氣壓罐的工作原理-浙江揚子江泵業(yè)有限公司

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氣壓罐的工作原理

時(shí)間：2007/8/28 來(lái)源：浙江揚子江泵業(yè)有限公司

氣壓罐用于頂層消防給水的增壓也是設計常用的一種增壓設施。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容積分為3個(gè)部分，即消防貯水容積（調節容積）、緩沖水容積和穩壓水容積，如圖2所示。系統平時(shí)的壓力由穩壓泵提供，當壓力升高，達到穩壓水容積的高水位時(shí)，穩壓泵自動(dòng)停止運行；當壓力降低，達到穩壓水容積的低水位時(shí)，穩壓泵自動(dòng)開(kāi)啟，將穩壓水容積提升到高水位。如此循環(huán)以保持系統的高壓狀態(tài)。當發(fā)生火災時(shí)，隨著(zhù)消火栓的投入使用，系統壓力開(kāi)始下降，當降至消防貯水容積的低水位時(shí)，停止穩壓泵，自動(dòng)開(kāi)啟消防泵滅火。

圖2　氣壓罐加壓工作原理圖

2.2氣壓罐的設計計算
　　氣壓罐增壓系統的設計計算內容主要有兩個(gè)部分，即氣壓罐總容積的計算和每個(gè)壓力控制點(diǎn)壓力值的計算�？側莘e的計算確定所選壓力罐的大小，壓力的計算確定穩壓泵的啟、停范圍以及開(kāi)啟消防泵的壓力值。
2.2.1氣壓罐的總容積V
　　氣壓罐的總容積一般按公式V= βV_X÷(1- α_b)計算。
　　式中：V為氣壓罐的總容積m³；V_X為消防水總容積等于消防貯水容積、緩沖水容積和穩壓水容積之和；β為氣壓罐的容積系數，臥式、立式、隔膜式氣壓罐的容積系數分別為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。
　　消防貯水總容積（V_X）：設置氣壓罐的目的是為了保證火災發(fā)生初期消防泵沒(méi)有啟動(dòng)之前消火栓和噴頭所需的水壓，這段時(shí)間約為30s。對于消火栓給水系統，按同時(shí)使用2支水槍?zhuān)恐畼屃髁? L/s）計，消防貯水容積為2*5*30=300L；對于自動(dòng)噴水滅火系統，按5個(gè)噴頭同時(shí)開(kāi)啟，每個(gè)噴頭以1 L/s計，消防貯水容積為5*1*30=150L。當2個(gè)系統共用氣壓罐時(shí)，消防貯水總容積為300+150=450L。
　　緩沖水容積V₁一般不小于20L，穩壓水容積V₂一般不小于50L。
2.2.2壓力控制點(diǎn)壓力值的計算
　　氣壓罐設4個(gè)壓力控制點(diǎn)，如圖2所示。其中：P₁為氣壓罐低工作壓力點(diǎn)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(diǎn)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(dòng)消防泵的壓力值。按下式計算：
　　P₂ =（P₁ + 0.098）÷ α_b - 0.098
　　P₀₁為穩壓水容積下限水位壓力，此時(shí)啟動(dòng)穩壓泵；P₀₂為穩壓水容積上限水位壓力，即氣壓罐高工作壓力，此時(shí)停止穩壓泵。
　　由于壓力傳感器有精度、穩定性的要求，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(lèi)綜合樓建筑中，頂部幾層采用立式氣壓罐穩壓，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
　　氣壓罐總容積：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)
　　穩壓泵啟動(dòng)壓力：P₀₁ = P₂ + 0.02~0.03Mpa = 0.22+0.02~0.03 = 0.24~0.25(Mpa)
　　穩壓泵停泵壓力：P₀₂ = P₂ + 0.07~0.09Mpa = 0.22+0.07~0.09 = 0.29~0.31(Mpa)
　　穩壓泵揚程：H = (P₀₁ +：P₀₂ )÷2 = (0.24+0.39)÷2 = 0.27 (Mpa)
　　穩壓泵流量：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的滲漏量或氣壓罐對流量的要求，所以流量可適當選小一點(diǎn)。對于消火栓系統穩壓泵的流量以約小于1個(gè)消火栓的出水量計，為≤5 L/s。噴灑系統穩壓泵的流量以約小于1個(gè)噴頭的出水量計，為≤1 L/s。
3　兩種增壓設施的比較
　　單設管道泵的增壓系統設備簡(jiǎn)單，占地面積小，設計與施工都較方便，系統控制簡(jiǎn)單，保證系統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(kāi)停裝置；供電應保證雙回路并能自動(dòng)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(dòng)較大的供水系統，管道泵的啟停頻繁，設備容易損害，故障率高，能耗提高，從而增加運行費用。同時(shí)消防安全度較低。
　　與單設管道泵的增壓系統相比，氣壓罐不但能調節容積（貯存30s的室內消防用水），更重要的是貯存能量。穩壓泵每啟動(dòng)1次，可以長(cháng)時(shí)間地維持管網(wǎng)壓力，設備啟動(dòng)次數少，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�；馂某跗�，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的室內消防用水（450L）。即消火栓或噴頭隨時(shí)可以取得符合壓力要求的消防用水，在這一點(diǎn)上氣壓罐明顯-優(yōu)于增壓泵。但氣壓罐增壓系統也存在不足之處：設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種增壓設施各有所長(cháng)，在具體工程中應分別對待，選用合適的設計方案。對于一類(lèi)高層建筑和重要的建筑物，火災造成的損失巨大，防火要求高，應盡量采用氣壓罐增壓設施解決頂部幾層的壓力需求，且穩壓泵應設置備用泵，以提高使用的可靠性；對于二類(lèi)高層建筑和普通危險級的建筑物，由于受場(chǎng)地、資金等條件的限制，可考慮只設增壓泵，但在選用增壓泵產(chǎn)品時(shí)應確保質(zhì)量可靠。
5　結語(yǔ)
　　無(wú)論是氣壓罐還是增壓泵，提供的都是火災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的關(guān)鍵，可將火災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施的設計，應根據具體工程對照規范確定；增壓泵的流量、揚程及氣壓罐的總容量等參數還應根據不同的工況來(lái)確定，而不是機械套用，做到符合規范、運行可靠、經(jīng)濟合理。

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