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高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性的研究

摘  要    文章簡要介紹了高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備的可靠性模型及可靠度的計(jì)算方法，分析了系統(tǒng)功能作用過程及概率特征，指出了可靠性設(shè)計(jì)的原理和提高可靠性的方法，以利于消防給水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；并對系統(tǒng)可靠性的發(fā)展進(jìn)行了展望。

    關(guān)鍵詞  消防給水  消火栓  自動噴水滅火系統(tǒng)

 

    高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)是高層建筑消防中的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，是其重要的組成部分。它的可靠性對保證高層建筑消防的作用有舉足輕重的影響。

 

    高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性是指高層建筑消防給水系統(tǒng)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，能夠完成規(guī)定的功能的能力。

 

1  消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性模型及可靠度計(jì)算

    消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性常用可靠度來表示。它是消防給水系統(tǒng)在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，完成規(guī)定功能的概率。可靠度R（t）是一種表示隨機(jī)事件發(fā)生可能性大小的一個(gè)量，是時(shí)間的函數(shù)。

 

1．1  消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性框圖

    為了研究系統(tǒng)的可靠度，首先需要弄清系統(tǒng)的功能、失效模式，準(zhǔn)確地繪出可靠性框圖。通過建立消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)模型，研究系統(tǒng)可靠度與單元(組件)可靠度之間的函數(shù)關(guān)系。單元的可靠度可以通過大量的試驗(yàn)確定，由此可確定由若干單元相互組合成的復(fù)元體系統(tǒng)的可靠度。

 

    消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)可以分為非儲備系統(tǒng)、儲備系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)。儲備系統(tǒng)又可分為工作儲備和非工作儲備系統(tǒng)。非儲備系統(tǒng)實(shí)際上是一種串聯(lián)系統(tǒng)。消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)對供水的要求較高，需要有足夠的保證率，故常采用儲備系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的形式。在工作儲備方式中，可分為并聯(lián)系統(tǒng)、混聯(lián)系統(tǒng)、表決系統(tǒng)。在消防給水系統(tǒng)中，主要由消火栓給水系統(tǒng)和自動噴水滅火系統(tǒng)組成，其中各單元(閥門、消火栓、噴頭、管道等部件)或設(shè)備(水泵、水池、水箱等)的功能，決定了可靠性框圖的關(guān)系。

 

    就兩個(gè)閥門用管道相連的可靠性框圖而言。如果它們的作用是讓水流通過，則兩閥需同時(shí)開啟，從可靠性的角度看，這就是一個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)；如果其作用是起截?cái)嗨髯饔茫瑒t關(guān)閉其中一個(gè)閥門就可完成截流作用，該可靠性框圖為并聯(lián)系統(tǒng)。可見同是一個(gè)結(jié)構(gòu)，不同的功能可靠度是不同的。在水泵給水的方式中，如圖1，雖然同樣的形式但關(guān)系不同，可靠性框圖也不同。

 

1．2  消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性度量

    消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性是由各單元的功能關(guān)系決定的，系統(tǒng)的可靠度也就由各單元的可靠度組合產(chǎn)生。

 

1．2．1  串聯(lián)系統(tǒng)可靠度計(jì)算

    串聯(lián)系統(tǒng)是指只有當(dāng)系統(tǒng)中所有單元都正常工作時(shí)，系統(tǒng)才能正常工作。若由n個(gè)單元組成的串聯(lián)系統(tǒng)，假定第i單元的可靠度為Ri(t)，則系統(tǒng)的可靠度為所有單元可靠度的連乘積，即：

 

1．2．2  并聯(lián)系統(tǒng)可靠度計(jì)算

  它是指系統(tǒng)中只要有一個(gè)單元正常工作能正常工作。其系統(tǒng)的可靠度為：

1．2．3  混聯(lián)系統(tǒng)可靠度計(jì)算系統(tǒng)就

    對串一并聯(lián)系統(tǒng)，設(shè)某一單元的可靠度為Rij，共N個(gè)支系統(tǒng)串聯(lián)。整個(gè)系統(tǒng)的可靠度為：

    對于并一串聯(lián)系統(tǒng)，設(shè)N個(gè)子系統(tǒng)并聯(lián)構(gòu)成，每個(gè)子系統(tǒng)有n個(gè)單元，則：

 

1．2．4  表決系統(tǒng)可靠度計(jì)算

       組成系統(tǒng)的n個(gè)單元中，不失效的單元數(shù)不少于是個(gè)(1≤k

 

2  消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)功能作用過程及概率特征

      消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)中的用水過程是隨機(jī)的和不可控制的，其工作的實(shí)際情況取決于滅火過程中各用水點(diǎn)匯集起來的隨機(jī)事件流(隨時(shí)間的一種變化)。也就是說，消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的工作特點(diǎn)是特別的隨機(jī)過程。

 

      高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的功能作用過程可用下列指標(biāo)表示：流量(需水量qn、用水延續(xù)時(shí)間 、火災(zāi)用水的頻率V、同時(shí)發(fā)生火災(zāi)的數(shù)目m。消防給水流量的隨機(jī)值，可用概率分布的積分函數(shù)表示，服從指數(shù)規(guī)律；滅火的延續(xù)時(shí)間可用指數(shù)規(guī)律表示；而同時(shí)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，給水系統(tǒng)的服務(wù)過程具有平穩(wěn)的泊松流的性質(zhì)。此外，消防給水系統(tǒng)中多數(shù)組件出故障前的工作容量分布服從于指數(shù)分布規(guī)律。在某些特定條件下，給水管道檢修的延續(xù)時(shí)間服從指數(shù)規(guī)律的聯(lián)合分布。

 

      在消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)管線布置上，常采用環(huán)狀管網(wǎng)，增加了故障管線的互換性，使整個(gè)給水管網(wǎng)具有較高的儲備度。然而，為保證故障時(shí)備用管線的水頭損失不致過大，將會造成系統(tǒng)平時(shí)的超壓問題。

 

3  消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)

 

3．1  可靠性的分配和預(yù)測

      在消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)功能和可靠性指標(biāo)確定后，就可以根據(jù)系統(tǒng)設(shè)備的可靠性指標(biāo)、各子系統(tǒng)(單元組件)重要程度和本身的失效率進(jìn)行可靠性分配。可靠性的分配可保證高層建筑消防給水系統(tǒng)的功能和壽命達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)完成后，須根據(jù)各單元組件的失效率、系統(tǒng)工作模式、實(shí)際要求的工作時(shí)間對系統(tǒng)進(jìn)行可靠度預(yù)測。通過與設(shè)定的可靠度比較，再調(diào)整設(shè)計(jì)或提高各單元組件的可靠度。

 

      可靠性的分配要根據(jù)消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性的要求和各單元的重要性、復(fù)雜程度和選用單元的技術(shù)水平合理的分配。同時(shí)還須作經(jīng)濟(jì)技術(shù)的綜合分析。各單元的可靠度是系統(tǒng)可靠性分配得到的。可靠性的分配方法有：等分配法、按子系統(tǒng)重要度分配法、按子系統(tǒng)的復(fù)雜度分配法、評分分配法、根據(jù)加權(quán)因子分配法、AGREE分配法、相對失效率分配法、較少工作量分配法等。

 

      消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性的預(yù)測是從子系統(tǒng)(或單元組件)到系統(tǒng)的可靠性分析。這種分配和預(yù)測相互轉(zhuǎn)換的 終目的是使系統(tǒng)在建成后獲得比較滿意的可靠性指標(biāo)。系統(tǒng)可靠性預(yù)測的方法主要可分為分析法和模擬法兩大類。在高層建筑消防給水系統(tǒng)中，利用分配與預(yù)測的過程，可以從給水豎向分區(qū)的三類方式(水箱分區(qū)、減壓閥分區(qū)、水泵分區(qū))中得到一種較優(yōu)化的方法。

 

3．2  可靠性工程設(shè)計(jì)

      消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)首先要明確指標(biāo)。諸如可靠度、失效率、MTBF、維修度、有效度等。然后依據(jù)設(shè)計(jì)理論，經(jīng)反復(fù)的分配和預(yù)測，使系統(tǒng)達(dá)到要求的可靠性指標(biāo)。在這個(gè)過程中，還需考慮建筑環(huán)境因素的影響，并保證系統(tǒng)具有良好的維修性。其設(shè)計(jì)的基本思想是將設(shè)計(jì)中所涉及到的參數(shù)作為隨機(jī)變量來考慮，比較真實(shí)地反映工程實(shí)際情況。

 

4  發(fā)展趨勢與展望

隨著人們對該方面認(rèn)識的提高，消防給水系統(tǒng)可靠性問題的研究將會進(jìn)一步展開。

a)加強(qiáng)消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性基礎(chǔ)工作的研究。它包括有組織地收集與處理失常隨機(jī)資料，初步建立收集與處理統(tǒng)計(jì)資料的合理系統(tǒng)，積累相關(guān)組件的可靠性基本數(shù)據(jù)，并合理確定系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。

 

b)增加消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的評價(jià)方法。通過研究消防給水管網(wǎng)“拓?fù)鋵W(xué)”及其對管網(wǎng)可靠性指標(biāo)的影響，開展以圖論為基礎(chǔ)的解析方法。對系統(tǒng)組件和邊界條件作適當(dāng)?shù)牡刃Ш妥銐虻慕谱儞Q，深入以水力模擬模型為核心的方法，將影響可靠性的各隨機(jī)因子作逐一分解。

 

c)充分關(guān)注人的可靠性。人的可靠性涉及到人的操作可靠性和人機(jī)界面。它與人的意識水平、環(huán)境和人與人之間的配合有關(guān)。

 

d)實(shí)現(xiàn)可靠性工程的優(yōu)化。高層建筑消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性本身也是優(yōu)化設(shè)計(jì)的一部分。在可靠性建立模型的分析中，盡量綜合考慮所涉及的各種因素，明確消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)主次的形式，并盡量降低問題的復(fù)雜程度，結(jié)合經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，以優(yōu)化消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

 

e)重視消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性的完成過程。高層建筑消防給水的可靠性貫穿在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算、籌備(采用可靠的材料和設(shè)備)、建筑(高質(zhì)量的建筑安裝工作)以及運(yùn)行(通過排除故障工作的良好組織、有計(jì)劃的預(yù)防性維修和管理人員的高超技能)的整個(gè)過程中。加強(qiáng)高層建筑消防給水系統(tǒng)在這些過程中的薄弱環(huán)節(jié)，有利于整個(gè)系統(tǒng)的可靠性提高。

 

f)正確處理可靠性與經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系。在重視消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性的同時(shí)，必，須明確消防是為建筑服務(wù)的。系統(tǒng)可靠性指標(biāo)的確定應(yīng)與建筑物本身相適應(yīng)。同時(shí)須注意到增設(shè)不合理的儲備并不能提高系統(tǒng)的可靠性。此外，高層建筑消防給水系統(tǒng)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性存在二方面的意義。一方面是，它的可靠性提高有利于高層建筑經(jīng)濟(jì)價(jià)值的增加和信譽(yù)的提高；另一方面，它的可靠性提高應(yīng)與高層建筑自身的經(jīng)濟(jì)性相適應(yīng)。

 

隔膜式氣壓自動給水設(shè)備概述

     隔膜式氣壓自動給水設(shè)備是國內(nèi)近年來出現(xiàn)的新型給水設(shè)備。隔膜式氣壓自動供水設(shè)備由膨脹水罐、水泵、自動控制柜、管道、閥門、儀表等組成。本公司已系列化生產(chǎn)，該產(chǎn)品可以彌補(bǔ)低壓供水不足，代替屋頂水箱或水塔。隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系列廣泛用于居民住宅、賓館飯店、醫(yī)院等民用建筑和工業(yè)設(shè)施的生活、生產(chǎn)及消防系統(tǒng)上。補(bǔ)氣式氣壓自動給水裝亦被廣泛用于熱水供應(yīng)，熱水采暖，小區(qū)集中供暖空調(diào)系統(tǒng)做落地膨脹水箱，深受廣大用戶的信任和好評。

 

隔膜式氣壓自動給水設(shè)備特點(diǎn) 

     1、密閉性能好：罐體為密封裝置，氣水接觸少，保證水質(zhì)不收污染。

     2、結(jié)構(gòu)緊湊、占地少：借助電腦三維設(shè)計(jì)，不僅僅是簡單地拼合，而且科學(xué)合理布置各組成部件，較大限度壓縮占地面積。

     3、美觀、大方：可取代生活、消防、采暖、及空調(diào)用的高位水塔，不影響建筑美觀，降低建筑造價(jià)。

     4、便于集中管理：該機(jī)組為一體化結(jié)構(gòu)，免除用戶因不同廠家產(chǎn)生的售后服務(wù)不一致的麻煩。

 

隔膜式氣壓自動給水設(shè)備工作原理

      根據(jù)波義耳氣體定律，一定質(zhì)量的氣體在一定溫度下，壓力與容積的乘積為常數(shù)。當(dāng)水泵工作時(shí)，水送至給水管網(wǎng)的同時(shí)，多余的水進(jìn)入氣壓水罐，水室擴(kuò)大并將罐內(nèi)的氣體壓縮，氣室縮小，罐內(nèi)的壓力隨之升高；壓力升到較高工作壓力P2時(shí)，電控柜切斷水泵的電源，水泵停轉(zhuǎn)，此時(shí)利用罐內(nèi)被壓縮氣體的壓力將罐內(nèi)貯存的水送入給水管網(wǎng)，水室縮小，氣室擴(kuò)大，罐內(nèi)壓力也隨之下降，當(dāng)壓力降低到工作壓力P1時(shí)，電控柜接通水泵電源，水泵重新啟動，如此周而復(fù)始，不斷運(yùn)行