氣壓罐的工作原理

時間：2007-8-28來源：http://wnmmt.cn作者：弘凌泵閥

氣壓罐用于頂層消防給水的增壓也是設(shè)計常用的一種增壓設(shè)施。氣壓罐的主要作用是提供足夠的消防水壓，而貯存少量的消防用水，室內(nèi)10min的消防水量仍然貯存在屋頂水箱中，因此，消防氣壓罐的容積較小，這是與其它氣壓給水系統(tǒng)的不同之處。
2.1氣壓罐的工作原理
　　消防氣壓罐的消防水總?cè)莘e分為3個部分，即消防貯水容積（調(diào)節(jié)容積）、緩沖水容積和穩(wěn)壓水容積，如圖2所示。系統(tǒng)平時的壓力由穩(wěn)壓泵提供，當(dāng)壓力升高，達(dá)到穩(wěn)壓水容積的高水位時，穩(wěn)壓泵自動停止運行；當(dāng)壓力降低，達(dá)到穩(wěn)壓水容積的低水位時，穩(wěn)壓泵自動開啟，將穩(wěn)壓水容積提升到高水位。如此循環(huán)以保持系統(tǒng)的高壓狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，隨著消火栓的投入使用，系統(tǒng)壓力開始下降，當(dāng)降至消防貯水容積的低水位時，停止穩(wěn)壓泵，自動開啟消防泵滅火。

圖2　氣壓罐加壓工作原理圖

2.2氣壓罐的設(shè)計計算
　　氣壓罐增壓系統(tǒng)的設(shè)計計算內(nèi)容主要有兩個部分，即氣壓罐總?cè)莘e的計算和每個壓力控制點壓力值的計算�？�?cè)莘e的計算確定所選壓力罐的大小，壓力的計算確定穩(wěn)壓泵的啟、停范圍以及開啟消防泵的壓力值。
2.2.1氣壓罐的總?cè)莘eV
　　氣壓罐的總?cè)莘e一般按公式V= βV_X÷(1- α_b)計算。
　　式中：V為氣壓罐的總?cè)莘em³；V_X為消防水總?cè)莘e等于消防貯水容積、緩沖水容積和穩(wěn)壓水容積之和；β為氣壓罐的容積系數(shù)，臥式、立式、隔膜式氣壓罐的容積系數(shù)分別為1.25，1.10和1.05；α_b為氣壓罐低工作壓力和高工作壓力之比（以絕對壓力計），一般宜采用0.65～0.85。
　　消防貯水總?cè)莘e（V_X）：設(shè)置氣壓罐的目的是為了保證火災(zāi)發(fā)生初期消防泵沒有啟動之前消火栓和噴頭所需的水壓，這段時間約為30s。對于消火栓給水系統(tǒng)，按同時使用2支水槍（每支水槍流量5 L/s）計，消防貯水容積為2*5*30=300L；對于自動噴水滅火系統(tǒng)，按5個噴頭同時開啟，每個噴頭以1 L/s計，消防貯水容積為5*1*30=150L。當(dāng)2個系統(tǒng)共用氣壓罐時，消防貯水總?cè)莘e為300+150=450L。
　　緩沖水容積V₁一般不小于20L，穩(wěn)壓水容積V₂一般不小于50L。
2.2.2壓力控制點壓力值的計算
　　氣壓罐設(shè)4個壓力控制點，如圖2所示。其中：P₁為氣壓罐低工作壓力點或氣壓罐充氣壓力，即消防貯水容積的下限水位壓力，等于不利點消火栓所需的水壓H_min，其計算方法同增壓泵；P₂為高工作壓力，即啟動消防泵的壓力值。按下式計算：
　　P₂ =（P₁ + 0.098）÷ α_b - 0.098
　　P₀₁為穩(wěn)壓水容積下限水位壓力，此時啟動穩(wěn)壓泵；P₀₂為穩(wěn)壓水容積上限水位壓力，即氣壓罐高工作壓力，此時停止穩(wěn)壓泵。
　　由于壓力傳感器有精度、穩(wěn)定性的要求，一般使緩沖水容積的上、下限水位壓差不小于0.02~0.03 Mpa；穩(wěn)壓水容積的上、下限水位壓差不小于0.05 ~0.06Mpa。則：
　　P₀₁ = P₂ + 0.02~0.03Mpa　　　　P₀₂ = P₀₁ + 0.05~0.06Mpa = P₂ + 0.07~0.09MPa
2.2.3計算舉例
　　筆者在一棟建筑高度接近100m的一類綜合樓建筑中，頂部幾層采用立式氣壓罐穩(wěn)壓，屋頂水箱至頂層消火栓栓口的距離:H = 4m。屋頂水箱至頂層消火栓處的水頭損失∑h=0.82m
　　氣壓罐工作壓力比：α_b = 0.76
　　氣壓罐總?cè)莘e：V= βV_X÷(1- α_b) = 1.1×(300+20+50)÷(1-0.76)=1.70m³
　　選用：SQL1000×0.6氣壓罐一臺
　　氣壓罐充氣壓力：
　　P₁ =H_min= H_q+ H_d+ H_K+∑h-H = 0.16+0.01+0.02+0.0082-0.04 = 0.14(Mpa)
　　高工作壓力：P₂ =（P₁ + 0.098）÷ α_b - 0.098 = 0.14 ÷ 0.76-0.098 = 0.22 (Mpa)
　　穩(wěn)壓泵啟動壓力：P₀₁ = P₂ + 0.02~0.03Mpa = 0.22+0.02~0.03 = 0.24~0.25(Mpa)
　　穩(wěn)壓泵停泵壓力：P₀₂ = P₂ + 0.07~0.09Mpa = 0.22+0.07~0.09 = 0.29~0.31(Mpa)
　　穩(wěn)壓泵揚程：H = (P₀₁ +：P₀₂ )÷2 = (0.24+0.39)÷2 = 0.27 (Mpa)
　　穩(wěn)壓泵流量：Q ≤5.0L/S
　　選用40LG12-15×2水泵兩臺一用一備每臺：Q = 4.17L/s　　H = 27m　　N = 2.2KW
2.2.4穩(wěn)壓泵的流量
　　由于消防初期流量由氣壓罐供給，泵的流量只需考慮系統(tǒng)的滲漏量或氣壓罐對流量的要求，所以流量可適當(dāng)選小一點。對于消火栓系統(tǒng)穩(wěn)壓泵的流量以約小于1個消火栓的出水量計，為≤5 L/s。噴灑系統(tǒng)穩(wěn)壓泵的流量以約小于1個噴頭的出水量計，為≤1 L/s。
3　兩種增壓設(shè)施的比較
　　單設(shè)管道泵的增壓系統(tǒng)設(shè)備簡單，占地面積小，設(shè)計與施工都較方便，系統(tǒng)控制簡單，保證系統(tǒng)正常工作的前提是需選擇性能良好的低功率管道泵，可靠的繼電器開停裝置；供電應(yīng)保證雙回路并能自動切換。此種增壓方式存在的不足之處為：對于管網(wǎng)漏損壓力波動較大的供水系統(tǒng)，管道泵的啟停頻繁，設(shè)備容易損害，故障率高，能耗提高，從而增加運行費用。同時消防安全度較低。
　　與單設(shè)管道泵的增壓系統(tǒng)相比，氣壓罐不但能調(diào)節(jié)容積（貯存30s的室內(nèi)消防用水），更重要的是貯存能量。穩(wěn)壓泵每啟動1次，可以長時間地維持管網(wǎng)壓力，設(shè)備啟動次數(shù)少，運行費用低，頂部管網(wǎng)經(jīng)常處于承壓水狀態(tài)，供水安全可靠�；馂�(zāi)初期，氣壓罐不但能保證頂部幾層消火栓和噴頭的壓力要求，而且能提供30s的室內(nèi)消防用水（450L）。即消火栓或噴頭隨時可以取得符合壓力要求的消防用水，在這一點上氣壓罐明顯-優(yōu)于增壓泵。但氣壓罐增壓系統(tǒng)也存在不足之處：設(shè)備占地面積相對較大，一次性投資相對較高。
4　選用方法
　　上述2種增壓設(shè)施各有所長，在具體工程中應(yīng)分別對待，選用合適的設(shè)計方案。對于一類高層建筑和重要的建筑物，火災(zāi)造成的損失巨大，防火要求高，應(yīng)盡量采用氣壓罐增壓設(shè)施解決頂部幾層的壓力需求，且穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)置備用泵，以提高使用的可靠性；對于二類高層建筑和普通危險級的建筑物，由于受場地、資金等條件的限制，可考慮只設(shè)增壓泵，但在選用增壓泵產(chǎn)品時應(yīng)確保質(zhì)量可靠。
5　結(jié)語
　　無論是氣壓罐還是增壓泵，提供的都是火災(zāi)初期消火栓和噴頭的水壓保障，而初期滅火的成功是控制火災(zāi)的關(guān)鍵，可將火災(zāi)造成的損失降低到低限度。
　　綜上所述，高層建筑的高位消防水箱增壓設(shè)施的設(shè)計，應(yīng)根據(jù)具體工程對照規(guī)范確定；增壓泵的流量、揚程及氣壓罐的總?cè)萘康葏?shù)還應(yīng)根據(jù)不同的工況來確定，而不是機(jī)械套用，做到符合規(guī)范、運行可靠、經(jīng)濟(jì)合理。

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