защищаемой поверхности при давле­ниях, изменяющихся по длине трубопроводов, могут быть дос­тигнуты различными способами, например устройством диа­фрагм, применением оросителей с изменяющимися по длине трубопровода выходными отверстиями и т. п.

Однако существующими нормами (НПБ 88-2001) в пре­делах одного защищаемого помещения не допускается исполь­зование оросителей с разными выходными отверстиями (если более точно, то должны устанавливаться только однотипные оросители с одинаковыми выходными отверстиями).

Использование перед оросителями диафрагм разного диаметра, обеспечивающих одинаковый расход из каждого оросителя, никаким нормативным документом не регламенти­ровано. Применение таких диафрагм нецелесообразно, так как в процессе эксплуатации АУП не исключена вероятность их перестановки, вследствие чего существенно нарушается равно­мерность орошения.

Поскольку каждый ороситель и рядок имеют постоянный расход, расчет питающих трубопроводов, от диаметров которых зависят потери давления в системе, выполняют независимо от давления, числа оросителей в рядке и расстояний между ними. Это обстоятельство в значительной мере упрощает расчет системы.

Расчет сводится к определению зависимости падения давления на участках сети от диаметров труб. При выборе диа­метров отдельных участков трубопроводов следует придержи­ваться условия, при котором потери давления на единицу дли­ны мало отличаются от среднего гидравлического уклона:

I= ∑100 P/L ,                                                            (IV. 1.32)

где I- средний гидравлический уклон; Р - потери давления линии от водопитателя до "диктующего" оросителя, МПа; L — длина водопроводной сети, м.

Расчеты показывают, что установочная мощность агрега­тов, приходящаяся на преодоление потерь давления в системе при использовании оросителей с одинаковым расходом, уменьшается в 4,7 раза, а объем неприкосновенного запаса во­ды в резервуарах основного водопитателя снижается в 2,1 раза. Металлоемкость трубопроводов при этом уменьшается на 28 %.

Для раздельных противопожарных водопроводов (внут­реннего противопожарного по СНиП 2.04.01-85* и автоматиче­ских установок пожаротушения по НПБ 88-2001) допустима установка одной группы насосов при условии обеспечения этой группой расхода Q, равного сумме потребности каждого водопровода:

Q=Qвпв+Q_АУП

где Q_bhb, О_ауп - расходы, необходимые соответственно для внут­реннего противопожарного водопровода и водопровода АУП.

В случае присоединения пожарных кранов к питающим трубопроводам суммарный расход определяется по форму

Q=Qпк+Q_АУП

где Qnx — допустимый расход из пожарных кранов (принима­ется по СНиП 2.04.01-85*, табл. 1-2).

Продолжительность работы внутренних пожарных кра­нов, оборудованных ручными водяными или пенными пожар­ными стволами и подсоединенных к питающим трубопроводам спринклерной установки, следует принимать равной времени работы спринклерной установки.

Для ускорения и повышения точности гидравлических расчетов спринклерных и дренчерных АУП целесообразно ис­пользовать вычислительную технику.

 

1.5. Особенности расчета параметров АУП при объемном пожаротушении пеной низкой и средней кратности/

 

Расчет параметров АУП при объемном пожаротушении пеной низкой и средней кратности проводится по методике, изложенной в НПБ 88-2001.

Объем раствора пенообразователя V_n (м³) при объемном пожаротушении определяется по формуле

 

 

 

(IV. 1.35)

где к_р — коэффициент объемного разрушения пены; принима­ется по табл. IV. 1.5; V — защищаемый объем, м³; к —кратность пены.

Таблица   IV.1.5

Коэффициент разрушения пены и продолжительность работы установок

 

Горючие материалы защищаемого производства	Коэффициент объемного разрушения пены кр	Продолжительность работы установки, мин
Твердые	3	25
Жидкие	4	15

Число одновременно работающих генераторов пены п определяется по формуле

 

(IV. 1.36)

 

где qn — производительность одного генератора по раствору пенообразователя, л/c; V — защищаемый объем, м³; τ_T — про­должительность работы установки с пеной средней кратности, с (принимается по табл. IV. 1.5).

 

1.6. Гидравлический расчет параметров установок пожаротушения высокократной пеной.

 

Гидравлический расчет параметров установок пожароту­шения высокократной пеной проводится по методике, изло­женной в НПБ 88-2001 (с дополнительной расшифровкой ко­эффициента объемного разрушения пены к_р).

Определяется расчетный объем V защищаемого помеще­ния или объем локального пожаротушения. За расчетный объ­ем помещения принимается его внутренний геометрический объем, за исключением величины объема сплошных (непрони­цаемых) строительных несгораемых элементов (колонны, бал­ки, фундаменты и т. д.).

 

Выбирается тип (марка) генератора высокократной пены и устанавливается его производительность по пене q_n .

Определяется расчетное количество генераторов высоко­

кратной пены п по формуле

(IV. 1.37)

 

 

 

где к_р - коэффициент объемного разрушения пены; τ -мак­симальное время заполнения пеной защищаемого объема, мин; к — кратность пены.

Коэффициент к_р рассчитывается по формуле

к_р=К₁К₂К₃,                                                                (IV.1.38)

где К1 - коэффициент, учитывающий усадку пены, принима­ется равным 1,2 при высоте помещения до 4 м и 1,5 - при вы­соте помещения до Юм; К₂ - коэффициент, учитывающий возможные утечки пены через сетку и щели неплотно закры­тых проемов, принимается равным 1,2 (для герметичных по­мещений принимается равным 1); Kз - коэффициент, учиты­вающий влияние дымовых газов на разрушение пены; для пе­ны, получаемой с использованием чистого воздуха, принима­ется равным 1, а с использованием дымовых газов, образую­щихся при сгорании горючих материалов, - 1,5.

Максимальное время заполнения пеной объема защи­щаемого помещения принимается не более 10 мин.

Определяется расход АУП по раствору пенообразователя Q.

Если количество одновременно работающих пеногенера-торов не превышает трех, то для упрощения расчетов можно использовать формулу

 

(IV. 1.39)