Автоматические системы пожаротушения: история и принцип действия

Введение

устройство, подающее воду
Компонент, подающий воду для защиты зданий

Пожарный спринклер или спринклерная головка – это компонент системы пожаротушения, который подает воду при обнаружении признаков пожара, например, при превышении заданной температуры. Пожарные спринклеры широко используются по всему миру, ежегодно устанавливается более 40 миллионов спринклерных головок. В зданиях, оборудованных правильно спроектированными и обслуживаемыми системами пожаротушения, более 99% пожаров были потушены только спринклерами.

История

В 1812 году британский изобретатель сэр Уильям Конгрив запатентовал ручную систему спринклерного пожаротушения с использованием перфорированных труб вдоль потолка. При обнаружении пожара клапан снаружи здания можно было открыть, чтобы подать воду по трубам. Лишь спустя короткое время, после того как крупная мебельная фабрика неоднократно сгорала, к Хайраму Стивенсу Максиму обратились за консультацией о том, как предотвратить повторение, и он изобрел первый автоматический спринклер. Он тушил очаги возгорания и сообщал о пожаре в пожарную часть. Максиму не удалось продать свою идею где-либо еще, однако после истечения срока действия патента она была использована. В 1872 году Томас Дж. Мартин получил патент на усовершенствование огнетушителя, которое заключалось в использовании труб для подачи воды вверх и клапанов в потолке, выполняющих функцию спринклеров для тушения пожаров в зданиях. В 1874 году Генри С. Пармали из Нью-Хейвена, штат Коннектикут, создал и установил первую автоматическую систему пожаротушения, используя припой, который плавился в огне, чтобы открыть отверстия в герметичных водопроводных трубах. Он был президентом компании Mathusek Piano Works и разработал свою систему спринклеров в ответ на непомерно высокие страховые тарифы. Пармали запатентовал свою идею и добился значительного успеха в США, назвав свое изобретение «автоматическим огнетушителем». Затем он отправился в Европу, чтобы продемонстрировать свой метод остановки пожара в здании до полного разрушения. Изобретение Пармали не получило ожидаемого внимания, поскольку большинство людей не могли позволить себе установку спринклерной системы. Осознав это, он сосредоточил свои усилия на обучении страховых компаний своей системе. Он объяснил, что спринклерная система снизит уровень убытков и, следовательно, сэкономит деньги страховым компаниям. Он понимал, что не сможет получить контракты от владельцев бизнеса на установку своей системы, если не сможет гарантировать им разумную отдачу в виде снижения страховых премий. В связи с этим ему удалось привлечь внимание двух человек, имевших связи в страховой отрасли. Первым был майор Хескет, владелец хлопчатобумажной прядильной фабрики в Болтоне, который также был председателем Bolton Cotton Trades Mutual Insurance Company. Директора этой компании и ее секретарь Питер Кеван проявили интерес к ранним экспериментам Пармали. Хескет получил для Пармали первый заказ на установку спринклеров на хлопчатобумажных фабриках John Stones & Company в Астли-Бридж, Болтон. Вскоре после этого последовал заказ от Alexandra Mills, принадлежащей Джону Батлеру из того же города. Несмотря на две заключенные сделки, Bolton Cotton Trades Mutual Insurance Company была не очень крупной компанией за пределами своего региона. Пармали требовалось более широкое влияние. Он нашел его в лице Джеймса Норт-Лейна, менеджера Mutual Fire Insurance Corporation of Manchester. Эта компания была основана в 1870 году Ассоциациями текстильных производителей Ланкашира и Йоркшира в знак протеста против высоких страховых тарифов. Они проводили политику поощрения управления рисками и, в частности, использования самых современных и научных устройств для тушения пожаров. Несмотря на огромные усилия и время, потраченные на просвещение общественности о своей спринклерной системе, к 1883 году только около 10 фабрик были защищены спринклерами Пармали. В США Фредерик Гриннелл, производивший спринклеры Пармали, разработал более эффективный спринклер Grinnell. Он повысил чувствительность, убрав плавкий соединительный элемент из контакта с водой и, разместив клапан в центре гибкой диафрагмы, снял нагрузку от давления воды с низкоплавкого припоя. Таким образом, давление воды прижимало клапан к седлу, обеспечивая самозакрывающийся эффект. Чем выше давление воды, тем плотнее прилегал клапан. Гибкая диафрагма выполняла еще одну, более важную функцию. Она заставляла клапан и его седло одновременно двигаться наружу, пока припой полностью не разрывался. Гриннелл получил патент на свою версию спринклерной системы. Он также представил свое изобретение в Европе, где оно имело гораздо больший успех, чем версия Пармали. В конечном итоге система Пармали была снята с производства, освободив путь для Гриннелла и его изобретения.

In 1812, British inventor Sir William Congreve patented a manual sprinkler system using perforated pipes along the ceiling. When someone noticed a fire, a valve outside the building could be opened to send water through the pipes. It was not until a short time later that, as a result of a large furniture factory that repeatedly burned down, Hiram Stevens Maxim was consulted on how to prevent a recurrence and invented the first automatic fire sprinkler. It would douse the areas that were on fire and report the fire to the fire station. Maxim was unable to sell the idea elsewhere, though when the patent expired, the idea was used. In 1872, Thomas J. Martin was awarded a patent for improvement to the fire extinguisher which involved the use of pipes to carry water upwards and valves in the ceiling acting as sprinklers to extinguish fires in buildings. In 1874, Henry S. Parmalee of New Haven, Connecticut, created and installed the first automatic fire sprinkler system, using solder that melted in a fire to unplug holes in the otherwise sealed water pipes. He was the president of Mathusek Piano Works, and invented his sprinkler system in response to exorbitantly high insurance rates. Parmelee patented his idea and had great success with it in the U. S., calling his invention the "automatic fire extinguisher". He then traveled to Europe to demonstrate his method to stop a building fire before total destruction. Parmelee's invention did not get as much attention as he had planned, as most people could not afford to install a sprinkler system. Once he realized this, he turned his efforts to educating insurance companies about his system. He explained that the sprinkler system would reduce the loss ratio, and thus save money for the insurance companies. He knew that he could never succeed in obtaining contracts from the business owners to install his system unless he could ensure for them a reasonable return in the form of reduced premiums. In this connection, he was able to enlist the interest of two men, who both had connections in the insurance industry. The first of was Major Hesketh, a cotton spinner in a large business in Bolton who was also chairman of the Bolton Cotton Trades Mutual Insurance Company. The directors of this company and its secretary, Peter Kevan, took an interest in Parmelee's early experiments. Hesketh got Parmelee his first order for sprinkler installations in the cotton spinning mills of John Stones & Company, at Astley Bridge, Bolton. This was followed soon afterwards by an order from the Alexandra Mills, owned by John Butler of the same town. Although Parmelee got two sales through its efforts, the Bolton Cotton Trades Mutual Insurance Company was not a very big company outside of its local area. Parmelee needed a wider influence. He found this influence in James North Lane, the manager of the Mutual Fire Insurance Corporation of Manchester. This company was founded in 1870 by the Textile Manufacturers' Associations of Lancashire and Yorkshire as a protest against high insurance rates. They had a policy of encouraging risk management and more particularly the use of the most up to date and scientific apparatus for extinguishing fires. Even though he put tremendous effort and time into educating the masses on his sprinkler system, by 1883 only about 10 factories were protected by the Parmelee sprinkler. Back in the U. S., Frederick Grinnell, who was manufacturing the Parmelee sprinkler, designed the more effective Grinnell sprinkler. He increased sensitivity by removing the fusible joint from all contact with the water, and, by seating a valve in the center of a flexible diaphragm, he relieved the low fusing soldered joint of the strain of water pressure. By this means, the valve seat was forced against the valve by the water pressure, producing a self closing action. The greater the water pressure, the tighter the valve. The flexible diaphragm had a further and more important function. It caused the valve and its seat to move outwards simultaneously until the solder joint was completely severed. Grinnell got a patent for his version of the sprinkler system. He also took his invention to Europe, where it was a much bigger success than the Parmelee version. Eventually, the Parmelee system was withdrawn, opening the path for Grinnell and his invention.

Регламенты США

Руководства по применению и установке спринклерных систем, а также общие принципы проектирования спринклерных систем пожаротушения предоставляются Национальной ассоциацией пожарной защиты (NFPA) 13, (NFPA) 13D и (NFPA) 13R и обеспечиваются исполнение местными органами власти. В некоторых штатах, включая Калифорнию, Пенсильванию и Иллинойс, установка спринклеров обязательна как минимум в некоторых новых жилых зданиях. Спринклеры могут быть автоматическими или с открытым отверстием. Автоматические спринклеры используют термочувствительный элемент, который активируется при заданной температуре. Этот элемент либо плавится, либо содержит хрупкую колбу с жидкостью, которая разрушается, что приводит к выталкиванию пробки из отверстия спринклера давлением воды в трубопроводе и, как следствие, к распылению воды. Струя воды попадает на рассеиватель, который формирует поток в виде спрея, соответствующего назначению спринклера (контроль или тушение). Современные спринклерные головки спроектированы для направления распыления вниз. Доступны насадки-распылители для обеспечения распыления в различных направлениях и с различными характеристиками. Большинство автоматических спринклеров срабатывают индивидуально при пожаре. Вопреки распространенному мнению в кино, вся спринклерная система не активируется одновременно, если это не система специального типа – водяная завеса. Спринклеры с открытым отверстием используются только в системах водяного распыления или водяных завес. Они идентичны автоматическим спринклерам, на основе которых они созданы, но без термочувствительного элемента. Автоматические спринклеры с хрупкими колбами соответствуют стандартизированной цветовой кодировке, указывающей температуру их срабатывания. Температура срабатывания соответствует типу опасности, от которой защищает спринклерная система. Для жилых помещений предусмотрен специальный тип спринклеров быстрого реагирования, основной задачей которых является обеспечение безопасности жизни (спринклер для жилых помещений имеет более интенсивный расход воды, чем стандартный распылитель, и специально разработан для подачи воды выше по стенам, чтобы поддерживать более низкую температуру газов под потолком).

Fire sprinkler application and installation guidelines, and overall fire sprinkler system design guidelines are provided by the National Fire Protection Association (NFPA) 13, (NFPA) 13D, and (NFPA) 13R and enforced by local jurisdictions. Certain states, including California, Pennsylvania and Illinois, require sprinklers in at least some new residential construction. Fire sprinklers can be automatic or open orifice. Automatic fire sprinklers use a fusible element that activates at a predetermined temperature. The fusible element either melts or has a frangible liquid containing glass bulb that breaks, causing the water pressure in the fire sprinkler piping to push a plug out of the sprinkler orifice, resulting in water spraying from the orifice. The water stream strikes a deflector that forms the water into a spray pattern designed in support of the goals of the sprinkler type (i. e., control or suppression). Modern sprinkler heads are designed to direct spray downwards. Spray nozzles are available to provide spray in various directions and patterns. The majority of automatic fire sprinklers operate individually in a fire. Contrary to motion picture representation, the entire sprinkler system does not activate at the same time, unless the system is a special deluge type. Open orifice sprinklers are only used in water spray systems or deluge sprinklers systems. They are identical to the automatic sprinkler on which they are based, with the heat sensitive operating element removed. Automatic fire sprinklers utilizing frangible bulbs follow a standardized color coding convention indicating their operating temperature. Activation temperatures correspond to the type of hazard against which the sprinkler system protects. Residential occupancies are provided with a special type of fast response sprinkler with the unique goal of life safety (a residential sprinkler has a higher discharge pattern than that of a standard spray sprinkler and they also have been specifically developed for discharging water higher on the walls in order to keep ceiling gas temperatures lower).

Спринкеры быстрого реагирования

Издание 2002 года стандарта NFPA №13, раздел 3.6.1 определяет спринклеры быстрого реагирования как имеющие индекс времени отклика (RTI) 50 (метросекунд) или меньше. RTI – это показатель тепловой чувствительности теплочувствительного элемента спринклера, измеряемый как время, необходимое для повышения температуры теплового элемента спринклера до 63% температуры потока горячего воздуха, умноженное на квадратный корень скорости потока воздуха. Термин "быстрое реагирование" относится к листингу всего спринклера (включая расстояние между спринклерами, плотность и расположение), а не только к быстродействующему срабатывающему элементу. Многие спринклеры стандартного реагирования, такие как спринклеры с расширенным покрытием для обычных пожарных опасностей (ECOH), имеют быстродействующие элементы (элементы с низкой тепловой массой) для успешного прохождения испытаний на пожарную безопасность. Спринклеры быстрого реагирования доступны со стандартными рассеивателями, но также и с рассеивателями расширенного покрытия. + СПРИНКЛЕРЫ БЫСТРОГО РЕАГИРОВАНИЯ Быстрое реагирование согласно NFPA 13 RTI < 50 (мс) Номинальный диаметр, мм Модель Norbulb Время срабатывания, сек Индекс времени отклика (RTI), (мс) Да 2,5 N2,5 9 25 Да 3 N3 11,5 33 Да 3,3 N3,3 13,5 38 Нет 5 NF5 23 65 Нет 5 N5 32 90

ЭСФР

ESFR (Early Suppression Fast Response) относится как к концепции, так и к типу спринклера. "Суть концепции заключается в том, что быстрое срабатывание спринклеров может дать преимущество при пожаре, если это срабатывание сопровождается эффективной плотностью орошения — то есть, струей воды, способной пробиться сквозь факел пламени в достаточном количестве для подавления горящего материала." Спринклер, разработанный для реализации этой концепции, предназначался для использования в системах хранения на высоких стеллажах. Головки спринклеров ESFR были разработаны в 1980-х годах с использованием новейших технологий быстрого реагирования для подавления пожаров, возникающих в условиях высокой пожарной нагрузки. До появления этих спринклеров системы противопожарной защиты проектировались для контроля пожара до прибытия пожарной службы.