CN106644847B - 细水雾抗风性能参数测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及消防技术领域，公开一种细水雾抗风性能参数测量系统及方法。该系统包括：与输水管连接的喷头，输水管的另端经水压源连接水箱；在喷头的喷射路径上部署有至少两台同型号的第一测试仪，以测量不同截面处细水雾的雾滴直径和雾滴速度；各第一测试仪与数据处理终端连接，且数据处理终端还连接有一测试输水水压的第二测试仪；其中，喷头的喷射路径上还部署有送风装置。相应的测量方法包括数据处理终端执行下述步骤：通过第二测试仪测量输水管水压，并通过部署在喷射路径上的至少两台同型号的第一测试仪获取至少两个截面的细水雾雾滴直径和雾滴速度；根据水压数据及不同截面的细水雾雾滴直径和雾滴速度进行相应数据处理。
Description
技术领域
本发明涉及消防技术领域，尤其涉及一种细水雾抗风性能参数测量系统及方法。
背景技术
森林是人类赖以生存及社会发展最重要和不可缺少的资源之一，更是地球生态平衡的保护者。但是，人类的失控活动及自然因素的影响，森林火灾发生频繁，且每次大森林火灾均带来巨大经济损失和人员伤亡，火灾对全球性气候、植被及生态环境的间接影响远远超过其直接经济损失。
现代社会的发展与科学技术的进步，对抑制火灾方法的快速性、有效性和环保性提出了更高的要求。抑制火灾的传统物理方法(诸如水喷淋技术)己无法满足这些要求。传统的化学方法(诸如气体灭火技术)对灭火人员有危害极大的窒息作用。而至今仍广泛应用的卤代烷系列则严重破坏大气臭氧层，使得许多行业对特殊灭火系统的需求更为迫切。
细水雾灭火技术具有无环境污染、不损耗臭氧层、无温室效应、灭火迅速、耗水量低、对失火对象破坏性小等一系列优点，愈来愈受到人们的重视。另外，对于特殊的带电设备灭火而言，细水雾还有其特有的优点:不连续、绝缘性好，具有广阔的应用前景。国家标准《GB50898-2013细水雾灭火系统技术规范》中规定了液压室、配电室、油浸式变压器室等室内封闭场所采用的细水雾灭火系统的设计参数与水力计算方法等内容，采用顶端垂直向下自动喷淋的方法，不存在对灭火人员的安全威胁，细水雾由于重力的作用实现覆盖火焰灭火。但是对于野外的纯开放场所采用细水雾灭火时，火焰高温产生辐射，尤其是在扑救野外输电线路(220kV、500kV、1000kV等)附近山火时，输电线路在火焰高温、烟尘等因素的作用下发生放电击穿，对灭火人员的人身安全造成严重威胁。由此可见，野外细水雾灭火对喷头的射程具有很高的要求，研究具有长射程、强效雾化功能的细水雾灭火喷头是实现带电、安全灭火的关键之一。然而，细水雾质量轻、受风影响大，同时受重力、风的侧向力、压力能转换为运动势能等众多因素影响，目前尚无可指导灭火喷头设计的细水雾抗风性能参数测量方法与系统。因此，亟需开展细水雾抗风性能参数测量系统及使用方法研究，揭示细水雾参数与风速、速度等因素的影响，对设计射程长、雾化性能好的喷头具有十分重要的实际意义。
发明内容
本发明目的在于公开一种细水雾抗风性能参数测量系统及方法，为研究具有长射程、强效雾化功能的细水雾灭火系统及灭火喷头提供指导。
为实现上述目的，本发明公开了一种细水雾抗风性能参数测量系统，包括：
与输水管连接的喷头，所述输水管的另端经水压源连接水箱；
在所述喷头的喷射路径上部署有至少两台同型号的第一测试仪，以测量不同截面处细水雾的雾滴直径和雾滴速度；
各所述第一测试仪与数据处理终端连接，且所述数据处理终端还连接有一测试所述输水管水压的第二测试仪；
其中，所述喷头的喷射路径上还部署有送风装置。
与上述系统相对应的，本发明还公开一种细水雾抗风性能参数测量方法，数据处理终端执行下述步骤：
通过第二测试仪测量输水管水压，并通过部署在喷射路径上的至少两台同型号的第一测试仪获取至少两个截面的细水雾雾滴直径和雾滴速度；
根据水压数据及不同截面的细水雾雾滴直径和雾滴速度进行相应数据处理。
本发明所公开的细水雾抗风性能参数测量系统及方法，其部署简单，易于操作；而且使用本发明的细水雾抗风性能参数测量系统进行对比试验，可自动、准确测量不同尺寸的细水雾雾滴在侧向风和逆向风条件下的变化规律；另一方面，通过该系统和方法获得的扰动风对不同雾滴直径作用规律，可为研制细水雾灭火系统及超长射程灭火喷头提供数据依据，从而为研究具有长射程、强效雾化功能的细水雾灭火系统及灭火喷头提供指导。
下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例中细水雾抗逆向风性能参数测量系统的结构示意图；
图2是本发明实施例中细水雾抗侧向风性能参数测量系统的结构示意图。
图中各标号表示：
1、水箱；2、水压源；3、输水管；4、喷头；5、风栅；6、风机；7、数据处理终端；8、第一细水雾参数测试仪；9、第二细水雾参数测试仪；10、水泵输出压力检测装置。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1
本发明实施例公开一种细水雾抗风性能参数测量系统及其测量方法，如图1和图2所示，包括：
与输水管3连接的喷头4，输水管的另端经水压源2连接水箱1；换言之，即水箱出口连接水压源入口，水压源出口连接输水管道入口，输水管出口连接灭火喷头。
在喷头的喷射路径上部署有至少两台同型号的第一测试仪(分别为第一细水雾参数测试仪8、第二细水雾参数测试仪9)，以测量不同截面处细水雾的雾滴直径和雾滴速度。
各第一测试仪与数据处理终端7连接，且数据处理终端(包括但不限于计算机)还连接有一测试输水管水压的第二测试仪(即水泵输出压力检测装置10)。
其中，喷头的喷射路径上还部署有送风装置。在图1所示的送风装置中包括风机6和风栅5。
在上述系统中，水压源可以通过调节水泵的转速来控制其输出压力，输出压力范围为3MPa-15MPa，从而呈现不同的细水雾雾滴直径，例如，可采用市售的凯驰HD10/25-4S高压清洗机。较佳的，本系统所采用的喷头为直射式灭火喷头，避免在雾滴射流过程中雾滴直径的变化降低测量精度；作为一种替换，本系统也可以采用螺旋式雾化灭火喷头。同时，该系统通过采用同型号的第一测试仪可以有效确保测量的精度，避免不同型号测试仪所导致的设备误差；其可采用市售的三维相位多普勒粒子测速仪TK2型，细水雾直径测量范围为1μm-3000μm，速度测量范围为0m/s-500m/s。风机可采用市售T35-11-11.2轴流风机，风栅采用与轴流风机尺寸匹配的铝合金加工而成，铝合金片之间间隔宽度为10cm。
本发明中，上述数据处理终端优选早已普及的计算机，作为一种替换，该数据处理终端也可以采用装载有相关数据处理APP的PAD或手机操作系统予以实现，用于执行下述步骤：
步骤S1、通过第二测试仪测量输水管水压，并通过部署在喷射路径上的至少两台同型号的第一测试仪获取至少两个截面的细水雾雾滴直径和雾滴速度。
步骤S2、根据水压数据及不同截面的细水雾雾滴直径和雾滴速度进行相应数据处理。相应数据处理包括但不限于以下的任意一种或任意组合：
一、计算相应风速扰动下的雾滴下降程度。
二、根据不同截面的细水雾雾滴直径和雾滴速度计算细水雾喷射方向的正向、侧向和逆向不同风速作用下的不同尺寸细水雾速度的减缓程度，精确量化风速对不同尺寸细水雾射程的作用。
优选的，本发明中的上述系统还包括图像采集终端(图中未示出)以采集送风装置出风口位置点、以及覆盖喷射路径上各第一测试仪位置点的测试图像，图像采集终端与数据处理终端连接。其中，该图像采集终端可以通过数据处理终端上集成的摄像头及相应的软件驱动等予以实现。藉此，则该数据处理终端还用于执行下述步骤：通过图像采集终端采集覆盖风口位置点、以及覆盖喷射路径上各所述第一测试仪位置点的测试图像；然后从该测试图像中提取相应位置点的坐标特征计算风速扰动下的雾场中心线偏移角度，其中，相关位置点的定位可以基于图像识别自动完成，也可以通过用户在相应的坐标系中进行描点确认。
本发明的上述系统中，优选的，数据处理终端还与送风装置电连接以控制送风装置的风速，以便于该数据处理终端根据预先设置的风速步长自动闭环控制第一测试仪记录(该系统在同一喷头相同水压下)在同一位置点的雾滴直径和雾滴速度随风速的变化数据，然后再根据分次记录的变化数据拟合喷头在同一喷头相同水压且不同风速扰动下的雾滴下降程度和/或雾场中心线偏移角度的变化曲线。
本发明的上述系统中，优选的，数据处理终端还与水压源电连接以控制水压源的输出水压；以便于该数据处理终端通过第二测试仪获取输水管的水压信息，然后根据当前的水压信息控制水压源调整至目标水压，并根据预先设置的水压步长自动闭环控制第一测试仪记录，系统在同一喷头不同水压且同一干扰风作用下，在同一位置点的雾滴直径和雾滴速度随水压的变化数据；进而根据分次记录的变化数据拟合喷头在不同水压且同一干扰风作用下的雾滴下降程度和/或雾场中心线偏移角度的变化曲线。
基于图1所示的测试系统，其测试流程如下：
(1)启动水压源；
(2)压力调至5MPa，细水雾灭火喷头射流60s，测量细水雾喷射距离8m；
(3)将风机侧面置于离灭火喷头10m位置，第一细水雾参数测试仪置于沿细水雾射流方向离风机4m位置，第二细水雾参数测试仪置于沿细水雾射流方向离风机4.5m位置；
(4)启动风机；
(5)启动第一细水雾参数测试仪和第二细水雾参数测试仪，测量各自位置截面处细水雾的雾滴直径和雾滴速度，测量时间为60s；
(6)关闭风机；
(7)重复步骤(1)～(5)，记录不同雾滴直径在不同逆向扰动风速下细水雾速度的下降程度。
上述测试流程除细水雾参数测试仪的位置部署外，在配套的软硬件环境支持下，其他都可通过数据处理终端与相关受控设备形成自动控制的闭环；其中，在上述测试过程中，第一细水雾参数测试仪测量得到的速度最终得出的不同雾滴直径在不同逆向风速速度下降程度，如表1所示。
其细水雾雾滴速度下降程度计算公式如下：
其中,V1为第一细水雾参数测试仪测得的细水雾雾滴射流速度(m/s)；V2为第二细水雾参数测试仪测得的细水雾雾滴射流速度(m/s)；D为在逆风情况下细水雾速度下降程度。
表1：
基于图2所示的测试系统，其与图1的不同部署之处在于，扰动风的作用点位于喷头喷射路径的侧方，其测试流程如下：
(1)启动水压源；
(2)压力调至5MPa，细水雾灭火喷头射流60s，测量细水雾喷射距离8m；
(3)将风机侧面置于离灭火喷头2m位置，第一细水雾参数测试仪置于离灭火喷头1m位置；
(4)启动风机；
(5)风速调整至3m/s，第二细水雾参数测试仪置于受风机扰动后沿细水雾新的射流方向远离灭火喷头端离风机1m位置；
(6)记录原细水雾射流路径和受扰动后射流路径，测量两射流路径雾场中心线的角度α；
(7)启动第一细水雾参数测试仪和第二细水雾参数测试仪，测量各自位置截面处细水雾的雾滴直径和雾滴速度，测量时间为60s；
(8)重复步骤(5)～(7)，记录不同侧向扰动风速下细水雾路径雾场中心线的偏移角度；
(9)关闭风机；
(10)重复步骤(1)～(9)，记录不同雾滴直径在不同侧向扰动风速下细水雾路径雾场中心线的偏移角度。
可选的，在上述过程中，偏移角度的具体计算可结合摄像机等图像采集终端采集覆盖风口位置点、以及覆盖喷射路径上各所述第一测试仪位置点的测试图像，然后从该测试图像中提取相应位置点的坐标特征计算风速扰动下的雾场中心线偏移角度来实现。
同理，上述测试流程除细水雾参数测试仪的位置部署外，在配套的软硬件环境支持下，其他都可通过数据处理终端与相关受控设备形成自动控制的闭环。
综上，本发明所公开的细水雾抗风性能参数测量系统及方法，其部署简单，易于操作；而且使用本发明的细水雾抗风性能参数测量系统进行对比试验，可自动、准确测量不同尺寸的细水雾雾滴在侧向风和逆向风条件下的变化规律；另一方面，通过该系统和方法获得的扰动风对不同雾滴直径作用规律，可为研制细水雾灭火系统及超长射程灭火喷头提供数据依据，从而为研究具有长射程、强效雾化功能的细水雾灭火系统及灭火喷头提供指导。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种细水雾抗风性能参数测量系统，其特征在于，包括：
与输水管连接的喷头，所述输水管的另一 端经水压源连接水箱；
在所述喷头的喷射路径上部署有至少两台同型号的第一测试仪，以测量不同截面处细水雾的雾滴直径和雾滴速度；
各所述第一测试仪与数据处理终端连接，且所述数据处理终端还连接有一测试所述输水管水压的第二测试仪；
其中，所述喷头的喷射路径上还部署有送风装置；
所述数据处理终端通过第二测试仪获取输水管的水压信息；所述数据处理终端根据当前的水压信息控制水压源调整至目标水压；所述数据处理终端根据预先设置的水压步长自动闭环控制所述第一测试仪记录：所述系统在同一喷头不同水压且同一干扰风作用下，在同一位置点的雾滴直径和雾滴速度随水压的变化数据；所述数据处理终端根据分次记录的变化数据拟合所述喷头在不同水压且同一干扰风作用下的雾滴下降程度和/或雾场中心线偏移角度的变化曲线；
和\或，所述数据处理终端控制送风装置的风速；所述数据处理终端根据预先设置的风速步长自动闭环控制所述第一测试仪记录，所述系统在同一喷头相同水压下，在同一位置点的雾滴直径和雾滴速度随风速的变化数据；所述数据处理终端根据分次记录的变化数据拟合所述喷头在同一喷头相同水压且不同风速扰动下的雾滴下降程度和/或雾场中心线偏移角度的变化曲线；
还包括一图像采集终端以采集所述送风装置出风口位置点、以及覆盖喷射路径上各所述第一测试仪位置点的测试图像，所述图像采集终端与所述数据处理终端连接；所述数据处理终端还用于，通过图像采集终端采集覆盖风口位置点、以及覆盖喷射路径上各所述第一测试仪位置点的测试图像；然后从该测试图像中提取相应位置点的坐标特征计算风速扰动下的雾场中心线偏移角度，其中，相应位置点的定位通过基于图像识别自动完成或者通过用户在相应的坐标系中进行描点确认。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理终端还与所述送风装置电连接以控制所述送风装置的风速，和/或
所述数据处理终端还与所述水压源电连接以控制所述水压源的输出水压。
3.根据权利要求1至2任一所述的系统，其特征在于，所述喷头为直射式灭火喷头。
4.一种应用于权利要求1至3任一所述系统的细水雾抗风性能参数测量方法，其特征在于，数据处理终端执行下述步骤：
通过第二测试仪测量输水管水压，并通过部署在喷射路径上的至少两台同型号的第一测试仪获取至少两个截面的细水雾雾滴直径和雾滴速度；
根据水压数据及不同截面的细水雾雾滴直径和雾滴速度进行相应数据处理，包括：
所述数据处理终端通过第二测试仪获取输水管的水压信息；所述数据处理终端根据当前的水压信息控制水压源调整至目标水压；所述数据处理终端根据预先设置的水压步长自动闭环控制所述第一测试仪记录，所述系统在同一喷头不同水压且同一干扰风作用下，在同一位置点的雾滴直径和雾滴速度随水压的变化数据；所述数据处理终端根据分次记录的变化数据拟合所述喷头在不同水压且同一干扰风作用下的雾滴下降程度和/或雾场中心线偏移角度的变化曲线；
和\或，所述数据处理终端控制送风装置的风速；所述数据处理终端根据预先设置的风速步长自动闭环控制所述第一测试仪记录，所述系统在同一喷头相同水压下，在同一位置点的雾滴直径和雾滴速度随风速的变化数据；所述数据处理终端根据分次记录的变化数据拟合所述喷头在同一喷头相同水压且不同风速扰动下的雾滴下降程度和/或雾场中心线偏移角度的变化曲线；
所述数据处理终端还用于执行下述步骤：
通过图像采集终端采集覆盖风口位置点、以及覆盖喷射路径上各所述第一测试仪位置点的测试图像；从所述测试图像中提取相应位置点的坐标特征计算风速扰动下的雾场中心线偏移角度，其中，相应位置点的定位通过基于图像识别自动完成或者通过用户在相应的坐标系中进行描点确认。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相应数据处理包括：
计算相应风速扰动下的雾滴下降程度；其细水雾雾滴速度下降程度D计算公式如下：
其中,V1为第一台第一测试仪测得的细水雾雾滴射流速度(m/s)；V2为第二台第一测试仪测得的细水雾雾滴射流速度(m/s)。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述相应数据处理还包括：
根据不同截面的所述细水雾雾滴直径和雾滴速度计算细水雾喷射方向的正向、侧向和逆向不同风速作用下的不同尺寸细水雾速度减缓程度，精确量化风速对不同尺寸细水雾射程的作用。
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