碳鋼立式隔膜氣壓罐的工作原理
碳鋼立式隔膜氣壓罐用于頂層消防給水的增壓也是設(shè)計(jì)常用的一種增壓設(shè)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(nèi)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(tǒng)的不同之處。
一、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zui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zui低水位時(shí)，停止穩(wěn)壓泵，自動(dòng)開啟滅火。
二、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zui低工作壓力和zui高工作壓力之比（以壓力計(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5 L/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1 L/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zui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zui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zui高工作壓力，即啟動(dòng)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zui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0.02~0.03 Mpa；穩(wěn)壓水容積的上、下限水位壓差不小于0.05 ~0.06Mpa。則：
P01 = P2 + 0.02~0.03Mpa P02 = 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)
zui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/s H = 27m N = 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≤5 L/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≤1 L/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)備簡單，占地面積小，設(shè)計(jì)與施工都較方便，系統(tǒng)控制簡單，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，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zui低限度。
綜上所述，高層建筑的高位消防水箱增壓設(shè)施的設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)具體工程對(duì)照規(guī)范確定；增壓泵的流量、揚(yáng)程及氣壓罐的總?cè)萘康葏?shù)還應(yīng)根據(jù)不同的工況來確定，而不是機(jī)械套用，做到符合規(guī)范、運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)合理。
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