ЭФЭР - пожарные лафетные стволы - ручные стволы - роботизированные установки пожаротушения
Пожарные роботы и
ствольная пожарная техника — основа
современных эффективных технологий
пожаротушения

Современные технологии пожаротушения на базе пожарных роботов

Юрий Горбань, генеральный директор, главный конструктор ЗАО "Инженерный центр пожарной робототехники "ЭФЭР"
Сергей Цариченко, заместитель начальника ФГБУ ВНИИПО МЧС России, д.т.н.
Елена Синельникова, заместитель начальника отдела 5.1 НИЦ ПиСТ ФГБу ВНИИПО МЧС России, к.т.н.

В статье рассматривается технология пожаротушения роботизированными установками пожаротушения (РУП) в соответствии с нормативными и техническими требованиями к автоматическим установкам пожаротушения (АУП), анализируются данные огневых испытаний, приводятся комментарии и рекомендации, необходимые проектировщикам при построении систем пожаротушения в 3D-формате на базе пожарных роботов.

Современные автоматические установки пожаротушения на базе пожарных роботов

С появлением серийно выпускаемых стационарных пожарных роботов область применения АУП значительно расширилась. В настоящее время уже сотни объектов в России и СНГ оснащены пожарными роботами. Большие технические возможности ПР в составе роботизированных установок пожаротушения, представляющих собой новые технологии в данной области, позволяют применять РУП там, где традиционные спринклерные и дренчерные АУП малоэффективны или неприемлемы. К таким объектам защиты относятся производственные помещения большой площади, высокопролетные здания и сооружения (ангары для самолетов, спортивные и выставочные комплексы с массовым пребыванием людей, тоннели, склады различного назначения), наружные пожароопасные объекты.

Сегодня можно констатировать, что РУП наряду с известными технологиями пожаротушения вошли в состав базовых технических средств пожарной автоматики. Их статус закреплен законодательно, нормативно, технически. Технические требования на РУП определены Техническим регламентом о требованиях пожарной безопасности (федеральный закон № 123-ФЗ). В настоящее время выпускается целый арсенал пожарной робототехники в соответствии с ГОСТ Р 53326–2009 на РУП. В СП 5.13130.2009 по АУП целая глава посвящена нормативным требованиям по проектированию РУП. В новых сводах правил по зданиям и сооружениям, где применяется РУП, даются рекомендации по их проектированию.

На рис.1 представлены последние новейшие образцы стационарных пожарных роботов: это ПР-ЛСД-С40Уш-ИК-ТВ шаровой конструкции серии «андроид» и ПР-ЛСД-С60У-Ех во взрывозащищенном исполнении с датчиком УИД-01.

Пожарный робот серии андроид ЭФЭР

Рис.1. Пожарный робот ПР-ЛСД-С40Уш-ИК-ТВ,
пожарный робот ПР-ЛСД-С60У-Ех

Отличительные особенности РУП

Для применения технологий пожаротушения на базе ПР необходимо знать их технические возможности и отличительные особенности, чтобы правильно использовать их для решения задач по защите объектов. При проектировании рекомендуется учитывать основные отличительные особенности ПР и РУП:

  • наличие у ПР средств как обнаружения загорания, так и с подачи огнетушащего вещества (ОТВ) с формированием точечных центров тушения, что позволяет проектировать системы защиты только с магистральными (более надежными и менее затратными) коммуникациями; 
  • осуществление водоснабжения только по магистральной сети — без разветвленной распределительной сети, характерной для спринклерных и дренчерных систем; 
  • возможность защищать большие площади (с одной точки с учетом адресной до-ставки ОТВ — от 5 до 15 тыс. м2 при расходах от 20 до 60 л/с соответственно);
  • адресная доставка воды и пены, осуществляемая по воздуху по всей защищаемой зоне непосредственно на очаг загорания с учетом площади загорания, а не на фиксированную площадь, определенную проектом раз и навсегда;
  • использование при пожаротушении метода строчного сканирования по фактической площади загорания, определяемой датчиками обнаружения возгорания, с возможностью изменения координат и площади сканирования в соответствии с реальной картиной развития пожара, с соблюдением требуемой интенсивности орошения;
  • возможность определения координат и площади горения в трехмерной системе координат, что дает возможность тушить пожар не только двухмерных площадей, но и объемных поверхностей с учетом расстановки технологического оборудования в помещении в трехмерной системе координат;
  • определение загорания в начальной стадии и с высокой точностью (чувствительность обнаружения очага возгорания — 0,1 м2);
  • возможность управлять формой струи, например изменять угол факела распыления в зависимости от дальности подачи ОТВ, что дает возможность накрывать очаг распыленной струей без сильного гидромеханического воздействия;
  • возможность концентрации всей мощности насосной для подачи ОТВ со всех стволов в радиусе их действия на один очаг возгорания;
  • гибкое реагирование на различные сценарии развития пожара (возможность изменять программу пожаротушения по времени, по данным датчиков пламени и подключать резервный ПР при отказе рабочего);
  • перепрограммирование программы тушения (например, при изменении технологии можно изменить нормативную интенсивность пожаротушения);
  • видеоконтроль ТВ-камерами процесса пожаротушения с регистрацией и ведением электронного протокола последовательности действий; 
  • самотестирование системы в дежурном режиме с формированием сообщений о необходимости коррекции по указанному адресу, что поддерживает систему в постоянной готовности;
  • возможность выбора ПР:
    а) по конструктивному исполнению:
    - с 3-й степенью подвижности с механизмом подъема-опускания (например, для встраивания скрыто, заподлицо с полом, в ангарах для самолетов, что позволяет размещать стволы прямо под фюзеляжем самолета на проезжей части);
    - с 3-й степенью подвижности с механизмом выдвижения (например, для встраивания скрыто в стену концертных залов, что позволяет сохранить интерьер и ограничить к ним несанкционированный доступ);
    б) по условиям среды: с нормальными условиями, взрывозащищенное, для северных районов, в морском исполнении;
     возможность наращивания системы увеличением количества ПР без смены базового оборудования системы управления;
  • формирование полидисперсных распыленных струй, содержащих как большие капли высокой энергии, так и ТРВ, что позволяет эффективно тушить как маленькие очаги, так и пожары площадью более 5 м2;
  • возможность применения ПР в дистанционном и ручном режимах непосредственно прибывшими на пожар пожарными, так как ПР включает в себя ствольную технику, применяемую пожарными; 
  • высокая экономическая эффективность ПР (стоимость электронных и программных средств падает значительно быстрее, чем растет стоимость «железа» и монтажных работ по прокладке километров труб спринклерных и дренчерных систем в труднодоступных местах. Кроме того, надо учитывать косвенные расходы, связанные с разной эффективностью установок и, соответственно, разными ущербами, как от пожара, так и последствий избыточного применения ОТВ).

Функциональные требования к РУП

ПР предназначены для формирования и направления сплошной или распыленной струи ОТВ (воды или пены) к очагу пожара либо для охлаждения технологического обору-дования и строительных конструкций.
В РУП должны входить не менее двух ПР, затворы с электроприводом и устройство программного управления РУП.
Алгоритм работы РУП включает следующие функциональные действия:
- РУП принимает информацию от системы пожарной сигнализации;
- по сигналу «Пожар» ПР выполняют поиск очага возгорания в заданной зоне;
- на основании информации от ПР устройство управления РУП:
- определяет координаты очага возгорания в трехмерной системе координат и выбирает ПР для тушения очага возгорания;
- формирует сигналы блокирования работы технологического оборудования, включения дополнительной сигнализации и т. п.;
- после выхода ПР в рабочую зону тушения или охлаждения формирует сигналы на открытие затворов и на запуск насосов.
ПР должен обеспечивать функционирование в следующих режимах:
- автоматическое управление — позиционное или контурное программное сканирование;
- дистанционное управление — с пульта;
- автоматизированное управление — под контролем оператора, совмещающее в себе автоматический и дистанционный режимы;
- ручное управление — органами ручного управления на ПР.
Каждая точка помещения или защищаемого оборудования должна находиться в зоне действия не менее двух ПР.
Технические характеристики ПР
В обозначении типа ПР содержится информация о его компонентах и по расходу.
Пример обозначения ПР с лафетным стволом (ЛСД), с расходом 20 л/с (20), универсальной шаровой конструкции (Уш), с устройством обнаружения загорания в ИК-диапазоне (ИК), с ТВ-камерой (ТВ): ПР-ЛСД-С20Уш-ИК-ТВ, ГОСТ Р 53326–2009.

Технические характеристики ПР приведены в таблице:

Таблица 1
 

Параметр Количественные и качественные показатели ПР
Расход воды или водного раствора пенообразователя, л/с 20 40 60 100
Номинальное давление, МПа 0,6 0,8
Дальность струи (максимальная), м:
- водяной сплошной
- распыленной под углом 30
- пенной

55
34
50

70
43
60

80
49
68

100
63
85
Зона перемещения ствола, град:
- по вертикали
- по горизонтали


От +90 до –40
345

Скорость движения, град/с:
- на холостом ходу, не менее
- при подаче ОТВ

9
3
Погрешность наведения, град 1

Общие требования к водяным и пенным автоматическим установкам пожаротушения

Водяные и пенные автоматические установки пожаротушения в соответствии с СП 5.13130.2009 должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.3.046, ГОСТ Р 50680, ГОСТ Р 50800 и ГОСТ Р 53326. Они подразделяются на спринклерные, дренчерные, спринклерно-дренчерные, роботизированные и с принудительным пуском. Тип установки пожаротушения, способ тушения и вид огнетушащего вещества определяются организацией-проектировщиком.

АУП в соответствии с ГОСТ 12.3.046 должны обеспечивать:

  • срабатывание в течение времени, которое не меньше длительности начальной стадии развития пожара (критического времени свободного развития пожара), по ГОСТ 12.1.004;
  • выполнение функции тушения или локализации пожара;
  • обеспечение интенсивности подачи огнетушащего вещества не менее нормативной.

Водяные и пенные АУП должны соответствовать требованиям табл.5.1 СП 5.13130.2009 по следующим параметрам:

  • интенсивности орошения или расходу ОТВ; 
  • минимальной площади орошения;
  • продолжительности подачи воды.

Базовые параметры АУП (интенсивность, расход, продолжительность подачи)

Одним из базовых параметров АУП является интенсивность. Интенсивность подачи ОТВ согласно СП 5.13130 — это количество ОТВ, подаваемое на единицу площади (объема) в единицу времени. Нормативная интенсивность подачи ОТВ определяется как интенсивность подачи ОТВ, установленная в действующей нормативной документации, на тушение пожаров на объектах в зависимости от группы помещений по степени опасности развития пожара, определяемой пожарной нагрузкой. Группы помещений приведены в приложении Б СП 5.13130.2009. При нормативной (оптимальной) интенсивности подачи ОТВ прекращение горения осуществляется практически за приемлемое время, называемое нормативным.

Нормативная интенсивность подачи ОТВ вместе с нормативным временем подачи ОТВ является обязательным и достаточным условием выполнения функции тушения пожара для водяных и пенных АУП и должно подтверждаться согласно методикам испытаний по ГОСТ Р 50680 для водяных установок, ГОСТ Р 50800 — для пенных установок и ГОСТ Р 53326 — для РУП.

Интенсивность для РУП в соответствии с ГОСТ Р 53326 должна быть не менее нормативной интенсивности для дренчерных систем по табл. 5.1–5.3 СП 5.13130.2009.

При разработке новых сводов правил для объектов с применением РУП нормы интенсивности орошения могут приводиться непосредственно для РУП (например, СП 135.13130.2012 по вертодромам).

Следует отметить, что РУП также соответствуют параметрам по интенсивности орошения для ручных и лафетных стволов, утвержденным для руководителей тушения пожаров, предназначенным для расчета расхода ОТВ и количества ручных и лафетных пожарных стволов при тушении пожаров различных групп помещений с разной пожарной нагрузкой. Это в полной мере согласуется с концепцией совместной работы пожарных роботов и человека в системе человек–машина.

При проектировании АУП с применением РУП выбор ПР рекомендуется осуществлять по расходу из установленного соответствующего нормативного ряда ПР, что обусловлено следующим:
- размер рабочей зоны, в которой производится пожаротушение, диктуется радиусом действия струи, зависящей от расхода;
- адресная доставка ОТВ в очаг загорания производится по баллистической траектории струи, заложенной в программе ПР для каждого нормативного расхода;
- каждая точка должна орошаться двумя струями по всей рабочей зоне;
- установленная минимальная площадь тушения для групп помещений по степени опасности развития пожара должна соответствовать нормативному расходу (см. табл. 5.1 СП 5.13130.2009).

Расход и интенсивность РУП при орошении сканированием по площади

Рис. 2. Эпюра ПР с расходом 20 л/с при 0,6 МПа, углах распыла 15° и возвышения 5°

Пожаротушение с применением РУП в соответствии с СП 5.13130.2009 осуществляется сканированием струи по площади загорания. Площадь падения струи на поверхность определяется по эпюрам орошения (рис. 2). Сечение струи в плоскости падения имеет форму неправильного эллипса с расширенным фронтом впереди и вытянутой хвостовой частью. Интенсивность орошения неравномерная: наиболее высокая — в головной части эллипса. Точка максимальной интенсивности орошения определяет эффективную дальность Lэф, которая примерно на 10 % меньше максимальной дальности Lmax.

Пятно с дифференцированной интенсивностью

Рис. 3. «Пятно» с дифференцированной интенсивностью

Эпюры ПР, приведенные на рис. 2 и 3, выполнены по результатам измерений на дистанции проведения огневых испытаний. Измерение производилось мерными емкостями, расстановленными по площади, за фиксированное время в соответствии с установленной программой и методикой испытаний.

Участок с повышенной интенсивностью орошения (I = 2,6 л/(c•м2)) имел длину 2,77 м, ширину 0,8 м и соответственно площадь dS = 2,2 м2, что принималось в расчет при определении алгоритма сканирования струи по заданной площади. Промежуток от точки максимальной интенсивности (I = 2,81 л/(c•м2)) до точки максимальной дальности составил 2,74 м, что соответствует 8,8 % от максимальной дальности.
За время орошения вылилось 1200 л ОТВ (20 л/с, 60 с). Фактически на площадь «пятна» за минуту выпало 967 л (Qобщ = Iср х tSпят = 1,17 х 60 х 13,77, где Q - кол-во огнетушащего вещества, I - интенсивность, t - время, S - площадь пятна). Потери ориентировочно составили 19 %. Чувствительность обнаружения загорания РУП (без определения координат) составила 0,1 м2 на расстоянии 20 м. Площадь орошения очагов загораний в начальной стадии определяется возможностью технических средств по точности устанавливать координаты загораний. Для РУП, оборудованных ИК-сканером с углом обзора 3°, с учетом погрешностей наведения ±1° и оптических погрешностей ±1° обеспечивается возможность обнаружения загораний в секторе 7°. В пересчете на линейную величину на расстоянии 30 м это представляет зону 4 м в длину и 4 м в ширину, площадью S = 16 м2.

Рассмотрим типовую программу сканирования по площади S = 16 м2. Программа сканирования определяется перемещением площади с повышенной интенсивностью dS по площади тушения S на скорости V = 3 град/с в соответствии с ГОСТ Р 53326. В пересчете на линейную величину на расстоянии 30 м это составляет 2 м/с. Начало цикла сканирования принимается из расчета установки струи в положение, при котором центр максимальной интенсивности находится в верхней левой части заданной площади тушения S = 16 м2. Для более равномерного орошения струя с зоной повышенной эффективности проводится по всей площади. Сканирование по площади в этом случае занимает две строки при времени цикла 6 с. Для каждого участка защищаемой площади максимальная интенсивность орошения сменяется меньшей интенсивностью и короткой задержкой, при которой не успевает осесть водяная пыль. В то же время прерывистая подача воды позволяет не просто проливать воду до утечки, а более эффективно использовать ее для тушения, что используется пожарными при работе со стволами. По принятому алгоритму составляется оперативная программа сканирования и производится орошение с проведением измерений мерными емкостями, установленными на заданной площади (рис. 4).

План расстановки мерных емкостей на решетке для измерения интенсивности

Рис. 4 План расстановки мерных емкостей на решетке для измерения интенсивности

В соответствии с программой и методикой испытаний по ГОСТ Р 53326 подсчитывается общее количество зарегистрированной упавшей воды в емкости и определяется средняя интенсивность орошения I одного ПР за все время орошения по формуле
I = Q/(Sрt) = 193,73/(3,84•60)= 0,84 л/(c•м2),
где Q — общее количество зарегистрированной упавшей воды в емкости, л; Q = 193,73 л;
Sр — общая площадь сбора воды; Sр = dSр•40 = 0,096•40 =3,84 м2;
dSр — площадь 1-й емкости; dSр = 0,096 м2;
t — время орошения по защищаемой площади; t = 60 c.

При скорости 3 град/с время цикла составляет 6 с. За 1 мин ПР делает 10 циклов. За цикл ПР проливает две строки, меняя угол возвышения от 5 до 8°.
Полученные данные по фактической интенсивности орошения позволяют судить о том, что пожарные роботы могут использоваться для пожаротушения помещений всех категорий пожароопасности, включая наиболее высокую категорию – В1.

Огневые испытания РУП

Огневые испытания роботизированной установки пожаротушения проводились на модельном очаге пожара класса А (рис. 5) с пожарной нагрузкой 2402 МДж, соответствующему категории пожароопасности В1. Модельный очаг общей массой 115 кг выполнен из бруска размером 40х40 мм, длиной 800 мм. Количество брусков в штабеле – 180 шт. Площадь поверхности очага 18,66 м2.
Схема испытаний представлена на рис. 7. В состав РУП входят 2 ПР. В соответствии с методикой очагу загорания дали разгореться за установленное время (см. рис. 6). При проведении испытаний пожарные роботы обнаружили очаг загорания за время менее 20 с и начали пожаротушение. Погрешность наведения при сканировании в соответствии с ГОСТ Р 53326 не превышала 5°. Время тушения составило 1,5 мин при нормативном времени 60 мин для помещений группы 2 по табл. 5.1 СП 5.13130.2009.

Огневые испытания роботизированной установки пожаротушения ЭФЭР на модельном очаге пожара класса А

Рис. 5 Огневые испытания РУП на модельном очаге пожара класса А

Рис. 7 Схема огневых испытаний РУП

РУП имеют возможность контролировать очаги загорания, поэтому продолжительность подачи воды может определяться фактическим временем пожаротушения. При отсутствии горения тушение автоматически прекращается. Создание высокой интенсивности на небольшой площади в начальной стадии пожара позволяет быстро потушить и сэкономить при этом воду. Это во много раз эффективнее, чем пролив воды по нормативному времени.

В заключение следует отметить, что к настоящему времени технологии на базе пожарных роботов используются для защиты от пожаров уже сотен объектов. В связи с этим появилась насущная необходимость в том, чтобы в новой редакции СП 5.13130 нашли отражение нормативные требования, учитывающие широкие технические возможности РУП. Поскольку РУП согласно СП 5.13130 относятся к водопенным АУП, то на них должны распространяться те же подходы и правила по интенсивности орошения и расходам, что и для водопенных установок. Это в значительной мере поможет проектировщикам правильно оценивать и выбирать наиболее подходящие для защиты объектов АУП.

Пожарная безопасность: Специализированный каталог|ноябрь 2014 г.