CN115472075A - 模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台及方法，包括压缩空气泡沫产生装置、输送管网、释放装置、泡沫性能测试装置和数据采集处理装置，输送管网包括至少两种不同管径的输送管道，不同管径的输送管道之间经过阀门连接，每种管径的所述输送管道均包含水平管段、垂直管段和弯管，水平管段和/或垂直管段之间经弯管连接，且部分水平管段和/或部分垂直管段的管身上设置有阀门；各输送管道按照往返并排布置方式串联，不同管径的输送管道以相同的方式排布方式并通过管道架实现输送管道之间的上下层叠放置。可实现多种不同输送距离、不同直径管道组合方式条件下压缩空气泡沫流动特性研究以及系统喷出压缩空气泡沫性能研究。

Description

模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台及方法

技术领域

本发明涉及消防安全技术领域，具体涉及一种模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台及方法。

背景技术

特高压换流站的电力设备复杂，储油量大，运行温度高，极易发生火灾爆炸事故，且扑灭难度高。特高压换流站一旦发生火灾，将影响整个供电系统的正常运行，甚至造成巨大的人员和经济损失，因此对换特高压换流站内的灭火系统有较高的要求。固定式压缩空气泡沫灭火系统具有灭火和降温效能高、覆盖效果好、节省耗水量、抗爆炸冲击能力和耐高温能力强等优点，对特高压换流站大型变压器热油火灾扑救具有良好的适应性，压缩空气泡沫灭火技术是一种能够显著提升特高压换流站消防能力的先进高效灭火技术。

作为在特高压换流站使用的消防新技术，压缩空气泡沫灭火系统涉及三元两相自动混合技术，是目前最为复杂的灭火系统之一。系统的泡沫产生端和泡沫释放端一般具有较远的距离，这是压缩空气泡沫系统在特高压换流站中应用的优势之一，可以避免泡沫产生端受到火灾威胁，然而，这又避免不了压缩空气泡沫灭火剂需要通过管道长距离输送的问题。长距离输送一方面使得泡沫灭火剂从泡沫产生端运动到泡沫释放端需要一定的时间，这个时间存在对快速灭火可能极为不利，同时因为管道阻力等存在，可能反过来对泡沫管道输运提出更高的要求。随着白鹤滩-江苏特高压直流工程输运管道突破600m、武汉交直流特高压合建共用消防管道超过650m等现实需求的提出，需要对特高压换流站超长距离管网压缩空气泡沫输送特性及性能保障进行研究。

目前尚无统一的压缩空气泡沫管网输送实验平台，对特高压换流站压缩空气泡沫长距离输运研究仍停留在实验室小尺度试验和数值模拟阶段，无法指导特高压换流站超长距离输送管网优化配置。不同的特高压换流站其应用场景不同，压缩空气泡沫灭火系统的管网长度和排布方式也各不相同，因此需要搭建可以模拟不同长度、不同场景下的全尺寸压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，用于研究压缩空气泡沫在不同管网下的输送动态特性及性能保障。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何实现压缩空气泡沫在不同长度管网下的输送特性模拟研究。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本发明提出了一种模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，所述实验平台包括：压缩空气泡沫产生装置、输送管网、释放装置、泡沫性能测试装置和数据采集处理装置；

所述压缩空气泡沫产生装置的末端与所述输送管网的进口连接，所述输送管网的末端与所述释放装置连接，所述泡沫性能测试装置用于对所述释放装置的泡沫喷出性能进行测试，所述数据采集处理装置用于计算得到实验过程的性能参数；

所述输送管网包括至少两种不同管径的输送管道，不同管径的输送管道之间经过阀门连接，每种管径的所述输送管道均包含水平管段、垂直管段和弯管，所述水平管段和/或所述垂直管段之间经所述弯管连接，且部分所述水平管段和/或部分所述垂直管段的管身上设置有阀门；

各所述输送管道按照往返并排布置方式串联，不同管径的所述输送管道以相同的方式排布方式并通过管道架实现输送管道之间的上下层叠放置。

本发明可以通过打开不同管道上安装的阀门，可以实现多种不同输送距离、不同直径管道组合方式条件下压缩空气泡沫流动特性研究以及系统喷出的压缩空气泡沫性能比如泡沫发泡倍数、25％析液时间、泡沫覆盖强度、覆盖范围等进行对比研究；且为了减少装置占地面积按照往返并排布置方式将管道串联起来，为了节省空间，将不同管径的管道以相同的方式排布方式通过管道架实现管道之间的上下层叠放置。

进一步地，所述泡沫释放装置包括喷淋管、压缩空气泡沫炮和压缩空气泡沫等效释放装置，所述压缩空气泡沫炮具有不同的喷射孔径；所述喷淋管安装在换流变模型周围的防火墙上方，所述喷淋管的喷孔处安装不同长度的喷淋管孔支管，所述压缩空气泡沫炮安装于位于所述换流变模型后方的所述防火墙上，所述喷淋管和所述压缩空气泡沫炮均与所述输送管网的末端连接，所述压缩空气泡沫产生装置的出口连接三通阀的进口，所述三通阀的两个出口分别连接静态混合器与所述输送管网，所述静态混合器连接所述压缩空气泡沫等效释放装置。

进一步地，所述泡沫性能测试装置包括压力传感器、泡沫收集装置和析液测定装置；

所述压力传感器布置于所述水平管段中部、所述弯管的前后位置、所述垂直管段以及靠近所述释放装置的管道上；且所述压力传感器测点附近的管段设置为可视透明段；

所述释放装置的出口与所述泡沫收集装置的进口连接，所述泡沫收集装置侧面安装有析液测定器支架，所述析液测定装置安装于所述析液测定器支架上。

进一步地，所述数据采集处理装置包括图像采集设备、温度测量模块、电流测量模块、电压测量模块和数据处理模块；

所述图像采集设备、所述温度测量模块、所述电流测量模块和所述电压测量模块均与所述数据处理模块连接。

进一步地，所述图像采集设备包括用于从高空拍视俯视画面的无人机摄像装置以及放置于地面固定测点的摄像机。

进一步地，所述压缩空气泡沫产生装置包括至少两台固定式压缩空气泡沫产生装置，所述固定式压缩空气泡沫产生装置设有液体和气体流量测量系统；

所述压缩空气泡沫产生装置产生的泡沫混合液流量在2000～4000L/min，气液比7:1～10:1，泡沫液混合比1％，压力≥1.0MPa。

进一步地，所述泡沫收集装置表面采用不锈钢、铝、黄铜或塑料材料制作；

所述泡沫收集装置设置有泡沫挡板。

进一步地，所述析液测定装置采用工程塑料或黄铜制作，包括泡沫接收罐、滤网以及析液接收罐，且所述析液接收罐的罐身设有刻度。

本发明可以通过打开不同管道上安装的阀门，可以实现多种不同输送距离、不同直径管道组合方式条件下压缩空气泡沫流动特性研究以及系统喷出的压缩空气泡沫性能比如泡沫发泡倍数、25％析液时间、泡沫覆盖强度、覆盖范围等进行对比研究；且为了减少装置占地面积按照往返并排布置方式将管道串联起来，为了节省空间，将不同管径的管道以相同的方式排布方式通过管道架实现管道之间的上下层叠放置。

此外，本发明还提出了一种如上所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台的使用方法，所述方法包括以下步骤：

调整所述阀门，以调整所述输送管网的长度；

将所述压缩空气泡沫产生装置连接不同长度的所述输送管网，并检查实验平台的工作状态；

启动所述数据采集处理装置并校准时间，打开所述压缩空气泡沫产生装置中的空气压缩机；

打开连通所需测试的所述释放装置的阀门，启动所述压缩空气泡沫产生装置并开始计时，按照预定的泡沫混合液流量、混合比、气液比开始供给压缩空气泡沫，并记录所述释放装置开始喷射泡沫时间以及达到稳定喷射时间；

待所述释放装置稳定出泡后，在泡沫落点布置所述泡沫性能测试装置用于测试压缩空气泡沫的输送特性，并实时记录泡沫混合液流量、混合比、气液比以及工作压力；

实验结束后冲洗管路，并排空管道，准备下次实验。

进一步地，所述待所述释放装置稳定出泡后，在泡沫落点布置所述泡沫性能测试装置用于测试压缩空气泡沫的输送特性，并实时记录泡沫混合液流量、混合比、气液比以及工作压力，包括：

待所述释放装置稳定出泡并至少保持稳定喷射泡沫30s后，在泡沫落点布置所述泡沫收集装置用于测试泡沫发泡倍数、喷射强度和25％析液时间；

利用所述析液测定装置收集泡沫时间为1min，并通过观察和所述图像采集设备记录泡沫喷洒覆盖效果；

实时记录泡沫混合液流量、混合比、气液比以及工作压力等数据。

本发明的优点在于：

(1)本发明可以通过打开不同管道上安装的阀门，可以实现多种不同输送距离、不同直径管道组合方式条件下压缩空气泡沫流动特性研究以及系统喷出的压缩空气泡沫性能比如泡沫发泡倍数、25％析液时间、泡沫覆盖强度、覆盖范围等进行对比研究；且为了减少装置占地面积按照往返并排布置方式将管道串联起来，为了节省空间，将不同管径的管道以相同的方式排布方式通过管道架实现管道之间的上下层叠放置。

(2)喷淋管与输送管网的连接可以旋转，通过旋转喷淋管实现对喷射角度的调整，以方便对单测喷淋管喷射强度的测量。喷淋孔上可以加装不同长度的支管，实现对喷淋管喷射距离的调整。

(3)压力传感器用于监测不同类型管段的管道输送压力变化情况，压力传感器测点附近管段设置可视透明段，用于观测压缩空气泡沫演变规律。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明一实施例提出的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台的结构示意图；

图2是本发明一实施例中输送管网布置示意图；

图3是本发明一实施例中260m输送管网的结构示意图；

图4是本发明一实施例中400m输送管网的结构示意图；

图5是本发明一实施例中700m输送管网的结构示意图；

图6是本发明一实施例中泡沫炮的布置示意图；

图7是本发明一实施例中喷淋管局部示意图；

图8是本发明一实施例中泡沫收集装置的结构示意图；

图9是本发明一实施例中析液测定装置的结构示意图；

图10是本发明一实施例提出的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台的使用方法的流程示意图。

图11是本发明一实施例中压缩空气泡沫流速与管道压力关系示意图；

图12是本发明一实施例中压缩空气泡沫炮自出泡至达到喷射稳定的全过程实况图；

图13是本发明一实施例中471m压缩空气泡沫管道输送试验压力损失编号曲线图，其中，(a)为P2-P4段水平管道压力损失变化，(b)为P10-P11段水平管道压力损失变化；(c)为垂直管道压力损失变化曲线，(d)为弯头局部压力损失变化曲线。

图中：

100-压缩空气泡沫产生装置；200-输送管网；300-释放装置；400-泡沫性能测试装置；500-数据采集处理装置；600-换流变模型；700-防火墙；

21-水平管段；22-垂直管段；23-弯管；

31-喷淋管；32-压缩空气泡沫等效释放装置；33-压缩空气泡沫炮；34-静态混合器；35-喷淋管孔支管；

41-泡沫收集装置；42-析液测定装置；

411-压缩空气泡沫收集器挡板；412-析液测定器支架；

421-泡沫接收罐；422-滤网；423-析液接收罐；

1-第一阀门；2-第二阀门；3-第三阀门；4-第四阀门；5-第五阀门；6-第六阀门；7-三通接口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图2所示，本发明第一实施例提出了一种模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，所述实验平台包括：压缩空气泡沫产生装置100、输送管网200、释放装置300、泡沫性能测试装置400和数据采集处理装置500；

所述压缩空气泡沫产生装置100的末端与所述输送管网200的进口连接，所述输送管网200的末端与所述释放装置300连接，所述泡沫性能测试装置400用于对所述释放装置300的泡沫喷出性能进行测试，所述数据采集处理装置500用于计算得到实验过程的性能参数；

所述输送管网200包括至少两种不同管径的输送管道，不同管径的输送管道之间经过阀门连接，每种管径的所述输送管道均包含水平管段21、垂直管段22和弯管23，所述水平管段21和/或所述垂直管段22之间经所述弯管23连接，且部分所述水平管段21和/或部分所述垂直管段22的管身上设置有阀门；

各所述输送管道按照往返并排布置方式串联，不同管径的所述输送管道以相同的方式排布方式并通过管道架实现输送管道之间的上下层叠放置。

本发明实施例可以通过打开不同管道上安装的阀门，可以实现多种不同输送距离、不同直径管道组合方式条件下压缩空气泡沫流动特性研究以及系统喷出的压缩空气泡沫性能比如泡沫发泡倍数、25％析液时间、泡沫覆盖强度、覆盖范围等进行对比研究；且为了减少装置占地面积按照往返并排布置方式将管道串联起来，为了节省空间，将不同管径的管道以相同的方式排布方式通过管道架实现管道之间的上下层叠放置。

在一实施例中，所述弯管23为90°弯头，水平管段21与水平管段21、水平管段21与垂直管段22、垂直管段22与垂直管段22之间经弯管23、阀门和卡箍连接件串联起来，参考在运换流站实际工程特点，并结合试验场地情况，将各管段按照往返并排布置方式将管道串联起来，通过开关各个阀门组成长700m、400m、260m这3种不同长度的全尺寸输送管道。

进一步地，通过打开或关闭各管段上安装的阀门，构成长度为400m和260m的输送管网200时，此时输送管网200包括两种不同直径的输送管道，分别为DN150和DN200；在构成长度为700m的输送管网200时，组成输送管网200的管道管径为DN200。

本实施例输送管网200包括两种及以上的不同直径输送管道，每种直径的管道均包含水平管段21，垂直管段22和弯管23，输送管网200可以通过阀门的开关调整输送管道的长度，输送管道的末端与释放装置300相连接，实现不同组合形式、不同管径、不同管道长度的压缩空气泡沫输运特性的研究。

在一实施例中，如图3、图4及图5所示，在本发明实施例中可以通过开关不同阀门，实现压缩空气泡沫管网长度和组合方式的调整，便于研究不同管道输运距离下的压缩空气泡沫流动特性。如图3所示，通过打开第三阀门3、第五阀门5以及第六阀门6，关闭第一阀门1、第二阀门2以及第四阀门4，实现长度为260米压缩空气泡沫输送管网200的连通。如图4所示，通过打开第一阀门1、第二阀门2、第五阀门5以及第六阀门6，关闭第三阀门2以及第四阀门4，实现长度为400米压缩空气泡沫输送管网200的连通。如图5所示，通过打开第一阀门1、第二阀门2、第五阀门5以及第四阀门4，关闭第三阀门3以及第六阀门6，实现长度为700米压缩空气泡沫输送管网200的连通。

需要说明的是，本平台压缩空气泡沫管网布置多个阀门，这里为了描述方便仅对第一阀门至第六阀门进行编号并描述。

其中，700米长的压缩空气泡沫输送管网200管径是DN200，400米和260米长的压缩空气泡沫输送管网200具有两种不同管径的管道分别是DN150和DN200，两种直径的管道排布方式相同，DN150管道位于DN200管道上方，便于研究不同管径对压缩空气泡沫输送特性的影响。

应当理解的是，本领域技术人员还可通过开关不同阀门，实现其他管网长度和组合方式的调整，本实施例不作具体限定。

在一实施例中，如图6至图7所示，所述泡沫释放装置300包括喷淋管31、压缩空气泡沫炮33和压缩空气泡沫等效释放装置32，所述压缩空气泡沫炮33具有不同的喷射孔径；所述喷淋管31安装在换流变模型600周围的防火墙700上方，所述喷淋管31的喷孔处安装不同长度的喷淋管孔支管35，所述压缩空气泡沫炮33安装于位于所述换流变模型600后方的所述防火墙700上，所述喷淋管31和所述压缩空气泡沫炮33均与所述输送管网200的末端连接，所述压缩空气泡沫产生装置100的出口连接三通阀7的进口，所述三通阀7的两个出口分别连接静态混合器34与所述输送管网200，所述静态混合器34连接所述压缩空气泡沫等效释放装置32。

本发明实施例中压缩空气泡沫输送管网200的末端与压缩空气泡沫释放装置300相连接，释放装置300包括喷淋管31、压缩空气泡沫炮33和压缩空气泡沫等效释放装置32等多种类型的释放结构，以便于研究不同压缩空气泡沫释放装置300的泡沫喷出性能。为了便于测量喷淋管31的喷射强度，喷淋管31与输送管网200末端为可旋转连接，使得喷淋管31的喷射方向可调，通过旋转喷淋管31实现对喷射角度的调整，以方便对单测喷淋管31喷射强度的测量；在喷淋管31喷孔处可以安装不同长度的喷淋管孔支管35，实现对压缩空气泡沫喷淋管31喷射距离的改变。

需要说明的是，将压缩空气泡沫产生装置100连接至260m、400m或700m长的压缩空气泡沫喷淋管31道，如果进行等效装置实验则关闭主管道阀门，打开连通静态混合器34装置的管道阀门。

需要说明的是，参考企业设计要求，换流变模型600放置在由三面防火墙700围挡的区域中央，防火墙700采用钢筋混凝土框架结构，泡沫喷淋管31参照实际工程布置方式，布置在火灾模型防火墙700上，压缩空气泡沫喷淋管31的安装高度设置应保证射程对防护区的全覆盖，喷淋管31上的孔径为11.4mm，孔间距为100mm，喷淋管31出口压力为0.1～0.2MPa，其中喷淋管31喷射方向可调，喷淋孔处可加装不同长度支管以改变喷射距离。

按企业设计要求，如图6所示，两台压缩空气泡沫炮33安装在后部防火墙700上，并通过泡沫输送管道连接到压缩空气泡沫产生装置100，压缩空气泡沫炮33有远程遥控功能，单台压缩空气泡沫高架炮的泡沫混合液流量为1200～2400L/min，孔径为80mm，安装高度距离地面20m；并且压缩空气泡沫炮33具有不同的喷射孔径，以便研究压缩空气泡沫炮33孔径大小对喷射性能的影响。

特别地，在连接700m管道的压缩空泡沫产生装置的出口设置三通接口，一段连接主管道，另一端连接静态混合器34，然后与压缩空气泡沫等效释放装置32相连，该设计可以进行压缩空气泡沫等效喷射实验。

在一实施例中，所述泡沫性能测试装置400包括压力传感器、泡沫收集装置41和析液测定装置42；

所述压力传感器布置于所述水平管段21中部、所述弯管23的前后位置、所述垂直管段22以及靠近所述释放装置300的管道上；且所述压力传感器测点附近的管段设置为可视透明段；

所述释放装置300的出口与所述泡沫收集装置41的进口连接，所述泡沫收集装置41侧面安装有析液测定器支架412，所述析液测定装置42安装于所述析液测定器支架412上。

其中，所述泡沫收集装置41可结合压缩空气泡沫收集器挡板411使用，用于收集释放出来的压缩空气泡沫液；所述析液测定装置42用水标定泡沫接收罐的容积，精确至1mL，用于测定压缩空气泡沫的25％析液时间和发泡倍数。

在一实施例中，所述压力传感器采用TDS4033型高精度压力传感器进行测量，其测量范围为0～1.0MPa，精度为0.075％，输出信号为直流4～20mA，共26只。在每只弯管前后至少10倍管径处设置压力传感器，并采用标准压力测量接口(M20×1.5)，用于安装压力传感器，接口内的泡沫通道应尽量大。

需要说明的是，本实施例中的实验平台共安装25个压力传感器，图2至图5中P1-P25为不同位置处布置的压力传感器，用于监测不同类型管段的管道输送压力变化情况。

在一实施例中，如图8所示，所述泡沫收集装置41表面可采用不锈钢、铝、黄铜或塑料材料制作，可结合压缩空气泡沫收集器挡板411使用，装置侧面装有析液测定器支架412。

需要说明的是，泡沫收集装置用于收集释放出来的压缩空气泡沫液，泡沫收集装置41带有刻度可以测量压缩空气泡沫液体积，结合称重和计时装置可以计算得到压缩空气泡沫的发泡倍数和该位置处的喷射强度。

在一实施例中，如图9所示，所述析液测定装置42采用工程塑料或黄铜制作，由泡沫接收罐421，滤网422(孔径为0.125mm，符合GB/T 6003.1－1997)以及析液接收罐423组成。

需要说明的是，析液测定装置42结合称重和计时装置可以测量计算出压缩空气泡沫的析液时间。

在一实施例中，所述数据采集处理装置500包括图像采集设备、温度测量模块、电流测量模块、电压测量模块和数据处理模块；

所述图像采集设备、所述温度测量模块、所述电流测量模块和所述电压测量模块均与所述数据处理模块连接。

在一实施例中，所述图像采集设备包括用于从高空拍视俯视画面的无人机摄像装置以及放置于地面固定测点的摄像机，实现对实现现象的多方位视频记录，便于分析研究压缩空气泡沫喷射轨迹和距离。

需要说明的是，所述摄像机和数据采集处理装置包括高清数码摄像机和支持直流电压、直流电流等信号的数据采集处理装置，配置4块NI 9213温度测量模块、2块NI 9208±20ma电流测量模块和2块NI9205±10V电压测量模块，最多可支持32路电流、64路电压、64路温度的数据测量，记录试验过程中的压力、流速等参数。

在一实施例中，所述压缩空气泡沫产生装置100包括至少两台固定式压缩空气泡沫产生装置100，所述固定式压缩空气泡沫产生装置100设有液体和气体流量测量系统；

所述压缩空气泡沫产生装置100产生的泡沫混合液流量在2000～4000L/min，气液比7:1～10:1，泡沫液混合比1％，压力≥1.0MPa。

需要说明的是，所述压缩空气泡沫产生装置100包括调节水箱，调节水箱通过管道与水泵和泡沫比例混合器连接，泡沫泵和泡沫储罐也通过管道与泡沫比例混合器相连，除此之外，除此泡沫比例混合器还通过管道与空气混合器和空压机相连。该平台压缩空气泡沫产生装置100有两组，其中400m和260m长的压缩空气泡沫输送管网200采用同一台压缩空气泡沫产生装置100，长度为700m的压缩空气泡沫输送管网200单独采用一台压缩空气泡沫产生装置100。

需要说明的是，通过本实施例提出的实验平台可模拟不同压缩空气泡沫在不同长度和组合方式的管道内的输送及最终的释放情况，管网布置的压力传感器实时监测输送管网200各个管段内的压力变化，平台的泡沫收集装置41和析液测定装置42对不同释放装置300喷出的压缩空气泡沫强度、发泡倍数及25％析液特性实时测量。可以实现包括但不限于260m、400m、700m等多种不同输送距离、管道组合方式条件下压缩空气泡沫流动特性研究以及系统喷出的压缩空气泡沫性能(泡沫发泡倍数、25％析液时间、泡沫覆盖强度、覆盖范围)的对比研究。

此外，如图10所示，本发明第二实施例提出了一种模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台的使用方法，所述方法包括以下步骤：

S10、调整所述阀门，以调整所述输送管网的长度；

S20、将所述压缩空气泡沫产生装置连接不同长度的所述输送管网，并检查实验平台的工作状态；

S30、启动所述数据采集处理装置并校准时间，打开所述压缩空气泡沫产生装置中的空气压缩机；

S40、打开连通所需测试的所述释放装置的阀门，启动所述压缩空气泡沫产生装置并开始计时，按照预定的泡沫混合液流量、混合比、气液比开始供给压缩空气泡沫，并记录所述释放装置开始喷射泡沫时间以及达到稳定喷射时间；

S50、待所述释放装置稳定出泡后，在泡沫落点布置所述泡沫性能测试装置用于测试压缩空气泡沫的输送特性，并实时记录泡沫混合液流量、混合比、气液比以及工作压力；

S60、实验结束后冲洗管路，并排空管道，准备下次实验。

需要说明的是，本发明实施例可以通过打开不同管道上安装的阀门，可以实现多种不同输送距离、不同直径管道组合方式条件下压缩空气泡沫流动特性研究以及系统喷出的压缩空气泡沫性能比如泡沫发泡倍数、25％析液时间、泡沫覆盖强度、覆盖范围等进行对比研究。

在一实施例中，所述步骤S50：待所述释放装置稳定出泡后，在泡沫落点布置所述泡沫性能测试装置用于测试压缩空气泡沫的输送特性，并实时记录泡沫混合液流量、混合比、气液比以及工作压力，包括以下步骤：

待所述释放装置稳定出泡并至少保持稳定喷射泡沫30s后，在泡沫落点布置所述泡沫收集装置用于测试泡沫发泡倍数、喷射强度和25％析液时间；

利用所述析液测定装置收集泡沫时间为1min，并通过观察和所述图像采集设备记录泡沫喷洒覆盖效果；

实时记录泡沫混合液流量、混合比、气液比以及工作压力等数据。

具体地，实验过程的泡沫混合液流量、流速等性能参数的具体计算过程为：

假设压缩空气泡沫在输送过程中为均一可压缩性流体，根据压缩空气泡沫灭火系统的管网尺寸、压力以及流量等参数可以计算出不同位置的泡沫流量和流速，其中，泡沫流量可按照如下公式进行计算：

Q_foam＝Q_L+Q_OG

式中：Q_foam表示泡沫流量，m3/s；Q_L表示泡沫溶液流量，m3/s；Q_OG表示工况下空气流量，m3/s。

其中，工况下空气流量可按照如下公式进行计算：

Q_OG＝Q_NG×(P_N/P_O)×(T_O/T_N)

式中：Q_OG表示工况下空气流量，m3/s；Q_NG表示标态下空气流量，m3/s；P_N表示标态下空气压力，取值0.1MPa；T_N表示标态下空气温度，取值293.15K；P_O表示工况下空气压力(测量压力+0.1)，MPa；T_O表示工况下空气温度，鉴于管网中介质温度变化不大，故取值293.15K。

泡沫流速可按照如下公式进行计算：

式中：v_foam表示泡沫流速，m/s；P_OG表示工况下管道压力(表压)，MPa；k表示气液比，气体体积流量(换算到20℃、101.325kPa)与泡沫溶液体积流量的比值。

泡沫混合液设定流量为4000L/min、气液比设定值7、管径200mm，代入如下公式，可得到泡沫流速计算公式：

v_foam＝2.12(1+7/(1+10P_OG))。

通过试验得到压缩空气泡沫流速与管道压力关系如图11所示。从中可以看出，在流量、气液比、输送管道规格一定情况下，压缩空气泡沫流速主要取决于工况下管道压力，压缩空气泡沫输送过程中，随着管网压力的逐渐升高，泡沫流速快速下降。

压缩空气泡沫炮自喷射泡沫至达到喷射稳定的全过程如图12所示，压缩空气泡沫产生装置启动后，管网压力较低，这时的泡沫流速较快；输送至压缩空气泡沫炮后，开始喷射泡沫，此时开始计时，刚启动时压力较低，泡沫流量较小，射程也较小；之后，一部分泡沫从炮口喷射出，由于喷出的泡沫小于产生装置输入的泡沫，因此剩余部分逐渐在管网内聚集，管网压力开始逐渐升高，喷出流量也开始逐渐增大，射程也逐步增大；直到产生装置输入的泡沫与从炮口喷出的泡沫流量相同，系统才开始稳定工作。管道越长，达到稳定状态所需的时间越长。例如，管道长度471m时，压缩空气泡沫炮达到额定射程所需时间约为5min；管道长度303m时，压缩空气泡沫炮达到额定射程所需时间约为3min。

根据冷喷试验测试数据，对压缩空气泡沫在水平管道和垂直管道内的流速进行了反演计算，结果如表1。其中，水平管道按照从产生装置出口(P19)至压力测点P14的距离计算，垂直管道按照垂直高度20m计算，从P14到垂直管道底端的距离约5m，这短距离的流速按照水平管道的平均流速估算。系统从启动到开始形成带压泡沫约需要2～6s。

表1自系统启动至出泡的泡沫平均流速反演计算结果

试验分析结果表明，水平管道的泡沫流速约为7m/s，垂直管道的泡沫流速约为1.8～4.3m/s。水平管道的泡沫流速要比垂直管道快很多，这主要是因为垂直管道输送除了要克服管道摩擦外，还要克服重力影响。

进一步地，根据471m全尺寸管道输送试验过程中管路上各测量点的压力数据，计算得到了泡沫输送和喷射稳定后的平均压力、水平管道单位长度压力损失、垂直管道单位长度压力损失以及弯头局部压力损失，结果如下表2、表3、表4和图13。

表2水平管道沿程压力损失

表3垂直管道压力损失

表4弯头局部压力损失

序号	名称	入口压力/MPa	弯头局部压力损失/kPa	备注
					1	P5-P6弯头	0.72	5.57	471m输送试验
2	P1-P2弯头	0.74	5.27	471m输送试验

试验结果表明，系统启动后，当压缩空气泡沫管道压力较低时，泡沫流速较快，压缩空气泡沫水平输送的沿程压力损失较大，且不稳定；当压缩空气泡沫管道达到0.3～0.4MPa以上后，压缩空气泡沫炮喷射逐渐趋于稳定后，压缩空气泡沫水平输送的沿程压力损失为0.24～0.28kPa/m，且波动较小；在给定的系统参数下，471m和303m不同输送距离的压缩空气泡沫沿程压力损失基本相同。

压缩空气泡沫垂直输送的沿程压力损失变化与管道压力变化趋势基本一致；压缩空气泡沫垂直输送的沿程压力损失随着管道压力的增大而逐渐增大，直到管道压力趋于稳定后，压力损失才基本稳定；管道压力稳定后，压缩空气泡沫垂直输送的沿程压力损失约为9.5kPa/m。

当压缩空气泡沫管道压力较低时，泡沫流速较快，弯头局部压力损失较大，且不稳定；当压缩空气泡沫管道达到0.4MPa后，压缩空气泡沫炮喷射逐渐趋于稳定后，弯头局部压力损失为5.27～5.57kPa/m，且波动较小；在给定的系统参数下，471m和303m不同输送距离的弯头局部压力损失基本接近。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，其特征在于，所述实验平台包括：压缩空气泡沫产生装置、输送管网、释放装置、泡沫性能测试装置和数据采集处理装置；

所述压缩空气泡沫产生装置的末端与所述输送管网的进口连接，所述输送管网的末端与所述释放装置连接，所述泡沫性能测试装置用于对所述释放装置的泡沫喷出性能进行测试，所述数据采集处理装置用于计算得到实验过程的性能参数；

所述输送管网包括至少两种不同管径的输送管道，不同管径的输送管道之间经过阀门连接，每种管径的所述输送管道均包含水平管段、垂直管段和弯管，所述水平管段和/或所述垂直管段之间经所述弯管连接，且部分所述水平管段和/或部分所述垂直管段的管身上设置有阀门；

各所述输送管道按照往返并排布置方式串联，不同管径的所述输送管道以相同的方式排布方式并通过管道架实现输送管道之间的上下层叠放置。

2.如权利要求1所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，其特征在于，所述泡沫释放装置包括喷淋管、压缩空气泡沫炮和压缩空气泡沫等效释放装置，所述压缩空气泡沫炮具有不同的喷射孔径；所述喷淋管安装在换流变模型周围的防火墙上方，所述喷淋管的喷孔处安装不同长度的喷淋管孔支管，所述压缩空气泡沫炮安装于位于所述换流变模型后方的所述防火墙上，所述喷淋管和所述压缩空气泡沫炮均与所述输送管网的末端连接，所述压缩空气泡沫产生装置的出口连接三通阀的进口，所述三通阀的两个出口分别连接静态混合器与所述输送管网，所述静态混合器连接所述压缩空气泡沫等效释放装置。

3.如权利要求1所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，其特征在于，所述泡沫性能测试装置包括压力传感器、泡沫收集装置和析液测定装置；

所述压力传感器布置于所述水平管段中部、所述弯管的前后位置、所述垂直管段以及靠近所述释放装置的管道上；且所述压力传感器测点附近的管段设置为可视透明段；

所述释放装置的出口与所述泡沫收集装置的进口连接，所述泡沫收集装置侧面安装有析液测定器支架，所述析液测定装置安装于所述析液测定器支架上。

4.如权利要求1所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，其特征在于，所述数据采集处理装置包括图像采集设备、温度测量模块、电流测量模块、电压测量模块和数据处理模块；

所述图像采集设备、所述温度测量模块、所述电流测量模块和所述电压测量模块均与所述数据处理模块连接。

5.如权利要求4所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，其特征在于，所述图像采集设备包括用于从高空拍视俯视画面的无人机摄像装置以及放置于地面固定测点的摄像机。

6.如权利要求1所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，其特征在于，所述压缩空气泡沫产生装置包括至少两台固定式压缩空气泡沫产生装置，所述固定式压缩空气泡沫产生装置设有液体和气体流量测量系统；

所述压缩空气泡沫产生装置产生的泡沫混合液流量在2000～4000L/min，气液比7:1～10:1，泡沫液混合比1％，压力≥1.0MPa。

7.如权利要求3所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，其特征在于，所述泡沫收集装置表面采用不锈钢、铝、黄铜或塑料材料制作；

所述泡沫收集装置设置有泡沫挡板。

8.如权利要求3所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台，其特征在于，所述析液测定装置采用工程塑料或黄铜制作，包括泡沫接收罐、滤网以及析液接收罐，且所述析液接收罐的罐身设有刻度。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台的使用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

调整所述阀门，以调整所述输送管网的长度；

将所述压缩空气泡沫产生装置连接不同长度的所述输送管网，并检查实验平台的工作状态；

启动所述数据采集处理装置并校准时间，打开所述压缩空气泡沫产生装置中的空气压缩机；

打开连通所需测试的所述释放装置的阀门，启动所述压缩空气泡沫产生装置并开始计时，按照预定的泡沫混合液流量、混合比、气液比开始供给压缩空气泡沫，并记录所述释放装置开始喷射泡沫时间以及达到稳定喷射时间；

待所述释放装置稳定出泡后，在泡沫落点布置所述泡沫性能测试装置用于测试压缩空气泡沫的输送特性，并实时记录泡沫混合液流量、混合比、气液比以及工作压力；

实验结束后冲洗管路，并排空管道，准备下次实验。

10.如权利要求9所述的模拟换流站压缩空气泡沫系统管网输送实验平台的使用方法，其特征在于，所述待所述释放装置稳定出泡后，在泡沫落点布置所述泡沫性能测试装置用于测试压缩空气泡沫的输送特性，并实时记录泡沫混合液流量、混合比、气液比以及工作压力，包括：

待所述释放装置稳定出泡并至少保持稳定喷射泡沫30s后，在泡沫落点布置所述泡沫收集装置用于测试泡沫发泡倍数、喷射强度和25％析液时间；

利用所述析液测定装置收集泡沫时间为1min，并通过观察和所述图像采集设备记录泡沫喷洒覆盖效果；

实时记录泡沫混合液流量、混合比、气液比以及工作压力等数据。

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