Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ требований к системам внутреннего противопожарного водоснабжения 10
1.1 Системы водоснабжения и режим их работы 10
1.2 Устройство противопожарного водоснабжения как важнейшего условия борьбы с пожарами 15
1.3 Проблемы моделирования работы систем противопожарного водоснабжения 18
2. Гидравлические расчеты сетей внутреннего противопожарного водоснабжения 20
2.1 Основные принципы гидравлического расчета 20
2.2 Методика расчета тупиковых и кольцевых гидравлических сетей противопожарного водоснабжения 30
2.3 Методы расчета процесса движения жидкости к пожарному крану 36
2.4 Оценка гидравлического быстродействия систем противопожарного водоснабжения 41
2.5 Проблема учета негерметичности трубопровода 46
3. Моделирование гидравлических сетей противопожарного водоснабжения 51
3.1 Математическое моделирование гидравлических сетей противопожарного водоснабжения с учетом перепада высот 51
3.2 Компьютерное моделирование вариантов сетей внутреннего противопожарного водоснабжения 55
3.3 Экспериментальная проверка адекватности математических моделей сети противопожарного водоснабжения 59
3.4 Математическое моделирование инерционности гидравлических сетей внутреннего противопожарного водоснабжения 61
3.5 Имитационное моделирование гидравлических сетей с учетом негерметичности трубопроводов 66
Выводы 85
Литература 86
- Устройство противопожарного водоснабжения как важнейшего условия борьбы с пожарами
- Проблемы моделирования работы систем противопожарного водоснабжения
- Методы расчета процесса движения жидкости к пожарному крану
- Компьютерное моделирование вариантов сетей внутреннего противопожарного водоснабжения
Введение к работе
Актуальность работы. Пожары исторически являются одним из самых страшных бедствий, соизмеримых по потерям с постоянно ведущейся войной среднего масштаба. Они возникают чаще всего в зданиях и сооружениях, приводя к человеческим жертвам и значительному материальному ущербу.
Для борьбы с пожарами в зданиях и сооружениях, как правило, необходимы большие объёмы воды, для чего населённые пункты оборудуются наружным противопожарным водопроводом. В его состав входят насосные станции, кольцевые и тупиковые сети, гидранты, водоёмы. На этапах строительства здания и сооружения оборудуются внутренним противопожарным водопроводом, содержащим стояки с пожарными кранами, водомерные узлы, задвижки и др. необходимые устройства. Внутренний противопожарный водопровод зданий и сооружений может иметь как собственные насосные установки, так и непосредственно подсоединяться к сети наружного противопожарного водопровода. На практике используются и сухотрубы, запитываемые как от магистралей противопожарного водопровода, так и от пожарных автомобилей - автоцистерн и автонасосов. Промышленные и складские здания и сооружения часто оборудуются дренчерными установками пожаротушения.
Исходя из опыта тушения пожаров и теоретических исследований, нормативные документы регламентируют необходимое число стволов (струй) и расход воды из них в зависимости от этажности и объёма зданий и сооружений (например, согласно СП 10.13130.2009 «Внутренний противопожарный водопровод» - 2 ствола расходом по 2,5 л/с). Эти требования обязательны к исполнению при проектировании, строительстве или реконструкции зданий и сооружений. Для этого, исходя из геометрических соображений (расстояния до водоисточника и объёмно-планировочных характеристик здания или сооружения), определяется конфигурация сети внутреннего противопожарного водопровода, подбираются диаметры гидравлических магистралей и, при необходимости, параметры насосов. При этом, как правило, используются нормативные методы или проводятся расчёты с использованием специализированных компьютерных программ.
Однако при эксплуатации зданий и сооружений имеют место процессы старения трубопроводов (увеличивается шероховатость внутренних стенок, появляются свищи и неплотности в соединениях), что отрицательно влияет на расходы воды из стволов при пожаре. Это приводит к изменениям в характеристиках гидравлических магистралей и в итоге - к снижению расходов из стволов или оросителей до недопустимо малых величин, препятствующих успешному тушению пожара. Например, шероховатость стальных труб значительно, т.е. в 6 + 15 раз (!) возрастает по мере их старения (до 1,2 + 1,5 мм по сравнению с шероховатостью новых труб 0,02 -ь 0,1 мм), что для труб с внутренним диаметром 50 мм приводит к возрастанию коэффициента линейного сопротивления в 2,5 -5- 3 раза. Это, в свою очередь, ведет к снижению водоотдачи в 1,6 + 1,7 раза, что весьма отрицательным образом может сказаться на возможности успешной борьбы с огнем на начальной стадии пожара.
Особенно проблема обеспечения достаточности противопожарного водоснабжения усугубляется в условиях чрезвычайных ситуаций природного или техногенного характера, когда пожару предшествует, например, землетрясение, оползень, взрыв в здании (сооружении), или поблизости с ним. При этом происходит сотрясение и деформация гидромагистралей, что также приводит к их частичной
разгерметизации, отрицательно влияющей на расходы воды из стволов при тушении пожара. Водоотдача сети противопожарного водоснабжения в этом случае может снизиться в 1,5 -і- 2 раза и более с соответствующими отрицательными последствиями.
Но, в любом случае, при пожаре жизненно важно обеспечение быстрой подачи воды через сухотрубы к стволам или оросителям, в связи с этим необходимо учитывать некоторую задержку её подачи при проектировании систем пожаротушения.
Известные нормативные и аналитические методы, как правило, не позволяют при проектировании внутреннего противопожарного водопровода и расчётных оценках его характеристик на этапе эксплуатации учесть указанные эффекты. Тем более, что приводимые в литературе по противопожарному водоснабжению, СП 5.13130.2009 и, действующих до его введения НПБ 88-01 гидравлические сопротивления заданы в виде, затрудняющем их использование для расчётов на основании теории течения жидкости. Кроме того, совершенно не учитывается эффект задержки подачи воды при вытеснении ею воздуха, заполнявшего сухотрубы, что занимает драгоценные секунды, критически важные для ликвидации очага пожара на самой начальной стадии возгорания.
С другой стороны, использование специализированных компьютерных программ для гидравлических расчётов (например, Hydrocad) проблематично ввиду их ограниченной доступности (высокая стоимость лицензионной версии и обучения пользователя) и сложности в верификации полученных результатов.
Таким образом, целью работы является создание комплекса методик гидравлического расчёта системы противопожарного водоснабжения зданий и сооружений с учетом возможных аварийных ситуаций.
Задачи исследования:
разработать методику анализа и синтеза сетей внутреннего противопожарного водопровода с учетом перепада высот подачи стволов;
разработать методику оценки гидравлической инерционности сетей с учетом сопротивления вытесняемого воздуха;
разработать методику и математическую модель для оценки водоотдачи внутреннего противопожарного водопровода с учетом возможной разгерметизации магистралей при возникновении аварийных ситуаций;
разработать рекомендации по обеспечению устойчивого противопожарного водоснабжения.
Объект исследования - гидравлические сети внутреннего противопожарного водоснабжения зданий и сооружений.
Предмет исследования - методы гидравлических расчетов.
Методы исследования: системный анализ, теория напорного движения жидкости, теория гидравлических машин.
Научная новизна результатов диссертационной работы заключается в получении аналитических зависимостей для анализа и синтеза гидравлической системы внутреннего противопожарного водоснабжения зданий и сооружений с учетом перепадов высот, негерметичности магистралей и инерционности подачи огнетушащего вещества (ОТВ).
Практическая значимость работы заключается в потребности использования разработанных методик расчетов и компьютерных моделей гидравлических сетей внутреннего противопожарного водопровода проектными и эксплуатирующими организациями, а также контролирующими органами для оценки их соответствия нормам пожарной безопасности при эксплуатации.
Достоверность и обоснованность основных положений исследования подтверждается применением современных математических методов, корректным использованием результатов расчётов гидравлических характеристик сетей, пожарных рукавов и стволов, апробацией полученных результатов на практике, а также натурным экспериментом и согласованностью результатов с известными методами расчетов, справедливость которых не вызывает сомнений.
Основные положения, выносимые на защиту.
Методика анализа и синтеза сетей внутреннего противопожарного водопровода с учетом перепада высот при подаче стволов и отвода жидкости (в т.ч. утечек при ЧС).
Методика оценки гидравлической инерционности сетей с учетом сопротивления вытесняемого воздуха.
Компьютерные модели и результаты моделирования водоотдачи внутреннего противопожарного водопровода с учетом возможной разгерметизации магистралей при возникновении аварийных ситуаций.
Апробация работы. Научные результаты, полученные в результате исследований, докладывались на научных семинарах кафедры пожарной безопасности зданий и сооружений СПб университета ГПС МЧС России, а также на международных научно-практических конференциях:
«Актуальные проблемы защиты населения и территорий от пожаров и катастроф», Санкт-Петербург, 21 июня 2006 г. СПБ.: Санкт-Петербургский институт ГПС МЧС России, 2006.
«Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы», Санкт-Петербург, 29-30 октября 2009 г. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2009.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.
Реализация результатов исследования. Разработанные методики и практические рекомендации по анализу и синтезу систем противопожарного водоснабжения внедрены в практику проектирования ООО «Пожинжиниринг» и ООО «НИКА-Центр» и внедрены в учебный процесс СПб университета ГПС МЧС России.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3-х глав, заключения, списка использованных литературных источников и двух приложений. Общий объем работы 120 страниц, в т.ч. 37 рисунков и 10 таблиц.
Устройство противопожарного водоснабжения как важнейшего условия борьбы с пожарами
Гидравлический расчет трубопроводов - одна из старейших инженерных задач в истории человечества. С появлением примерно три с половиной тысячи лет назад первых водопроводов и до наших дней с этой задачей обязательно сталкивается любой проектировщик трубопроводов.
Научные основы гидравлических расчетов были заложены только в XVIII-XIX веках, вместе со становлением механики жидкости и газа, и неразрывно связаны с именами основоположников современной механики — Даниила Бернулли (уравнение Бернулли для течения жидкости), Жана Луи Мари Пуазейля (закон ламинарного течения Гагена-Пуазейля), Осборна Рейнольдса (число Рейнольдса, определяющее режим течения) и многих других. С открытием закона квадратичного турбулентного течения (уравнение Дарси-Вейсбаха) задача гидравлического расчета трубопроводов обретает точную математическую формулировку.
Уравнения, описывающие даже простейший случай однофазного установившегося изотермического течения- в разветвленном трубопроводе, существенно нелинейны, и задача их эффективного решения далеко не тривиальна. Первый эффективный инженерный метод их решения - метод поконтурной увязки Лобачева-Кросса (в западной литературе называемый просто методом Харди Кросса)- был предложен в 30-х годах прошлого века идо сих пор широко используется в инженерных расчетах.
Разнообразие и сложность задач, возникающих в области гидравлического расчета и оптимального выбора параметров трубопроводных систем, являются своеобразным вызовом работающим в этой области специалистам. Исследования и разработки в этой области продолжают развиваться по нарастающей в таких направлениях, как: - накопление опытных данных и математическое описание по гидравлическим сопротивлениям при различных режимах течения; - решение задач оптимизации параметров трубопроводов при проектировании; - расчет переходных процессов и гидроударов в трубопроводных системах; - моделирование, расчет и управление трубопроводами в реальном времени и многих других.
Надо сказать, что отечественные ученые и инженеры всегда были на передовом рубеже этой работы. Так, выдающийся российский инженер В.Г. Шухов заложил основы гидравлического расчета нефтепроводов и предложил известную формулу падения температуры продукта в трубопроводе (формула Шухова). Среди наших соотечественников- основоположники теории гидравлических цепей В.Я. Хасилев и А.П. Меренков, создавшие научные основы применения компьютерных программ для гидравлических расчетов трубопроводов; И.Е. Идельчик, составивший и опубликовавший мировой бестселлер - до сих пор непревзойденный по качеству и охвату справочник гидравлических сопротивлений; М.Г. Сухарев -один из ведущих российских специалистов в области математического и компьютерного моделирования трубопроводных систем.
Система водоснабжения представляет собой комплекс водопроводных сооружений и устройств, осуществляющих получение воды из природных источников, очистку (в случае необходимости), транспортирование, хранение запасов воды и подачу потребителям [23].
Под противопожарным понимают такое водоснабжение, которое кроме удовлетворения хозяйственно-питьевых и производственных нужд полностью обеспечивает подачу воды в любое время суток в количестве, необходимом для тушения пожара, как снаружи, так и внутри зданий и сооружений.
Системы противопожарного водоснабжения бывают естественными и искусственными. К естественным источникам противопожарного водоснабжения относятся водоемы, пруды, реки, озера, моря, имеющие благоустроенные подъезды для забора воды пожарными насосами. К искусственным источникам-противопожарного водоснабжения относятся водопровод, а также сеть пожарных водоемов и резервуаров.
Противопожарное водоснабжение может быть осуществлено от водопровода, объединенного с хозяйственно-питьевым и производственным водопроводом, или от самостоятельного противопожарного водопровода, если объединение его с водопроводом другого назначения экономически нецелесообразно. Существуют определенные нормы расхода воды на наружное и внутреннее пожаротушение, которые учитываются при проектировании, строительстве и реконструкции зданий и сооружений.
Противопожарные водопроводы в зависимости от расположения подразделяют на наружные и внутренние, а по величине напора — на водопроводы низкого и высокого давления.
В водопроводе низкого давления напор, необходимый для тушения пожара, создается передвижными пожарными насосами (пожарными автоцистернами, автонасосами или мотопомпами), подающими воду от гидрантов к месту пожара. Свободный напор воды в сети водопровода низкого давления при пожаротушении должен обеспечить подачу струи из пожарного ствола на расстояние не менее 10 м.
В противопожарном водопроводе высокого давления необходимый напор для тушения пожара из гидрантов создается стационарными пожарными насосами (только на время пожара), входящими в состав постоянных водопроводных сооружений и устанавливаемыми в зданиях насосных станций или в; отдельных помещениях. Насосы включают не позднее 5 мин после сообщения» о пожаре; при этом они создают необходимый напор воды для
Проблемы моделирования работы систем противопожарного водоснабжения
Для подачи воды к потребителю от водоисточника используются насосные станции I и II подъема и повысительные насосные станции.
Насосные станции I подъема забирают воду непосредственно от водоитсточника. Насосные станции II подъема (рис.2.1) подают воду к потребителям обычно из резервуаров чистой воды. Эти станции являются основными сооружениями, обеспечивающими подачу воды па нужды пожаротушения. Вода может быть подана под необходимым напором для тушения пожаров непосредственно от пожарных гидрантов (система высокого давления) или под напором, достаточным для тушения пожаров передвижными пожарными автонасосами (системы низкого давления).
Насосы II подъема рассчитывают на подачу воды для тушения пожаров при наибольшем часовом расходе воды на производственно-хозяйственные нужды. Если необходимый для пожаротушения напор равен или меньше напора производственно-хозяйственных насосов, то пожарный насос устанавливают такого же напора, как и остальные насосы, а подача суммарного пожарного и производственного расходов воды обеспечивается параллельным включением дополнительных (пожарных) насосов. Когда необходимый для пожаротушения напор окажется выше напора производственно-хозяйственных насосов, устанавливают отдельные пожарные насосы, подача которых обеспечивает пожарный и максимальный производственно-хозяйственные расходы. При работе этого насоса производственно-хозяйственные насосы выключаются. о)
Для повышения напора (для подкачки поды) на отдельных участках сети или зданий устраивают повысительные насосные станции. При этом насосная станция может состоять из отдельных компонентов (рис. 2.2) или использоваться насосная установка, собираемая на заводе-изготовителе (рис. 2.3). По степени надежности водопроводные насосные станции подразделяются на три категории. К первой категории, согласно требованиям, относятся насосные станции, которые обслуживают объекты с технологическим оборудованием, не допускающим перерыва подачи воды (например, металлургические, химические и другие производства), или перерыв подачи воды может привести к большому материальному ущербу и остановке сложного технологического процесса. Насосные станции второй категории допускают короткий перерыв в подаче воды потребителям на время, необходимое для включения обслуживающим персоналом резервных агрегатов. Насосные третьей категории допускают перерыв в подаче воды потребителям на время ликвидации аварии, но не свыше одних суток (в населенных местах с числом жителей до 5000 чел., во вспомогательных цехах и т, п.).
Насосные станции многофункциональных систем коммунального водоснабжения городов относятся к первой категории надежности, а при наличии емкостей с соответствующим пожарным запасом воды, обеспечивающих необходимую подачу воды под соответствующим напором при выключении насосов, - ко второй категории.
На пожарных насосах устанавливают резервные насосы, число которых зависит от класса надежности в соответствии с нормативными требованиями. Насосные станции первой и второй категории надежности бесперебойно снабжаются энергией, для чего их присоединяют к двум независимым источникам энергии или питают от двух отдельных фидеров. В некоторых случаях их подключают к резервным агрегатам, установленным на электростанциях, или к тепловым двигателям в насосных станциях. Бесперебойность работы насосных станций обеспечивается автоматической системой, позволяющей переключать питание аварийных насосно-силовых агрегатов на резервные.
Для облегчения устройства автоматизации и повышения надежности работы насосов- в насосных станциях первой и второй категорий насосные агрегаты рекомендуется располагать ниже расчетного уровня воды в водоисточнике, или резервуаре чистой воды. Принцип работы классической насосной установки: при открытии крана вода поступает из гидроаккумулятора, в котором она находится под избыточным давлением. Если давление падает ниже некоторого порогового уровня, то управляющий элемент (реле давления) автоматически включает насос, который и обеспечивает необходимый расход воды с заданным давлением. При закрытии крана насос еще некоторое время работает для заполнения гидроаккумулятора водой и доведения давления в системе до заданного верхнего порогового значения. По его достижению реле выключает насос. Насос не работает, но станция готова к следующему запуску.
Методы расчета процесса движения жидкости к пожарному крану
Для успешного тушения пожаров во многих зданиях (жилых, общественных, административно-бытовых, промышленных, складских) согласно п.86 гл. 19 «Технического регламента» [ПО] оборудуется внутренний противопожарный водопровод. В жилых зданиях с числом этажей до 16 и длиной коридоров до 10 метров, в зданиях управлений, общежитий и общественных зданий с числом этажей до 10 и объемом до 25000 м3 и в административно-бытовых зданиях промышленных предприятий объемом до 25000 м3 согласно табл. 1 СНиП 2.04.01-85 [104] допускается на тушение пожара от пожарных кранов подавать один ствол (одну струю) с расходом 2,5 л/с, что соответствует гидравлической схеме на рис.2.9.
В процессе эксплуатации систем противопожарного водоснабжения могут возникать различные аварийные ситуации (такие как: техногенные катастрофы, природные катаклизмы, старение трубы, заводской брак и т.д.), в результате которых могут образовываться разрывы, свищи в трубах, неплотности прокладок и др.
Негерметичности гидромагистралей могут отрицательно сказаться на расходе воды, подаваемой на тушение от пожарного крана. Поскольку в специальной литературе (например, [23]) данной проблеме уделено недостаточно внимания, представляется целесообразно промоделировать наличие утечек (рис. 2.10).
Полагая справедливым закон Дарси - Вейсбаха [58], выведены и представлены в таблице системы нелинейных алгебраических уравнений для оценки величины расхода О из ствола пожарного крана. Здесь использованы общепринятые обозначения: - коэффициент местного сопротивления задвижки [25]; %пов 1Д - коэффициент местного сопротивления поворота трубопровода; Я - коэффициент линейного сопротивления трубопровода; зависящий- от шероховатости, оцениваемой эквивалентной величиной Кэ;
Таким образом, в данной главе рассмотрены методы анализа и синтеза гидравлических сетей с учётом сценариев подачи ОТВ, а также наличия повышенной шероховатости и частичной негерметичности (свищей, разрывов, неплотностей). Выведены соответствующие уравнения гидравлического баланса, учитывающие перепады высот подачи ОТВ, частичную негереметичность, повышенную шероховатость и инерционность движения жидкости при сопротивлении вытесняемого воздуха из магистралей.
Для ряда вариантов получены решения в аналитическом виде. Тем не менее, особый интерес представляет проведение гидравлических расчётов для систем противопожарного водоснабжения конкретных объектов и сопоставление результатов расчётов с натурным экспериментом. Глава 3 Моделирование гидравлических сетей противопожарного водоснабжения Математическое моделирование гидравлических сетей противопожарного водоснабжения с учетом перепада высот
Прикладной задачей анализа систем внутреннего противопожарного водопровода [23] является оценка достаточности расхода воды из пожарных кранов при том или ином сценарии пожара. Для иллюстрации проведём такую оценку для 5-этажного общежития (рис.3.1).
Схема внутреннего противопожарного водопровода 5-этажного здания: 1 — магистраль городского водопровода; 2 — водомерный узел; 3 — стояк в лестничных клетках; 4 - здание
Внутренний противопожарный водопровод этого здания запитывается от магистрали диаметром 800 мм с напором 4 атм. От неё к зданию через водомерный узел идёт заглублённый трубопровод диаметром 100 мм длиной 120 м. Пожарные краны расположены в лестничных клетках поэтажно на вертикальных стояках диаметром 50 мм, разнесённых друг от друга на расстояние 35 м. К пожарных кранам подключены непрорезиненные пожарные рукава длиной по 20 м и диаметром 51 мм со стволами РС-50. В соответствии с [104] для тушения пожара внутренний противопожарный водопровод должен обеспечивать подачу 2-х струй из стволов пожарных кранов расходом не менее, чем 2,5 л/с.
Для проведения гидравлических расчётов такой противопожарный водопровод можно представить в виде 2-х тупиковых сетей (рис.3.2), гидравлические сопротивления которых можно оценить по выражению (2.21). При этом возникает необходимость привести пожарные рукава и стволы к местным гидравлическим сопротивлениям, что проделано в главе 2.
Одним из наиболее сложных пожаров в таком здании является пожар на 5-м этаже (высота 15 м) в средней его части. При тушении пожара вода должна подаваться из пожарных кранов с обеих лестничных клеток. Для сети, приведённой нарис. 3.2, будут иметь место соотношения:
Предлагаемая схема подачи воды при тушении пожара в левом крыле здания: ВУ- водомерный узел; 0, 1,2- номера отводов (пожарных кранов); Qj, Q2 — расходы жидкости из отводов; х, у, z — условные расходы; Ао — коэффициент сопротивления отвода; A0j, AQ2, An - коэффициенты сопротивления участков между отводами Поскольку решение системы алгебраических уравнений (3.9) - (3.11) относительно х, у и z невозможно аналитически, была использована специальная компьютерная программа в системе Mathematica.
Mathematica является ведущим программным продуктом для обработки числовых, символьных и графических данных, повсюду используемым профессионалами практически в каждой ветви научных и технических вычислений. Она обладает большой скоростью работы, точностью и интегрированностью. Mathematica автоматически отслеживает точность числовых результатов при каждом расчете и осуществляет необходимую настройку своих встроенных алгоритмов, чтобы обеспечить необходимый уровень точности. С использованием этой программы стало возможным решение системы алгебраических выражений с тремя неизвестными.
Компьютерное моделирование вариантов сетей внутреннего противопожарного водоснабжения
Решение системы обыкновенных дифференциальных уравнений (2.51) - (2.53) с учетом выражений (2.54) - (2.63) не представляется возможным получить аналитическими методами, в связи с чем была использована компьютерная программа Maple.
Пакет аналитических вычислений Maple является мощным инструментом решения математических проблем и обеспечивает решение широкого спектра инженерных, математических и научных задач. Более двух тысяч эффективно реализованных команд позволяют решать задачи алгебры, математического анализа, дифференциальных уравнений с помощью усовершенствованных алгоритмов решения стандартных дифференциальных уравнений (ODEs), дифференциальных уравнений с частными производными (PDEs) и дифференциальных алгебраических уравнений (DAEs).
Эта программа использует новые алгоритмы для решения классов нелинейных стандартных дифференциальных уравнений 1 и 2 порядка и линейных дифференциальных уравнений 3 порядка, а также статистики, теории графов и многие другие. Maple предлагает усовершенствованные и высокопроизводительные средства численных и символьных вычислений с возможностью представления математических результатов в виде подробной технической документации. Система обеспечивает высокое качество графики и анимации и предоставляет комплекс инструментов для редактирования документов и средства управления визуализацией результатов.
С использованием этой программы стало возможным оценить характер скорости движения жидкости по сухотрубу (рис.3.10). Также было оценено влияние шероховатости Кэ и диаметра dK на гидравлическую инерционность схемы (рис. 3.9) - см. рис. 3.13 - 3.15. В частности, показано, что шероховатость в пределах до 2 мм незначительно ( на 20%) увеличивает гидравлическую инерционность, а при диаметрах выходного отверстия dK 10мм сопротивление воздуха в трубопроводе может не учитываться.
Результаты моделирования в виде зависимостей Q от Fome и Кэ приведены на рис. 3.14 - 3.21. Как следует из их анализа, расход Q из ствола падает с ростом площади отверстия, увеличением их количества и возрастанием шероховатости (старением) трубопроводов. Как следует из рис. 3.21, имеет место квадратичный закон соотношения между расходом Q и давлением рс перед стволом, что служит дополнительным подтверждением правильности расчетов.
На основании результатов моделирования (рис.3.13-3.21) для схемы на рис. 2.10 построен обобщенный график «предельные величины отверстий (свищей) -шероховатость» (см. рис. 3.22), когда уже расход Q из ствола пожарного крана становится меньше нормативного значения QH = 2,5 л/с.
Влияние площади отверстия на расход из ствола для схемы нарис. 2.10- е при различных шероховатостях. 200 400 600 800 1000 1200 FOTB, КВ. ММ Рис. 3.20. Влияние площади отверстия на расход из ствола для схемы нарис. 2.10-ж при различных шероховатостях. з
Напорно-расходные характеристики стволов для крайних значений шероховатостей трубопроводов для схем на рис.2.10:
Зависимость предельной величины отверстия (свища) от шероховатости трубопроводов для различных схем. Таким образом, создана методика моделирования влияния шероховатости трубопроводов системы внутреннего пожаротушения зданий на величину расхода воды из ствола пожарного крана при различных состояниях (шероховатости) внутренних стенок трубопроводов. Данная методика базируется на общепринятых гидравлических соотношениях и эффективном аппарате Matlab и позволяет оценивать влияние негерметичности для широкого класса вертикальных тупиковых сетей, к которому, в частности, относятся сети внутреннего противопожарного водопровода.
Таким образом, в данной главе осуществлено математическое моделирование подачи ОТВ от пожарных кранов для различных вариантов пожаров на 5-м этаже типового пятиэтажного административного здания. Проведён соответствующий натурный эксперимент, показавший хорошее совпадение величин расходов из стволов с результатами расчётов.
Также проведены расчёты инерционности подачи ОТВ при наличии сухотрубов и расчёты водоотдачи при повышенной шероховатости трубопроводов и их частичной негерметичности. В последнем случае построена допустимая рабочая область, когда обеспечивается подача нормативного расхода воды.
Расчёты и эксперимент позволили сформулировать конкретные рекомендации по обеспечению достаточного водоснабжения, в частности, путём закольцовки стояков. Выводы
По работе получены следующие результаты:
1. Разработана методика анализа и синтеза сетей внутреннего противопожарного водопровода с учетом перепада высот подачи стволов. Методика подтверждена натурным экспериментом и позволяет для существующей системы противопожарного водоснабжения оценить её соответствие нормативным требованиям при различных сроках эксплуатации и работы в аварийных условиях и принимать обоснованные решения о необходимости модернизации.
2. Разработана методика оценки гидравлической инерционности сетей с учетом сопротивления вытесняемого воздуха. Методика применима для систем внутреннего противопожарного водоснабжения с сухотрубами и автоматических систем пожаротушения (спринклерных воздухозаполненных и дренчерных), и позволяет оценить время, за которое огнетушащее вещество достигнет ствола или оросителя.
3. Разработаны математическая модель и методика оценки водоотдачи внутреннего противопожарного водопровода с учетом возможной разгерметизации магистралей при возникновении аварийных ситуаций. Модель и методика позволяют учитывать влияние различного рода утечек на расходы воды из стволов, подаваемых на тушение пожара.
4. Разработаны рекомендации по обеспечению устойчивого противопожарного водоснабжения.
5. Разработана методика приведения гидравлических сопротивлений пожарных рукавов и пожарных стволов к коэффициентам линейного и местного гидравлического сопротивления. Методика позволяет пересчитать коэффициенты, которые приводятся в справочных и нормативных документах, и привести их в соответствие с системой СИ.
