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自動噴淋滅火系統性能的分類、問題及測試方法

自動噴水滅火系統由灑水噴頭、報警閥組、水流報警裝置（水流指示器或壓力開關）等組件，以及管道、供水設施組成，并能在發生火災時噴水的自動滅火系統。由濕式報警閥組、閉式噴頭、水流指示器、控制閥門、末端試水裝置、管道和供水設施等組成。系統的管道內充滿有壓水，一旦發生火災，噴頭動作后立即噴水。
一、自動噴水滅火系統的分類：
依照采用的噴頭分為兩類：采用閉式灑水噴頭的為閉式系統；采用開式灑水噴頭的為開式系統。
1.閉式系統：閉式系統的類型較多，基本類型包括濕式、干式、預作用及重復啟閉預作用系統等。用量最多的是濕式系統。在已安裝的自動噴水滅火系統中，有70%以上為濕式系統。
（1）濕式系統：由濕式報警閥組、閉式噴頭、水流指示器、控制閥門、末端試水裝置、管道和供水設施等組成。系統的管道內充滿有壓水，一旦發生火災，噴頭動作后立即噴水。
（2）干式系統：準工作狀態時配水管道內充滿用于啟動系統的有壓氣體的閉式系統。
（3）預作用系統：準工作狀態時配水管道內不充水，由火災自動報警系統自動開啟雨淋報警閥后，轉換為濕式系統的閉式系統。
2.開式系統：采用開式灑水噴頭的自動噴水滅火系統，包括：雨淋系統、水幕系統。
（1）雨淋系統：由火災自動報警系統或傳動管控制，自動開啟雨淋報警閥和啟動供水泵后，向開式灑水噴頭供水的自動噴水滅火系統。亦稱開式系統。
（2）水幕系統：由開式灑水噴頭或水幕噴頭、雨淋報警閥組或感溫雨淋閥，以及水流報警裝置（水流指示器或壓力開關）等組成，用于檔煙阻火和冷卻分隔物的噴水系統。
二、自動噴淋滅火系統存在問題：
自動噴淋滅火系統的可靠性已毋庸置疑,然而在設計施工和運行維護中出現的問題卻影響到滅火的效果。例如在設計時,噴頭布置不當或者在日后的使用中重新劃分防火分區而導致噴頭作用面積不足,出現噴水盲點；在施工過程中油漆、涂料等附著在噴頭熱敏元件上,延遲噴頭響應時間；噴淋體統管網缺少減壓裝置,導致管道壓力過大,管道破裂漏水留下水漬；屋頂水箱直接連接到噴淋系統管網而沒有經過報警閥等。種種問題影響到自動噴淋滅火系統控火、滅火的可靠性和系統運行的穩定性,其中最為嚴重的就是噴頭作用面積不足而存在的噴水盲點。因此探索測試自動噴淋滅火系統性能的方法,找出噴頭保護不到的區域就顯得尤為重要。
三、測試自動噴淋滅火系統性能的方法：
理論與實驗相結合,測試噴頭的保護面積,消除噴頭保護區域的盲點,提高自動噴淋系統的可靠性在實際應用上具有很大的意義。
國內外針對噴頭噴水強度在空間上的分布已有過專門的研究。例如中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室做過的噴淋液滴運動軌跡及有效控制半徑的理論模型研究。研究通過對單個液滴水平和豎直方向上的速度建立數學模型,分析得出初始噴射角、初始速度和粒徑是決定噴頭保護面積的決定性因素。美國伊利諾州西北大學應用粒子成像測速法(PIV)測量噴頭附近液滴運行速度,得到幾個典型噴頭在不同角度和不同方位情況下的速度分布。相比較已經得出的偏于理論的研究成果,如果可以建立一套簡單的實驗裝置直觀的反映出單個噴頭噴水液滴在空間的強度分布情況,并以此裝置為基礎得出整個噴淋系統噴水強度分布情況,就可以確定自動噴淋系統的噴水性能,找到噴頭作用面積保護不到的地方。這對自動噴淋系統的發展有著十分重要的作用。
建立一套實驗裝置,以測定噴頭噴水量在作用面積上的噴水強度與噴頭出流量、出流壓力、作用高度和噴水半徑關系來更好的確定自動噴淋系統的噴頭布置為實驗目的。以流量作為主要變量,因流量分布直接影響到自動噴淋系統的控火、滅火效果。以單個標準噴頭為主要研究對象,從單個噴頭得到的結論拓展研究兩個、多個噴頭共同作用下的噴水強度分布情況,以期結合計算機分析應用于工程甚至在線監測系統,測試任意自動噴淋滅火系統是否可以達到滅火要求。
實驗通過水泵將水提升至實驗室屋頂水箱,之后自流供水經壓力調節閥、蝶閥、壓力表和流量計至固定在支架上的標準噴頭。通過噴頭前設置的閥門控制噴頭出流水量、水壓,通過流量計、壓力表測出水量、水壓。另外,通過改變支架活動橫桿的位置來調節噴頭距離地面高度。這樣就可以做到在確定水量、水壓、高度三個變量中任意兩個變量的情況下,噴水強度和單一變量之間的關系。在噴頭噴水覆蓋面積內放置一定數量的燒杯(配量筒),噴水強度的測試由在噴頭作用面積內安裝的固定燒杯(配量筒)直觀得出結果。在作用面積上設置積水坑,收集噴灑下來的水,通過水泵再次提升至屋頂水箱實現水的循環使用。分析實驗數據,在坐標紙上描出噴水強度與水量、水壓、高度等變量的曲線,從而利用高等數學的知識分析數據得到噴水強度與變量的方程。實驗中主要調節的變量為,噴頭出水流量Q、噴頭出水壓力P和噴頭距地面作用高度H。采用單變量法,改變任一變量數值,固定其他變量,分別測量噴頭保護面積的半徑R及保護面積內各點噴水強度qr具體步驟如下。
(1)固定噴頭出水流量Q和噴頭出水壓力P,移動固定噴頭的支架橫桿調節噴頭作用高度H,讀取壓力表和流量計讀數,測量噴頭作用高度與噴頭保護面積半徑R及保護面積內各點噴水強度qr。
(2)固定噴頭作用高度H和噴頭出水流量Q,調節蝶閥改變噴頭出水壓力P,讀取壓力表和流量計讀數,測量噴頭作用高度與噴頭保護面積半徑R及保護面積內各點噴水強度qr。
(3)固定噴頭作用高度H和噴頭出水壓力P,調節蝶閥改變噴頭出水流量Q,讀取壓力表和流量計讀數,測量噴頭作用高度與噴頭保護面積半徑R及保護面積內各點噴水強度qr。
具體實驗裝置如圖1。

圖1 實驗裝置

通過對單一標準噴頭的實驗,得到噴水強度與噴水水量、噴水水壓和噴頭作用高度的關系,應用數學模型算出噴頭的保護面積,從而得到影響自動噴淋系統保護面積的因素。以本實驗為基礎,找出多個噴頭共同作用下影響噴頭噴水強度的因素,測試自動噴淋滅火系統的性能,在今后的自動噴淋滅火系統的發展中無疑有著十分廣闊的空間。
四、教學設備的推薦與介紹：

MY-54A 噴淋滅火系統實訓設備

一、自動噴淋滅火系統實訓裝置,智能樓宇實訓室設備,自動噴淋滅火系統實訓設備產品概述：
本裝置主要依據《自動噴水滅火系統設計規范》相關標準設計,該系統具有噴水滅火系統典型結構，能夠完成火災探測，火災報警，現場滅火等演示性實訓項目，同時還能清楚的展示噴淋滅火系統的典型設備構成和系統工作原理，通過該裝置的操作學習，學生可以對樓宇中噴水滅火系統的結構有一個全面的了解，掌握建筑物內部主要滅火設備的應用，熟悉樓宇中濕式報警閥、水流指示器、壓力開關等滅火設備的結構和原理，熟悉滅火系統的控制原理和工作過程。它適用于學習《建筑滅火系統》、《樓宇給排水系統》、《樓宇消防控制系統》等專業課的中職業院校的實訓教學。
二、自動噴淋滅火系統實訓裝置,智能樓宇實訓室設備,自動噴淋滅火系統實訓設備產品特點：
1.具有試驗性噴淋啟動功能，當自動控制系統出現故障時，可手動啟動噴淋泵
2.本身自帶控制器，可實現本地控制，也可實現消防報警聯動控制
3.模型框架和水箱等主要部件全部使用不銹鋼器件，保證不生銹、不易老化
4.噴淋泵和氣壓罐等關鍵設備分別采用德國和瑞士進口設備，穩定型強
5.濕式報警閥、水流指示器、壓力開關等設備全部通過國家強制性產品認證
三、自動噴淋滅火系統實訓裝置,智能樓宇實訓室設備,自動噴淋滅火系統實訓設備技術參數：
1.輸入電源：三相四線～380V±10% 50Hz
2.環境溫度：+4℃～+45℃
3.裝置容量：＜4kVA
4.外形尺寸：2170mm×720mm×1808mm
5.安全保護：具有漏電自動保護裝置
四、自動噴淋滅火系統實訓裝置,智能樓宇實訓室設備,自動噴淋滅火系統實訓設備實訓項目：
1.系統結構與設備認識
2.噴淋滅火系統仿真軟件安裝與使用
3.噴淋滅火系統伺應狀態操作
4.噴淋滅火系統調試
5.火災探測與火災報警
6.噴淋滅火操作
7.噴淋滅火監控軟件安裝與使用
8.噴淋系統系統綜合操作訓練
9.噴淋滅火系統與消防報警系統聯動（選做）
五、自動噴淋滅火系統實訓裝置,智能樓宇實訓室設備,自動噴淋滅火系統實訓設備基本配置及參數
1.噴淋滅火系統配置
2.模型框架和水箱等主要部件全部使用不銹鋼器件，保證不生銹、不易老化，模擬兩層大樓噴淋滅火系統；模型系統主要由噴淋水泵、氣壓罐、濕式報警閥、水力警鈴、延時器、壓力開關、水流指示器、封閉式噴頭、試驗閥、火災探測器、火災報警器等典型噴水滅火設備構成，能生動模擬大樓內水滅火系統的典型結構。
3.噴淋水泵：數量1臺功率 750W 揚程：30米流量:8立方米/小時
4.高位水泵模擬氣壓罐：數量1臺容積50升，功率 750W揚程：30米，0.3MP
5.濕式報警閥：數量1臺口徑：Ф100mm額定工作壓力1.2MPa
6.玻璃球噴頭：數量6個68℃溫級
7.水流指示器：數量2個靈敏度15L-37.5L/min
8.感煙探測器：1個，總線編碼型，報警電流小2MA普通煙霧體濃渡等級
9.感溫探測器：1個總線編碼型，報警電流小2MA、68℃溫級
10.電源控制屏：提供交流電源：單相交流電220V 50Hz，帶有過流保護
11.火災報警控制器(聯動型)
（1）采用192×64點陣液晶顯示，可同屏顯示4行12列漢字信息
（2）可以現場編輯總線設備的區、層、狀態、類型、安裝位置等信息
（3）256條事件記錄，記錄控制器運行中的各種事件，可隨時查閱
（4）可以現場編輯聯動公式
（5）2個總線回路，可連接254個現場器件
（6）1個 RS485 通訊口，用于同火災顯示盤、設備操作盤、滅火控制盤進行通訊，可接16臺火災顯示盤；2臺設備操作盤；4臺（8區）滅火控制盤
（7）探測器
配備可燃氣體探測器、智能光電感煙探測器和差定溫火災探測器等三種探測器。
（8）輸入模塊、控制模塊輸入模塊
主要用于壓力開關等信號檢測，控制模塊主要用于控制排煙閥、送風閥、卷簾門等設備。
12.聯動盤現場接口
（1）三線控制，接線部分簡潔方便，輕松實現啟停回答功能；
（2）兩種輸出控制方式可供選擇，電平輸出和脈沖輸出。
13.手動報警按鈕
火災發生時，按下有機玻璃片，按鈕的火警燈點亮，同時向控制器發出火警信號。
14.消防栓按鈕
火災時按下壓片控制器報警，點亮火警指示燈(紅)，同時輸出一組外控空接點，啟動消防泵時，接入啟泵回答信號，啟泵指示燈點亮(綠色)，復位時，滑下滑動蓋，按下復位按鈕。
15.聲光報警器、警鈴
現場發生火災接到控制信號后，發出強烈的聲音警報信號，以達到提醒現場人員注意的目的。
五、本實驗對于自動噴淋滅火系統的發展前景
自動噴淋滅火系統因其可靠的性能在當今得到廣泛的應用。然而,由于設計施工和運行維護中存在的問題卻使自動噴淋滅火系統的性能不能得到最為有效地發揮。以單一標準噴頭的實驗為基礎,拓展到由多個噴頭互相作用組成的自動噴淋滅火系統,找到噴水強度的分布規律和影響噴頭噴水強度的因素,就可以確定噴淋系統中的噴水強度保護的最大面積是否達到建筑的防火要求。
以此種理論模型為依托,可以設計一種儀器應用于工程。便攜的儀器作為客戶端可以輸入噴頭的水量水壓以及作用高度這些簡單的數據。數據經客戶端傳輸到錄入了噴頭保護面積與變量關系的數學模型的計算機終端上進行分析。分析得到噴頭作用面積返回至客戶端,由客戶端判斷自動噴淋滅火系統的噴頭布置是否達到建筑的防火要求。這樣可以避免因設計或者施工中存在的問題而影響到自動噴淋滅火系統的可靠性,并對其經行實時的在線監測。總之,自動噴淋滅火系統有著很大的發展空間需要我們來不斷地探索和發掘。

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