CN103721360A - 一种适用于敞开空间的氮气消防装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于消防安全技术领域，具体涉及一种适用于敞开空间的氮气消防装置及方法。该装置包括氮气气源、供气管道以及集气环；氮气气源通过供气管道与集气环连通；集气环上开设有多个出气孔。基于上述装置的消防方法是：通过确定敞开空间的风速和燃烧面积加权值从而确定最小氮气供应量，最终利用该消防装置进行灭火处理。通过使用本发明的装置和方法能够对敞开空间有效灭火。

Description

一种适用于敞开空间的氮气消防装置及方法

技术领域

本发明属于消防安全技术领域，具体涉及一种适用于敞开空间的氮气消防装置及方法。

背景技术

目前，随着航空航天技术的飞速发展，航空航天飞行器所使用的发动机要求越来越高，使用和液氧—煤油作为燃料的航空航天发动机使用最为广泛。液氧—煤油为燃料的航空航天发动机为可重复使用新型发动机，在研发试验过程中如发生小型故障，可能会有少量着火；一旦发生着火的情况会非常危险，可能导致整个发动机的损坏，会造成巨大的经济损失；基于上述问题，目前常规方法是当火势无法控制时采用水进行消防，这样发动机上的一些在高温下的材料会被突然冷却会导致发动机无法继续使用。

另外，液氧—煤油发动机的试验台是设置在敞开空间的，由于空气中自然风的影响一些常规的消防设备或灭火方法无法实施。

发明内容

为了克服背景技术中的问题，本发明提供了一种确保了在敞开空间中对航空航天发动机故障所产生的火源进行有效扑灭的氮气消防装置。

本发明的具体技术方案是：

一种适用于敞开空间的氮气消防装置，其特征在于：包括氮气气源、供气管道以及集气环；所述氮气气源通过供气管道与集气环连通；所述集气环上开设有多个出气孔。

上述供气管道包括供气主管道以及分别与供气主管道连接的多个分支管道；所述分支管道与集气环连接。

上述供气主管道上依次设置有孔板以及气动截止阀；所述分支管道上安装有电磁阀。

上述多个出气孔沿圆周方向分布。

基于上述的适用于敞开空间的氮气消防装置，现提出一种适用于敞开空间的氮气消防方法，包括以下步骤：

1】确定敞开空间的风速值；风速值采用设置在敞开空间的测风仪进行测量；

2】确定燃烧面积加权值；燃烧面积加权值是：燃烧部位重要性等级和易燃性等级的乘积；

3】计算敞开空间氮气消防装置中氮气气源的最小氮气供应量；

4】利用氮气消防装置对敞开空间的燃烧位置进行灭火处理。

上述步骤2】具体步骤是：

2.1】对可能发生燃烧部位进行重要性、易燃性的判定；

具体是：对可能燃烧的部位进行表格化评估，对燃烧部位重要性进行分类，类型包括：普通、重要、非常重要三类；同时，对燃烧部位的易燃性进行分类，类型包括：不易燃烧和易燃烧；

2.2】对燃烧部位的需要性和易燃性进行等级换算；

重要性定义：普通为1、重要为2、非常重要为4；

易燃性定义：不易燃烧为1；易燃烧为2；

2.3】燃烧面积加权值=需要性等级×易燃性等级。

上述步骤3】的具体计算关系式是：

min(Q_n2)=1.678+0.042V_f-0.133S_h+0.4V_f ²+0.021S_h ²+0.933V_fS_h)

其中：2V_f为风速，m/s；S_h为燃烧面积加权值，㎡；min(Q_n2)为氮气最小供应量，kg/s。

本发明的优点在于：

1、本发明采用大流速氮气灭火，不仅能隔绝空气，而且能迅速带走热量，对敞开空间灭火效果明显。

2、本发明的系统中采用在集气环并在集气环上布满出气孔，对火源的控制范围大。

附图说明

图1为本发明的结构示意图

图2为集气环的局部示意图。

1-氮气气源、2-气动截止阀、3-供气管道、4-电磁阀、5-分支管道、6-集气环、7-出气孔、8-供气主管道、9-孔板。

具体实施方式

为了有效的解决在敞开空间中对航空航天发动机故障所产生的火源进行有效扑灭，发明人提供了一套适用于敞开空间的氮气消防装置。

该装置包括氮气气源1、供气管道3以及集气环6；氮气气源1通过供气管道3与集气环连通；

集气环6上开设有多个出气孔7；

特别的是，该装置中的供气管道3包括供气主管道8以及分别与供气主管道连接的多个分支管道5；分支管道5与集气环6连接。

另外，该装置的供气主管道8上依次设置有孔板9、气动截止阀2；分支管道5上安装有电磁阀4。

以下结合附图1对该装置的结构进行详细描述：

该装置包括一个用于提供氮气气源1的氮气集气管、与氮气集气管连接的供气主管道8、供气主管道8上分别连接有两个供气的分支管道5、两个分支管道5分别与集气环6连接、集气环6上布满了出气孔7；

另外，供气主管道8上还安装了用于控制流量大小的孔板9、用来控制该路通断的气动截止阀2；两个分支管道5上安装了电磁阀4用来控制该路的通断。

在对发动机进行试车试验过程中，当产生火源时，氮气集气管开始供气，设置在供气主管道上的气动截止阀打开，同时安装在分支管道上的电磁阀也打开，氮气气体进入集气环并从出气孔喷出，及时的扑灭火源。

利用本装置最核心的问题就是需要确定氮气气源的最小氮气供应量。最小氮气供应量是由敞开空间的空间风速以及燃烧部位的面积确定的，因为一方面，过高的风速会助长火焰的蔓延，另一方面，在敞开空间下，过高的风速也可能导致氮气浓度的降低，影响氮气对氧气的隔离效果。同时，燃烧部位面积的确定也直接影响到最终的灭火效果，发明人对燃烧部位的燃烧面积进行了加权，以便于最小氮气供应量的确定。

以下对本方法进行详细描述：

步骤1】确定敞开空间的风速值；

工作人员使用风速测量仪，对可能会发生着火的敞开空间进行空间风速的测量，并对空间风速的数值进行记录；

步骤2】燃烧面积加权值大小的确定；燃烧面积加权值是：燃烧部位重要性等级和易燃性等级的乘积；

该步骤的具体实施方法是：

步骤2.1】对可能发生燃烧的部位的重要性、易燃性进行判定；

具体是：发明人通过经验值对可能燃烧的部位进行表格化评估，对燃烧部位重要性进行分类，类型包括：普通、重要、非常重要三类；同时，对燃烧部位的易燃性进行分类，类型包括：不易燃烧和易燃烧；

表1为可能燃烧部位重要性和易燃性的判定

步骤2.2】对燃烧部位的需要性和易燃性进行等级换算；

重要性定义：普通为1、重要为2、非常重要为4；

易燃性定义：不易燃烧为1；易燃烧为2；

步骤2.3】燃烧面积加权值=需要性等级×易燃性等级。

表2不同部位燃烧面积加权值表

燃烧部位	部位1	部位2	部位3	部位4	部位5	部位6	部位7	部位8
									重要性	1	2	4	4	2	1	2	1
易燃性	2	1	1	2	2	1	2	2
									燃烧面积加权值	2	2	4	8	4	1	4	2

步骤3】通过上述两个步骤中确定的风速值和燃烧面积加权值对消防装置的最小氮气供应量进行计算。

其具体计算关系式是：

min(Q_n2)=1.678+0.042V_f-0.133S_h+0.4V_f ²+0.021S_h ²+0.933V_fS_h)

其中：2V_f为风速，m/s；S_h为燃烧面积加权值，㎡；min(Q_n2)为氮气最小供应量，kg/s。

另外，当氮气最小用量确定后，通过氮气最小用量确定该消防装置中供气管路的管径大小；其具体是：

1）集气环的内部压力确定

由于该氮气消防装置喷出压力太高，氮气灭火效果降低；喷出压力太低，不能达到全部灭火的功能，要保证稳定的气体流量，对于需要的灭火距离为2米-3米的空间环境依据试验结果，0.5MPa≥集气环内部压力Pny≤0.9MPa，可以保证气流具有较好的消防效果。可以依据实际的灭火距离来调整。

2）该氮气消防装置的管道所需流通孔板面积计算

首先，供气主管道中孔板面积的计算：

$f=\frac{5.16\×\min \left(Q_{n2}\right)}{P_{\mathrm{ey}}-P_{\mathrm{ny}}}---\left(1\right)$

式中：f——孔板面积，cm²；

min(Q_n2)——为氮气最小供应量，kg/s。

Pey——氮气气源压力（通常，选定3.4Mpa为氮气气源压力），Mpa。

Pny——集气环内部压力（通常，选定0.6Mpa为集气环内部压力），Mpa。

孔板直径按下式计算

$D=10\sqrt{\frac{4f}{\mathrm{\π}}}---\left(2\right)$

式中：D——孔板直径，mm。

然后，根据孔板面积选取适合供气主管道，必须保证供气主管道的截面积大于孔板面积。

另外、集气环上出气孔的孔径大小与开孔数量也直接影响到灭火效果。

出气孔孔径的选取：依据使用的要求，经过大量实验得出，一方面比较小的孔具有布气均匀的优点，但过小的开孔导致加工难度及周期较长，综合实验结果及开孔的工作量，我们认为开孔尺寸选择Φ2-Φ3为宜，可以依据现场情况对重点需要灭火的部位采用较小的孔，次要部位采用较大的孔

出气孔的孔径确定后，依据确定的出气孔的孔径计算集气环上有单个出气孔时的氮气最小供应量GBk及开孔数量

$G_{\mathrm{BK}}=\frac{(P_{\mathrm{ey}}-P_{\mathrm{ny}})\·\frac{\mathrm{\π}}{4}{D_1}^2}{5.16}---\left(1\right)$

开孔数量按下式计算：

$N=\frac{\min \left(Q_{n2}\right)}{G_{\mathrm{BK}}}---\left(2\right)$

式中:N——开孔数量；

D1为出气孔的孔径（通常选取Φ2.5进行计算）

min(Q_n2)——为氮气最小供应量，kg/s。

GBK——单个出气孔时的氮气最小供应，kg/s。

Claims (7)

1.一种适用于敞开空间的氮气消防装置，其特征在于：包括氮气气源、供气管道以及集气环；所述氮气气源通过供气管道与集气环连通；所述集气环上开设有多个出气孔。

2.根据权利要求1所述的适用于敞开空间的氮气消防装置，其特征在于：所述供气管道包括供气主管道以及分别与供气主管道连接的多个分支管道；所述分支管道与集气环连接。

3.根据权利要求2所述的适用于敞开空间的氮气消防装置，其特征在于：所述供气主管道上依次设置有孔板以及气动截止阀；所述分支管道上安装有电磁阀。

4.根据权利要求3所述的适用于敞开空间的氮气消防装置，其特征在于：所述多个出气孔沿圆周方向分布。

5.基于权利要求4所述的适用于敞开空间的氮气消防装置的适用于敞开空间的氮气消防方法，其特征在于，包括以下步骤：

1】确定敞开空间的风速值；风速值采用设置在敞开空间的测风仪进行测量；

2】确定燃烧面积加权值；燃烧面积加权值是：燃烧部位重要性等级和易燃性等级的乘积；

3】计算敞开空间氮气消防装置中氮气气源的最小氮气供应量；

4】利用氮气消防装置对敞开空间的燃烧位置进行灭火处理。

6.根据权利要求5所述的适用于敞开空间的氮气消防方法，其特征在于：所述步骤2】具体步骤是：

2.1】对可能发生燃烧部位进行重要性、易燃性的判定；

具体是：对可能燃烧的部位进行表格化评估，对燃烧部位重要性进行分类，类型包括：普通、重要、非常重要三类；同时，对燃烧部位的易燃性进行分类，类型包括：不易燃烧和易燃烧；

2.2】对燃烧部位的需要性和易燃性进行等级换算；

重要性定义：普通为1、重要为2、非常重要为4；

易燃性定义：不易燃烧为1；易燃烧为2；

2.3】燃烧面积加权值=需要性等级×易燃性等级。

7.根据权利要求6所述的适用于敞开空间的氮气消防方法，其特征在于：所述步骤3】的具体计算关系式是：

min(Q_n2)=1.678+0.042V_f-0.133S_h+0.4V_f ²+0.021S_h ²+0.933V_fS_h)

其中：2V_f为风速，m/s；S_h为燃烧面积加权值，㎡；min(Q_n2)为氮气最小供应量，kg/s。

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