氣壓罐的工作原理

時間：2007-8-28來源：http://www.soundage.cn作者：弘凌泵閥

氣壓罐用于頂層消防給水的增壓也是設計常用的一種增壓設施。氣壓罐的主要作用是提供足夠的消防水壓，而貯存少量的消防用水，室內10min的消防水量仍然貯存在屋頂水箱中，因此，消防氣壓罐的容積較小，這是與其它氣壓給水系統的不同之處。
2.1氣壓罐的工作原理
　　消防氣壓罐的消防水總容積分為3個部分，即消防貯水容積（調節容積）、緩沖水容積和穩壓水容積，如圖2所示。系統平時的壓力由穩壓泵提供，當壓力升高，達到穩壓水容積的高水位時，穩壓泵自動停止運行；當壓力降低，達到穩壓水容積的低水位時，穩壓泵自動開啟，將穩壓水容積提升到高水位。如此循環以保持系統的高壓狀態。當發生火災時，隨著消火栓的投入使用，系統壓力開始下降，當降至消防貯水容積的低水位時，停止穩壓泵，自動開啟消防泵滅火。

圖2　氣壓罐加壓工作原理圖

2.2氣壓罐的設計計算
　　氣壓罐增壓系統的設計計算內容主要有兩個部分，即氣壓罐總容積的計算和每個壓力控制點壓力值的計算。總容積的計算確定所選壓力罐的大小，壓力的計算確定穩壓泵的啟、停范圍以及開啟消防泵的壓力值。
2.2.1氣壓罐的總容積V
　　氣壓罐的總容積一般按公式V= βV_X÷(1- α_b)計算。
　　式中：V為氣壓罐的總容積m³；V_X為消防水總容積等于消防貯水容積、緩沖水容積和穩壓水容積之和；β為氣壓罐的容積系數，臥式、立式、隔膜式氣壓罐的容積系數分別為1.25，1.10和1.05；α_b為氣壓罐低工作壓力和高工作壓力之比（以絕對壓力計），一般宜采用0.65～0.85。
　　消防貯水總容積（V_X）：設置氣壓罐的目的是為了保證火災發生初期消防泵沒有啟動之前消火栓和噴頭所需的水壓，這段時間約為30s。對于消火栓給水系統，按同時使用2支水槍（每支水槍流量5 L/s）計，消防貯水容積為2*5*30=300L；對于自動噴水滅火系統，按5個噴頭同時開啟，每個噴頭以1 L/s計，消防貯水容積為5*1*30=150L。當2個系統共用氣壓罐時，消防貯水總容積為300+150=450L。
　　緩沖水容積V₁一般不小于20L，穩壓水容積V₂一般不小于50L。
2.2.2壓力控制點壓力值的計算
　　氣壓罐設4個壓力控制點，如圖2所示。其中：P₁為氣壓罐低工作壓力點或氣壓罐充氣壓力，即消防貯水容積的下限水位壓力，等于不利點消火栓所需的水壓H_min，其計算方法同增壓泵；P₂為高工作壓力，即啟動消防泵的壓力值。按下式計算：
　　P₂ =（P₁ + 0.098）÷ α_b - 0.098
　　P₀₁為穩壓水容積下限水位壓力，此時啟動穩壓泵；P₀₂為穩壓水容積上限水位壓力，即氣壓罐高工作壓力，此時停止穩壓泵。
　　由于壓力傳感器有精度、穩定性的要求，一般使緩沖水容積的上、下限水位壓差不小于0.02~0.03 Mpa；穩壓水容積的上、下限水位壓差不小于0.05 ~0.06Mpa。則：
　　P₀₁ = P₂ + 0.02~0.03Mpa　　　　P₀₂ = P₀₁ + 0.05~0.06Mpa = P₂ + 0.07~0.09MPa
2.2.3計算舉例
　　筆者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：α_b = 0.76
　　氣壓罐總容積：V= βV_X÷(1- α_b) = 1.1×(300+20+50)÷(1-0.76)=1.70m³
　　選用：SQL1000×0.6氣壓罐一臺
　　氣壓罐充氣壓力：
　　P₁ =H_min= H_q+ H_d+ H_K+∑h-H = 0.16+0.01+0.02+0.0082-0.04 = 0.14(Mpa)
　　高工作壓力：P₂ =（P₁ + 0.098）÷ α_b - 0.098 = 0.14 ÷ 0.76-0.098 = 0.22 (Mpa)
　　穩壓泵啟動壓力：P₀₁ = P₂ + 0.02~0.03Mpa = 0.22+0.02~0.03 = 0.24~0.25(Mpa)
　　穩壓泵停泵壓力：P₀₂ = P₂ + 0.07~0.09Mpa = 0.22+0.07~0.09 = 0.29~0.31(Mpa)
　　穩壓泵揚程：H = (P₀₁ +：P₀₂ )÷2 = (0.24+0.39)÷2 = 0.27 (Mpa)
　　穩壓泵流量：Q ≤5.0L/S
　　選用40LG12-15×2水泵兩臺一用一備每臺：Q = 4.17L/s　　H = 27m　　N = 2.2KW
2.2.4穩壓泵的流量
　　由于消防初期流量由氣壓罐供給，泵的流量只需考慮系統的滲漏量或氣壓罐對流量的要求，所以流量可適當選小一點。對于消火栓系統穩壓泵的流量以約小于1個消火栓的出水量計，為≤5 L/s。噴灑系統穩壓泵的流量以約小于1個噴頭的出水量計，為≤1 L/s。
3　兩種增壓設施的比較
　　單設管道泵的增壓系統設備簡單，占地面積小，設計與施工都較方便，系統控制簡單，保證系統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；供電應保證雙回路并能自動切換。此種增壓方式存在的不足之處為：對于管網漏損壓力波動較大的供水系統，管道泵的啟停頻繁，設備容易損害，故障率高，能耗提高，從而增加運行費用。同時消防安全度較低。
　　與單設管道泵的增壓系統相比，氣壓罐不但能調節容積（貯存30s的室內消防用水），更重要的是貯存能量。穩壓泵每啟動1次，可以長時間地維持管網壓力，設備啟動次數少，運行費用低，頂部管網經常處于承壓水狀態，供水安全可靠。火災初期，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的室內消防用水（450L）。即消火栓或噴頭隨時可以取得符合壓力要求的消防用水，在這一點上氣壓罐明顯-優于增壓泵。但氣壓罐增壓系統也存在不足之處：設備占地面積相對較大，一次性投資相對較高。
4　選用方法
　　上述2種增壓設施各有所長，在具體工程中應分別對待，選用合適的設計方案。對于一類高層建筑和重要的建筑物，火災造成的損失巨大，防火要求高，應盡量采用氣壓罐增壓設施解決頂部幾層的壓力需求，且穩壓泵應設置備用泵，以提高使用的可靠性；對于二類高層建筑和普通危險級的建筑物，由于受場地、資金等條件的限制，可考慮只設增壓泵，但在選用增壓泵產品時應確保質量可靠。
5　結語
　　無論是氣壓罐還是增壓泵，提供的都是火災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的關鍵，可將火災造成的損失降低到低限度。
　　綜上所述，高層建筑的高位消防水箱增壓設施的設計，應根據具體工程對照規范確定；增壓泵的流量、揚程及氣壓罐的總容量等參數還應根據不同的工況來確定，而不是機械套用，做到符合規范、運行可靠、經濟合理。

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