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
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；并對系統(tǒng)可靠性的發(fā)展進行了展望。
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）是一種表示隨機事件發(fā)生可能性大小的一個量，是時間的函數(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，則兩閥需同時開啟，從可靠性的角度看，這就是一個串聯(lián)系統(tǒng)；如果其作用是起截斷水流作用，則關(guān)閉其中一個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，系統(tǒng)才能正常工作。若由n個單元組成的串聯(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)可靠度計算
它是指系統(tǒng)中只要有一個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個支系統(tǒng)串聯(lián)。整個系統(tǒng)的可靠度為：
對于并一串聯(lián)系統(tǒng)，設(shè)N個子系統(tǒng)并聯(lián)構(gòu)成，每個子系統(tǒng)有n個單元，則：
1．2．4 表決系統(tǒng)可靠度計算
組成系統(tǒng)的n個單元中，不失效的單元數(shù)不少于是個(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的和不可控制的，其工作的實際情況取決于滅火過程中各用水點匯集起來的隨機事件流(隨時間的一種變化)。也就是說，消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的工作特點是特別的隨機過程。
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)時間 、火災(zāi)用水的頻率V、同時發(fā)生火災(zāi)的數(shù)目m。消防給水流量的隨機值，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)時間可用指數(shù)規(guī)律表示；而同時發(fā)生火災(zāi)時，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，使整個給水管網(wǎng)具有較高的儲備度。然而，為保證故障時備用管線的水頭損失不致過大，將會造成系統(tǒng)平時的超壓問題。
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
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)計要求。在整個系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計完成后，須根據(jù)各單元組件的失效率、系統(tǒng)工作模式、實際要求的工作時間對系統(tǒng)進行可靠度預(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。同時還須作經(jīng)濟技術(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
消防隔膜式氣壓自動給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性設(shè)計首先要明確指標(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)計的基本思想是將設(shè)計中所涉及到的參數(shù)作為隨機變量來考慮，比較真實地反映工程實際情況。
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一步展開。
a)加強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資料，初步建立收集與處理統(tǒng)計資料的合理系統(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)濟技術(shù)分析，以優(yōu)化消防給水系統(tǒng)設(shè)計。
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)計計算、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)以及運行(通過排除故障工作的良好組織、有計劃的預(yù)防性維修和管理人員的高超技能)的整個過程中。加強高層建筑消防給水系統(tǒng)在這些過程中的薄弱環(huán)節(jié)，有利于整個系統(tǒng)的可靠性提高。
f)正確處理可靠性與經(jīng)濟性的關(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，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)濟價值的增加和信譽的提高；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
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，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。
4、便于集中管理：該機組為一體化結(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，水送至給水管網(wǎng)的同時，多余的水進入氣壓水罐，水室擴大并將罐內(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，電控柜切斷水泵的電源，水泵停轉(zhuǎn)，此時利用罐內(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，氣室擴大，罐內(nèi)壓力也隨之下降，當(dāng)壓力降低到工作壓力P1時，電控柜接通水泵電源，水泵重新啟動，如此周而復(fù)始，不斷運行
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