高層建筑消防隔膜式氣壓自動(dòng)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(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性的研究
摘 要 文章簡(jiǎn)要介紹了高層建筑消防隔膜式氣壓自動(dòng)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(guò)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(duì)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(dòng)噴水滅火系統(tǒng)
高層建筑消防隔膜式氣壓自動(dòng)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性常用可靠度來(lái)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(dòng)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(guò)建立消防隔膜式氣壓自動(dòng)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(guò)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(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)可以分為非儲(chǔ)備系統(tǒng),、儲(chǔ)備系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)。儲(chǔ)備系統(tǒng)又可分為工作儲(chǔ)備和非工作儲(chǔ)備系統(tǒng),。非儲(chǔ)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(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)對(duì)供水的要求較高,，需要有足夠的保證率，故常采用儲(chǔ)備系統(tǒng)和復(fù)雜系統(tǒng)的形式,。在工作儲(chǔ)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(dòng)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(guò),，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?，則關(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),?？梢娡且粋€(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(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)的可靠性度量
消防隔膜式氣壓自動(dòng)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(duì)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(duì)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(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)功能作用過(guò)程及概率特征
消防隔膜式氣壓自動(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)中的用水過(guò)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(guò)程中各用水點(diǎn)匯集起來(lái)的隨機(jī)事件流(隨時(shí)間的一種變化)。也就是說(shuō),，消防隔膜式氣壓自動(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)的工作特點(diǎn)是特別的隨機(jī)過(guò)程,。
高層建筑消防隔膜式氣壓自動(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)的功能作用過(guò)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(guò)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(dòng)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(chǔ)備度,。然而，為保證故障時(shí)備用管線的水頭損失不致過(guò)大,，將會(huì)造成系統(tǒng)平時(shí)的超壓?jiǎn)栴},。
3 消防隔膜式氣壓自動(dòng)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(cè)
在消防隔膜式氣壓自動(dòng)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(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠度預(yù)測(cè),。通過(guò)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(dòng)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(píng)分分配法,、根據(jù)加權(quán)因子分配法,、AGREE分配法、相對(duì)失效率分配法,、較少工作量分配法等,。
消防隔膜式氣壓自動(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性的預(yù)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)的過(guò)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(dòng)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(cè),，使系統(tǒng)達(dá)到要求的可靠性指標(biāo)。在這個(gè)過(guò)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(lái)考慮,，比較真實(shí)地反映工程實(shí)際情況,。
4 發(fā)展趨勢(shì)與展望
隨著人們對(duì)該方面認(rèn)識(shí)的提高，消防給水系統(tǒng)可靠性問(wèn)題的研究將會(huì)進(jìn)一步展開,。
a)加強(qiáng)消防隔膜式氣壓自動(dòng)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(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法,。通過(guò)研究消防給水管網(wǎng)“拓?fù)鋵W(xué)”及其對(duì)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(duì)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(shí)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(dòng)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(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)主次的形式，并盡量降低問(wèn)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(dòng)給水設(shè)備系統(tǒng)可靠性的完成過(guò)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(guò)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(guò)程中,。加強(qiáng)高層建筑消防給水系統(tǒng)在這些過(guò)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(dòng)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(chǔ)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(dòng)給水設(shè)備概述
隔膜式氣壓自動(dòng)給水設(shè)備是國(guó)內(nèi)近年來(lái)出現(xiàn)的新型給水設(shè)備,。隔膜式氣壓自動(dòng)供水設(shè)備由膨脹水罐、水泵,、自動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(píng)。
隔膜式氣壓自動(dòng)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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)，如此周而復(fù)始,，不斷運(yùn)行
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