СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ И УСТРОЙСТВО СПРИНКЛЕРНОЙ ВОЗДУШНОЙ УСТАНОВКИ ПОЖАРОТУШЕНИЯ
SPRINKLER AIR FIRE EXTINGUISHING UNIT CONTROL METHOD AND DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к области спринклерных воздушных установок пожаротушения, характерной особенностью которых является заполненные водой в дежурном режиме подводящие трубопроводы, отсутствие воды в питающих и распределительных трубопроводах и поддержание в них пневматического давления. Это обстоятельство позволяет применять такие установки в помещениях с отрицательной температурой окружающей среды.
Принцип действия воздушной спринклерной установки заключается в следующем. При активации спринклерного оросителя через его выходное отверстие начинается истечение воздуха. При уменьшении давления до определенного уровня срабатывает спринклерный сигнальный клапан, и вытеснение воздуха из трубопроводной сети происходит под воздействием давления водяного потока [Веселов А.И., Мешман Л.М. Автоматическая пожаро- и взрывозащита предприятий химической и нефтехимической промышленности. М.: Химия, 1975. С.121-124].
Следует отметить, что необходимость поддержания пневматического давления в трубопроводной сети вызвана необходимостью после того, как сработает ороситель, обеспечить выдачу информирующего сигнала о пожаре и формирования управляющих команд на запуск пожарных насосов и, при необходимости, на управление вытяжной, приточной или противодымной вентиляцией, отключение технологического оборудования и т.п. Выдача информирующего сигнала о пожаре и формирование управляющих команд в существующих спринклерных воздушных установках осуществляется только после срабатывания сигнального клапана. Сигнальный клапан может сработать только в том случае, если давление в трубопроводной сети снизится до определенной величины.
Существенный недостаток воздушных установок заключается в их чрезвычайно продолжительном времени срабатывания, т.е. времени срабатывания с момента активизации спринклерного оросителя до появления из него огнетушащего вещества. Инерционность прежде всего зависит от вместимости трубопроводной сети питающих и распределительных трубопроводов и значения начального пневматического избыточного давления.
Низкое быстродействие объясняется необходимостью вытеснения воздуха, заключенного в питающих и распределительных трубопроводах. Вместимость этих трубопроводов может составлять несколько кубометров, давление в воздушной сети - 0,2 МПа, а диаметр выходного отверстия - всего 0 (10-15) мм, иногда 0 20 мм. При этих параметрах собственное время срабатывания спринклерной АУП (без учета активации собственно спринклерного оросителя) исчисляется минутами, что отрицательно сказывается на эффективности АУЛ.
Для сокращения времени срабатывания спринклерных воздушных установок всех видов используются акселераторы и эксгаустеры [СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования» (пп.3.9, 3.119, 5.2.5 и 5.2.9)] (акселератор - устройство, обеспечивающее при срабатывании спринклерного оросителя открытие спринклерного воздушного сигнального клапана при незначительном изменении давления воздуха в питающем трубопроводе; эксгаустер - устройство, обеспечивающее при срабатывании спринклерного оросителя ускорение срабатывания спринклерного воздушного сигнального клапана путем активного сброса давления воздуха из питающего трубопровода).
Например, в спринклерной воздушной установке пожаротушения (Stationare Feuerloschanlage) [Заявка Германии 19601777, МПК А62С 35/62, 24.07.97] с целью минимизации инерционности срабатывания предлагается использовать дифференциальный датчик давления, который при определенном изменении пневматического давления выдает одновременно управляющий сигнал на привод в действие спринклерного сигнального клапана и эксгаустера. При достижении потоком воды оросителя эксгаустер закрывается.
Аналогичное устройство реализовано в спринклерной воздушной установке - Способе и устройстве для привода в действие спринклерной воздушной установки противопожарной защиты (Verfaren und Vorrichtung zum Betreiben einer Feuerlosch-Trockensprinkleranlage) [Заявка Германии 19716585, МПК А62С 35/68, 22.10.98]. Установка снабжена клапаном, смонтированном на питающем трубопроводе и открывающимся по сигналу, например, автоматических пожарных извещателей.
В настоящее время получили распространение спринклерные оросители с контролем срабатывания - Спринклерный ороситель [например, патент РФ №2170125, МПК А62С 37/08, 10.07.2001]. Эти оросители снабжены нормально замкнутым контактным устройством (устройством контроля срабатывания). При пожаре под воздействием тепловых потоков ороситель активируется, и под действием диспергируемого потока огнетушащего вещества контактное устройство распадается и размыкается, благодаря чему может формироваться сигнал об идентификации места загорания и для управления техническими средствами спринклерной установки пожаротушения и техническими средствами технологического процесса.
При определении соответствия отличительных признаков предлагаемого изобретения критерию «изобретательский уровень» был проанализирован уровень техники в области спринклерных воздушных установок и, в частности, известные способы и устройства, обеспечивающие их быстродействие, а также способы и устройства спринклерных автоматических установок пожаротушения с принудительным (управляемым) пуском.
Известна спринклерная установка пожаротушения - Установка для тушения пожара [патент на полезную модель РФ №95528, МПК А62С 37/08, 10.07.2010], которая содержит находящуюся под давлением водозаполненную трубопроводную распределительную сеть, на которой установлены спринклерные оросители, оснащенные устройством принудительного пуска и устройством контроля срабатывания, подключенную к питателю огнетушащего вещества (пожарному насосу), а также комплект модулей контроля и пуска, включенных в сигнальную линию, подключенную к пожарному адресному прибору приемно-контрольному и управления. По своему функциональному назначению данная установка согласно п.5.5 СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования» является спринклерной водозаполненной с принудительным (управляемым) пуском. При активации какого-либо спринклерного оросителя, оснащенного устройством принудительного пуска и устройством контроля срабатывания, в пожарном адресном приемно-контрольном и управляющем приборе происходит анализ поступившей информации об активированном оросителе, и вырабатывается программное управляющее воздействие на привод в действие расположенных в определенном порядке оросителей.
Недостатком данной установки пожаротушения является отсутствие возможности использования ее в качестве спринклерной воздушной установки, т.к. в ней не предусмотрено устройство спринклерного сигнального клапана, разделяющего в дежурном режиме заполненный водой и находящийся под давлением подводящий трубопровод от находящегося под пневматическим давлением питающий трубопровод.
Известна Спринклерная установка пожаротушения с блокированием пуска [патент на полезную модель РФ №80121, МПК А62С, 15.08.2008]. Эта установка (в воздушном исполнении) состоит из последовательно соединенных подводящего трубопровода и универсального сигнального клапана, системы автоматической подачи сжатого воздуха, распределительных трубопроводов со спринклерными оросителями, подключенных в крайней точке трубопроводной сети эксгаустера и сигнализатора уровня жидкости, установки пожарной сигнализации в комплекте с автоматическими пожарными извещателями, связанной с универсальным сигнальным клапаном, эксгаустером и системой автоматической подачи сжатого воздуха.
В исходном состоянии (дежурный режим работы) подводящий трубопровод находится под давлением воды, питающий и распределительные трубопроводы находятся под пневматическим давлением. Сигнальный воздушный клапан и эксгаустер находятся в закрытом состоянии.
При срабатывании автоматических пожарных извещателей установка пожарной сигнализации подает управляющий сигнал на открытие универсального сигнального клапана и эксгаустера, одновременно происходит срабатывание сигнализатора давления, запуск пожарного насоса, заполнение питающего и распределительных трубопроводов огнетушащим веществом, вытеснение из трубопроводной сети через эксгаустер воздуха, отключение системы автоматической подачи сжатого воздуха. Таким образом, питающий и распределительный трубопроводы из воздухозаполненных переходят в состояние водозаполненных. При полном заполнении трубопроводной сети водой сигнализатор уровня выдает сигнал на закрытие эксгаустера. С этого момента спринклерно-дренчерная установка переходит в состояние предварительного ожидания. Подача огнетушащего вещества на объект защиты возможна только при активации любого спринклерного оросителя.
В случае активации оросителя раньше срабатывания автоматического пожарного извещателя через вскрытый ороситель сбрасывается воздух, но огнетушащее вещество не диспергируется, т.к. универсальный сигнальный клапан при отсутствии управляющего сигнала от установки пожарной сигнализации остается в закрытом состоянии и не пропускает воду в питающий и распределительные трубопроводы.
Основное назначение данной спринклерно-дренчерной установки - снижение вероятности ложного срабатывания установки при защите ею дорогостоящей продукции, которая теряет свой товарный вид при воздействии на нее огнетушащего вещества. При отрицательных температурах такие установки используются сравнительно редко, т.к. возникает вероятность ложной активации автоматического пожарного извещателя, вследствие чего возникают проблемы по восстановлению установки в исходное состояние (проблема связана с отводом воды из питающего и распределительных трубопроводов и последующей их осушкой).
Аналогичным по устройству и принципу действия является спринклерная водозаполненная установка с принудительным пуском - Система водяного пожаротушения [патент РФ №2414966, МПК В05В 12/00, А62С 37/08, 27.03.2011]. Эта установка содержит находящуюся под давлением водозаполненную трубопроводную разделенную на зоны распределительную сеть, на которой установлены спринклерные оросители, оснащенные устройством принудительного пуска, подключенную к питателю огнетушащего вещества, а также комплект модулей контроля и пуска, включенных в сигнальную линию, подключенную к пожарному адресному приемно-контрольному и управляющему прибору. По своему функциональному назначению данная установка согласно п.5.5 СП 5.13130.2009 «Системы противопожарной защиты. Установки пожарной сигнализации и пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования» является спринклерной водозаполненной с принудительным (управляемым) пуском. При активации какого-либо спринклерного оросителя, оснащенного устройством принудительного пуска и устройством контроля срабатывания, в пожарном адресном приемно-контрольном и управляющем приборе происходит анализ поступившей информации об активированном оросителе, и вырабатывается программное управляющее воздействие на привод в действие расположенных в определенном порядке оросителей.
Недостатком данного аналога является отсутствие возможности использовать данную установку в качестве спринклерной воздушной установки, т.к. в ней также не предусмотрено устройство спринклерного сигнального клапана, разделяющего в дежурном режиме заполненный водой и находящийся под давлением подводящий трубопровод от находящегося под пневматическим давлением питающий трубопровод.
Прототипом предлагаемого изобретения является традиционная спринклерная воздушная установка пожаротушения, приведенная в учебно-справочном пособии [Бабуров В.П. и др. «Автоматические установки пожаротушения», - М.: Пожнаука, 2009. С.6-7]. Установка содержит водопитатель, подводящий, питающий и распределительные трубопроводы, узел управления в комплекте со спринклерным воздушным сигнальным клапаном и сигнализатором давления, спринклерные оросители и автоматическую систему, обеспечивающую поддержание пневматического давления в заданных пределах. Подводящий трубопровод заполнен водой и находится под давлением, питающий и распределительные трубопроводы водой не заполнены и находятся под пневматическим давлением.
При возникновении пожара под действием теплового потока продуктов горения разрушается тепловой замок спринклерного оросителя, и через его вскрывшееся выходное отверстие начинается истечение воздуха. При снижении давления в трубопроводной распределительной сети до определенного уровня срабатывает спринклерный воздушный сигнальный клапан, вследствие чего вытеснение воздуха из трубопроводной сети происходит более интенсивно под воздействием водяного потока. При достижении водяного потока активированного оросителя происходит диспергирование из него распыленного огнетушащего вещества на очаг пожара.
Недостаток прототипа обусловлен конструктивной сложностью и проблемами, возникающими при эксплуатации, так как для поддержания работоспособности воздушной спринклерной установки необходимо ее оснащение дополнительным (по сравнению с водозаполненными спринклерными установками) пневматическим оборудованием, компрессором и системой автоматики для поддержания заданного пневматического давления (что требует затратного технического обслуживания), а также тем, что истечение огнетушащей жидкости из спринклерного оросителя после его активации происходит с задержкой, обусловленной длительностью процесса истечения воздуха, которым заполнены подводящий и распределительный трубопроводы. Длительность процесса истечения воздуха, то есть инерционность, может составлять несколько минут и зависет прежде всего от начального давления воздуха, разницы начального давления воздуха и давления срабатывания спринклерного воздушного клапана, от суммарной вместимости питающего и распределительных трубопроводов.
Целью заявляемого изобретения является повышение быстродействия спринклерной воздушной установки за счет применения дренчерного сигнального клапана и оросителей, оснащенных устройством контроля срабатывания, при полном отсутствии избыточного пневматического давления в питающих и распределительных трубопроводах, благодаря чему существенно сокращается время срабатывания установки, а также конструктивное упрощение установки за счет исключения избыточного пневматического давления в питающих и распределительных трубопроводах, устранения автоматической системы для поддержания пневматического давления в питающем и распределительных трубопроводах и разделения распределительной сети значительной вместимости на отдельные зоны.
Сущность заявляемого способа управления спринклерных воздушных установок пожаротушения, включающего обнаружение пожара, логическую обработку информации о состоянии входящих в состав спринклерной установки пожаротушения спринклерных оросителей с контролем срабатывания, и автоматический пуск установки, заключается в сочетании принципа действия спринклерной воздушной установки пожаротушения, спринклерно-дренчерной установки пожаротушения и спринклерной установки пожаротушения, оснащенной спринклерными оросителями с контролем срабатывания. В предложенном способе с целью сокращения времени срабатывания спринклерной установки используются незаполненные водой в дежурном режиме питающие и распределительные трубопроводы, в которых отсутствует избыточное давление воздуха, и осуществляется регистрация срабатывания любого спринклерного оросителя, оснащенного устройством контроля срабатывания и последующим приводом в действие дренчерного сигнального клапана. В случае, если распределительная трубопроводная сеть имеет большую вместимость, то дополнительно осуществляется идентификация принадлежности сработавшего спринклерного оросителя соответствующей секции трубопроводной сети, и управляющая команда на адресный пуск воды осуществляется только в ту зону трубопроводной сети, в которой находится активированный спринклерный ороситель, оснащенный устройством контроля срабатывания.
Сущность заявляемого устройства, включающего сигнальный клапан, трубопроводную сеть из питающих и распределительных трубопроводов и блок управления, контролирующий состояние входящих в состав спринклерной установки пожаротушения спринклерных оросителей и формирующий командный сигнал на открытие сигнального клапана, заключается в использовании в спринклерной установке дренчерного сигнального клапана и спринклерных оросителей, оснащенных устройством с контролем срабатывания, смонтированных на распределительных трубопроводах, не заполненных водой, и в которых отсутствует пневматическое давление, причем при большой вместимости разветвленной системы питающих и распределительных трубопроводов дополнительно используются управляемые нормально открытые (или нормально закрытые) запорные устройства, установленные в начале каждой зоны распределительной сети и соединенные с выходом блока идентификации принадлежности сработавшего оросителя соответствующей зоны, а вход блока идентификации принадлежности сработавшего оросителя соответствующей зоны трубопроводной сети соединен с выходом блока управления, контролирующего состояние входящих в состав спринклерной установки пожаротушения спринклерных оросителей, оснащенных устройством контроля срабатывания, и осуществляющий формирование командного сигнала на открытие дренчерного сигнального клапана.
Технический эффект, реализуемый заявленным способом и устройством, позволяет упростить спринклерную установку пожаротушения и существенно повысить ее быстродействие по сравнению с традиционными спринклерными установками пожаротушения.
Таким образом, отличительные признаки предлагаемого изобретения являются новыми и отвечают критерию «новизна».
Анализ других технических решений показал, что известные способы и устройства не решают отмеченные выше задачи, выполняемые заявляемым способом и устройством.
На основании изложенного можно сделать вывод, что заявляемое техническое решение соответствует критерию «изобретательский уровень», а само изобретение является новым.
На фигуре 1 представлена в соответствии с п.3 формулы структурная схема устройства. Устройство, изображенное на фигуре 1 состоит из дренчерного (а не спринклерного) сигнального клапана 1, спринклерных оросителей 2, оснащенных устройством контроля срабатывания, распределительных 3 и питающего 4 трубопроводов, блока управления 5 предназначенного для контроля состояния спринклерных оросителей, оснащенные устройством контроля срабатывания, и формирования управляющего сигнала на срабатывание дренчерного сигнального клапана 1.
Спринклерные оросители 2, оснащенные устройством контроля срабатывания, смонтированы на распределительных трубопроводах 3. В дежурном режиме дренчерный сигнальный клапан 1 закрыт. Питающий 4 и распределительные 3 трубопроводы водой не заполнены, и в них отсутствует избыточное давление воздуха. Блока управления 5 предназначен для контроля состояния спринклерных оросителей 2, оснащенные устройством контроля срабатывания, и формирования управляющей команды на срабатывание дренчерного сигнального клапана 1.
В случае пожара при срабатывании любого оросителя 2, оснащенного устройством контроля срабатывания, его нормально замкнутые контакты размыкаются, и данная информация поступает на блок управления 5, который формирует и выдает управляющую команду на открытие дренчерного сигнального клапана 1. При открытии дренчерного сигнального клапана 1 огнетушащее вещество заполняет питающий 4 и распределительные 3 трубопроводы и через активированные оросители 2, оснащенные устройством контроля срабатывания, подается на тушение пожара.
На фигуре 2 представлена в соответствии с п.4 формулы структурная схема устройства. Устройство, представленное на фигуре 2, используется для сокращения времени срабатывания автоматической установки пожаротушения, если трубопроводная сеть имеет разветвленную структуру большой вместимости. По сравнению с устройством, изображенным на фигуре 1, в устройство, представленное на фигуре 2, дополнительно введены управляемые нормально открытые (или нормально закрытые) запорные устройства 6, зоны трубопроводной сети 8-9 и блок идентификации 10 принадлежности сработавшего оросителя соответствующей зоне трубопроводной сети. Запорные устройства 6 устанавливаются в начале каждой зоны трубопроводной сети 7-9.
В дежурном режиме дренчерный сигнальный клапан 1 закрыт; спринклерные оросители 2, оснащенные устройством контроля срабатывания, смонтированы на распределительных трубопроводах 3. Питающие 4 и распределительные 3 трубопроводы водой не заполнены, в них отсутствует избыточное давление воздуха, а запорные устройства 6 в начале каждой зоны трубопроводной сети 7-9 открыты (или закрыты).
При срабатывании спринклерного оросителя 2, оснащенного устройством контроля срабатывания и находящегося в одной из зон трубопроводной сети 7-9 соответствующая информация поступает на блок управления 5, контролирующий состояние спринклерных оросителей с контролем срабатывания 2, который выдает управляющие команды на открытие дренчерного сигнального клапана 1 и на блок идентификации 10. В блоке идентификации 10 анализируется адресность поступившей информации, и выдается сигнал на закрытие тех запорных устройств 6, которые не принадлежат той зоне трубопроводной сети 7-9, в которой сработал спринклерный ороситель 2, оснащенный устройством контроля срабатывания (или на открытие того запорного устройства 6, которое принадлежат именно той зоне трубопроводной сети 7-9, в которой сработал спринклерный ороситель с контролем срабатывания 2). Поэтому огнетушащее вещество поступает только в ту зону трубопроводной сети, которой принадлежит сработавший спринклерный ороситель 2, оснащенный устройством контроля срабатывания.
Из соображений обеспечения работоспособности автоматической установки пожаротушения в случае отказа опции автоматического управления запорными устройствами 6 в общем случае в дежурном режиме предпочтительно их открытое состояние (т.к. при открытых запорных устройствах 6 огнетушащее вещество будет в любом случае подаваться на тушение пожара).
Запорные устройства 11-13 выполняют функции, присущие любому дренчерному узлу управления: запорное устройство 11 предназначается для перекрытия узла управления в процессе проведения ремонтных или профилактических работ, запорное устройство 12 - для исключения возможности поступления воды в питающие трубопроводы при проверке работоспособности дренчерного сигнального клапана, а запорное устройство 13 - для обеспечения эвакуации воды из трубопроводной сети в процессе проведения ремонтных или профилактических работ.
В дежурном и рабочем состоянии запорные устройства 11-12 открыты, а запорное устройство 13 закрыто.