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自动喷水灭火系统设计毕业论文

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中文摘要

自动喷水灭火系统作为一种建筑消防设施，已经得到广泛应用，大量的工程实践也已经证明了其灭火、控火的高效性，但由于一些历史原因及人们长期以来对建筑消防的固有观念，使得它在建筑消防减灾0虽给设计施工提供了可执行的依据，但规本身还存在着一定的缺陷，削弱了自动喷水灭火系统的灭火性能。

本文在分析研究国外大量的相关数据及文献的基础上，结合工程实践经验,从安全性、经济性、合理性的原则出发，强调了自动喷水灭火系统在建筑消防中不可替代的地位。

同时，对规中的相关条文及工程实践中难以解决的问题，提出了自己的观点，使之不断完善。

关键词：

自动喷水灭火系统消防自动报警喷淋泵

ABSTRACT

Asfireprotectionservicesforbuilding,thesprinklersystemshavebeenextensivelyused,lotsofengineeringpracticeshavealsoprovedthatthesesystemshavehighefficiencyonfire-extinguishingandfire-controlling.ButsomehistoricalreasonsandsomeoriginalconceptsaboutthefireprotectionforbuildingcausedtheguidingplaceofthesystemsinfireprotectionforbuildingnottobeestablishedMoreover,eachkindofrelatedstandardalthoughhasprovidedthebasistothedesignconstructionwhichmaycarryout,butstandarditselfalsohasthecertainflaw,weakenedtheautomaticdelugesystemextinguishmentcharacteristics.Thisarticlestudiesthedomesticandforeignmassivecorrelationdataandintheliteraturefoundationintheanalysis,theunionprojectexperience,fromthesecurity,theefficiency,therationalprincipleembarked,emphasizedtheautomaticdelugesystemthestatuswhichcouldnotbesubstitutedintheconstructionfireprevention.Atthesametime,thequestionwhichsolveswithdifficultytointhestandardrelatedarticleandtheprojectpractice,proposedownviewpoint,causeitunceasinglytoconsummate.

Keywords:

AutomaticdelugesystemFirepreventionAuto-alarmSprayspumps

第一章绪论5

1.1引言5

1.2自动喷水系统的特点6

1.3自动喷水系统设计的意义7

第二章系统方案的确定8

2.1自动喷水系统主要部件8

2.2方案的确定9

2.2.1洒水喷头9

3.3.1火灾自动报警系统的形式18

4.1系统硬件配置34

4.2EIA-RS-232的应用37

4.2.2连接器的机械特性39

4.2.3火灾信号检测原理40

4.2.4控制软件及流程40

4.2.5系统主要的子程序模块41

4.2.6自动消防监控系统主要实现的功能42

4.2.7火灾报警电路42

参考文献44

致45

第一章绪论

1.1引言

火灾，作为一种具有突发性和强破坏性的灾害现象，严重危害人类生命财产安全和自然环境。

据统计，在众多的灾种中，火灾造成的直接损失约为地震的5倍，仅次于干旱和洪涝，而火灾发生的频度则居于各灾种之首。

千百年来，人类和火灾进行了长期的斗争，积累了许多防火、灭火的经验教训。

随着社会的不断发展，人们对于火灾的认识不断加深，针对火灾初期不同特征的各种探测方法越来越多。

人类逐步掌握了火的燃烧机理，燃烧条件和燃烧发展的过程，创造了各种各样防火、灭火的方法。

在上世纪70年代后期，开始出现一门新兴的多学科交叉应用基础科学一火灾科学，其中心容就是用现代高科技手段研究火灾发生、发展和防治的机理和规律，为火灾防治提供新的思想、理论和方法，使得人类对火灾的研究进入了科学化、系统化的轨道，并促进了防火、灭火技术的进步。

自动喷水灭火系统之所以能成为目前世界上使用最广泛上午固定式灭火系统，特别是应用在高层建筑等火灾危险性较大的建筑物中，主要是由于它在保护人身和财产安全方面有着其他系统无法比拟的优点。

自动喷水灭火系统是一种重要的灭火措施，随着社会的发展迫使高层建筑拔地而起。

更由于智能大厦的出现，使现代高层建筑以多功能且装饰豪华而著称。

大量有机材料或可燃易燃物质拥入大厦，一旦起火，这些遍布全楼的可燃物便是火灾燃烧的极好物质条件，同时这些材料也是火灾迅速蔓延的良好途径。

自动喷水灭火系统是目前世界上采用最广泛的一种固定灭火设施。

其特征是：

通过加压设备将水送入管网至带有热敏元件的喷头处，喷头在火灾的热环境中自动开启洒水灭火。

对于装有闭式喷头的系统，只有那些受火灾影响的喷头才开启洒水扑灭下方的火灾。

其基本功能是：

能在火灾发生后，自动地进行喷水灭火；能在喷水灭火的同时发出报警。

他分秒不离开值勤岗位，不怕浓烟烈火，随时监视火灾，是最安全可靠的灭火装置，使用于温度不低于4度（低于4度受冻）和不高于70度（高于70度失控,误动作造成水灾）的场所.自动喷水用消防泵受水路系统压力开关或水流指示器直接控制.火灾时延时启泵或由消防中心控制挺泵，而自动喷水消防系统就可以很好的预防火灾的蔓延。

据美国NFPA（美国消防协会）调查统计，装有这种设备的建筑物比，没有此项设备的建筑物在火灾中的生命丧失要少1/3~2/3，财产损失少1/2~2/3。

虽然装有自动喷水灭火设备的家庭发生火灾的比例极低，但其次数已看出它的效果。

据1982~1991年之间的统计，在装有自动喷水设备的家庭中发生火灾48900次，死亡200人，而没有装该设备的家庭发生火灾3704600次，死亡33825人，估算在千次火灾中前者减少死亡率55%。

自动喷水灭火系统的控火灭火率还于喷头的开启数有关。

当喷头开启数为1时，在高层建筑中系统的控火灭火率已达69.7%，在其他建筑中也达到61.3%。

当喷头开启数为5个和少于5个的情况下，系统的控火灭火率已经达到了90%当喷头开启数接近100时，系统的控火灭火率也接近100%。

从自动喷水灭火系统的应用实践和统计资料可以看出，自动喷水灭火系统的控火灭火率很高，对建筑物的中的灭火具有很高的实用价值，而且随着科学的进步，该系统的应用围将会越来越广泛，系统可靠性和控火灭火率也会相应提高。

基于PLC控制的优点，本设计采用了SIEMENSS7-300PLC的CPU模块、电源模块、数字量输入模块、数字量输出模块，通信处理器模块组成。

主要采集火灾信号、现场的手动报警按钮信号、消防管线所有控制阀的运行和控制状态、消防水泵、稳压水泵的运行和控制状态、火灾报警手动确认信号、消防管线水压；主要控制消防水泵、稳压水泵的启停和消防管线上所有控制阀的开关、闪光报警器的报警输出、视频监视系统的报警联动。

1.2自动喷水系统的特点

自动喷水系统反应快，由于采用火灾探测传动装置来控制系统的开启，从火灾发生到火灾探测装置动作开启喷水系统的时间短，如果采用充水式雨淋系统，其反应会更快，有利与快速出水灭火。

自动喷水灭火系统控制面积大，用水量大。

由于开式喷头向系统保护区域同时喷水，能有效的控制住火灾，防止火灾蔓延，初期灭火用水量很大

完善系统自身的可靠性。

自动喷水灭火系统将在发展中得到完善。

一方面表现在，通过喷水灭火机理的研究，对不同火灾场所的火灾负荷，发展，蔓延过程，决定采用不同类型的喷水灭火方式。

自动喷水灭火系统，根据被保护建筑物的性质和火灾发生，发展特性的不同，可以有许多不同的系统形式。

通常根据系统中所使用的喷头形式不同，分为闭式自动喷水灭火和开式自动喷水灭火系统两大类。

闭式自动喷水灭火系统采用闭式喷头，它是一种常闭喷头，喷头的感温闭锁装置只有在预定的温度环境下才会脱落，开启喷头。

因此，在发生火灾时，这种喷头灭火系统只有处于火焰之中

或临近火源的喷头才会开启灭火。

开式自动喷水灭火系统采用的是开式喷头，开式喷头不带感温闭锁装置，处于常开状态。

发生火灾时，火灾所处的系统保护区域的所有开启式喷头一起出水灭火。

根据被保护建筑物的要求，闭式自动喷水灭火系统还可以分为，湿式自动喷水灭火系统，干式自动喷水灭火系统，干湿式自动喷水灭火系统，预作用自动喷水灭火系统等形式；开式自动喷水灭火系统，可分为雨淋系统，水幕系统等形式。

1.3自动喷水系统设计的意义

住宅建筑的自动快速反应的喷水灭火系统。

美国在1973年就制定了相关规对其推广，英国、澳大利亚、新西兰也使用多年，实践证明住宅安装该系统能够扑救住宅初期火灾，保护居民生命、财产安全，降低火灾损失以及为居民逃生疏散提供足够的时间并能及时报警。

随着我国自动喷水灭火系统的不断发展，自动喷水灭火系统的大大降低了火灾的危害性，把火灾给人们带来的经济损失将到了最低，为确保人的生命及财产安全提供了保障。

第二章系统方案的确定

2.1自动喷水系统主要部件

湿式喷水灭火系统是由喷头，报警止回阀，延迟器，水力警铃，压力开关（安在干管上），水流指示器，管道系统，供水设施，报警装置及控制等组成报警阀的前后充满压力水，主要器件（如列表1）所列。

其动作程序（如图2-1）所示。

表1主要部件

编号

名称

用途

编号

名称

用途

1

高位水箱

存储初期火灾用水

13

水池

存储1h火灾用水

2

水力警铃

发出音响警报信号

14

压力开关

自动报警或控制

3

湿式报警器

系统控制阀，

输出报警水流

15

感烟探测器

感知火灾自动报警

4

消防水泵接合器

消防车供水口

16

延迟器

克服水压液动引起的误报警

5

控制箱

接收电信号并发出指令

17

消防安全指示阀

显示阀门启闭状态

6

压力罐

自动启闭消防水泵

18

放水阀

试警铃阀

7

消防水泵

专用消防升压泵

19

放水阀

检修系统时放空

8

进水管

水源管

20

排水漏斗

排走系统的出水

9

排水管

末端试水装置排水

21

压力表

指示系统压力

10

末端试水装置

实验系统功能

22

节流孔板

减压

11

闭式喷头

感知火灾出水灭火

23

水表

计量末端实验装置出水量

12

水流指示器

输出电信号，指示火灾区域

24

过滤器

过滤水中杂质

图2-1湿式自动喷水灭火系统动作程序图

自动喷洒泵的启动过程是：

当发生火灾时，随着火灾部位的温度的升高，系统喷头上的玻璃球暴裂（或易熔合金喷头上的易熔合金片熔化脱落），喷头开始喷水，水管的水流推动水流指示器的桨片，使其电接点闭合接通电路，输出电信号至消防中心。

此时，设在主干水管上的报警水阀被水流冲开，向洒水喷头供水，同时水流经过报警阀流入延迟器，竟延迟后，又流入压力开关使压力继电器动作SP接通，使喷洒用消防泵启动，在压力继电器动作的同时，启动水力警铃，发出报警信号。

2.2方案的确定

2.2.1洒水喷头

喷头可分为开启式和封闭式两种。

它是喷水系统的重要组成部分，因此其质量，性质和安装的优劣直接影响火灾初期灭火的成败，可见选择时必须注意。

A封闭式喷头：

可以分为易熔合金式，双金属片式和玻璃球式三种。

应用最多的是玻璃球式喷头，喷头不止在房间顶棚下面，与支管相连。

喷头主要技术参数（如表2）所示，动作温度级别（如表3）所示。

表2玻璃球式喷淋头主要技术参数

型号

直径

（mm）

通水口径

（mm）

接管螺纹（in）

温度级别（度）

炸裂温度围%

玻璃球色标

最高温度环境（度）

流量系数K（%）

ZST-15系列

15

11

1/2

57

68

79

93

+15

橙

红

黄

绿

27

38

49

63

80

表3玻璃球式喷水头动作温度级别

动作温度（度）

安装环境允许最高温度级别（度）

颜色

　　　57

　　　　　38

　　橙

　　　68

　　　　　49

　　红

　　　79

　　　　　60

　　黄

　　　93

　　　　　　74

　　绿

　　　141

　　　　　　121

　　蓝

　　　182

　　　　　　160

　　紫

　　　227

　　　　　　204

　　黑

　　　260

　　　　　　238

　　黑

在正常情况下，喷头处于封闭状态。

火灾时，开启喷水是由感温部件（充液玻璃球）控制，当装有热敏液体的玻璃球达到动作温度（57度，68度，79度，93度，141度，182度，227度，260度）时，球液体膨胀，使压力增大，玻璃球炸裂，密封垫脱落，喷出压力水，喷水后，由于压力降低压力开关动作，将水压信号变为点信号向喷淋泵控制装置发出启动喷淋泵信号，保证喷头有水喷出。

同时，流动的消防水使主管道分支处的水流指示器电接点动作，接通延时电路（延时20～30s），通过继电器触点，发出声光信号给控制室，以识别火灾区域。

综上可知，喷头具有探测火情，启动水流指示器，扑灭早期火灾的重要作用。

其特点是：

结构新颖，耐腐蚀性强，动作灵敏，性能稳定。

适用围：

高（多）层建筑，仓库，地下工程，宾馆饭店等用水灭火的场所。

B开启式喷头：

按其结构可分为双臂下垂型，单臂下垂型，双臂直力型和双臂边墙型四种，其主要参数（见表4）。

表4开启式喷淋头的主要技术参数

型号名称

直径

（mm）

接管螺纹

（in）

外形尺寸（mm）

流量系数

K（%）

高

低

ZSTK-15

15

ZG1/2

74

46

80

开启喷头与雨淋阀（或手动喷头水阀），供水管网以及探测器，控制装置等组成雨淋灭火系统。

开启式喷头的特点是：

外型美观，结构新颖，价格低廉，性能稳定，可靠性强。

适用围：

易燃，易爆品加工现场或储存仓库以及剧场舞台上部的葡萄棚下部等处。

表5喷头的保护面积与喷头间距

保护面积/m2

喷头距离

室高度9.1m

室高度9.1-13.7m

最大

最小

最大

最小

最大

最小

9.3

7.4

3.66

2.44

3.25

2.44

表6不同危险等级不同种类的喷水强度比较

危险等级

喷头

种类

流量

系数

K

喷头

工作

压力

/MPa

喷头

间距

m

喷头

流量

L/min

喷水

强度

L（minm2）

强度

比较

%

一只喷头

最大保护

面积m2

轻危险级

标准

80

0.10

0.05

4.4

80

56

4

2.8

100

70

19.36

中

危

险

级

Ⅰ级

标准

80

0.10

0.05

3.6

80

56

6

4.3

100

72

13.0

Ⅱ级

标准

80

0.10

0.05

3.4

80

56

8

5.6

100

70

11.56

严

重

危

险

级

Ⅰ级

标准

80

0.10

0.05

2.6

80

56

12

8.4

100

70

6.76

大

口

径

115

0.10

0.05

3.1

115

81

12

8.5

100

70

9.6

Ⅱ级

标准

80

0.20

0.05

2.65

113

56

16

8

100

50

7.0

大

口

径

115

0.15

0.05

3.0

140

81

16

9

100

56

9.0

2.2.2水流指使器（水流开关）

水流指使器的作用是：

把水的流动转换成电信号报警的部件。

其电接点即可直接启动消防水泵，也可接通电警铃报警。

在保护面积小的场所（如小型商店，高层公寓等），可以用水流指使器代替湿示报警阀，但应仍设置止回阀于主管道底部，一是可防止水污染（如和生活用水同水源），二是可配合设置水泵接合器的需要。

在多层或大型建筑的自动喷水灭火系统中，在每一层或每分区的干管的始端安装一个水流指使器。

为了便于检修分区管网，水流指示器前宜安装安全信号网，可以直接报知建筑物的哪一层，哪一部分闭式喷头已喷水。

也可以安装在主干水管上直接控制启动水泵。

适用于管径d=50~150mm系统中。

水流指示器分类：

按叶片形状分为板式和桨式两种。

按安装基座分为管式，法兰式和鞍座式三种。

这里仅用桨式水流指示器说明。

桨式水流指示器又分为电子接点式和机械接点式两种。

桨式水流指示器的构造主要由桨片，法兰底座，螺栓，本体和电接点等组成。

桨式水流指示器的工作原理：

当发生火灾时，报警阀自动启动后，流动的消防水使桨片摆动，带动其他接点动作，通过消防控制室启动水泵供水灭火。

2.2.3压力开关

ZSJY,ZSJY25,和ZSJY50（消防器材厂生产）。

它安装在延迟器与水力警铃之间的信号管道上。

压力开关的工作原理是：

当喷头启动喷水时，报警阀阀瓣开启，水流通过阀座上的环型槽流入信号道和延迟器。

延迟器充满水后，水流经信号管进入压力继电器，压力继电器接到水压信号，即接通电路报警，并启动喷淋泵。

压力开关特点：

ZSJY型：

1.膜片驱动，工作压力为0.07～1MPa之间可调。

2.适用于空气，水介质。

3.可用交流直流电，工作电压为VC22V,380V,DC12V,24V,36V,48V;触点所能承受的电容量：

AC220V,5A,DC24V,3A,接线电缆外径20mm。

ZSJY25，50型：

工作压力为0.02～0.025MPa及0.04～0.05MPa。

用弹簧线柱给接线带来了方便，触点容量为DC24V,5A。

以上三种压力开关都有一对常闭触点开关，作自动报警时控制作用。

压力开关应用接线：

压力开关用在系统中需经模块与报警总线连接，（如图2-2）所示。

图2-2压力开关接线图

2.2.4报警阀

报警阀是自动喷水灭火系统中接通或切断水源，并启动报警器的装置。

在自动喷水灭火系统中，报警阀是至关重要的组件，其作用有三：

接通或切断水源、输出报警信号和防止水流倒回供水源，以及通过报警阀可以对系统的供水装置和报警装置进行检验。

报警阀根据系统的不同分为湿式报警阀、干式报警阀和雨淋阀。

A湿式报警阀用于湿式喷水灭火系统。

它的主要功能是：

当喷头开启时，湿式阀能自动打开，并使水流入水力警铃发出报警信号。

湿式报警阀在湿示喷水灭火系统中有非常关键的作用，安装在总供水干管上，连接供水设备和配水管网。

它必须十分灵敏，当管网中即使有一个喷头喷水，破坏了阀门上下的静止平衡压力，就必须立即开启，任何延迟都会耽误报警的发生。

它一般采用止回阀的形式，即只允许水流向管网，不允许水流回水源。

其作用：

一是防止随着供水水源

压力波动而启闭，虚放警报；二是管网水质因长期不流动而腐化变质，如让它流回水源将产生污染。

当系统开启时报警阀打开，接通水源和配水管；同时部分水流通过阀座上的环型槽，经信号管道送至水力警铃，发出音响报警信号。

湿式报警阀的作用：

平时阀芯前后的水压相等，水通过导向杆中的水压平衡小孔保持阀板前后水压平衡，由于阀芯的自重和阀芯前后所受总压力的不同，阀芯处于关闭状态（阀芯上面的总压力大于阀芯下面的总压力）。

发生火灾时，闭式喷头喷水，由于水压平衡小孔来不及补水，报警阀上面的水压下降，此时阀下水压大于阀上水压，于是阀板开启，向洒水管网及洒水喷头供水，同时水沿着报警阀的环形槽进入延时器，压力继电器及水力警铃等设施，并发出火警信号并启动消防水泵等措施。

B干式报警阀用于干式喷水灭火系统。

它的阀瓣将阀门分成两部分，出口侧与系统管路和喷头相连，充压缩空气，进口侧与水源相连。

干式阀利用两侧气压和水压作用在阀瓣上的力矩差控制阀瓣的封闭和开启，一般可分为差动型干式报警阀和封闭型干式报警阀两种。

C雨淋阀用于雨淋喷水灭火系统、预作用喷水灭火系统、水幕系统和水喷雾灭系统。

这种阀的进口侧与水源相连，出口侧与系统管路和喷头相连，一般为空管，仅在预作用系统中充气。

雨淋阀的开启由各种火灾探测装置控制。

放水阀的作用：

进行检修或更改喷头时放空阀后管网余水。

警铃管阀门的作用：

检修报警设施，应处于常开状态。

水力警铃的作用：

火灾时报警。

水力警铃宜安装在报警阀附近，其连接管的长度不宜超过6cm，高度不宜超过2cm，以保证驱动水力警铃的水流有一定的水压，并不得安装在受雨淋和暴晒的场所，以避免影响其性能。

电动报警不得代替水力警铃。

延迟器的作用：

它是一个罐式容器，安装在报警阀与水力警铃之间，用以防止由于水源压力突然发生变化而引起报警阀短暂启动，或对因报警阀渗漏而进入警铃管道的水流起一个短暂容纳作用，从而避免虚假报警。

只有在火灾真正发生时，喷头和报警阀相继打开，水流源源不断地流入延迟器，经过30秒左右充满整个容器，然后冲入水力警铃。

试警铃阀的作用：

进行人工实验检查，打开试警铃阀能自动打开，水流应迅速充满延迟器，并使压力开关及水力警铃立即动作报警。

2.2.5末端试水装置

自动喷水灭火系统末端试水装置是喷洒系统的重要组成部分，通过此装置可以检测整个系统运行状况，《自动喷水灭火系统设计规》（GB50084-2001，以下简称“设计规”）,条文解释中对此装置作用做了详细的诠释：

“为了检测系统的可靠性，测试系统能否在开放一只喷头的最不利条件下可靠报警并正常启动，要求在每个报警阀的供水最不利处设置末端试水装置。

末端试水装置测试的容，包括水流指示器、报警阀、压力开关、水力警铃的动作是否正常，配水管道是否通畅，以及最不利点处的喷头工作压力等。

喷水管网的末端应设置末端试水装置，宜与水流指示器一一对应。

图中流量表直径与喷头相同，连接管道直径不大于20mm。

末端试验阀可以采用电磁阀或手动阀。

如设有消防控制室时，若采用电磁阀可直接从控制室启动试验阀，给检查带来方便。

第三章控制系统的设计

3.1自动喷洒用消防泵的控制电路设计

自动喷洒系统是自动水灭火系统，自动喷洒用消防泵受水路系统的压力开关或水流指示（继电）器直接控制，延时起泵，或者由消防中心控制起挺泵。

自动喷洒用消防泵一般设计为两台泵一用一备，互为备用，工作泵故障时，备用泵延时自动投入运行。

自动喷洒用消防泵控制电路（如图附录一）所示。

控