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消防穩(wěn)壓泵工作原理
一、消防穩(wěn)壓(氣壓)罐的工作原理
消防氣壓罐的消防水總?cè)莘e分為3個(gè)部分，即消防貯水容積(調(diào)節(jié)容積)、緩沖水容積和穩(wěn)壓水容積，如圖1所示。
系統(tǒng)平時(shí)的壓力由穩(wěn)壓泵提供，當(dāng)壓力升高，達(dá)到穩(wěn)壓水容積的高水位時(shí)，穩(wěn)壓泵自動(dòng)停止運(yùn)行;當(dāng)壓力降低，達(dá)到穩(wěn)壓水容積的低水位時(shí)，穩(wěn)壓泵自動(dòng)開啟，將穩(wěn)壓水容積提升到最高水位。如此循環(huán)以保持系統(tǒng)的高壓狀態(tài)。
當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，隨著消火栓的投入使用，系統(tǒng)壓力開始下降，當(dāng)降至消防貯水容積的最低水位時(shí)，停止穩(wěn)壓泵，自動(dòng)開啟消防泵滅火。
二、消防穩(wěn)壓(氣壓)罐的設(shè)計(jì)計(jì)算
氣壓罐增壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容主要有兩個(gè)部分，即氣壓罐總?cè)莘e的計(jì)算和每個(gè)壓力控制點(diǎn)壓力值的計(jì)算。
總?cè)莘e的計(jì)算確定所選壓力罐的大小，壓力的計(jì)算確定穩(wěn)壓泵的啟、停范圍以及開啟消防泵的壓力值。
1、氣壓罐的總?cè)莘eV
氣壓罐的總?cè)莘e一般按公式V=βVX÷(1-αb)計(jì)算。
式中：V為氣壓罐的總?cè)莘em3;VX為消防水總?cè)莘e等于消防貯水容積、緩沖水容積和穩(wěn)壓水容積之和;β為氣壓罐的容積系數(shù)，臥式、立式、隔膜式氣壓罐的容積系數(shù)分別為1.25，1.10和1.05;αb為氣壓罐最低工作壓力和最高工作壓力之比(以絕對(duì)壓力計(jì))，一般宜采用0.65～0.85。
消防貯水總?cè)莘e(VX)：設(shè)置氣壓罐的目的是為了保證火災(zāi)發(fā)生初期消防泵沒有啟動(dòng)之前消火栓和噴頭所需的水壓，這段時(shí)間約為30s。對(duì)于消火栓給水系統(tǒng)，按同時(shí)使用2支水槍(每支水槍流量5L/s)計(jì)，消防貯水容積為2*5*30=300L;對(duì)于自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，按5個(gè)噴頭同時(shí)開啟，每個(gè)噴頭以1L/s計(jì)，消防貯水容積為5*1*30=150L。當(dāng)2個(gè)系統(tǒng)共用氣壓罐時(shí)，消防貯水總?cè)莘e為300+150=450L。
緩沖水容積V1一般不小于20L，穩(wěn)壓水容積V2一般不小于50L。
2、壓力控制點(diǎn)壓力值的計(jì)算
氣壓罐設(shè)4個(gè)壓力控制點(diǎn)，如圖2所示。其中：P1為氣壓罐最低工作壓力點(diǎn)或氣壓罐充氣壓力，即消防貯水容積的下限水位壓力，等于最不利點(diǎn)消火栓所需的水壓Hmin，其計(jì)算方法同增壓泵;P2為最高工作壓力，即啟動(dòng)消防泵的壓力值。按下式計(jì)算：
P2=(P1+0.098)÷αb-0.098
P01為穩(wěn)壓水容積下限水位壓力，此時(shí)啟動(dòng)穩(wěn)壓泵;P02為穩(wěn)壓水容積上限水位壓力，即氣壓罐最高工作壓力，此時(shí)停止穩(wěn)壓泵。
由于壓力傳感器有精度、穩(wěn)定性的要求，一般使緩沖水容積的上、下限水位壓差不小于0.02~0.03Mpa;穩(wěn)壓水容積的上、下限水位壓差不小于0.05~0.06Mpa。則：
P01=P2+0.02~0.03MpaP02=P01+0.05~0.06Mpa=P2+0.07~0.09MPa
3、計(jì)算舉例
在一棟建筑高度接近100m的一類綜合樓建筑中，頂部幾層采用立式氣壓罐穩(wěn)壓，屋頂水箱至頂層消火栓栓口的距離:H=4m。屋頂水箱至頂層消火栓處的水頭損失∑h=0.82m
氣壓罐工作壓力比：αb=0.76
氣壓罐總?cè)莘e：V=βVX÷(1-αb)=1.1×(300+20+50)÷(1-0.76)=1.70m3
選用：SQL1000×0.6氣壓罐一臺(tái)
氣壓罐充氣壓力：
P1=Hmin=Hq+Hd+HK+∑h-H=0.16+0.01+0.02+0.0082-0.04=0.14(Mpa)
最高工作壓力：P2=(P1+0.098)÷αb-0.098=0.14÷0.76-0.098=0.22(Mpa)
穩(wěn)壓泵啟動(dòng)壓力：P01=P2+0.02~0.03Mpa=0.22+0.02~0.03=0.24~0.25(Mpa)
穩(wěn)壓泵停泵壓力：P02=P2+0.07~0.09Mpa=0.22+0.07~0.09=0.29~0.31(Mpa)
穩(wěn)壓泵揚(yáng)程：H=(P01+：P02)÷2=(0.24+0.39)÷2=0.27(Mpa)
穩(wěn)壓泵流量：Q≤5.0L/S
選用40LG12-15×2水泵兩臺(tái)一用一備每臺(tái)：Q=4.17L/sH=27mN=2.2KW
4、穩(wěn)壓泵的流量
由于消防初期流量由氣壓罐供給，泵的流量只需考慮系統(tǒng)的滲漏量或氣壓罐對(duì)流量的要求，所以流量可適當(dāng)選小一點(diǎn)。對(duì)于消火栓系統(tǒng)穩(wěn)壓泵的流量以約小于1個(gè)消火栓的出水量計(jì)，為≤5L/s。噴灑系統(tǒng)穩(wěn)壓泵的流量以約小于1個(gè)噴頭的出水量計(jì)，為≤1L/s。
三、兩種增壓設(shè)施的比較
單設(shè)管道泵的增壓系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單，占地面積小，設(shè)計(jì)與施工都較方便，系統(tǒng)控制簡(jiǎn)單，保證系統(tǒng)正常工作的前提是需選擇性能良好的低功率管道泵，可靠的繼電器開停裝置;供電應(yīng)保證雙回路并能自動(dòng)切換。此種增壓方式存在的不足之處為：對(duì)于管網(wǎng)漏損壓力波動(dòng)較大的供水系統(tǒng)，管道泵的啟停頻繁，設(shè)備容易損害，故障率高，能耗提高，從而增加運(yùn)行費(fèi)用。同時(shí)消防安全度較低。
與單設(shè)管道泵的增壓系統(tǒng)相比，消防穩(wěn)壓(氣壓)罐不但能調(diào)節(jié)容積(貯存30s的室內(nèi)消防用水)，更重要的是貯存能量。穩(wěn)壓泵每啟動(dòng)1次，可以長(zhǎng)時(shí)間地維持管網(wǎng)壓力，設(shè)備啟動(dòng)次數(shù)少，運(yùn)行費(fèi)用低，頂部管網(wǎng)經(jīng)常處于承壓水狀態(tài)，供水安全可靠?；馂?zāi)初期，氣壓罐不但能保證頂部幾層消火栓和噴頭的壓力要求，而且能提供30s的室內(nèi)消防用水(450L)。即消火栓或噴頭隨時(shí)可以取得符合壓力要求的消防用水，在這一點(diǎn)上氣壓罐明顯-優(yōu)于增壓泵。但氣壓罐增壓系統(tǒng)也存在不足之處：設(shè)備占地面積相對(duì)較大，一次性投資相對(duì)較高。
四、選用方法
上述2種增壓設(shè)施各有所長(zhǎng)，在具體工程中應(yīng)分別對(duì)待，選用合適的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于一類高層建筑和重要的建筑物，火災(zāi)造成的損失巨大，防火要求高，應(yīng)盡量采用氣壓罐增壓設(shè)施解決頂部幾層的壓力需求，且穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)置備用泵，以提高使用的可靠性;對(duì)于二類高層建筑和普通危險(xiǎn)級(jí)的建筑物，由于受場(chǎng)地、資金等條件的限制，可考慮只設(shè)增壓泵，但在選用增壓泵產(chǎn)品時(shí)應(yīng)確保質(zhì)量可靠。
五、結(jié)語
無論是氣壓罐還是增壓泵，提供的都是火災(zāi)初期消火栓和噴頭的水壓保障，而初期滅火的成功是控制火災(zāi)的關(guān)鍵，可將火災(zāi)造成的損失降低到最低限度。
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