自动喷水灭火系统设计
城市与环境科学系安全工程
防火防爆课程设计
自动喷水灭火系统设计
专业班级:安全工程
姓名:14级城院
学号: 指导教师:郭亚芳
完成日期:
12.15
摘要:“安全第一,预防为主, 综合治理”是一项基本的政策方针,而灭火系统是建筑消防设施的重要组成部分。自动喷水灭火系统可以在很大的程度上减少火灾造成的损失。
自动灭火系统由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置(水流指示器或压力开关)等组件,以及管道、供水设组成,并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。
本设计是对一个已知的简化的区域进行自动喷水灭火系统的设计。对系统的喷头和管道进行预估,由最不利点的喷头开始,通过参数选择和计算,使用舍维列夫计算,不断的修正管道管径,从而得到各管段流量和压力,最终确定消防水泵的扬尘和流量,并合理的选择确定管网和喷头,设计出一个符合条件的灭火系统。
关键词: 自动喷水灭火系统;最不利点;舍维列夫公式;
Abstract :"Safety first, prevention first, comprehensive treatment" is a basic policy, and the fire extinguishing system is an important part of building fire control facilities. Automatic sprinkler system can to a large extent, reduce the loss caused by fire.
By sprinkler sprinkler system, alarm valve, water flow alarm device (water flow indicator or pressure switch), and other components, as well as the set of pipes, water supply, and in the event of a fire water spray automatic fire extinguishing system.
This design is the area of a known simplified the design of the automatic sprinkler system. To forecast system of nozzles and piping, starting with the most unfavorable point of nozzle, through the selection and calculation of parameters using d Lev calculation and continuous correction of pipe diameter, flow and pressure, all the pipe sections and eventually determine the dust and flow of fire pump, and reasonable selection of pipe and nozzle, a qualified fire extinguishing system design. Keywords: automatic water spray fire extinguishing system; the most disadvantage ;Shievieliev F A formula
目录
1 自动喷水灭火系统简介 ............................................ 2
2 闭式自动喷水灭火系统设计 ........................................ 3
2.1 系统应用场所 ............................................... 3
2.2 确定所设计的建、构筑物的火灾危险等级 ....................... 3
2.3 设计题目的确定 ............................................. 4
2.4 确定设计和计算所需的基本参数 ............................... 4
3 喷头和管网布置 .................................................. 6
3.1 喷头的选择和布置 ........................................... 6
3.2 系统管网的选择及其布置。 . .................................. 6
4 管网水力的计算 .................................................. 8
4.1 水力计算公式 ............................................... 8
4.2 舍维列夫公式 ............................................... 9
4.3 舍维列夫计算法 ............................................. 9
4.4 核算管网设计参数 .......................................... 13
4.4.1 设计作用面积内的平均喷水强度为:..................... 13
4.4.2 设计作用面积内各管道流速要求:....................... 13
4.4.3 系统各管道管径要求................................... 13
4.4.4 系统各节点压力要求................................... 13
5 管网的确定和绘制 ............................................... 14
6 结束语 ......................................................... 15
参考文献 .......................................................... 16
1 自动喷水灭火系统简介
自动喷水灭火系统是人们同火灾斗争中出现和发展起来的一种固定式自动灭火系统,是当今世界上公认的最为有效的自救灭火措施,是应用最为广泛、用量最大的自动灭火系统。它具有自动灭火和自动报警的功能。它用水作灭火剂,平时处于准工作状态,一旦保护区域内发生火灾,火灾发生区域的自动喷水灭火系统会发生动作,喷洒水雾或水滴,起到延缓火势和扑灭火灾的作用。
自动喷水灭火系统的组成
自动喷水灭火系统是指由洒水喷头、报警阀组、水流报警装置(水流指示器及压力开关)等组件,以及管道、供水设施组成,并能在发生火灾时喷水的自动灭火系统。
本文采用的是玻璃球喷头的闭式系统,其中又主要分为干式和湿式,湿式喷淋系统指的是准工作状态(火灾喷洒为工作状态)时管道内充满了有压力的水。干式喷淋系统指的是准工作状态时管道内充满有压力的气体。湿式系统局部应用时,适用于室内最大净空高度不超过8m 、总建筑面积不超过1000㎡的民用建筑中的轻危险级或中危险级Ⅰ级局部保护的区域。温度低于4℃和高于70℃的环境不适用于湿式喷水灭火系统,因为温度过高和过低会造成湿式管道的破裂,干式系统多作为替代湿式系统。本文是针对常温下的某中危险级建筑物进行自动喷水灭火装置系统设计,故采用湿式喷淋系统。
2 闭式自动喷水灭火系统设计
2.1 系统应用场所
闭式自动喷水灭火系统用于性质重要且火灾危险性大的场所。
⒈ 高层民用建筑
⑴ 建筑高度不超过100m 的一类高层民用建筑及其裙房的下列部位(除
普通住宅和高层建筑中不宜用水扑救的部位外)
① 舞台、观众厅、展览厅、多功能厅、门厅等公共活动用房;
② 走道、办公室和旅馆的客房;
③ 可燃物品库房;
④ 高级住宅的居住用房;
⑵ 二类高层民用建筑中的商业营业厅、展览厅等公共活动用房和建筑面
积超过200m 2的可燃品库房。
⑶ 高层民用建筑中经常有人停留或可燃物较多的地下室房间。
⑷ 建筑高度超过100m 的高层民用建筑内。
⒉ 工业厂房与低层民用建筑
⑴ 等于或大于50000纱锭的棉纺厂的开包、清花车间;等于或大于5000
锭的麻纱厂的分级、梳麻车间;服装、针织高层厂房;面积超过1500m 2的木器厂房;火柴厂的烤梗、筛选部位;泡沫塑料厂的预发、成型、切片、压花部位。
⑵ 每座占地面积超过1000m 2的棉、毛、丝、麻等及其制品库房;每座面
积超过600m 2的香烟、火柴库房;建筑面积超过500m 2可燃品地下库房;可燃、难燃物品高架库房和高层库房(冷库、高层卷烟成品库房除外);省级以上或藏书量超过100万册的图书馆书库。
⑶ 超过1500个座位的剧院观众厅、舞台上部(屋顶为金属结构时);超
过2000个座位的会堂或礼堂的观众厅;超过3000个座位的体育馆的观众厅吊顶上部、贵宾室、器材间、运动员休息室。
⑷ 省级邮政楼的邮袋库。
⑸ 每层面积超过3000m 2或建筑面积超过9000m 2的百货商场、展览大厅。 ⑹ 设有空气调节系统的旅馆、综合办公楼内的走道、办公室、餐厅、商
店、库房和无楼层服务台的客房。
⑺ 飞机发动机实验台的准备部位。
⑻ 国家级文物保护单位的重点砖木或木结构建筑。
⒊ 汽车停车库
地下停车库、多层停车库和低层停车库应设自动喷水灭火系统。
⒋ 人防工程
⑵ 使用面积超过1000m 2的商场、医院、旅馆等公共场所
⑵ 超过800个座位的电影院、礼堂的观众厅,且吊顶下表面至观众席地
面高度不超过8m 时;舞台面积超过200m 2时。
2.2 确定所设计的建、构筑物的火灾危险等级
据建筑物、构筑物的火灾载荷(由可燃物的性质、数量和分布状况决定)、室内空间条件(面积、高度)、人员密集程度、采用自动喷水灭火系统扑救初期火灾的难易程度,以及疏散及外部增援条件等因素划分设置场所火灾危险等级。
建筑物内存在物品的性质、数量,以及其结构的疏密、包装和分布情况,将决定火灾载荷及发生火灾时的燃烧速度与放热量,是划分自动喷水灭火系统设置场所火灾危险等级的重要依据。
共计:轻危险级、中危险级(其中又分为Ⅰ级和Ⅱ级)、严重危险级(其中又分为Ⅰ级和Ⅱ级)、及仓库危险级(其中又分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级)。
⒈ 严重危险级: 火灾危险性大、可燃物多、发热量大、燃烧猛烈和蔓延迅速的建、构筑物;
⒉ 中危险等级: 火灾危险性较大、可燃物较多、发热量中等、火灾初期不会引起迅速蔓延的建、构筑物;
⒊ 轻危险等级:火灾危险性小、可燃物量少、发热量较小的建、构筑物;
2.3 设计题目的确定
某中危险级建筑物其中一部分的最不利作用面积为180m 2,为(15×12m ); 环境温度为25℃,选用标准玻璃球喷头,喷头以正方形布置。最不利点处喷头的工作压力为 12 mH2O ,即0.12MPa
2.4 确定设计和计算所需的基本参数
表
※三通管的当量长度一律算在总管上
3 喷头和管网布置
3.1 喷头的选择和布置
本次设计选用标准玻璃球洒水喷头,公称直径为15mm ,K=80.
玻璃球洒水喷头是组成湿式系统的关键部件。该部件是由热敏感元件(玻璃球)及密封组件所组成的自动洒水喷头,在火焰温度的作用下,达到预定温度时启动,并按设计形状和水量在保护面积内喷水 灭火。该系统产品具有外形美观,动作灵敏,性能稳定,体积小、重量轻、结构紧凑,安全可靠,耐蚀性好,使用期长等特点。
在系统中,玻璃球洒水喷头起探测火警、启动系统和喷水灭火的作用。广泛应用于一切能用水进行灭火的场所。
喷头矩形布置计算公式为:As=SX (2-1)
式中:As —喷头的最大保护面积
S—喷水支管之间的距离,m ;当正方形布置时,S=X
X —同一支管上两相邻喷头之间的间距,m
公式2-1中S 和X 不应超出“喷规”规定的各种喷头的最大间距,不应小于“喷规”规定的喷头最小间距。
NFPA 规定:标准喷头与墙的最小间距为100mm
喷头布置时,应按照表2.4.1所规范进行布置。
本设计选用中危险级,最不利面积为15*12m2,正方形。计算结果如下: S=X=3.5m,短长边与墙之间距离分别为0.5m 和1m ,R=2.46m
短边上的应装喷头数为(12/3.5+1)=4.4,取整为4个,余下1.5m 墙距。 长边上的应该喷头数为(15/3.5+1)=5.3,取整为5个,余下1m 墙距。 最终确定该区域的喷头数为20个,以正方形布置,布置情况如下图2.5.1所示。
3.2 系统管网的选择及其布置。
根据有关规范(表2.4.2)预选管径,本设计系统共布置了20个喷头,系统报警器和水流指示器各一个。
对管径进行估算预选,根据设计规范GB50084-2005,管道内的水流速度宜采用经济流速,必要时可超过5m/s,但不可超过10m/s;配水管的入口压力不应大于0.40MPa 。
管道采用钢制管道,其布置平面图如下2.5.2
图2.5.1喷头布置图
图2.5.2管网布置图
4 管网水力的计算
本文通过沿程计算法(舍维列夫公式)和海曾-威廉公式进行管道水力计算,并针对两种计算方法得出的结果进行分析,分析其中的优劣,并最终确定计算结果和设计方案。
首先确定本设计所需的参数由表2.4.3;表2.4.4可查出所需参数。
4.1 水力计算公式
本文通过沿程计算法(舍维列夫公式)进行管道水力计算,并针对计算方法得出的结果进行分析首先确定本设计所需的参数由表2.4.3;表2.4.4可查出所需参数。
每个喷头的喷水量计算:
q = k⨯⨯p
式中:q ——每个喷头的喷水量 ,L/min P¬¬——喷头处的工作压力 ,MPa K¬——流量特性系数,本文取用K=80.
对管道水流速度的校核:
V p =K p ⨯Q (n-1)~n
式中: Vp——管道流速,m/s Q(n-1)~n ——管段流量,L/s Kp ——流速系数,可由表2.4.5得出.
沿程水头损失:
H=i*L
式中h ——沿程水头损失,MPa i ——每米每米管道的水头损失,MPa/m L——管道长度和当量长度,m
4.2 舍维列夫公式
沿程水头损失:
i=0.0000107 V/(dj )
式中: i——每米管道的水头损失,MPa/m V ——管道内水的平均流速,m/s
d j ——管道的计算内径(m ),取值应按管道的内径减1mm 确定。
管道的直径应经水力计算确定。轻危险级、中危险级场所中各配水管入口处的压力均不应大于0.40MPa 。
管系特性系数(Kg )法:
管系特性系数可根据总输出的节点流量和该节点的压力按下式计算,
Kg=Q(n-1)~n/ Hn
式中:Kg——管系流量系数,反应管系的输水性能; Q(n-1)~n——管系总输出节点处的流量,L/s Hn ——管系总输出节点处的压力,MPa
当水力情况完全相同(喷头构造、数量、管段长度、管径、标高等)时,其管系特性系数也相同,即Kg Ⅰ= KgⅡ=Kgi ,此式也可改写成:
Q1/ 2/
21.3
4.3 舍维列夫计算法
确定最不利点:如图可知,最不利点为A1和E1,从理论上来说,支管A ,B 分别和支管E,D 上得喷头各项数值相等。故选取其一开始计算,本文选取A1作为最不利点进行计算,在规定的最不利点工作压力为0.1MPa 。 1) 节点A1~A2的水流量为:
Q a1= K× =(80* )/60=1.460557L/S
※(下文全部自动换算L/min为L/S,取K=1.333) 选用公称直径为d=25mm的管道。管道流速V 1~2为: V 1~2=K 1~2*Q1~2=1.883*1.460557=2.750229m/s
沿程损失为:
H 1~2= L*0.0000107*V2/(dj ) 1.3=3.5*0.0000107*2.7502292/(0.024)1.3=0.036134MPa 管径由25mm 变为32mm ,当量长度为0.2,计算其局部损失为:
h 1~2= L1*0.0000107*V2/(dj ) 1.3=0.2*0.0000107*2.7502292/(0.024)1.3=0.002065MPa 总损失H`1~2=0.036134+0.002065=0.038199MPa
※下文将沿程损失和局部损失统一计算。
2) 节点A2的水压为:
P A2=p+H`A~A2=0.12+0.038199=0.158199MPa
则管段a2~a3的流量为:
Qa2~a3=Qa1+Qa2=1.460557+ K× =1.460557+1.333* 0.1581993.137543 L/S 选用公称直径为d=32mm的管道,管道流速V B~C为: V a 2~a3=K a2~a3*Qa2~a3=1.05*3.137543=3.29442m/s
总损失为:
H a2~a3=(3.5)*0.0000107*3.294422/(0.031)1.3=0.037174MPa
3) 节点A3的水压为:
P A3=PA2+H`a2~a3 =0.158199+0.037174=0.195373MPa
则管段a3~a4的流量为:
Q a3~a4=Qa1+Qa2+Qa3=3.13754 K× =3.137543+1.333* 0.195373=5.001173 L/S
选用公称直径为d=32mm的管道,管道流速V a3~a4为: V a3~a4=K a3~a4*Qa3~a4=1.05*5.001173=5.251232m/s
总损失为:
H a3~a4=(3.5)*0.0000107*5.2512322/(0.031)1.3=0.09445MPa
4) 节点A4的水压为:
P A4=PA3+H`a3~a4 =0.195373+0.09445=0.289823MPa
则管段a4~a5的流量为:
Q a4~a5=Qa1+Qa2+Qa3+Qa4=5.001173+ K× =5.001173+1.333* 0.2898237.271009 L/S
选用公称直径为d=40mm的管道,管道流速V a3~a4为: V a4~a5=K a4~a5*Qa4~a5=0.8*7.271009=5.816807m/s
本文选用32mm 变为40mm 管径的异径接头,30/40异径接头的当量长度为0.3.
总损失为:
H a4~a5=(0.5+0.3)*0.0000107*5.8168072/(0.039)1.3=0.019654MPa
5) 节点A5的水压为:
P A5=PA4+H`a4~a5 =0.289823+0.019654=0.309478MPa
则管段a5~b5的流量为: Q a5~b5=Qa4~a5=7.271009 L/S
选用公称直径为d=50mm的管道,管道流速V a5~b5为: Va5~b5Ka5~b5*Qa5~b5=0.47*7.271009=3.417374m/s
该管径为弯管,由表2.4.3可得,当管径为50mm 时,当量长度为1.5,由本文选用40mm 变为50mm 管径的异径接头,40/50异径接头的当量长度为0.3. 总损失为:
H a5~b5=(3.5+1.8)*0.0000107*3.4173742/(0.049)1.3=0.033403MPa
6) 节点B5的水压为:
P B5= PA5+H`a5~b5 =0.309478+0.033403=0.342881MPa
由于该管网的布置时规则布置,水力情况完全相同(喷头构造、数量、管段长度、管径、标高等),其管系特性系数也相同,即Kg Ⅰ= KgⅡ=Kgi ,所以:
管段B5~B4的流量为:
Q B5~B4=Qa5* =7.271009*(0.342881/0.309478)^0.5=7.653353L/S 管段B5~C5的流量为:
Q B5~C5=QB5~B4+QA5~B5=7.271009+7.653353=14.92436L/S
选用公称直径为d=80mm的管道,管段B5~C5的流速为: V b5~c5=K b5~c5*Qb5~c5=0.204*14.92436=3.04457m/s
该管径为直流三通,由表2.4.3可得,当管径为80mm 时,当量长度为4.6,使用50/80的异径接头,其当量长度为0.75.
总损失为:
H b5~c5=(3.5+4.6+0.75)*0.0000107*3.044572/(0.079)1.3=0.023794MPa
7) 节点C5的水压为:
P c5= Pb5+Hb5~c5 =0.342881+0.023794=0.366675MPa
管段C5~C4的流量为:
Q c5~c4=Qb5* Pc5/Pb5=7.653353*(0.366675/0.342881)^0.5=7.914447 L/S 管段C5~F的流量为该四通的三个出口流量之和:
Q c5~F`=Qc5~c4+Qb5~c5+QD5~C5=14.92436+7.914447+14.92436=37.76317 L/S
该管径为直流四通,由表2.4.3可得,当管径为100mm 时,当量长度为6.1,管段出口的管道为40/100的异径管,取当量直径0.6,总损失为: H c5=(6.7)*0.0000107*3.044572/(0.099)1.3=0.013834MPa
8) 节点F 的水压为:
P f`= PC5+Hc5 =0.366675+0.013834=0.380509MPa
选用公称直径为d=100mm的管道,管段F~0的流速为: V f~o=K c5~0*Qc5~F=0.115*37.76317=4.342765m/s
管件止回阀,取当量直径为6.7;节点F 处管径为90°弯管,当管径为100mm 时,当量长度为3.1;总当量为9.8,湿式报警阀、水流指示器取值0.02MPa 。 总损失为:
H F~o=∑h+hs =(9.8+5+1)*0.0000107*4.3427652/(0.099)1.3+0.02*2=0.104454MPa 1) 节点O 的扬程为:
表4.3.1
个支管各管段的流量,都通过管系特征系数法进行计算,结果如下: B 支管
Q B1~B2=Qa1* Pb5/Pa5=1.461*(0.342881/0.309478)^0.5=1.537 L/S Q B2~B3=Qa2* Pb5/Pa5=3.138*(0.342881/0.309478)^0.5=3.303L/S Q B3~B4=Qa5* =5.001*(0.342881/0.309478)^0.5=5.264L/S Q B4~B5=Qa4* =7.271*(0.342881/0.309478)^0.5=7.653L/S
C 支管
Q c1~c2=Qb1* =1.537*(0.366675/0.342881)^0.5=1.590 L/S Q c2~c3=Qb2* =3.303*(0.366675/0.342881)^0.5=3.415 L/S Q c3~c4=Qb3* Pc5/Pb5=5.264*(0.366675/0.342881)^0.5=5.444 L/S Q c5~c4=Qb4* Pc5/Pb5=7.653*(0.366675/0.342881)^0.5=7.914 L/S
因为A,B 支管和D,E 支管对称,得值也相同。数值如表表4.3.1
5 核算管网设计参数
针对舍维列夫公式的计算结果进行核算:
5.1.1 设计作用面积内的平均喷水强度为: Q Z /A=
37(L/S)180(m2)
·m 2)=12(L/min·m 2)>6(L/min·m 2)
符合表2.4.1的设计规范。
5.1.2 设计作用面积内各管道流速要求:
本系统中各支管道C4~C5的流速最大值为6.331557(m/s)<10(m/s),主管道流速最大值为4.342(m/s)<5(m/s).符合设计规范GB50084-2005中规定的,管道内的水流速度宜采用经济流速,必要时可超过5m/s,但不可超过10m/s;
5.1.3 系统各管道管径要求
本系统中各支管的中25管径控制每条支管的最不利点处喷头1个,32mm 管径控制另外2个喷头,40mm 管径控制1个喷头,符合表2.4.2轻危险级、中危险级场所配水支管、配水管控制的标准喷头数的要求。
消防水箱的出水管规定,在轻危险级、中危险级场所的系统,管径不应小于80mmmm ,严重危险级和仓库危险级不应小于100mm ,本系统的出水管径为100mm 符合规范要求。
5.1.4 系统各节点压力要求
配水管入口处的压力位0.38(MPa )<0.4(MPa),满足设计规范GB50084-2005中,配水管的入口压力不应大于0.40MPa 的要求。
6 管网的确定和绘制
文中在使用舍维列夫公式方法进行计算的过程中,对于部分较小损失忽略不计,难免会出现部分偏差。本文选用舍维列夫公式计算出来的管道设计数值去进行本次的自动喷水灭火系统的设计。
管网平面透视图
结束语
通过这次的课程设计,在老师的带领下还有同组成员的相互交流相互探讨之后,我学会了如何设计自动喷水灭火系统,并加上合理的。从这一过程中我学到很多东西,收获的经验很多,吸取的教训也不少。大量的数据,繁杂的公式,实际应用取值范围要自己查找,然后的到符合此次课程设计标准的设计方案。通过三周的课程设计,我受益匪浅。当然,在设计的过程中我也遇到很多问题,但通过和老师同学的交流探讨,加上自己上网和图书馆查找相关资料,最终顺利解决。
这是我第二次做课程设计,以前都是被动的学书本上的理论知识,这次做课程设计时要求将所学理论知识灵活运用。所以,受益很多。主要有:
①掌握了查阅资料、搜集数据和合理选用公式的能力。
②学会了从多方面考虑问题,不仅要考虑设备本身的合理性,还要考虑到应用中的经济性和安全性等因素。
③我的计算能力和对一些软件的熟悉度都有明显的提高。
参考文献
自动喷水灭火设计手册 中国建筑工业出版社,2002 建筑设计防火规范 GB50016-2006
自动喷水灭火系统设计规范(2005)修订版GB50084-2001 消防给水及消火栓系统技术规范 GB50974-2014