旋轉(zhuǎn)型噴頭滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì).doc

旋轉(zhuǎn)型噴頭滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)趙宇1，肖睿書1，顏日明2（1.廣西華藍(lán)設(shè)計(jì)有限公司，廣西南寧530011；2.廣州龍雨消防設(shè)備有限公司，廣州511436）摘要：介紹了快速響應(yīng)旋轉(zhuǎn)型噴頭自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，建立了經(jīng)國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心檢驗(yàn)合格的專利噴頭流量公式，闡述了配水支干管水力計(jì)算參數(shù)等技術(shù)；可供大中小空間建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)和審查人員參考。關(guān)鍵詞：快速響應(yīng)；旋轉(zhuǎn)型噴頭；國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心；專利噴頭流量公式；滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)Rotary Sprinkler Fire-extinguishing System DesignZHAO Yu1，XIAO Rui-shu1，YAN Ri-ming2(1.Guangxi Hualan Design & Consulting Group,Naning 530011 China;2.Longius Fire Equipment Co.,Ltd.,Guangzhou,511436 China)Abstract:The authors introduce the design of fast-response rotary sprinkler systems，set up the flow calculation formula of the patented sprinkler tested as qualified by China National Fire Equipment Quality Supervision Centre，present the relative calculation parameters of main or branch pipeline ,etc.，all these would be helpful for reference for large，middle or small-space building fire-protection water supply system design and review staff.Keywords: fast-response；rotary sprinkler; NFEQSC; flow calculation formula of the patented sprinkler; fire-extinguishing system design1 前言旋轉(zhuǎn)型噴頭自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程1（以下簡稱規(guī)程）自2006年12月1日施行以來，深受建筑消防給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的歡迎。規(guī)程指出，旋轉(zhuǎn)型噴頭是我國自主開發(fā)的新型自動(dòng)噴水消防產(chǎn)品，具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、噴灑密度均勻、灑水覆蓋面積大、響應(yīng)快速、滅火效率高的特點(diǎn)。采用旋轉(zhuǎn)型灑水噴頭的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，在保證噴水強(qiáng)度的前提下，可以加大噴頭布置間距，減少噴頭設(shè)置數(shù)量，從而簡化管道系統(tǒng)。它采取了旋轉(zhuǎn)式腔體設(shè)計(jì)，增添了控制出水和噴淋效果的圓錐活塞分流器，確保射出大水滴，有助于提高大水滴穿透火舌的能力，盡快抵達(dá)可燃物表面，借助覆蓋噴灑旋轉(zhuǎn)水流形成的強(qiáng)大下壓風(fēng)力，達(dá)到迅速吹熄淋滅火舌的效果。噴頭由感應(yīng)部件和布水部件組成（詳見圖1和圖2）。感應(yīng)部件采用玻璃球，布水部件采用膠圈密封圓錐活塞分流器和旋轉(zhuǎn)式腔體。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，感溫玻璃球受熱破碎，分流器在重力作用下（下垂型）或在水力作用下（直立型、擴(kuò)展覆蓋型）移位，被分流器封閉在管道內(nèi)的水流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)式腔體，并從噴頭噴出，利用兩束對(duì)稱水流的反作用力不停地（面向調(diào)節(jié)螺絲）順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，將水甩出，稱為水力自動(dòng)旋轉(zhuǎn)大水滴布水旋風(fēng)滅火方式。非旋轉(zhuǎn)噴頭受濺水盤和支架雙桿阻擋，噴出小水滴形成狹短帶狀并有干涸區(qū)，短邊的兩倍射流半徑（相當(dāng)于保護(hù)直徑）被約束得很小，入口動(dòng)壓超過0.3MPa時(shí)開始半霧化，壓力越大，霧化越嚴(yán)重，滅火效率亦越低。而旋轉(zhuǎn)噴頭則相反，壓力愈大滅火效果愈好。圖1 旋轉(zhuǎn)型噴頭結(jié)構(gòu)示意圖2 LAS-25噴頭外觀由于旋轉(zhuǎn)型噴頭沒有濺水盤和擋板，因此下垂型（含吊頂型）、直立型和擴(kuò)展覆蓋面型噴頭的均勻布水和勁旋強(qiáng)風(fēng)滅火效果都十分良好。筆者主要推薦下垂型，噴頭安裝高度13m（DN15）、15m（DN20）和18m（DN2540）。規(guī)程報(bào)道了LAS-25中口徑噴頭和標(biāo)準(zhǔn)噴頭的對(duì)比試驗(yàn)。在噴頭工作壓力0.25MPa和安裝高度5m的條件下，以國家制定1A木垛作為試驗(yàn)的結(jié)果表明，前者滅火時(shí)間僅為8s16s，木垛火堆完全熄滅，而后者較難熄滅，前者滅火效果十分明顯。由國家消防裝備質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心完成的試驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證旋轉(zhuǎn)噴頭同時(shí)兼有強(qiáng)風(fēng)和大水滴雨淋迅猛交替吹熄淋滅的特殊功能。2 專利噴頭流量公式旋轉(zhuǎn)型噴頭整體技術(shù)目前居世界領(lǐng)先水平，具有專利權(quán)，亦稱專利噴頭。由于圓錐活塞分流器和旋轉(zhuǎn)式腔體在兩束對(duì)稱水流相互作用下，噴頭均適應(yīng)0.101.20MPa的動(dòng)壓，而其流量受到旋轉(zhuǎn)式腔體的一定影響；以自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范2公式q=K(10P)0.50為模式，根據(jù)五種規(guī)格專利噴頭的多次試驗(yàn)數(shù)據(jù)，建立下列標(biāo)準(zhǔn)式：q=K(10P)n (1)10P=（q/ K）1/n (1a)式中 q專利噴頭流量（L/min）； K噴頭流量系數(shù)； P噴頭設(shè)計(jì)動(dòng)壓（MPa），一般取0.100.90； n冪指數(shù)，n=0.420.460.50。LAS-1540專利噴頭水力參數(shù)詳見表1。表1 專利噴頭水力參數(shù)DN(mm)KnP=0.10(MPa)P=0.25(MPa)P=0.50(MPa)P=0.90(MPa)安裝高度（m）R(m)q(L/s)（L/s）R(m)q(L/s)（L/s）R(m)q(L/s)（L/s）R(m)q(L/s)（L/s）15900.465.01.505.52.295.53.145.54.1213201420.466.02.376.53.617.04.967.06.5015252420.436.54.037.05.987.58.067.510.418322810.427.04.687.56.887.59.217.511.818403100.427.05.178.07.599.010.29.013.018表1說明當(dāng)P=0.90MPa時(shí)，選用K=281噴頭對(duì)應(yīng)q=11.8L/s與文獻(xiàn)2公式計(jì)算結(jié)果14.1L/s相差較多，（1）式體現(xiàn)了專利噴頭水流動(dòng)能略比非旋轉(zhuǎn)噴頭減少，其差值用于增強(qiáng)下壓旋風(fēng)極快地吹熄和淋滅火舌。R為噴頭保護(hù)半徑（m）。3 配水支干管水力計(jì)算參數(shù)以內(nèi)外壁熱鍍鋅（涂塑消防專用）鋼管為例，將LAS-25旋轉(zhuǎn)型噴頭（平均P=0.18MPa）配水支干管流量、管徑、控制噴頭數(shù)等參數(shù)列于表2（涂塑鋼管可酌情縮小一號(hào)管徑）。表2 LAS-25噴頭配水支干管流量、管徑、控制噴頭數(shù)（P=0.18MPa）DN/mm噴頭數(shù)/只流量Q/（Ls-1）流速v/（ms-1）比阻A/（kPam-1）（Ls-1）-1.85單位水損I /(kPam-1)5015.22.65（2.33）0.1279986(0.0498570)2.70（1.05）65210.43.04（2.80）0.0331139(0.0145143)2.52（1.10）80315.63.23（2.97）0.0143176(0.0062854)2.31（1.01）100420.82.49（2.35）0.0037903(0.0017685)1.04（0.49）1255631.12.42（2.27）0.0013155(0.0006077)0.76（0.35）15071051.92.82（2.71）0.0005517(0.0002694)0.82（0.40）20011以上62.31.85（1.80）0.0001266(0.0000633)0.26（0.13）注：開放噴頭數(shù)最多按12只考慮。I=AQ1.85（kPa/m）。4 車庫旋轉(zhuǎn)型性價(jià)比優(yōu)越快速響應(yīng)旋轉(zhuǎn)型噴頭施工安裝單價(jià)以常用DN20規(guī)格為例，高達(dá)220元/個(gè)正是傳統(tǒng)DN15噴頭低價(jià)20元/個(gè)的11倍，建筑競爭市場喜歡按論個(gè)銷售貴賤來評(píng)判系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性，誤認(rèn)為前者比后者投資大很多而因循守舊地在車庫設(shè)計(jì)中選用傳統(tǒng)噴頭系統(tǒng)。根據(jù)近幾年多項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì)資料，車庫采用旋轉(zhuǎn)型噴頭系統(tǒng)造價(jià)指標(biāo)只有40元/m2僅為傳統(tǒng)噴頭80元/m2的50%，為說明問題，以下引進(jìn)指標(biāo)參數(shù)如下：IR下垂旋轉(zhuǎn)型噴頭論個(gè)造價(jià)指標(biāo)，960元/個(gè)；IT直立型傳統(tǒng)噴頭論個(gè)造價(jià)指標(biāo)也是960元/個(gè)；AR下垂旋轉(zhuǎn)型噴頭系統(tǒng)面積造價(jià)指標(biāo)40元/m2；AT直立型傳統(tǒng)噴頭系統(tǒng)面積造價(jià)指標(biāo)80元/m2；PR下垂旋轉(zhuǎn)型噴頭銷售單價(jià)220元/個(gè)較貴；PT直立型傳統(tǒng)噴頭銷售單價(jià)20元/個(gè)便宜；nRIRPR旋轉(zhuǎn)噴頭升值倍數(shù)4.4較低；nTITPT傳統(tǒng)噴頭升值倍數(shù)48很高；SR下垂旋轉(zhuǎn)型噴頭服務(wù)面積24m2/個(gè)較大；ST直立型傳統(tǒng)噴頭服務(wù)面積12m2/個(gè)較小。車庫下垂旋轉(zhuǎn)型與直立型傳統(tǒng)噴頭系統(tǒng)性價(jià)比較見表3。表3 車庫下垂旋轉(zhuǎn)型與直立型傳統(tǒng)噴頭系統(tǒng)性價(jià)比較分類IR或ITAR或ATR或PTnR或nTSR或ST兩種噴頭系統(tǒng)性價(jià)比較簡述旋轉(zhuǎn)960(元/個(gè))40(元/m2)220(元/個(gè))4.4(倍)24(m2)噴頭單價(jià)雖高達(dá)220元/個(gè)，但AR僅為40元/m2，噴頭升值倍數(shù)僅為nR=4.4較低，滅火性能良好。噴頭數(shù)量少，報(bào)警閥和管道精簡性價(jià)比高。深受大眾歡迎。傳統(tǒng)960(元/個(gè))80(元/m2)20(元/個(gè))48(倍)12(m2)噴頭單價(jià)雖低到20元/個(gè)，但AT卻是80元/m2，噴頭升值倍數(shù)預(yù)計(jì)nT=48很高，滅火性能差。噴頭數(shù)量多，報(bào)警閥和管道繁雜性價(jià)比低。施工單位不歡迎。順便指出的是傳統(tǒng)型配水管DN2550雖?。坏У跫荛g距綜合平均3.2m/個(gè)布置，支吊架數(shù)量是旋轉(zhuǎn)型的3倍左右，而旋轉(zhuǎn)型配水管DN4080雖大，而支吊架間距綜合平均4.8m/個(gè)布置較疏，支吊架數(shù)量是傳統(tǒng)型的33%。同時(shí)旋轉(zhuǎn)型系統(tǒng)流量QSR一般30L/s，是傳統(tǒng)型QST48L/s的63%，相應(yīng)水泵與配電功率和消防水池容積等都比傳統(tǒng)型小得多，故IR=IT=960元/個(gè)持平。注意旋轉(zhuǎn)型噴頭系統(tǒng)控制的噴頭數(shù)按文獻(xiàn)2表8.0.7配管徑放大兩級(jí)或以上。5 斜屋面適用旋轉(zhuǎn)型噴頭大型廠房倉庫等采納斜屋面時(shí)，常選用直立型傳統(tǒng)噴頭（圖3），施工單位強(qiáng)烈要求改變這種落后現(xiàn)狀，因管道支吊架受力臂很長的影響難以安裝固定，管道運(yùn)行時(shí)振動(dòng)很大，屋面結(jié)構(gòu)易被破壞。改進(jìn)后更換下垂旋轉(zhuǎn)型噴頭（圖4），配水管緊貼屋面板，施工支架和管道運(yùn)行質(zhì)量有了安全保障，深受施工單位歡迎。 6 車庫頂板適用旋轉(zhuǎn)型噴頭以柱網(wǎng)間距84008400的大型車庫為例，當(dāng)采用直立型傳統(tǒng)噴頭時(shí)，一個(gè)大網(wǎng)格（圖5）可能布置噴頭多達(dá)12個(gè)（尚未包括離RC梁、各種管道含DN25小配水豎支短管和風(fēng)管及其支吊架等許多障礙物太近而需補(bǔ)設(shè)梁底含風(fēng)管底下垂型噴頭在內(nèi)）以上，此時(shí)系統(tǒng)流量QST按開放28個(gè)和不均勻系數(shù)1.28計(jì)算驟增至48L/s。而推廣應(yīng)用下垂旋轉(zhuǎn)型，一個(gè)大網(wǎng)格（圖6）只需布置噴頭2個(gè)（不必受任何障礙物影響而附加梁下或風(fēng)管下噴頭），此時(shí)系統(tǒng)流量按開放5個(gè)和不均勻系數(shù)1.10計(jì)算QSR30L/s。這是值得推薦的舉措。下垂旋轉(zhuǎn)型噴頭布置在配水管下方，與配水管支吊架無關(guān)，直立型傳統(tǒng)噴頭則相反，噴頭水流受許多小管及支吊架障礙物阻擋后霧化而降低滅火效果。此外直立型傳統(tǒng)噴頭匹配的DN25豎支短管又細(xì)又長，施工安裝稍有偏差會(huì)產(chǎn)生較大的相對(duì)扭矩，造成接頭漏水，眾多林立的DN25豎支短管及小噴頭在車庫仰視觀瞻上很難看，不如下垂旋轉(zhuǎn)型噴頭那么整齊劃一美觀。 7 優(yōu)選直通式過濾器根據(jù)文獻(xiàn)34.2.3條文規(guī)定，自噴系統(tǒng)水泵吸水需設(shè)置管道過濾器，以前傳統(tǒng)噴頭系統(tǒng)常采用Y型，它具有迂回曲折的流道，阻力高達(dá)38kPa（圖7），自噴泵啟動(dòng)后吸水流量將會(huì)大打折扣，達(dá)不到輸送足夠流量實(shí)施滅火的效果。筆者建議應(yīng)優(yōu)選直通式或桶型過濾閘閥代替Y型（圖8），其水頭損失5kPa僅為改進(jìn)前Y型的13%，且直通式外形尺寸小巧玲瓏，十分方便裝卸和清通雜物的科學(xué)管理。8 結(jié)語十分適宜推廣應(yīng)用各種快速響應(yīng)旋轉(zhuǎn)型噴頭自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)，確保大空間民用與工業(yè)建筑消防給水設(shè)施的安全運(yùn)行。自噴泵吸水管上需加裝桶型過濾閘閥，滿足文獻(xiàn)3要求。開式旋轉(zhuǎn)型噴頭匹配浮動(dòng)閥芯電磁閥（水流可垂直向上）系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)開式噴頭匹配雨淋閥或傳統(tǒng)電磁閥（只能臥式安裝）系統(tǒng)在無減壓閥的條件下，它對(duì)水源渾濁度NTU值（可20）沒有嚴(yán)格限制，允許采用經(jīng)過沉淀的消防水池吸水井作為水源。而普通開式噴頭系統(tǒng)對(duì)水源渾濁度NTU值要求嚴(yán)格控制在3以下。本自噴系統(tǒng)匹配的大口徑報(bào)警閥宜推廣應(yīng)用PN=1.6MPa提高壓力級(jí)別，代替PN=1.2MPa舊式報(bào)警閥匹配的傳統(tǒng)噴頭系統(tǒng)。新式噴頭按右握手狀即拇指正對(duì)螺絲呈順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，灑水越轉(zhuǎn)越緊接口更安全。本文圖5和圖6所示為仰視，頂板RC梁輪廓畫實(shí)線；而設(shè)計(jì)圖常按俯視圖繪制，RC梁則用虛線表示，作為專利噴頭圖例仍畫實(shí)線，下垂旋轉(zhuǎn)噴頭俯視逆時(shí)針與本文圖6仰視順時(shí)針恰好相反。旋轉(zhuǎn)型噴頭鼓形旋轉(zhuǎn)式腔體采用鋁合金制作，集熱能力更強(qiáng)，閉式噴頭快速響應(yīng)時(shí)間（RT）與早期抑制快速響應(yīng)（ESFR）噴頭基本持平，有利于早期抑制火災(zāi)的蔓延。普通車庫2及機(jī)械式立體停車庫、復(fù)式汽車庫4的上方布置噴頭，都應(yīng)采用下垂旋轉(zhuǎn)型代替?zhèn)鹘y(tǒng)直立型，前者不需要設(shè)置集熱板4；側(cè)邊布置噴頭適宜采用擴(kuò)展覆蓋面旋轉(zhuǎn)型噴頭代替?zhèn)鹘y(tǒng)邊墻型擴(kuò)展覆蓋噴頭。旋轉(zhuǎn)型噴頭圖例大型貨架儲(chǔ)物倉庫適宜采用下垂型旋轉(zhuǎn)和擴(kuò)展覆蓋面旋轉(zhuǎn)噴頭聯(lián)合系統(tǒng)代替下垂型和內(nèi)置（有集熱擋水板）非旋轉(zhuǎn)噴頭系統(tǒng)。前者流量和儲(chǔ)水量可控制在118L/s和850m3左右，降低到后者455L/s和3280m3的大約26%。注意文獻(xiàn)2規(guī)定最大作用面積內(nèi)開放噴頭數(shù)12個(gè)是指12個(gè)不封頂。以大型貨架儲(chǔ)物倉庫為例，采用K=363、P=0.50MPa和I=22L/minm2的ESFR噴