氣壓罐的工作原理

時間：2007-8-28來源：http://www.mvnso.com作者：弘（hóng）淩泵閥

氣（qì）壓罐用於頂層消防給水的增壓也（yě）是設計（jì）常用的一種增壓設施（shī）。氣壓罐的主要作用是（shì）提供（gòng）足夠的（de）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（yīn）此，消防（fáng）氣壓罐的容（róng）積較小（xiǎo），這是與其它氣壓給水係統的不同之處。
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（diào）節容積）、緩衝水容積和穩壓（yā）水（shuǐ）容積（jī），如圖2所示。係統平（píng）時的壓力由穩壓泵提供，當壓力升高，達到穩壓水容（róng）積的高水位時，穩壓泵自動停止運行；當壓力降低，達到穩壓水容積的低水位時，穩壓泵自動開啟，將穩壓水容積提升到高水位。如此（cǐ）循環以保持係統（tǒng）的高壓狀態（tài）。當發生火災（zāi）時，隨著消火栓的投入（rù）使用（yòng），係統壓力開始下降，當降至消防貯水容積的低水位時，停止穩壓（yā）泵，自動開啟消（xiāo）防泵滅火。

圖2　氣壓罐加壓工作原理（lǐ）圖

2.2氣壓罐的設計計算
　　氣壓罐（guàn）增壓係統的設計計算內容主要有兩個部分，即（jí）氣壓（yā）罐（guàn）總容積的計算和每個壓力控製點壓力值的計算。總容積的（de）計算確定所選壓力罐的大小，壓力的計算確定穩壓泵的啟、停範圍以及開啟消防泵的壓力值。
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（děng）於（yú）消防貯水容（róng）積、緩衝水容積和穩壓水容積之和（hé）；β為氣壓罐的容積係數，臥式、立式、隔膜式氣壓罐的容積係數分別為1.25，1.10和1.05；α_b為（wéi）氣壓罐（guàn）低工作壓力和（hé）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（zhù）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（qī）消防泵沒有啟動之前消火栓和（hé）噴頭所需（xū）的水壓，這段時間約為30s。對於消火栓給水係統，按同時使（shǐ）用2支水槍（每支水槍（qiāng）流量5 L/s）計，消防貯（zhù）水容（róng）積為2*5*30=300L；對於自動噴水滅火係統，按5個噴頭同時開啟，每個噴頭以1 L/s計，消防貯（zhù）水容積為5*1*30=150L。當2個係統共用氣壓罐時，消防貯水總容積為300+150=450L。
　　緩衝水容積V₁一般不小於20L，穩壓水容積V₂一般不小於50L。
2.2.2壓力控製點壓力值的計算
　　氣壓罐設4個壓力控製點，如圖2所示。其中：P₁為氣壓罐（guàn）低（dī）工作壓力點或氣壓罐充氣壓力，即消（xiāo）防貯水容積的下限水位壓力，等於不利點消火栓所（suǒ）需的水壓H_min，其計算（suàn）方法同增壓泵；P₂為高工作壓力，即啟動消防泵的壓力值（zhí）。按（àn）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（yā）力，此時啟動穩壓泵；P₀₂為穩壓水（shuǐ）容積上限水位壓力，即氣壓罐高工作壓力，此時停止穩壓泵。
　　由於壓力傳感器有精度、穩定性的要求，一般使緩衝水容積的上、下限（xiàn）水位壓差不小於0.02~0.03 Mpa；穩壓水容積的上、下限水（shuǐ）位壓差不小於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（jiàn）築高度接近100m的一類綜合樓建築中（zhōng），頂部幾層采用立式氣壓罐穩壓，屋（wū）頂水箱至（zhì）頂層消火栓栓（shuān）口的距離:H = 4m。屋頂水箱至頂層消火栓處的水頭（tóu）損（sǔn）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氣壓罐一台
　　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（bèng）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（lì）：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水泵兩台一用（yòng）一備（bèi）每台：Q = 4.17L/s　　H = 27m　　N = 2.2KW
2.2.4穩壓泵的流量
　　由於（yú）消防初期流量由氣壓罐供給（gěi），泵的（de）流量隻需考慮係統的滲漏量或氣壓罐對流量（liàng）的要求，所（suǒ）以流量可適當選小一點。對（duì）於消火栓係統穩壓泵的流量以約小於1個消火栓的出水量計，為≤5 L/s。噴灑係統（tǒng）穩壓泵的流量以約小於1個噴頭的出水量計，為（wéi）≤1 L/s。
3　兩種增壓（yā）設施的（de）比較
　　單設管道泵的（de）增壓係統設（shè）備簡（jiǎn）單，占地麵積小，設計與（yǔ）施工都（dōu）較（jiào）方便，係統控製簡單，保證係統正常工作的（de）前提是需選擇性能良好的低功率管道泵，可靠的繼電（diàn）器開停裝置（zhì）；供（gòng）電應（yīng）保證（zhèng）雙回路並能自動切換。此種增壓方式存在的不足之處為：對於管網漏損壓力波動（dòng）較大的（de）供水係統，管道泵的啟停頻繁，設備容易（yì）損害（hài），故（gù）障率（lǜ）高，能耗提高，從（cóng）而增加運行費用。同時消防安全度較低。
　　與單設管道泵的增壓係統相比，氣（qì）壓（yā）罐不但能調（diào）節容積（貯存30s的室內消防用水），更重要的是貯（zhù）存能量。穩（wěn）壓泵每啟動1次，可以長時間地維持管網壓（yā）力，設備啟動次數少（shǎo），運行費用低，頂部管網（wǎng）經常處於（yú）承壓水狀態，供水安（ān）全可靠（kào）。火災初期，氣（qì）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（néng）提供30s的室內消防用水（450L）。即消火栓或（huò）噴頭（tóu）隨時可以取得符合壓力要求的消防用水，在這一點上（shàng）氣壓罐明顯（xiǎn）-優（yōu）於增壓泵。但（dàn）氣壓罐增壓係統也存在不（bú）足之處：設備占地麵積相對較大，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，在（zài）具（jù）體工程中應分別對（duì）待，選用合適的設計方案。對於一類高層建築和重要的建築物，火災造成的損失巨大，防火要（yào）求高，應盡量采用氣（qì）壓罐增壓設施解決頂部幾層的壓力需求，且穩（wěn）壓泵（bèng）應設置備用泵，以提高使用的可靠性；對（duì）於二（èr）類（lèi）高層建（jiàn）築和普通危險級的建（jiàn）築物，由於受場地、資金等條件的限製，可考慮隻設增壓泵，但在選用增（zēng）壓泵產品時（shí）應確保質量可靠。
5　結（jié）語
　　無論是氣壓罐還是增壓泵，提供的都是火災初期消火栓和噴（pēn）頭（tóu）的水壓（yā）保障，而初期滅火的成功是控（kòng）製（zhì）火災的關鍵，可將火災造成的損失降低到（dào）低限度。
　　綜上所述，高層（céng）建築的高位消防水箱增壓設施的設（shè）計，應根據具體工程對照規範確定；增壓泵的流量、揚程及氣壓罐的總容量等參數還應根（gēn）據不（bú）同的（de）工況（kuàng）來確定，而不是機（jī）械套用，做到符合規範、運行可靠、經濟（jì）合理。

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