CN105999591A - 输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，包括获取消防水带和灭火水剂的自身特性信息和输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力；计算灭火水剂沿程压力损失；计算灭火水剂局部压力损失；计算移动灭火平台雾化喷头压力入口；结合压力损失和喷头最佳雾化压力，计算得到消防水带的理论配置长度；修正消防水带的配置长度，得到最佳的输电线路山火灭火平台的消防水带长度。本发明结合设备参数计算沿程压力损失和局部损失，根据喷头的雾化特性配置水带长度，可确保灭火平台工作在灭火最佳雾化状态，确保灭火安全性和高效性；基于输电线路山火灭火平台空间布局的消防水带配置校正，提高灭火平台空间利用率，优化输电线路山火灭火方法。

Description

输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法

技术领域

本发明具体涉及一种输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法。

背景技术

随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，电能已经成为人们生产和生活中不可或缺的、最重要的二次能源。输电线路作为将电能输送到终端用户的媒介，输电线路的安全运行至关重要。

目前在农村，液化气、煤气已经逐渐取代木材成为主要燃料，荒山荒地逐渐被茂密的植被所覆盖，输电线路走廊附近的植被越来越茂密。春节、清明祭祖等行为和极端干旱天气易引发大面积山火，不仅仅威胁到火灾影响区域内的生态环境、人员生命财产安全。同时，输电走廊附近山火会导致输电线路跳闸，严重威胁我国电网的安全稳定运行。仅2003年，湖南省220kV线路因山火跳闸达到23次，当年全省220kV线路跳闸总数才63次。2009年-2010年期间，贵州电网220kV和500kV输电线路总共发生山火跳闸事故71起，其中500kV线路跳闸26起。由此可见，输电线路山火成为威胁电网安全的一个重要隐患。

架空输电线路穿过野外高山，交通不便且取水困难，普通城市消防车和森林灭火装备体积庞大，难以在农村较窄的道路行驶；同时，输水压力小，难以将消防水带延伸至输电线路山火附近。

因此，长距离高扬程的输电线路山火灭火平台就显得至关重要。输电线路山火灭火平台配备高压柱塞泵将灭火液与水的混合剂通过输水水袋传送至雾化枪头，混合剂在高压状态下雾化提高灭火效率。移动灭火平台的水泵通过取力器从发动机获取动力。受水泵工作性能的限制，灭火平台的压力最大值也会受到限制，当进行野外输电线路山火灭火时，山火发生地带可能超过移动灭火平台的扬程或输送距离；或者灭火水剂在消防水带中的压力损失太大，消防水带端部压力未能达到水枪的雾化压力，导致不能及时处置山火，并威胁灭火人员的安全。

但是，灭火平台的输水距离试验困难，主要体现在难以找到合适的野外场所进行试验，并且测试需要耗费大量的人力物力。灭火平台的消防水带长达几千米，连接接头多，现场地形复杂，局部损失难以确定，可能导致沿途水压损失过大而灭火效果不好。输电线路山火灭火装备应用地区的不同，其地形条件不同，应配置的消防水带长度亦不尽相同。同时，灭火平台空间有限，如何协调消防水带与其他灭火物资之间的关系也显得尤其重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够综合考虑输电线路山火灭火平台的使用环境和消防水带压力损失，从而科学配置灭火平台携带消防水带长度的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法。

本发明提供的这种输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，包括如下步骤：

S1.获取消防水带和灭火水剂的自身特性信息和输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力；

S2.计算灭火水剂沿程压力损失；

S3.计算灭火水剂局部压力损失；

S4.计算移动灭火平台雾化喷头压力入口；

S5.根据输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力和步骤S4得到的移动灭火平台雾化喷头压力入口计算得到消防水带的理论配置长度；

S6.根据输电线路山火灭火平台的存储空间和步骤S5得到的消防水带的理论配置长度，修正消防水带的配置长度，得到输电线路山火灭火平台配置消防水带的最佳长度。

步骤S1所述的消防水带和灭火水剂的自身特性信息包括消防水带接头内管径、消防水带的内径、消防水带的外径、单根消防水带的标准长度、单根消防水带卷盘后的直径、单根消防水带卷盘后的高度、灭火水剂粘度和灭火水剂密度。

步骤S2所述的计算灭火水剂沿程压力损失，具体包括如下步骤：

A.计算灭火剂在消防水带内的流动速度；

B.计算灭火水剂在消防水带内的雷诺数；

C.计算灭火水剂在消防水带中的沿程压力损失。

步骤A所述的计算灭火剂在消防水带内的流动速度，为采用如下算式计算流动速度：

$v=\frac{4Q}{{\mathrm{\πd}}^2}$

式中v为流动速度；Q为输电线路山火灭火平台的流量；d为消防水带的内径。

步骤B所述的计算灭火水剂在消防水带内的雷诺数，为采用如下算式计算雷诺数：

Re＝ρ_sj·v·d/μ_sj

式中Re为雷诺数；ρ_sj为灭火水剂的密度；μ_sj为灭火水剂的粘度。

步骤C所述的计算灭火水剂在消防水带中的沿程压力损失，为采用如下算式计算沿程压力损失：

$h_{sd}=\mathrm{\λ}\×\frac{L}{d}\×\frac{1}{2g}\×v^2$

式中h_sd为沿程压力损失；g为重力加速度；λ为沿程阻力系数。

所述的沿程阻力系数的取值规则为：

若Re<2300，则沿程阻力系数为

若2300<Re<100000，则沿程阻力系数为

若100000<Re<1000000，则沿程阻力系数为

步骤S3所述的计算灭火水剂局部压力损失，具体包括如下步骤：

1)计算由于消防水带接头产生管径突变造成的局部压力损失；

2)计算由于铺设过程中消防水带弯曲造成的局部压力损失；

3)计算输送灭火水剂过程中的总局部压力损失。

步骤1)所述的计算由于消防水带接头产生管径突变造成的局部压力损失，为采用如下算式计算管径突变造成的局部压力损失：

$h_1={(1-\frac{A_1}{A_2})}^2\&times;\frac{1}{2g}\&times;{v_1}^2$

$h_2=\frac{1}{2}\&times;(1-\frac{A_1}{A_2})\&times;\frac{1}{2g}\&times;{v_2}^2$

式中h₁为灭火水剂由消防水带接头进入消防水带产生的局部压力损失；h₂为灭火水剂由消防水带接头流出消防水带产生的局部压力损失；A₁为消防水带接头内管径；A₂为消防水带内管径。

步骤2)所述的计算由于铺设过程中消防水带弯曲造成的局部压力损失，为采用如下算式计算消防水带弯曲造成的局部压力损失：

$h_{wq}=\&lsqb;0.131+0.163\&times;{\left(\frac{d}{Rwq}\right)}^{\frac{7}{2}}\&rsqb;\&times;{\left(\frac{\mathrm{\&theta;}}{90}\right)}^{\frac{1}{2}}\&times;\frac{1}{2g}\&times;v^2$

式中h_wq为消防水带弯曲造成的局部压力损失；Rwq为国标规定的消防水带口径对应水带弯曲半径；θ为弯曲角度，取为180°。

步骤3)所述的计算计算输送灭火水剂过程中的总局部压力损失，为采用如下算式计算总局部压力损失：

$h_{jb}=\frac{L}{L_{str}}\&CenterDot;(h_1+h_2)+\frac{L}{\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;L_{str}}\&CenterDot;h_{wq}$

式中h_jb为总局部压力损失；L为输电线路山火灭火平台所能携带的消防水带总长度为；L_str为消防水带的标准长度。

步骤S4所述的计算移动灭火平台雾化喷头压力入口，为采用如下算式计算雾化喷头压力入口：

P_input＝P_out-ρ_sjg(h_sd+h_wq)

式中P_input为移动灭火平台雾化喷头压力入口；P_out为输电线路山火灭火平台的输出压力。

步骤S5所述的计算得到消防水带的理论配置长度，具体为采用如下规则进行计算：

若P_opt<P_input，则配置消防水带长度L_cal以单根消防水带长度L_str为单位增加，直至P_opt≥P_input；

若P_opt>P_input，则配置消防水带长度L_cal以单根消防水带长度L_str为单位减小，直至P_opt≤P_input；式中P_opt为输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力。

步骤S6所述的修正消防水带的配置长度，具体为采用如下规则进行修正：

输电线路山火灭火平台装载消防水带的单独空间定义为S₁,S₂,S₃……,S_m；

a.若S_i的长度或宽度小于单根消防水带卷盘后的直径，则将空间S_i配置其他长度或宽度小于单根消防水带卷盘后的直径的消防设备；

b.若S_i的长度和宽度均大于单根消防水带卷盘后的直径D_jp，且S_i的长度和宽度均大于背负式灭火机的长度和宽度及便携式抽水机的长度和宽度，则将空间S_i配置背负式灭火机和便携式抽水机，且输电线路山火灭火平台的剩余空间配置消防水带；

规则b所述的输电线路山火灭火平台的剩余空间配置消防水带，具体为：

若输电线路山火灭火平台的剩余空间能够配置的消防水带长度大于或等于步骤S5得到的理论配置长度，则输电线路山火灭火平台配置的消防水带长度为理论配置长度；

若输电线路山火灭火平台的剩余空间能够配置的消防水带长度小于步骤S5得到的理论配置长度，则输电线路山火灭火平台配置的消防水带长度为剩余空间能够配置的消防水带长度。

本发明公开的这种输电线路山火灭火平台的消防水带长度计算方法的优点在于：1)结合耐高温消防水带的内管壁粗糙度计算灭火水剂的沿程压力损失，考虑安全裕度计算输电线路山火灭火水剂局部损失，可准确计算灭火水剂在流经消防水带过程中的压力损失；2)根据输电线路山火灭火喷头的雾化特性配置灭火平台消防水带长度，可确保灭火平台工作在灭火最佳雾化状态，确保灭火安全性和高效性；3)基于输电线路山火灭火平台空间布局的消防水带配置校正，提高灭火平台空间利用率，优化输电线路山火灭火方法。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的方法流程图，以下结合一个具体实施例对本发明方法进行进一步说明。

S1.获取消防水带和灭火水剂的自身特性信息和输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力；

消防水带的内径16mm，外径25mm，单根消防水带的标准长度30m，单根消防水带卷盘后的直径40cm，单根消防水带卷盘后的高度30mm，灭火水剂的粘度1.005×10^-3pa·s，灭火水剂的密度1000g/cm³；

S2.计算灭火水剂沿程压力损失；

①设输电线路山火灭火平台的流量为Q＝20.03L/min，计算灭火水剂在消防水带内的流动速度v；

$v=\frac{4Q}{{\mathrm{\&pi;d}}^2}=1.659m/s$

②计算灭火水剂在消防水带内的雷诺数Re；

Re＝ρvd/μ_sj＝26411

则2300<Re<100000，则灭火水剂在消防水带内流动为层流到紊流的过渡态状态，沿程阻力系数λ为：

$\mathrm{\&lambda;}=\frac{0.316}{{\mathrm{Re}}^{0.25}}=0.02479$

③设输电线路山火灭火平台所能携带的消防水带总长度为L＝3000m，计算灭火水剂在消防水带中的沿程压力损失。

$h_{sd}=\mathrm{\&lambda;}\&times;\frac{L}{d}\&times;\frac{1}{2g}\&times;v^2=638$

S3.计算灭火水剂局部压力损失；

①计算消防水带接头造成的管径突变造成的局部压力损失；

设消防水带接头内管径为A₁＝0.000132665m²，消防水带内管径为A₂＝0.00020096m²，则灭火水剂由消防水带接头进入消防水带的局部压力损失为h₁；

灭火水剂再由消防水带进入消防水带接头的局部压力损失为h₂；

②计算铺设消防水带过程中弯曲造成的局部压力损失

设采用的消防水带口径对应水带弯曲半径Rwq＝200mm。为保证灭火端雾化效果，假设整个铺设水管过程中均以该弯曲半径200mm为弧形铺设，弯曲角度θ为180°。

③计算输送灭火水剂过程中的总局部压力损失；

总消防水带接头数N₁为：

$N_1=\frac{L}{L_{str}}=100$

总弯曲段数量N₂为：

$N_2=\frac{L}{\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;L_{str}}=32$

计算的输水局部压力损失h_jb

h_jb＝N₁·(h₁+h₂)+N₂·h_wq＝4.37

S4.计算移动灭火平台雾化喷头压力入口；

设输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力为P_opt＝2.2MPa，输电线路山火灭火平台的输出压力为P_out＝8MPa，灭火水剂在消防水带中的压力损失得到其出口压力雾化枪头的压力入口P_input为：

P_input＝P_out-ρ_sjg(h_sd+h_wq)＝1.703

S5.根据输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力和步骤S4得到的移动灭火平台雾化喷头压力入口计算得到消防水带的理论配置长度；

由于P_opt>P_input，则配置消防水带长度L_cal以单根消防水带长度L_str为单位减小，直至满足P_opt<P_input，此时，L_cal＝2710m；

S6.根据输电线路山火灭火平台的存储空间和步骤S5得到的消防水带的理论配置长度，修正消防水带的配置长度，得到最佳的输电线路山火灭火平台的消防水带长度；

将输电线路山火灭火平台装载消防水带的单独空间定义为S₁,S₂,S₃……,S_m；

a.若S_i的长度或宽度小于单根消防水带卷盘后的直径，则将空间S_i配置其他长度或宽度小于单根消防水带卷盘后的直径的消防设备，比如灭火拖把、工具箱、灭火防护套装等；

b.若S_i的长度和宽度均大于单根消防水带卷盘后的直径D_jp，且S_i的长度和宽度均大于背负式灭火机的长度和宽度及便携式抽水机的长度和宽度，则将空间S_i配置背负式灭火机和便携式抽水机，且输电线路山火灭火平台的剩余空间配置消防水带：

若输电线路山火灭火平台的剩余空间能够配置的消防水带长度大于或等于步骤S5得到的理论配置长度，则输电线路山火灭火平台配置的消防水带长度为理论配置长度；

若输电线路山火灭火平台的剩余空间能够配置的消防水带长度小于步骤S5得到的理论配置长度，则输电线路山火灭火平台配置的消防水带长度为剩余空间能够配置的消防水带长度。

Claims (15)

1.一种输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，包括如下步骤：

S1.获取消防水带和灭火水剂的自身特性信息和输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力；

S2.计算灭火水剂沿程压力损失；

S3.计算灭火水剂局部压力损失；

S4.计算移动灭火平台雾化喷头压力入口；

S5.根据输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力和步骤S4得到的移动灭火平台雾化喷头压力入口计算得到消防水带的理论配置长度；

S6.根据输电线路山火灭火平台的存储空间和步骤S5得到的消防水带的理论配置长度，修正消防水带的配置长度，得到最佳的输电线路山火灭火平台的消防水带长度。

2.根据权利要求1所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤S1所述的消防水带和灭火水剂的自身特性信息包括消防水带接头内管径、消防水带的内径、消防水带的外径、单根消防水带的标准长度、单根消防水带卷盘后的直径、单根消防水带卷盘后的高度、灭火水剂粘度和灭火水剂密度。

3.根据权利要求1或2所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤S2所述的计算灭火水剂沿程压力损失，具体包括如下步骤：

A.计算灭火剂在消防水带内的流动速度；

B.计算灭火水剂在消防水带内的雷诺数；

C.计算灭火水剂在消防水带中的沿程压力损失。

4.根据权利要求3所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤A所述的计算灭火剂在消防水带内的流动速度，为采用如下算式计算流动速度：

$v=\frac{4Q}{{\mathrm{\&pi;d}}^2}$

式中v为流动速度；Q为输电线路山火灭火平台的流量；d为消防水带的内径。

5.根据权利要求3所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤B所述的计算灭火水剂在消防水带内的雷诺数，为采用如下算式计算雷诺数：

Re＝ρ_sj·v·d/μ_sj

式中Re为雷诺数；ρ_sj为灭火水剂的密度；μ_sj为灭火水剂的粘度。

6.根据权利要求3所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤C所述的计算灭火水剂在消防水带中的沿程压力损失，为采用如下算式计算沿程压力损失：

$h_{sd}=\mathrm{\&lambda;}\&times;\frac{L}{d}\&times;\frac{1}{2g}\&times;v^2$

式中h_sd为沿程压力损失；g为重力加速度；λ为沿程阻力系数。

7.根据权利要求6所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于所述的沿程阻力系数的取值规则为：

若Re<2300，则沿程阻力系数为

若2300<Re<100000，则沿程阻力系数为

若100000<Re<1000000，则沿程阻力系数为

8.根据权利要求1或2所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤S3所述的计算灭火水剂局部压力损失，具体包括如下步骤：

1)计算由于消防水带接头产生管径突变造成的局部压力损失；

2)计算由于铺设过程中消防水带弯曲造成的局部压力损失；

3)计算计算输送灭火水剂过程中的总局部压力损失。

9.根据权利要求8所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤1)所述的计算由于消防水带接头产生管径突变造成的局部压力损失，为采用如下算式计算管径突变造成的局部压力损失：

$h_1={(1-\frac{A_1}{A_2})}^2\&times;\frac{1}{2g}\&times;{v_1}^2$

$h_2=\frac{1}{2}\&times;(1-\frac{A_1}{A_2})\&times;\frac{1}{2g}\&times;{v_2}^2$

式中h₁为灭火水剂由消防水带接头进入消防水带产生的局部压力损失；h₂为灭火水剂由消防水带接头流出消防水带产生的局部压力损失；A₁为消防水带接头内管径；A₂为消防水带内管径。

10.根据权利要求8所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤2)所述的计算由于铺设过程中消防水带弯曲造成的局部压力损失，为采用如下算式计算消防水带弯曲造成的局部压力损失：

$h_{wq}=\&lsqb;0.131+0.163\&times;{\left(\frac{d}{Rwq}\right)}^{\frac{7}{2}}\&rsqb;\&times;{\left(\frac{\mathrm{\&theta;}}{90}\right)}^{\frac{1}{2}}\&times;\frac{1}{2g}\&times;v^2$

式中h_wq为消防水带弯曲造成的局部压力损失；Rwq为国标规定的消防水带口径对应水带弯曲半径；θ为弯曲角度，取为180°。

11.根据权利要求8所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤3)所述的计算计算输送灭火水剂过程中的总局部压力损失，为采用如下算式计算总局部压力损失：

$h_{jb}=\frac{L}{L_{str}}\&CenterDot;(h_1+h_2)+\frac{L}{\mathrm{\&pi;}\&CenterDot;L_{str}}\&CenterDot;h_{wq}$

式中h_jb为总局部压力损失；L为输电线路山火灭火平台所能携带的消防水带总长度为；L_str为消防水带的标准长度。

12.根据权利要求1或2所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤S4所述的计算移动灭火平台雾化喷头压力入口，为采用如下算式计算雾化喷头压力入口：

P_input＝P_out-ρ_sjg(h_sd+h_wq)

式中P_input为移动灭火平台雾化喷头压力入口；P_out为输电线路山火灭火平台的输出压力。

13.根据权利要求1或2所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤S5所述的计算得到消防水带的理论配置长度，具体为采用如下规则进行计算：

若P_opt<P_input，则配置消防水带长度L_cal以单根消防水带长度L_str为单位增加，直至P_opt≥P_input；

若P_opt>P_input，则配置消防水带长度L_cal以单根消防水带长度L_str为单位减小，直至P_opt≤P_input；式中P_opt为输电线路山火灭火喷头结构最佳雾化压力。

14.根据权利要求1或2所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于步骤S6所述的修正消防水带的配置长度，具体为采用如下规则进行修正：

输电线路山火灭火平台装载消防水带的单独空间定义为S₁,S₂,S₃……,S_m；

a.若S_i的长度或宽度小于单根消防水带卷盘后的直径，则将空间S_i配置其他长度或宽度小于单根消防水带卷盘后的直径的消防设备；

b.若S_i的长度和宽度均大于单根消防水带卷盘后的直径D_jp，且S_i的长度和宽度均大于背负式灭火机的长度和宽度及便携式抽水机的长度和宽度，则将空间S_i配置背负式灭火机和便携式抽水机，且输电线路山火灭火平台的剩余空间配置消防水带。

15.根据权利要求14所述的输电线路山火灭火平台的消防水带配置方法，其特征在于规则b所述的输电线路山火灭火平台的剩余空间配置消防水带，具体为：

若输电线路山火灭火平台的剩余空间能够配置的消防水带长度大于或等于步骤S5得到的理论配置长度，则输电线路山火灭火平台配置的消防水带长度为理论配置长度；

若输电线路山火灭火平台的剩余空间能够配置的消防水带长度小于步骤S5得到的理论配置长度，则输电线路山火灭火平台配置的消防水带长度为剩余空间能够配置的消防水带长度。