CN102284166B - 探火管灭火装置配用探火管的最大长度的获得方法 - Google Patents

探火管灭火装置配用探火管的最大长度的获得方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及探火管灭火装置配用探火管的最大长度的获得方法，通过试验得到该灭火装置探火管爆破口处的最小压力，再将此压力值代入计算公式，通过计算得到该直接式探火管灭火装置所带探火管的最大长度，该方法能够对直接式探火管灭火装置所带探火管最大长度提供一种便捷、高效、精确的计算，并提供了计算探火管压力损失的基本公式，探火管爆破口处压力的测试方法及最小压力的确定方法，该方法的确定为探火管灭火装置的研究的设计、施工和验收提供依据，有利于该产品的发展和推广。

Description

探火管灭火装置配用探火管的最大长度的获得方法
 技术领域
   本发明涉及消防设施技术领域，特别涉及一种探火管灭火装置配用探火管的最大长度的获得方法。 
背景技术
直接式探火管灭火装置主要由灭火剂瓶组、灭火剂、容器阀、探火管等组成。正常状况下，探火管内充装有一定压力的氮气，灭火剂瓶组内可充装七氟丙烷、二氧化碳等灭火剂，探火管是一种依靠内部充压气体压力，能在设定温度下爆破，并通过爆破口释放灭火剂的塑性管道。该装置特点是不需要外接电源和专用火灾探测器，依靠探火管探测火灾并直接启动装置实施灭火。探火管具有一定的柔韧性，可以围绕保护对象进行灵活布置，在着火点探火、爆破并喷放灭火剂，达到“定点喷射，定向灭火”的效果，实现真正意义上的早期扑救初期火灾的目的。由于该灭火装置自身的特点，装置一般以小型化为主，所以非常适用于保护配电盘、档案柜、发动机舱、户外电子显示屏等单体及体积较小的保护对象，比使用柜式灭火装置和管网灭火系统进行保护更加经济和实用。
     探火管灭火装置由于上述应用优势，目前已应用于电厂、通讯、石化、铁路、车辆发动机舱等行业和领域。目前，我国尚无指导探火管灭火装置工程设计与应用的统一标准，对该产品中涉及的一些基础数据的研究还不完善，这些都为该灭火装置的生产、设计、施工、验收带来了不便，影响了该产品的应用和推广。
直接式探火管灭火装置所带探火管的最大长度是灭火装置的一个重要参数，它不但决定工程应用探火管的最大长度，也是保证装置可靠灭火的重要参数。当探火管遇火灾爆破，灭火装置容器阀开启后，灭火剂会通过探火管释放到保护空间中。由于探火管内壁具有一定的粗糙度，当灭火剂流经探火管时，受到摩擦阻力及吸热等因素的影响，灭火剂会在管道中产生压力损失。因此，为了确保灭火剂能到达探火管末端，并在末端维持一定压力，那么装置所带探火管的长度是有限的。目前，还没有一种有效的方法确定直接式探火管灭火装置所带探火管的最大长度，各生产单位都是逐段进行试验以获得该数据，采用该方法主要有以下缺点：（1）试验效率不高，浪费较大；（2）试验结果精度不高，不能体现装置的最大能力；（3）不能为工程计算提供依据。
发明内容
本发明的目的就是为克服现有技术的不足，针对上述问题，提供一种便捷、精确的获得直接式探火管灭火装置所带探火管的最大长度的方法。
   本发明是通过这样的技术方案实现的：探火管灭火装置配用探火管的最大长度的获得方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：确定探火管入口处的初始压力P1和充装不同灭火剂的灭火装置的最大喷射时间t； P1-=P-ΔP；  其中：P为灭火剂容器内的初始压力，ΔP为容器阀和虹吸管产生的压力损失；
充装不同灭火剂灭火装置的最大喷射时间t：由GB16670《柜式气体灭火装置》相关标准确定；
步骤2：应用探火管末端爆破口压力的测量方法，测试得到灭火装置探火管末端爆破口处的最小压力P2；充装二氧化碳的灭火装置探火管爆破口处的最小压力P2的获取方法是：
A、将直接式探火管灭火装置容器阀的出口处安装一可调式恒压输出的减压装置，减压装置流量不小于探火管的流量，将探火管与减压装置出口相连接，探火管末端接一压力测量装置，压力测量装置的量程及精度满足试验要求；
    B、在距离探火管末端压力测量装置30cm处人为形成一爆破口，爆破口的面积不小于探火管截面积；从零压力输出开始缓慢调节减压装置，增大减压装置出口压力，使探火管末端爆破口处的压力逐渐升高，当爆破口处有灭火剂能够流畅的喷出，而且在爆破口处不形成固体物质阻塞管路及喷口时，开始记录此时压力测量装置上测得的压力，测得的压力为探火管爆破口处的全压，即探火管爆破口处二氧化碳灭火剂流过时形成的动压与静压之和；
    C、以上述测得的探火管爆破口处的全压的压力值为标准，进行实体空间的灭火试验；试验空间为一模拟电气柜，模拟电气柜的体积为0.5m3，其长度、宽度和高度分别为0.35m、0.79m和1.8m；在模拟电气柜的的上部、中部和底部分别放置两只油罐，油罐直径为80mm，高度为100mm，壁厚6mm，燃料为商业级正庚烷，分别向六只油罐中加入适量的正庚烷，使油罐中的正庚烷液位与油罐口上沿距离为30mm；
    将试验探火管安装于所述模拟电气柜的底部，探火管的爆破口位于模拟电气柜内底部，将探火管末端压力测量装置置于模拟电气柜外；试验开始，点燃全部油罐后向模拟电气柜内喷射一定质量的灭火剂；若为二氧化碳灭火剂喷射1.2kg，若为七氟丙烷灭火剂喷射0.32kg，其他种类灭火剂可以根据本种灭火剂的系统设计规范计算得到；
    试验过程中，使模拟电气柜内的灭火剂达到灭火浓度，观察油罐是否在规定的时间内全部灭火，如果油罐中有一只或多只未灭火，则继续加大爆破口处的压力，重复进行上述试验直至油罐全部灭火为止，此时测得的探火管爆破口处的压力，即为该种灭火剂的探火管灭火装置爆破口处的最低压力P2； 
步骤3：将根据探火管入口处的初始压力P1和探火管末端爆破口处的最小压力P2，代入灭火剂在探火管内压力损失的计算公式，在满足对应填充灭火剂类型的灭火装置的最大喷射时间t的前提下得到探火管的长度X，具体过程如下:
根据探火管管内激波状态，有公式：
管内无激波时：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，………………..(1)
    ……………………..(2)
若出口为临界截面（
Figure DEST_PATH_IMAGE003
）时：
Figure 578234DEST_PATH_IMAGE004
，…………………………….(3)
  ……………………………(4)
管内有激波时：
…………………………(5)
Figure DEST_PATH_IMAGE007
………………………………..(6)
Figure 970349DEST_PATH_IMAGE008
……………………………..(7)
求解过程：
a.已知贮存容器参数：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
；
b.假设已知探火管参数：
Figure 489186DEST_PATH_IMAGE010
，并指定时间t，出口最小压力
Figure DEST_PATH_IMAGE011
已经由试验确定；
c.由当前贮存容器的参数换算出探火管入口出的压力
Figure 762036DEST_PATH_IMAGE012
，先假定管内有激波，那么出口一定为临界状态，可以根据公式（7）计算出
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，此时
Figure 428641DEST_PATH_IMAGE013
应该大于1，否则假设不成立；假设成立时，根据公式（5）,（6）求出
Figure 439279DEST_PATH_IMAGE014
，从而可以求出探火管内部的全部流场参数；若假设不成立，则管内不存在激波，根据公式（1），（2）求解出
Figure DEST_PATH_IMAGE015
，从而可以求出探火管内部的全部流场参数；
d.已知管内全部的流动参数后，做准定常假设，在
Figure 874939DEST_PATH_IMAGE016
时刻内贮存容器的质量流量减少了
Figure DEST_PATH_IMAGE017
；
e.修正贮存容器里的质量和气体状态，时间推进
Figure 256373DEST_PATH_IMAGE016
，重复步骤3直到给定时间t；
f.若在给定t时刻，贮存容器内仍有灭火剂未从探火管喷出，则减小探火管长度X，反之则增加探火管长度，直到灭火剂刚好在t时刻喷完为止，最后的探火管长度X即为所求；
其中：
Figure 472591DEST_PATH_IMAGE018
：入口处压力；
：出口处压力；
Figure DEST_PATH_IMAGE019
：药剂贮存容器内的压力；
Figure 230463DEST_PATH_IMAGE020
：贮存容器内的灭火剂密度：
Figure DEST_PATH_IMAGE021
：贮存容器内的灭火剂温度；
Figure 520630DEST_PATH_IMAGE022
：无量纲速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE023
：探火管入口到临界状态的无量纲速度；
Figure 338544DEST_PATH_IMAGE024
：探火管出口到临界状态的无量纲速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE025
：激波前的无量纲速度；
Figure 714162DEST_PATH_IMAGE026
：探火管入口到激波的长度；
Figure DEST_PATH_IMAGE027
：探火管激波到出口的长度；
Figure 72462DEST_PATH_IMAGE028
；探火管入口到出口之间的长度；
 m：灭火剂质量。
  本发明的有益效果：方法试验效率高，实验用灭火剂计量小，试验结果精度高，可充分利用灭火装置的最大效力；能为工程计算提供依据，直接式探火管灭火装置所带探火管最大长度的获取提供一种便捷、高效、精确的方法。
附图说明
图1探火管示意图；
图2探火管内无激波示意图；
图3探火管内有激波示意图。
图中：1.探火管，2.探火管进口， 3.探火管出口， 4.出口临界处， 5. 激波。
具体实施方式
    为了更清楚的理解本发明，结合附图1 至附图3和实施例详细描述本发明：
    以二氧化碳为灭火剂的直接式探火管灭火装置为例，说明探火管灭火装置所带探火管最大长度的计算方法：
1.探火管末端爆破口处的最小压力P2的获取：
将直接式二氧化碳探火管灭火装置容器阀的出口处安装一可调式恒压输出的减压装置，减压装置流量不小于探火管的流量。将一根2米长的探火管与减压装置出口相连接，探火管末端接一压力测量装置，压力测量装置的量程及精度满足试验要求。距离探火管末端压力测量装置30cm处形成一爆破口。从零压力输出开始缓慢调节减压装置，增大减压装置出口压力，使探火管末端爆破口处的压力逐渐升高，当爆破口处二氧化碳灭火剂能够流畅的喷出，且在爆破口处不形成干冰等固体物质阻塞管路及喷口，记录此时压力测量装置上测得的压力。该种方法测得的压力即为探火管爆破口处的全压，即爆破口处二氧化碳灭火剂流过时形成的动压与静压之和。
    在此压力的基础上，进行实体空间的灭火试验。试验空间为一模拟电气柜，电气柜体积为0.5m3，长度、宽度和高度分别为0.35m、0.79m和1.8m。在试验空间的上部、中部和底部分别放置两只油罐，油罐直径为80mm，高度为100mm，壁厚6mm，燃料为商业级正庚烷。分别向六只油罐中加入适量的正庚烷，正庚烷距离油罐口上沿30mm。将上述试验中的探火管安装于该实体空间的底部，爆破口位于空间内底部，末端压力测量装置置于空间外。向试验空间内喷射一定质量的二氧化碳灭火剂，该灭火剂质量由《二氧化碳灭火系统设计规范》中给定的灭火浓度和计算方法得到。使试验空间内达到灭火浓度，观察油罐是否在规定的时间内全部灭火。如果油罐中有一只或多只未灭火，继续加大爆破口处的压力，重复进行上述试验直至油罐全部灭火为止。此时爆破口处压力，即为该种灭火剂的探火管灭火装置爆破口处的最低压力P2。充装其他灭火剂的灭火装置，爆破口处最低压力也可按照此方法进行试验获取。
2.灭火装置最大喷射时间的确定：
    喷射时间是保证灭火装置能快速将灭火剂喷放到保护空间中达到灭火的目的。充装不同灭火剂的灭火装置，其喷射时间应按照相关国家或行业标准的规定确定。直接式二氧化碳灭火装置的最大喷射时间为60秒。
3.灭火剂在探火管内压力损失的计算公式推导如下:
1)基本参数：
：比热比，气体参数
Figure 420398DEST_PATH_IMAGE030
：管子壁面摩擦系数
：管子直径
Figure 205951DEST_PATH_IMAGE010
：管子长度
2)下标物理意义：
下标1：入口处；
下标2：出口处；
下标s：激波处；
下标*：临界状态（当地气体速度等于当地音速）；
下标0：制止状态（经过等熵过程达到速度为0的状态）。
3)物理参量：
:入口处压力；
Figure 293173DEST_PATH_IMAGE032
：出口处压力；
Figure DEST_PATH_IMAGE033
：激波处压力；
Figure 325693DEST_PATH_IMAGE034
：临界处压力；
：入口到制止状态的压力降； 
Figure 547727DEST_PATH_IMAGE036
：出口到制止状态的压力降； 
Figure DEST_PATH_IMAGE037
：密度；
Figure 835620DEST_PATH_IMAGE038
：临界处灭火剂密度；
Figure DEST_PATH_IMAGE039
：温度；
Figure 535723DEST_PATH_IMAGE040
：临界处温度；
Figure DEST_PATH_IMAGE041
：当地音速；
Figure 654989DEST_PATH_IMAGE042
：临界处音速；
Figure DEST_PATH_IMAGE043
：当地速度；
Figure 985607DEST_PATH_IMAGE044
：临界处速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE045
：马赫数；
Figure 760796DEST_PATH_IMAGE022
：无量纲速度；
Figure 326907DEST_PATH_IMAGE023
：探火管入口到临界状态的无量纲速度；
Figure 300679DEST_PATH_IMAGE024
：探火管出口到临界状态的无量纲速度；
：激波前的无量纲速度；
Figure 251634DEST_PATH_IMAGE046
：激波后的无量纲速度；
Figure 293540DEST_PATH_IMAGE048
：探火管入口到临界状态的长度；
Figure 387398DEST_PATH_IMAGE050
：探火管出口到临界状态的长度；
Figure 184452DEST_PATH_IMAGE026
：探火管入口到激波的长度；
Figure 730971DEST_PATH_IMAGE027
：探火管激波到出口的长度；
Figure 842147DEST_PATH_IMAGE052
：最大折合管道长度；
Figure 784652DEST_PATH_IMAGE028
；探火管入口到出口之间的长度。
4)量热完全气体的等截面绝热摩擦管流的基本方程（微分方程）：
连续：
Figure DEST_PATH_IMAGE053
动量：
Figure 690291DEST_PATH_IMAGE054
能量：
Figure DEST_PATH_IMAGE055
状态：
Figure 661789DEST_PATH_IMAGE056
微分关系式：
Figure DEST_PATH_IMAGE057
Figure 45497DEST_PATH_IMAGE058
Figure DEST_PATH_IMAGE059
Figure 113947DEST_PATH_IMAGE060
Figure DEST_PATH_IMAGE061
积分关系式：
Figure 128171DEST_PATH_IMAGE062
Figure 649282DEST_PATH_IMAGE064
Figure DEST_PATH_IMAGE065
Figure 836681DEST_PATH_IMAGE066
，
Figure DEST_PATH_IMAGE067
5)流动的两种可能状态
(a)管道内无激波，如图2所示；
此时：
Figure 697321DEST_PATH_IMAGE068
，
Figure DEST_PATH_IMAGE069
灭火剂从入口不经过激波到出口时：
，
Figure DEST_PATH_IMAGE071
Figure 953170DEST_PATH_IMAGE072
，
à
Figure 881943DEST_PATH_IMAGE001
Figure 721723DEST_PATH_IMAGE074
Figure DEST_PATH_IMAGE075
Figure 71889DEST_PATH_IMAGE002
若出口为临界截面（
Figure 364330DEST_PATH_IMAGE003
）：此时X值最大，
Figure 159111DEST_PATH_IMAGE004
，
Figure 791081DEST_PATH_IMAGE076
Figure DEST_PATH_IMAGE077
Figure 363324DEST_PATH_IMAGE028
即为此时探火管的最大长度。
(b)管内有激波时，如图3所示；
Figure 758534DEST_PATH_IMAGE068
，，
Figure DEST_PATH_IMAGE079
Figure 270735DEST_PATH_IMAGE080
，à
Figure DEST_PATH_IMAGE081
灭火剂从探火管入口经过激波到出口达到临界截面时：
1）灭火剂从入口到激波面上为量热完全气体的等截面绝热摩擦管流
Figure 413134DEST_PATH_IMAGE070
，
Figure 346455DEST_PATH_IMAGE082
Figure 953017DEST_PATH_IMAGE072
，
à
Figure 149643DEST_PATH_IMAGE084
， 
Figure DEST_PATH_IMAGE085
Figure 513759DEST_PATH_IMAGE006
2）激波面上
Figure 454034DEST_PATH_IMAGE079
，
Figure 977419DEST_PATH_IMAGE086
3）激波面后到出口为量热完全气体的等截面绝热摩擦管流
Figure DEST_PATH_IMAGE087
à
Figure 11191DEST_PATH_IMAGE088
Figure DEST_PATH_IMAGE089
Figure 190499DEST_PATH_IMAGE090
à
Figure 668885DEST_PATH_IMAGE007
联立有：   
Figure 46777DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE091
代入P1和P2值及灭火剂的比热比常数
Figure 522889DEST_PATH_IMAGE029
，即可得到X值；探火管再此长度下进行实际喷放试验，如果满足喷放时间要求，即此长度为探火管的最大长度。如果喷射时间t超过了规定的时间，则减少探火管长度，重复进行试验，直到满足规定的时间为止，此时的探火管的长度，即为探火管的最大长度X。
根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (1)

1.探火管灭火装置配用探火管的最大长度的获得方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：确定探火管入口处的初始压力P1和充装不同灭火剂的灭火装置的最大喷射时间t； P1-=P-ΔP；其中：P为灭火剂容器内的初始压力，ΔP为容器阀和虹吸管产生的压力损失；
充装不同灭火剂灭火装置的最大喷射时间t：由“GB16670柜式气体灭火装置”相关标准确定；
步骤2：应用探火管末端爆破口压力的测量方法，测试得到灭火装置探火管末端爆破口处的最小压力P2；充装二氧化碳的灭火装置探火管爆破口处的最小压力P2的获取方法是：
A、将直接式探火管灭火装置容器阀的出口处安装一可调式恒压输出的减压装置，减压装置流量不小于探火管的流量，将探火管与减压装置出口相连接，探火管末端接一压力测量装置，压力测量装置的量程及精度满足试验要求；
    B、在距离探火管末端压力测量装置30cm处人为形成一爆破口，爆破口的面积不小于探火管截面积；从零压力输出开始缓慢调节减压装置，增大减压装置出口压力，使探火管末端爆破口处的压力逐渐升高，当爆破口处有灭火剂能够流畅的喷出，而且在爆破口处不形成固体物质阻塞管路及喷口时，开始记录此时压力测量装置上测得的压力，测得的压力为探火管爆破口处的全压，即探火管爆破口处二氧化碳灭火剂流过时形成的动压与静压之和；
    C、以上述测得的探火管爆破口处的全压的压力值为标准，进行实体空间的灭火试验；试验空间为一模拟电气柜，模拟电气柜的体积为0.5m3，其长度、宽度和高度分别为0.35m、0.79m和1.8m；在模拟电气柜的的上部、中部和底部分别放置两只油罐，油罐直径为80mm，高度为100mm，壁厚6mm，燃料为商业级正庚烷，分别向六只油罐中加入适量的正庚烷，使油罐中的正庚烷液位与油罐口上沿距离为30mm；
    将试验探火管安装于所述模拟电气柜的底部，探火管的爆破口位于模拟电气柜内底部，将探火管末端压力测量装置置于模拟电气柜外；试验开始，点燃全部油罐后向模拟电气柜内喷射一定质量的灭火剂；若为二氧化碳灭火剂喷射1.2kg，若为七氟丙烷灭火剂喷射0.32kg，其他种类灭火剂可以根据本种灭火剂的系统设计规范计算得到；
    试验过程中，使模拟电气柜内的灭火剂达到灭火浓度，观察油罐是否在规定的时间内全部灭火，如果油罐中有一只或多只未灭火，则继续加大爆破口处的压力，重复进行上述试验直至油罐全部灭火为止，此时测得的探火管爆破口处的压力，即为该种灭火剂的探火管灭火装置爆破口处的最低压力P2； 
步骤3：将根据探火管入口处的初始压力P1和探火管末端爆破口处的最小压力P2，代入灭火剂在探火管内压力损失的计算公式，在满足对应填充灭火剂类型的灭火装置的最大喷射时间t的前提下得到探火管的长度X，具体过程如下：
根据探火管管内激波状态，有公式：
管内无激波时：
Figure 439046DEST_PATH_IMAGE001
，……………………..(1)
    ……………………..(2)
若出口为临界截面（）时：
，…………………………….(3)
  ……………………………(4)
管内有激波时：
Figure 273796DEST_PATH_IMAGE006
…………………………(5)
Figure 983127DEST_PATH_IMAGE007
………………………………..(6)
……………………………..(7)
求解过程：
a.已知贮存容器参数：
Figure 753953DEST_PATH_IMAGE009
；
b.假设已知探火管参数：
Figure 44120DEST_PATH_IMAGE010
，并指定时间t，出口最小压力
Figure 924352DEST_PATH_IMAGE011
已经由试验确定；
c.由当前贮存容器的参数换算出探火管入口出的压力
Figure 299969DEST_PATH_IMAGE012
，先假定管内有激波，那么出口一定为临界状态，可以根据公式（7）计算出
Figure 986166DEST_PATH_IMAGE013
，此时
Figure 130839DEST_PATH_IMAGE013
应该大于1，否则假设不成立；假设成立时，根据公式（5），（6）求出
Figure 181972DEST_PATH_IMAGE014
，从而可以求出探火管内部的全部流场参数；若假设不成立，则管内不存在激波，根据公式（1），（2）求解出
Figure 107203DEST_PATH_IMAGE015
，从而可以求出探火管内部的全部流场参数；
d.已知管内全部的流动参数后，做准定常假设，在
Figure 266264DEST_PATH_IMAGE016
时刻内贮存容器的质量流量减少了
Figure 531023DEST_PATH_IMAGE017
；
e.修正贮存容器里的质量和气体状态，时间推进
Figure 487478DEST_PATH_IMAGE016
，重复步骤3直到给定时间t；
f.若在给定t时刻，贮存容器内仍有灭火剂未从探火管喷出，则减小探火管长度X，反之则增加探火管长度，直到灭火剂刚好在t时刻喷完为止，最后的探火管长度X即为所求；
其中：
Figure 900005DEST_PATH_IMAGE018
：入口处压力；
Figure 865687DEST_PATH_IMAGE019
：出口处压力；
Figure 984952DEST_PATH_IMAGE020
：药剂贮存容器内的压力；
Figure 440205DEST_PATH_IMAGE021
：贮存容器内的灭火剂密度：
：贮存容器内的灭火剂温度；
Figure 515925DEST_PATH_IMAGE023
：无量纲速度；
：探火管入口到临界状态的无量纲速度；
Figure 381430DEST_PATH_IMAGE025
：探火管出口到临界状态的无量纲速度；
Figure 455301DEST_PATH_IMAGE014
：激波前的无量纲速度；
Figure 762786DEST_PATH_IMAGE026
：探火管入口到激波的长度；
Figure 856644DEST_PATH_IMAGE027
：探火管激波到出口的长度；
Figure 653698DEST_PATH_IMAGE010
；探火管入口到出口之间的长度；
 m：灭火剂质量。
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