CC BY
30
АВТОМАТИЗАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ПРОИЗВОДСТВАМИ
УДК 614.841.3
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-3-569-575
ПРЕИМУЩЕСТВА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ УСТАНОВОК ПОЖАРОТУШЕНИЯ НА БАЗЕ САМОДВИЖУЩЕГОСЯ РОБОТИЗИРОВАННОГО ПОЖАРНОГО КОМПЛЕКСА
А.С. Глуханов, А.И. Федотов, Д.А. Антонов
В статье рассматривается вопрос о защите зданий и сооружений различного функционального назначения, имеющих площадь помещений, не разделенную стенами, более 10 тыс. м2 и/или с потолками высотой более 20 м, от пожара. Анализируется функционирование различных существующих автоматических установок пожаротушения (АУПТ). В статье показана техническая эффективность и экономическая целесообразность использования при пожаре в крупных зданиях интеллектуального самодвижущегося программируемого комплекса пожаротушения на базе самоходного робота с направляющими для движения.
Ключевые слова: пожарный робот, противопожарный роботизированный комплекс, комплекс на основе самодвижущихся роботов.
Введение. В настоящее время актуальна защита больших по площади зданий и сооружений от пожара. Строительство подобных объектов активно ведется в России. Для таких объектов широко используются автоматические системы пожаротушения (АУПТ).
Существующие на рынке АУПТ имеют ряд недостатков, которые в конечном счете отражаются на их цене. Часть объектов не соответствуют требованиям противопожарных норм, по этой причине приходится пересматривать внутреннюю планировку помещений. Это неудобно с точки зрения их эксплуатации и приводит к дополнительным затратам при строительстве.
В статье представлена инновационная эффективная технология пожаротушения -комплекс на базе самодвижущегося пожарного робота. Он состоит из мобильных роботов, которые движутся по направляющим, установленным по сторонам объекта. При пожаре они выезжают на место, при помощи встроенных датчиков находят пожар и автоматически приступают к его тушению.
Такой комплекс позволяет защитить от пожара большинство крупных объектов. При этом он имеет цену существенно ниже существующих аналогов, не нагружает конструкцию объекта. Это позволяет строить и вводить в эксплуатацию объекты без изменения их объемно-планировочных решений для соответствия противопожарным нормам.
Обеспечение пожарной безопасности крупных помещений. В настоящее время в России ведется активное строительство больших по площади промышленных и коммерческих зданий (сооружений) различного назначения [1, 2].
В работе [3] приведены данные, согласно которым в 2020 г. в РФ было введено в эксплуатацию 19,7 тыс. зданий нежилого назначения. Их общий строительный объем составил 234,1 млн м3, а общая площадь - 35,0 млн м2.
В 2018 и 2019 гг. около 62 % введенных сооружений составили промышленные, сельскохозяйственные и коммерческие здания [3, с. 44].
На сегодняшний день для обеспечения пожарной безопасности данных объектов существуют различные подходы, затрагивающие как конструктивные, так и инженерно-
569
технические мероприятия. Основными инженерными системами, обеспечивающими своевременную локализацию возгораний на объектах, в настоящее время остаются автоматические установки пожаротушения с применением различных огнетушащих веществ.
Крупнейшая исследовательская компания «MarketsandMarkets» отмечает, что системы пожаротушения занимают самую большую долю на мировом рынке потребления противопожарной защиты c 2016 г. По прогнозам аналитиков среднегодовой темп роста до 2024 г. составит 9,2 % [4].
Не менее интенсивно растет рынок промышленных роботов. По оценке аналитического агентства «Research and Markets» [5], мировой рынок промышленных роботов в 2018 г. достиг объема в 48,7 млрд долларов. Ожидается, что в 2024 г. объем увеличится до 75,6 млрд долларов при среднегодовом темпе роста 9,2 %.
Крупные сооружения могут иметь помещения (не разделенные стенами или перегородками) площадью до 10 тыс. м2 и более, с потолками свыше 20 м. К таким сооружениям относятся:
- промышленные предприятия различных отраслей;
- складские комплексы, в том числе со стеллажным хранением;
- ангары, паркинги;
- порты, нефтеналивные терминалы;
- транспортные объекты: вокзалы и терминалы, тоннели;
- спортивно-концертные комплексы (СКК), крытые стадионы и другие крупные спортивные объекты;
- крупные торговые комплексы, построенные по принципу одного пространства.
С точки зрения пожарной безопасности сложными объектами считаются различные туннели в силу их большой протяженности.
В настоящее время основными нормативными правовыми актами, регулирующими проектирование автоматических установок пожаротушения являются Федеральный закон № 123-Ф3 [6], СП 485.1311500.2020 [7].
Обзор современных АУПТ для крупных объектов. Современные автоматические установки пожаротушения (АУПТ), используемые на крупных объектах, имеют ряд существенных недостатков.
Установки водяного и пенного пожаротушения по конструктивному исполнению представляют собой оросители с подведенными трубопроводами, по которым поступает тушащее вещество [8, с. 80]. Главными недостатками таких АУПТ является то, что они вызывают большую загруженность потолочного пространства, создают дополнительные нагрузки на перекрытия, а при монтаже требуется проведение дорогостоящих работ. Кроме того, эти установки имеют существенное ограничение по высоте - они монтируются на высоте не более 15-20 м [7]. Крайне сложно ими защищать открытые площадки.
Установки газового пожаротушения заполняют помещение газом, который вытесняет кислород, тем самым предотвращая горение [8]. Однако, согласно п. 9.1.2 СП 485.1311500.2020 [7], запрещается применение таких установок в помещениях, где работают более 50 человек, использование установки возможно только после эвакуации людей из опасной зоны. К тому же оборудование крупных помещений системами газового пожаротушения имеет высокую стоимость, а на открытых площадках - невозможно.
Установки порошкового и аэрозольного пожаротушения подают порошковый или аэрозольный огнетушащий состав [8, 9]. Такие АУПТ [10], согласно п. 10.1.3 СП 485.1311500.2020, также можно использовать только в помещениях, где работают не более 50 человек и только после их эвакуации. Существенным недостатком также являются ложные срабатывания и отсутствие запаса порошка для тушения повторного воспламенения [11]. Эти устройства имеют ограничения по высоте расположения - 5-10 м. Их довольно сложно применять на открытых площадках, так как тушение осуществляется преимущественно «сверху вниз».
Таким образом, приведенные выше АУПТ сложны и дороги в использовании в крупных помещениях и на открытых площадках. Для защиты подобных объектов от пожара с 1980-х гг. разрабатываются роботизированные пожарные комплексы (РПК). Они устанавливаются стационарно на объекте после его постройки или модернизации (не следует их путать с роботами, которые используют при тушении пожаров пожарные). РПК представляют собой размещенные на объекте через определенный интервал пожарные лафеты (устройства, позволяющие подавать огнетушащую струю и управлять ею) с закрепленной на них системой обнаружения
возгорания и интеллектуального управления [9, 12]. Они могут адресно подавать воду на пожар на расстояние до 50-100 м при расходе от 20 до 100 л/с [13]. Роботы предназначены для работы с водой или пеной, а значит, не имеют ограничений по срабатыванию и количеству людей, находящихся в помещении. Так как на большое помещение требуется от 4 до 10 роботов - основной недостаток РПК заключается в стоимости таких систем. К тому же при наличии большого количества технологического оборудования или складских стеллажей возникает необходимость увеличения количества роботов, поскольку оборудование и стеллажи закрывают от струи большие участки.
Предлагаемое решение. Для снижения стоимости при оборудовании больших помещений РПК компанией ООО «АСС» разработан интеллектуальный самодвижущийся программируемый комплекс пожаротушения на базе самоходного робота с направляющими для движения, который, по сути, является стационарным пожарным роботом, установленным на движущуюся тележку, перемещающуюся по направляющим (рис. 1). Таким образом, один комплекс (в составе двух роботов) может бороться с возгоранием на объекте площадью от 10 тыс. м2 и более (ограничение защищаемой площади устанавливается только по гидравлическим параметрам установки) и при этом не имеет ограничений по высоте помещения. Такой РПК может размещаться как в помещении, так и на улице.
Направляющие
Модуль ложарсту шен и
Труба с водой/пеной
Са мода ижущиеся платформа с корпусом
Рис. 1. Общий вид самодвижущейся платформы с роботом
В состав комплекса входят:
- мобильный пожарный робот (два и более на одну систему) с устройством водяного или пенного пожаротушения;
- робот, движущийся по направляющим, которые установлены на объекте;
- проложенный рядом с направляющими трубопровод с тушащей жидкостью (водой или пеной). В определенных местах устанавливаются точки стыковки робота с трубопроводом. Их расположение выбирается в ходе проектирования, с учетом того, что по каждой точке объекта могут одновременно «работать» два робота.
Программируемый комплекс пожаротушения оборудован своей собственной системой обнаружения очага возгорания, что позволяет ему направлять тушащее вещество непосредственно на очаг возгорания (то есть «точно прицеливаться»).
Принцип работы комплекса следующий. В повседневном состоянии роботы располагаются в местах парковки. При поступлении сигнала от стационарной пожарной сигнализации роботы выезжают по направляющим к очагу возгорания. При помощи встроенного ИК-извещателя пламени система определяет точное место пожара. Далее роботы пристыковываются к ближайшему стационарному узлу стыковки, соединенному с трубопроводом, по которому подается тушащая жидкость (вода или пена). Затем роботы направляют на очаг струю тушащей жидкости при помощи управляемого лафета. Все эти действия производятся в автоматическом режиме, без участия человека. На программируемом комплексе пожаротушения оборудована видеокамера, при помощи которой оператор может следить за действиями машины и за очагом пожара.
В 2020 и 2021 годах авторами статьи получены два патента на изобретение: - № 2732286 «Самодвижущийся универсальный комплекс обслуживания объекта»; № 2755461 «Самодвижущийся комплекс пожаротушения на базе самоходного робота».
Кроме того, разработана концепция размещения комплекса на объекте. Основным способом установки комплекса является его расположение по периметру здания (рис. 2).
Рис. 2. Вариант установки разрабатываемого комплекса по периметру объекта
на двух направляющих
В длинных и узких помещениях возможно применение такой компоновки, когда два робота будут передвигаться по одной направляющей (рис. 3).
Места цстанобки цзлоб подключения
Направляющие ...................................л
Очаг возгорания . ■' /
Мобильные пожарные роботы у
\ Паркадачнае место ПаркоНючное место /
_до 500 м_
Рис. 3. Вариант установки разрабатываемого комплекса с одной направляющей
Основными преимуществами предлагаемого самодвижущегося комплекса пожаротушения являются следующие:
- он дешевле предлагаемых на рынке автоматических систем пожаротушения. Невысокая стоимость обеспечивается за счет использования в большинстве случаев только двух роботов, монтажа направляющих из стандартных узлов и минимальной протяженности тубопро-вода, который не требуется разводить по всему помещению;
572
- нагрузка от комплекса невелика (вес робота 150 кг), при этом направляющие и трубопровод можно крепить к колоннам здания;
- в повседневном состоянии роботы располагаются на месте парковки, куда легко организовать доступ для проведения регламентных работ;
- комплекс подает огнетушащее вещество непосредственно в очаг возгорания, снижая площадь разлива огнетушащего вещества и негативное воздействие на близлежащее оборудование и материалы;
- комплекс имеет двойную защиту от ложного срабатывания: стационарную противопожарную сигнализацию и ИК-извещатель, размещенный на роботе.
Сравнение технико-экономических характеристик разрабатываемого комплекса и аналогов приведено в таблице.
Сравнение технико-экономических характеристик разрабатываемого комплекса и аналогов для промышленного помещения площадью 15 тыс. м2
Технико-экономические параметры продукта Спринклерные и дренчер-ные системы Стационарные роботы Создаваемый продукт
Стоимость системы, млн. руб. 40-50 25-30 15
Стоимость обслуживания, млн. руб. в год 2-3 3-4 1
Тушение в помещении До высоты потолка 20 м Да Да
Тушение на открытых площадках Затруднено Да Да
Защита от ложного срабатывания Одинарная Двойная Двойная
Помеха для работы оборудования Есть при высотном оборудовании Нет Нет
Воздействие на конструкции объекта Существенная нагрузка на потолок Нет Нет
Ущерб при срабатывании Большой Небольшой Небольшой
Одна из задач, которая стояла перед изобретателями на этапе НИОКР, - добиться быстрой реакции робота на возгорание (не более 2 мин при максимальной длине пути 400 м). С учетом времени, которое понадобится на стыковку, роботу необходимо развивать максимальную скорость 20 км/ч, или 5,6 м/с, при массе 150 кг. При этом имеются ограничения по диаметру колеса, которое должно перемещаться по пожарозащищенной направляющей.
В итоге был выбран ходовой двигатель мощностью 350 Вт с вращающим моментом 7,1 Нм и направляющая в виде С-образного профиля 120^50^3 мм ГОСТ 8282-83. Радиус ходового колеса составил 50 мм. Из параметров ходового двигателя рассчитывается ускорение:
а = — = 7,1 = 0,95 м/с2,
г-т 0,05-150
где М - вращающий момент двигателя, Нм; г - радиус ходового колеса, м; т - масса робота, кг.
Далее было получено время разгона:
£р=- = ^=5,9 с,
р а 0,95
где V - максимальная скорость робота, м/с.
Время торможения £т принято равным времени разгона. Путь разгона составил
а-гр2 0,95-5,92
5р = —— =-=16,5 м ;
р 2 2 '
Путь торможения 5т принимаем равным пути разгона. Путь равномерного движения считаем из предположения, что общая длина трассы занимает 400 м:
5равн = 1 - 5р -5т = 400 - 16,5 - 16,5 = 367 м Время равномерного движения получаем из выражения
= 5равн = 367 = 65 5 с
^равн у 56 с
Вычисляем общее время в пути:
^общ ^равн "^^р + 65,5 ~Ь 5,9 "Ь 5,9 77,3 с Полученное время приемлемо с учетом периода, необходимого на стыковку с трубопроводом.
Внешняя поверхность направляющей покрывается огнезащитным составом (грунт ГФ-021, огнезащитный состав FIRETEX FX4002). При этом внутренняя поверхность, по которой движется робот, остается без покрытия.
Таким образом, на разработанном комплексе удалось обеспечить нужное время реакции с необходимостью установки защищенных от огня направляющих. Расчеты были проверены на испытаниях комплекса. Робот показал заданное быстродействие в 2 мин. на участке в 400 м. Испытания на огнестойкость направляющих было установлено - они соответствуют классу огнестойкости конструкции RE 60 - предел огнестойкости 60 мин.
Выводы. В настоящее время для обеспечения противопожарной безопасности крупных помещений и открытых площадок применяются АУПТ. В больших помещениях (площадью более 15 тыс. м2 и/или с высотой потолка более 20 м), а также на крупных открытых площадках использование водяных и пенных распылительных систем затруднено из-за их технических и экономических параметров. Использование газовых, порошковых и аэрозольных систем практически невозможно.
Наиболее удобными и современными системами защиты больших объектов от пожара являются роботизированные противопожарные комплексы. Однако основным сдерживающим фактором для установки РПК является высокая стоимость их установки и обслуживания, связанная с необходимостью применения значительного количества роботов.
Разработанный интеллектуальный самодвижущийся программируемый комплекс пожаротушения на базе самоходного робота с направляющими для движения, позволяет сочетать в себе преимущества РПК на базе стационарных роботов с низкой стоимостью при установке и обслуживании. Комплекс, по сути, является стационарным пожарным роботом, установленным на движущуюся тележку, которая перемещается по направляющим. Таким образом, один комплекс (два робота) может защищать объект с большой площадью, от 10 тыс. м2 и более (ограничение защищаемой площади только по гидравлическим параметрам установки) и/или высотой потолочных перекрытий более 20 м. Он может размещаться как в помещении, так и на улице.
До конца 2023 года при сотрудничестве Санкт-Петербургского государственного архитектурно-строительного университета и ООО «Автоматические системы спасения» планируется запуск опытного производства с прохождением обязательной сертификации интеллектуального самодвижущегося программируемого комплекса пожаротушения на базе самоходного робота с направляющими для движения. Изготовление изделий на опытном производстве и реализацию продукции по проекту планируется начать в 2024 года.
Список литературы
1. Волков М. А., Мищенко Р. В. Современное капитальное строительство // Наука и образование сегодня. № 4 (17), 2017. [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.rU/article/n/sovremennoe-kapitalnoe-stroitelstvo (дата обращения: 05.10.2021).
2. Жук А. А., Колесникова И. В. Крупные инфраструктурные объекты в России: опыт создания и результаты // Экономическая наука современной России. 2018. № 1 (80). [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.ru/article/n/krupnye-infrastrukturnye-obekty-v-rossii-opyt-sozdaniya-i-rezultaty (дата обращения: 05.10.2021).
3. Строительство в России. 2020: стат. сб. / Росстат. M., 2020. [Электронный ресурс] URL: https://rosstat.gov.ru/storage/mediabank/tASKTSkO/Stroitelstvo 2020.pdf (дата обращения: 05.10.2021).
4. Рынок противопожарных систем 2016-2022 год. [Электронный ресурс] URL: http://www.techportal.ru/security/security-fire-alarm/rossiyskiy-i-mirovoy-rynki-okhranno-pozharnoy-signalizatsii-tsifry-prognozy-i-trendy/ (дата обращения: 05.10.2021).
5. Использование промышленных роботов: обзор рынка робототехники в России и мире // Delovoy Profil. 28 Декабря 2020. [Электронный ресурс] URL: https://delprof.ru/press-center/open-analytics/ispolzovanie-promyshlennykh-robotov-obzor-rynka-robototekhniki-v-rossii-i-mire/ (дата обращения: 05.10.2021).
6. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности: федеральный закон от 22.07.2008 № 123-Ф3. [Электронный ресурс] URL: https://docs.cntd.ru/document/902111644 (дата обращения: 05.10.2021).
7. СП 485.1311500.2020. Системы противопожарной защиты. Установки пожаротушения автоматические. Нормы и правила проектирования. [Электронный ресурс] URL: https://docs.cntd.ru/document/573004280 (дата обращения: 05.10.2021).
8. Кирюхина Т.Г., Смирнов Н.В. Установки пожаротушения: учеб. пособие по специальной подготовке. М.: НОУ «ТАКИР», 2006. 280 с.
574
9. СП 160.1325800.2014. Здания и комплексы многофункциональные. Правила проектирования. М.: Минстрой, 2014. 21 с.
10.Валиуллин Т. Р., Аширова А. Д. Преимущества и недостатки порошкового пожаротушения // Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2011. № 1 (2). С. 335-337.
11.Маклецов А. К. Современные системы порошкового пожаротушения // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Воронеж. 2014. № 1 (2). С. 13-20.
12. Горбань Ю.И. Пожарные роботы и ствольная техника в пожарной автоматике и пожарной охране. М.: Пожнаука, 2013. 351 с.
13. ГОСТ Р 53326-2009. Установки пожаротушения роботизированные. [Электронный ресурс] URL: https://docs.cntd.ru/document/1200071926 (дата обращения: 05.10.2021).
Глуханов Александр Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, promo19_78@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет,
Федотов Алексей Иванович, генеральный директор, fedotov@acc-project.ru, Россия, Санкт-Петербург, ООО «Автоматические Системы Спасения»,
Антонов Денис Александрович, генеральный директор, antonov@daaf.su, Россия, Санкт-Петербург, ООО «ДААФ»
ADVANTAGES OF USING THE INSTALLATIONS FIRE EXTINGUISHING AT THE BASE SELF-PROPELLED ROBOTIC FIRE COMPLEX
A.S. Glukhanov, A.I. Fedotov, D.A. Antonov
The article deals with the issue of protecting buildings and structures of various functional purposes, having an area of premises not separated by walls, more than 10 thousand m2 and / or with ceilings more than 20 m high, from fire. The functioning of various existing automatic fire extinguishing installations (AUPT) is analyzed. The article shows the technical efficiency and economic feasibility of using an intelligent self-propelled programmable fire extinguishing complex based on a self-propelled robot with guides for movement in case of a fire in large buildings.
Key words: fire robot, fire fighting robotic complex, complex based on self-propelled robots.
Glukhanov Alexander Sergeevich, candidate of technical sciences, docent, promo19_78@mail.ru, Russia, St. Petersburg, State University of Architecture and Civil Engineering,
Fedotov Aleksey Ivanovich, general director, fedotov@qcc-proiect.ru, Russia, St. Petersburg, Automatic Systems of Rescue LLC,
Antonov Denis Aleksandrovich, general director, antonov@daaf.su, Russia, St. Petersburg, DAAF LLC
