毕业设计（论文）-量化注入式泡沫灭火系统设计.doc

河南科技学院2009届本科毕业论文（设计）论文题目：量化注入式泡沫灭火系统设计 学生姓名：贾小国所在院系： 机电学院所学专业： 机电技术教育导师姓名： 孔晓红 张素君完成时间： 2009年5月20日摘 要泡沫消防系统中，大规模泡沫消防工程对泡沫混合液的供给源提出了更高的要求，传统的贮罐压力式泡沫比例混合装置有限的泡沫液供给量已越来越不适应现代大型泡沫消防工程的要求。因此，可以设想采用一种新的系统，用目前发展比较成熟的交流变频技术进行控制，使泡沫灭火达到一个更有效的水平。关键词：泡沫；消防；变频AbstractFire in the foam system, a large-scale bubble bursting fire works on the supply source of the mixture a higher demand, the traditional foam tank pressure device limited the proportion of mixed foam liquid supply has become increasingly unsuited to modern large-scale bubble the requirements of fire protection engineering. So can imagine, use one new system, adopt development ripe exchange frequency conversion technology control to the fire extinguishing system of foam comparatively at present, make the foam put out the fire and reach a more effective level.Key Words: Foam; Fire ; Exchange frequency 目 录引言11 设计要求12 量化注入式泡沫灭火系统12.1 工作原理12.2 主要特点22.3 适用范围23 主要构成24 注入式泡沫比例混合装置工作流程35 系统组件的选择45.1 泡沫液的选择45.2 泡沫消防泵的选择55.3 控制阀门和管道65.4 泡沫比例混合器75.5 控制系统85.6 泡沫液储罐85.7 泡沫产生装置86 系统供水96.1 管道水力计算96.2 减压孔板127 量化注入式与平衡式泡沫比例混合装置的比较147.1 相同之处147.2 不同之处148 结束语15致谢15参考文献15 引言泡沫灭火系统是大型灭火系统的一种，主要用于石油化工企业、大型油库、机场、建筑、码头等场所，其工作原理是：将泡沫原液与消防水按一定比例在比例混合器中混合后，经管道输送到终端泡沫产生装置，产生泡沫，进行灭火作业，大量事实证明，在泡沫灭火系统中，泡沫混合液的混合比精确与否是影响灭火效果的核心因素，如不能保证精确的混合比，不但造成泡沫原液的浪费，还大大降低了整个系统的灭火效果，从而延误最佳灭火时机，造成火势蔓延甚至失控，给国家和企业带来难以估量的损失，所以，通过各种方式来确保精确混合比的泡沫混合液就显得很重要了。为了避免出现此类情况，我们可以设想通过控制泡沫液和消防水的流量来达到目的。可称此装置为注入式泡沫比例混和装置。注入式泡沫比例混合装置是运用数字化控制，可使泡沫混合液的混合比更加精确，从而达到更好的灭火效果，尤其是该泡沫比例混合装置能同时满足高、中、低倍数的消防设备使用（需根据要求选配不同的泡沫原液），彻底解决了高、中、低倍数比例混合装置只能单独使用的问题，大大节约了用户的投资。注入式泡沫比例混合装置不仅克服了压力式泡沫比例混合装置流量范围小和平衡式比例混合装置计量不准确的缺点，而且打开了大型泡沫站数字化控制的新时代，是一种理想的消防灭火装备。1 设计要求系统的具体设计要求为：(1)对泡沫灭火有一定的了解。对以往消防方案有一定认识。(2)根据国标选择系统组件。(3)用一般绘图软件绘制整个系统的原理图，结构图。(4)对系统管路进行分析。(5)对变频调速进行简要介绍2 量化注入式泡沫灭火系统2.1 工作原理该装置是依靠消防主管线上的数字流量计采集现行主管线消防水流量的大小，按照设计的要求非常精确地提供泡沫液的混合比。当控制装置获取主管线流量计的流量数值时，经过电脑换算出泡沫液需求量，同时通过PLC变频器，指令泡沫液供给系统按要求的比例供给泡沫液，并可随着主管线的不同流量提供准确的混合比。另外，泡沫液管线上配备有流量计，其主要作用是用来修定泡沫液的供给量，并将数值反馈到控制装置，由控制装置随时进行修正泡沫液供给系统，以得到更精确的泡沫液混合比，同时也将泡沫液混合比数字化处理。2.2 主要特点2.2.1 泡沫液泵按标准供给泡沫液，真正确保了精确的混合比，节约了泡沫液；2.2.2 泡沫液泵的叶轮为不锈钢或者青铜材质，不仅保证了工作压力和流量，而且叶轮不会因泡沫液的腐蚀而锈死；2.2.3 采用常压式不锈钢泡沫液储罐，使用寿命长；2.2.4 适用于任何泡沫灭火剂，并可随时根据泡沫灭火剂的性质进行比例调节；2.2.5 灭火过程中，可根据灭火需求，随时添加泡沫灭火剂；2.2.6 采用注入的方式，不消耗压力，可靠性及准确性高；2.2.7 采用手动和自动相结合，可进行切换，操作简单可靠。2.3 适用范围注入式泡沫比例混合装置特别适用于大中型泡沫灭火系统。例如：石油化工企业、大型油库、油码头及海上钻井平台等重要的消防工程。由于其常压泡沫液储罐可以在灭火过程中随时添加泡沫液，使用时间可以延长，大大增强了灭火抗灾的能力和可靠性。3 主要构成该装置主要由常压泡沫液储罐、流量计、持压/泄压阀、安全阀、泡沫比例混合器、泡沫液泵、可编程控制柜、手动触摸屏及管道附件等组成。3.1 泡沫液泵该装置选用高性能齿轮泵（容积泵）作为泡沫液泵，能更好地满足各种泡沫液的使用要求。这种泡沫液泵转速较低、扬程较高、计量准确，其齿轮选用不锈钢或青铜材料制作，耐腐蚀性能好。3.2 流量计一般选用电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计等。流量计根据管道所输送的泡沫液或水介质，都会精确地测量出其流量数值。3.3 可编程控制系统可编程控制系统的主要作用就是根据采用的泡沫原液，设定好混合比6%或3%以及其它配比。另外，在消防用水时，它可实时监控消防用水量大小，并指令齿轮泵按设定的比例供给泡沫原液。3.4 自监测、自诊断功能采用流量计可以选配成自监测和自诊断功能，其主要功能表现信号有：故障信号、维护需求和控制功能信号。(1)故障信号由现场仪器提供信息，以便能提示人们快速地排除相应的故障。(2)维护信号主要是提示实施对设备进行维护。(3)控制信号是完成现场仪器的参数读写、仪器校准和变送器线性度修正等工作，如组态发生和通过本地操作面板修改技术参数等。4 注入式泡沫比例混合装置工作流程险情信号中心控制室泡沫液泵控制柜消防水泵控制柜泡沫液泵消防泵组流量计流量计比例混合器泡沫混合液图1 注入式泡沫比例混合装置工作流程(1)控制柜的作用是：启动消防泵组，以提供消防用水。(2)控制柜的作用是：通过流量计采集消防用水流量后，转换为泡沫液用量,并指令齿轮泵按一定量供给泡沫原液，然后通过流量计检测泡沫原液流量的数值并修正其流量，以达到更精确的泡沫液流量。(3)流量计的作用是：实时监控消防水的流量。(4)流量计的作用是：实时检测泡沫液泵提供的流量。根据系统工作流程可得系统工作原理：图2 系统工作原理图5 系统组件的选择由于该系统的传输介质为具有腐蚀性的泡沫灭火剂，故整个系统组件应具有良好的耐腐蚀性.5.1 泡沫液的选择 5.1.1 (1) 当采用液上喷射系统时，应选用蛋白、氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡沫液；(2) 当采用液下喷射系统时，应选用氟蛋白、成膜氟蛋白或水成膜泡沫液；(3) 当选用水成膜泡沫液时，其抗烧水平不应低于现行国家标准泡沫灭火剂GB15308规定的C级。5.1.2 保护烃类液体的泡沫水喷淋系统、泡沫枪系统、泡沫炮系统泡沫液的选择应符合下列规定：(1) 当采用吸气型泡沫产生装置时，可选用蛋白、氟蛋白、水成膜或成膜氟蛋白泡沫液；(2) 当采用非吸气型喷射装置时，应选用水成膜或成膜氟蛋白泡沫液。(3) 对于水溶性液体和极性溶剂及其它对普通泡沫有破坏作用的甲、乙、丙类液体，必须选用抗溶泡沫液。(4) 中倍数泡沫灭火系统泡沫液的选择应符合下列规定：(5) 用于油罐的中倍数泡沫灭火剂应采用专用8%型氟蛋白泡沫液；(6) 除油罐外的其他场所，可选用中倍数泡沫液或高倍数泡沫液。(7) 高倍数泡沫灭火系统利用热烟气发泡时，应采用耐温耐烟型高倍数泡沫液。(8) 应根据系统所采用的水源选择适用于海水或仅适用于淡水的泡沫液。(9) 泡沫液宜储存在通风干燥的房间或敞棚内；储存的环境温度应符合泡沫液使用温度的要求5.2 泡沫消防泵的选择5.2.1(1) 应选择特性曲线平缓的离心泵，且其工作压力和流量应满足系统设计要求；(2) 当泡沫液泵采用水力驱动时，应将其消耗的水流量计入泡沫消防水泵的额定流量；(3) 泵进口管道上应设置真空压力表或真空表；(4) 泵出口管道上应设置压力表、单向阀和带控制阀的回流管。 5.2.2 泡沫液泵的选择与设置(1) 泡沫液泵的工作压力和流量应满足系统最大设计要求，并应与所选比例混合装置的工作压力范围和流量范围相匹配，同时应保证在设计流量范围内泡沫液供给压力大于最大水压力；(2) 泡沫液泵的结构形式、密封或填充类型应适宜输送所选的泡沫液，其材料应耐泡沫液腐蚀且不影响泡沫液的性能；(3) 应设置备用泵，备用泵的规格型号应与工作泵相同，且工作泵故障时应能自动与手动切换到备用泵；(4) 除水力驱动型外，泡沫液泵的动力源设置应符合国家标准的规定，且宜与系统泡沫消防水泵的动力源一致；(5) 泡沫液泵应能耐受不低于10min的空载运转。由于该套系统需要严格控制泡沫混合液的混合比，故对动力部分的选择也是至关重要的。动力部分：该套系统主要采用变频调速的原理来控制混合比，就目前而言，变频技术在电力方面发展的比较成熟，应用的也比较广泛，故选用交流电机作为该系统的动力，另外，相比较而言，齿轮泵和蜗杆泵的性能较为稳定，在转速和外界压力微量变化时流量不会剧烈变化，而一般离心泵不具备此项性能，故注入式泡沫比例混和装置的动力部分亦选择齿轮泵或蜗杆泵为好，电机功率应根据泡沫混合液的流量和混合比来确定。5.3 控制阀门和管道(1) 当泡沫消防水泵或泡沫混合液泵出口管道口径大于300mm时，不宜采用手动阀门。(2) 低倍数泡沫灭火系统的水与泡沫混合液及泡沫管道应采用钢管，且管道外壁应进行防腐处理。(3) 中倍数泡沫灭火系统的干式管道，应采用钢管；湿式管道，宜采用不锈钢管或内、外部进行防腐处理的钢管。(4) 高倍数泡沫灭火系统的干式管道，宜采用镀锌钢管；湿式管道，宜采用不锈钢管或内、外部进行防腐处理的钢管；高倍数泡沫产生器与其管道过滤器的连接管道应采用不锈钢管。(5) 泡沫液管道应采用不锈钢管。(6) 在寒冷季节有冰冻的地区，泡沫灭火系统的湿式管道应采取防冻措施。(7) 泡沫水喷淋系统的管道应采用热镀锌钢管。其报警阀组、水流指示器、压力开关、末端试水装置的设置，应符合现行国家标准自动喷水灭火系统设计规范GB50084的相关规定。(8) 防火堤或防护区内的法兰垫片应采用国家标准建筑材料及制品燃烧性能分级GB8624-2006中规定的燃烧性能不低于B级的材料。(9).主要管道附件包括单向阀、闸阀、持压泄压阀、安全阀、智能流量计等。(10) 单向阀一般按照管线直径来选择，材质为不锈钢，。(11) 闸阀也是根据管线直径来选择的，材质为不锈钢且应能够灵活操作。(12) 持压泄压阀的作用是维持系统局部压力恒定，装接在泡沫液回路管线上，当工作压力在正常范围之内时，持压泄压阀不动作，当系统压力超过额定压力时，持压泄压阀打开，一部分泡沫液流回常压泡沫液储罐 ，系统压力回到正常。(13) 安全阀装接在系统出液管线上，主要是为了防止系统压力持续升高造成管道破裂，一般额定值为2.5Mpa，当系统压力超过此设定值时，安全阀打开泄压。(14) 智能流量计是用来采集系统中主管线水的流量和泡沫液的流量的，一般可采用电磁流量计、涡街流量计、超声波流量计等。分别装接在比例混合装置的进水口和泡沫液出口处。5.4 泡沫比例混合器5.4.1 (1) 系统比例混合器的进口工作压力与流量，应在标定的工作压力与流量范围内；(2) 单罐容量不小于20,000m3的烃类液体与单罐容量不小于5,000m3的水溶性液体和极性溶剂固定顶储罐及按固定顶储罐对待的内浮顶储罐、单罐容量不小于50,000m3的内浮顶和外浮顶储罐，宜选择计量注入式比例混合装置或平衡式比例混合装置； (3) 当选用的泡沫液密度低于1.12g/mL时，不应选择无囊式压力比例混合装置；(4) 全淹没高倍数泡沫灭火系统或局部应用高倍数、中倍数泡沫灭火系统，采用集中控制方式保护多个防护区时，应选用平衡式比例混合装置或囊式压力比例混合装置；(5) 全淹没高倍数泡沫灭火系统或局部应用高倍数、中倍数泡沫灭火系统保护一个防护区时，宜选用平衡式比例混合装置或囊式压力比例混合装置。5.4.2 当采用平衡式比例混合装置时，应符合下列规定：(1) 泡沫液进口压力应大于水进口压力，且其压差应满足产品的使用要求；(2) 比例混合器的泡沫液进口管道上应设单向阀；(3) 泡沫液管道上应设冲洗及放空设施。5.4.3 当采用注入式比例混合装置时：(1) 泡沫液注入点的泡沫液流压力应大于水流压力，且其压差应满足产品的使用要求；(2) 为了保证流量计采集数据的准确性，流量计进口前和出口后直管段的长度应不小于10倍的管径； (3) 泡沫液进口管道上应设单向阀以防止消防水进入泡沫液储罐；(4) 系统用过以后，管道内会残存一部分泡沫液，由于泡沫液具有很强的腐蚀性，故泡沫液管道上应设冲洗及放空设施。 5.4.4 当采用压力式比例混合装置时：(1) 泡沫液储罐的单罐容积不应大于10m3；这就导致了压力式比例混合装置不能满足大型油罐区的消防需要。(2) 无囊式压力比例混合装置，当泡沫液储罐的单罐容积大于5m3且储罐内无分隔设施时，宜设置一台小容积压力式比例混合装置，其容积应大于0.5m3并能保证系统按最大设计流量连续提供3min的泡沫混合液。5.4.5 当半固定式或移动式系统采用管线式比例混合器（负压比例混合器）时：(1) 比例混合器的水进口压力应在0.6MPa1.2MPa的范围内，且出口压力应满足泡沫产生装置的进口压力要求； (2) 比例混合器的压力损失可按水进口压力的35%计算。5.5 控制系统 该套系统可采用继电器控制也可采用PLC控制，主要控制泡沫供给系统的启动及泡沫液量的调节。 根据国家消防规范的规定，系统采用两台泡沫泵组（一用一备），发生紧急情况时，主泵组启动，备用泵组断开，当主泵组断电时，备用泵组自动投入运行，主电源恢复正常时，能重新自动切换到主泵组进行工作，这就保证了系统的可靠性。泡沫液量的调节主要靠控制柜内的运算器、变频器以及设在管线上的两个智能流量计来进行，首先流量计将管线上的水流量及泡沫液流量反馈给控制系统，运算器再根据反馈回来的数据运算出瞬时泡沫液和水的混合比，然后与事先设定好的混合比数值进行比较，如果有偏差，就计算出偏差值，然后通过变频器来调节泡沫供给系统中电机的频率，使电机速度变慢或变快，从而调节泡沫液的输出量，使系统的实际混合比尽可能的接近设定值，这样就得到了较为精确的泡沫混合比，从而大大提高泡沫灭火系统的性能，不仅节约了泡沫液量，而且使系统的可靠性进一步加强。5.6 泡沫液储罐 由于该套系统采用注入泡沫液的方式，故泡沫液储罐应选用常压储罐,常压罐的容积可达到十吨以上，这就有效克服了压力式储罐容积小的缺点。 泡沫液储罐宜采用耐腐蚀材料制作，且与泡沫液直接接触的内壁或衬里不应对泡沫液的性能产生不利影响。常压泡沫液储罐应符合下列规定：(1) 储罐内应留有泡沫液热膨胀空间和泡沫液沉降损失部分所占空间；(2) 储罐出液口的设置应保障泡沫液泵进口为正压，且应设置在沉降层之上；(3) 储罐上应设出液口、液位计、进料孔、排渣孔、人孔、取样口、呼吸阀或通气管。 注：不同种类、不同牌号的泡沫液不得混存。5.7 泡沫产生装置5.7.1 低倍数泡沫产生器：(1) 固定顶储罐、按固定顶储罐对待的内浮顶储罐，宜选用立式泡沫产生器；(2) 泡沫产生器进口的工作压力应为其额定值0.1MPa；(3) 泡沫产生器的空气吸入口及露天的泡沫喷射口，应设置防止异物进入的金属网；(4) 横式泡沫产生器的出口，应设长度不小于1m的泡沫管；(5) 外浮顶储罐上的泡沫产生器，不应设置密封玻璃。5.7.2 高背压泡沫产生器：(1) 进口工作压力应在标定的工作压力范围内；(2) 出口工作压力应大于泡沫管道的阻力和罐内液体静压力之和；(3) 发泡倍数不应小于2，且不应大于4。5.7.3 中倍数泡沫产生器：(1) 发泡网应采用不锈钢材料；(2) 安装于油罐上的中倍数泡沫产生器，其进空气口应高出罐壁顶。5.7.4 高倍数泡沫产生器：(1) 在防护区内设置并利用热烟气发泡时，应选用水力驱动型泡沫产生器；(2) 在防护区内固定设置泡沫产生器时，应采用不锈钢材料的发泡网6 系统供水(1) 泡沫灭火系统水源的水质应与泡沫液的要求相适宜；水源的水温宜为435。当水中含有堵塞比例混合装置或喷洒装置的固体颗粒时，应设置相应的管道过滤器。(2) 配制泡沫混合液用水不得含有影响泡沫性能的物质。(3) 泡沫灭火系统水源的水量应满足系统最大设计流量和供给时间的要求。(4) 泡沫灭火系统供水压力应满足在相应设计流量范围内系统各组件的工作压力要求，且应有防止系统超压的措施。(5) 建（构）筑物内设置的泡沫水喷淋系统宜设水泵接合器，且宜设在比例混合器的进口侧。水泵接合器的数量应按系统的设计流量确定，每个水泵接合器的流量宜按10L/s15L/s计算.6.1 管道水力计算6.1.1(1) 储罐区泡沫灭火系统的泡沫混合液设计流量，应按储罐上设置的泡沫产生器或高背压泡沫产生器与该储罐辅助泡沫枪的流量之和计算，且应按流量之和最大的储罐确定。(2) 泡沫枪或泡沫炮系统的泡沫混合液设计流量，应按同时使用的泡沫枪或泡沫炮的流量之和确定。(3) 泡沫水雨淋系统的设计流量，应按雨淋阀控制的喷头的流量之和确定。多个雨淋阀并联的雨淋系统，其系统设计流量应按同时启用雨淋阀的流量之和的最大值确定。6.1.2 采用闭式喷头的泡沫水喷淋系统的泡沫混合液与水的设计流量应按下式计算，且应符合下列规定： (6-1)式中 Q 泡沫水喷淋系统设计流量（L/s）；q 最有利水力条件处作用面积内各喷头节点的流量（L/min）；n 最有利水力条件处作用面积内的喷头数。(1) 水力计算选定的作用面积宜为矩形，其长边应平行于配水支管，其长度不宜小于作用面积平方根的l.2倍；(2) 最不利水力条件下，泡沫混合液或水的平均供给强度不应小于(3) 最有利水力条件下，系统设计流量不应超出泡沫液供给能力。泡沫产生器、泡沫枪或泡沫炮、泡沫水喷头等泡沫产生装置或非吸气型喷射装置的泡沫混合液流量宜按下式计算 (6-2) 式中 q 泡沫混合液流量（L/min）； k 泡沫产生装置或非吸气型喷射装置的流量特性系数； P 泡沫产生装置或非吸气型喷射装置的进口压力（MPa）。注： 系统泡沫混合液与水的供给能力应有不小于5的裕度。6.1.3 系统管道输送介质的流速：(1) 储罐区泡沫灭火系统水和泡沫混合液流速不宜大于3m/s；(2) 液下喷射泡沫喷射管前的泡沫管道内的泡沫流速宜为3m/s9m/s；(3) 泡沫水喷淋系统、中倍数与高倍数泡沫灭火系统的水和泡沫混合液在主管道内的流速不宜大于5m/s，在支管道内的流速不应大于10m/s；(4) 泡沫液流速不宜大于5m/s。沿程水头损失:当系统水管道与泡沫混合液管道采用普通钢管时，应按式(6-3)计算；当采用不锈钢管或铜管时，可按式(6-4)计算。 (6-3)式中 i 管道的单位长度水头损失（MPa/m）； V 管道内水或泡沫混合液的平均流速（m/s）； dj 管道的计算内径（m）。 (6-4)式中 i 管道的单位长度水头损失（kPa/m）；dj 管道的计算内径（m）；qg 给水设计流量（m3/s）；Ch 海澄威廉系数，铜管、不锈钢管取130。水管道与泡沫混合液管道的局部水头损失，宜采用当量长度法计算。水泵或泡沫混合液泵的扬程或系统入口的供给压力应按下式计算：H=h + P0 + hZ (6-5)式中 H 水泵或泡沫混合液泵的扬程或系统入口的供给压力（MPa）； h 管道沿程和局部水头损失的累计值（MPa）；P0 最不利点处泡沫产生装置或泡沫喷射装置的工作压力（MPa）；hZ 最不利点处泡沫产生装置或泡沫喷射装置与消防水池的最低水位或系统水平供水引入管中心线之间的静压差（MPa）。6.1.4 液下喷射系统中泡沫管道的水力计算:(1) 泡沫管道的压力损失可按下式计算： h=CQp1.72 (6-6)式中 h 每10m泡沫管道的压力损失（Pa/10m）； C 管道压力损失系数； Qp 泡沫流量（L/s）。(2) 发泡倍数宜按3计算；(3) 压力损失系数可按表1-1取值；表1-1 管道压力损失系数管径（mm）管道压力损失系数10015020025030035012.9202.1400.5550.2100.1110.071(4) 泡沫管道上的阀门和部分管件的当量长度，可按表1-2确定。表1-2 泡沫管道上阀门和部分管件的当量长度（m） 公称直径（mm）管件种类150200250300闸阀90弯头旋启式逆止阀1.254.2512.001.505.0015.251.756.7520.502.008.0024.50 注：泡沫液管道的压力损失计算宜用达西公式。确定雷诺数时，应采用泡沫液的实际密度；泡沫液粘度应为最低储存温度下的粘度。6.2 减压孔板6.2.1 (1) 应设在直径不小于50mm的水平直管段上，前后管段的长度均不宜小于该管段直径的5倍；(2) 孔口直径不应小于设置管段直径的30，且不应小于20mm；(3) 应采用不锈钢板材制作。6.2.2 节流管：(1) 直径宜按上游管段直径的1/2确定；(2) 长度不宜小于1m；(3) 节流管内泡沫混合液或水的平均流速不应大于20 m/s。减压孔板的水头损失，应按下式计算： (6-7)式中 Hk 减压孔板的水头损失（10-2MPa）；Vk 减压孔板后管道内泡沫混合液或水的平均流速（m/s）； 减压孔板的局部阻力系数。节流管的水头损失，应按下式计算： (6-8)式中 Hg 节流管的水头损失（10-2MPa）； 节流管中渐缩管与渐扩管的局部阻力系数之和，取值0.7；Vg 节流管内泡沫混合液或水的平均流速（m/s）；dg 节流管的计算内径（m）；L 节流管的长度（m）。6.2.3 减压阀应符合下列规定：(1) 应设在报警阀组入口前；(2) 入口前应设过滤器；(3) 当连接两个及两个以上报警阀组时，应设置备用减压阀；(4) 垂直安装的减压阀，水流方向宜向下。通过以上步骤，可以得到整个系统的结构图如下：图3 注入式泡沫灭火系统结构图7 量化注入式与平衡式泡沫比例混合装置的比较平衡式泡沫比例混合装置是目前国内较先进的泡沫消防设备。以下是注入式泡沫比例混合装置与平衡式泡沫比例混合装置在性能上的对比。7.1 相同之处(1) 两者均采用齿轮泵或涡轮泵提供泡沫液。(2) 两者均采用常压泡沫罐，可随时添加泡沫液。 (3) 在相同的技术参数下，两者设备底架外形尺寸基本相同。7.2 不同之处7.2.1 原理部分注入式泡沫比例混合装置，主要采用现今已经非常成熟的变频调速技术，当控制系统采集到主管线流量计的流量数值后，经过电气控制系统换算出泡沫液的需求量，指令泡沫液供给系统按要求的比例供给泡沫液，其泡沫液流量能随着主管线流量的变化而变化。泡沫液管线上同时配备流量计，其数值也将及时输送到控制系统，由控制系统随时检测并修正泡沫液供给系统的供给量，以得到更精确混合比的泡沫混合液，实现了泡沫液混合比的数字化处理，同时可根据不同类型的泡沫液设置不同的混合比（此设置过程不需更换任何硬件设备）。平衡式泡沫比例混合装置主要是靠平衡阀根据消防主管线的水压力和泡沫液的供给压力,自动调节阀门的开关度大小来得到一个动态平衡,使适量的泡沫液和压力水进入比例混合器,以得到一定范围内的混合比，形成泡沫混合液。7.2.2 效果部分 (1) 注入式泡沫比例混合装置能从数字上直接反映出混合比的大小,不仅能将泡沫液量化,而且相当精确,从而达到更好的灭火效果。PHP系列平衡式泡沫比例混合装置,只能从实验上和感官上得出泡沫液的混合比,不能精确量化,在现场不能显示出消防水和泡沫液的流量以及混合比等数值。(2) 注入式泡沫比例混合装置,可根据用户的需求,在现场根据不同类型的泡沫液设置不同的混合比，方便快捷。平衡式泡沫比例混合装置不具备上述功能，用户只能按设备所设定的比例选择泡沫液,不得更换。(3) 注入式泡沫比例混合装置,可根据用户需求选装自检测和自诊断功能等。平衡式泡沫比例混合装置不能实现此功能。8 结束语由以上设计结果来看，注入式泡沫灭火系统确实大大提高了传统泡沫灭火系统的效能，可以使泡沫灭火跟上时代的发展，进行数字化控制，但由于技术发展的不均衡性，目前，该套系统的动力部分只能采用电动机，而平衡式泡沫灭火系统则可以选用电动机、柴油机以及当前较为流行的水轮机，这说明注入式系统有一定的局限性，如果能将注入式的动力部分扩展到柴油机、水轮机以及以后发展起来的新动力范围，那将预示着注入式泡沫灭火系统时代的来临。致谢非常感谢学院领导和老师给我提供了这次良好的深入学习的机会和宽松的学习环境。通过这次毕业设计，不但使我将大学期间所学的专业知识再次回顾学习，而且也使我学到了专业领域中一些前沿的知识。非常感谢在本次设计中曾给予我耐心指导和亲切关怀的老师及帮助过我的同学，正是由于他们的帮助和鼓励才使我能够在毕业设计过程中克服种种困难，最终顺利完成论文，他们的学识和为人也深深地影响着我。在此，请允许我再次向曾直接给予我多次指导的导师表示最忠诚的敬意！参考文献1孙波.机械专业毕业设计宝典.西安：西安电子科技大学出版社，20082杨黎明.机电一体化系统设计手册，国防工业出版社，19973孙波.机械专业毕业设计宝典.西安：西安电子科技大学出版社，20084杜祥瑛、薛顺德.机电一体化技术词典，机械工业出版社，19975于民治、张超.新编金属材料速查速算手册：化学工业出版社，20076曾正明、彭福泉.机械工程材料手册，机械工业出版社，19987三浦宏文.机电一体化实用手册，科学出版社，20078何庆.机械制造专业毕业设计指导与范例.北京：化学工业出版社，20089王少怀.机械设计实用手册，机械工业出版社，200810成大先.机械设计手册，化学工业出版社，200211濮良贵、纪名刚，机械设计，高等教育出版社，第八版12陈立德.机械设计基础课程设计. 北京：高等教育出版社13机械设计手册委员会.机械设计手册单行本减速器和变速器.北京：机械工业出版社，200714机械设计手册委员会.机械设计手册单行本带传动和链传动. 北京：机械工业出版社， 200715机械设计手册委员会.机械设计手册单行本齿轮传动.北京：机械工业出版社.河南科技学院本科生毕业论文（设计）开题报告题目名称 量化注入式泡沫灭火系统设计学生姓名贾小国专业机电技术教育学号20040315005指导教师姓名孔晓红 张素君所学专业电气自动化控制理论与控制工程职称副教授完成期限2008年 2 月 16 日至 2009 年 2月27日一、选题的目的意义在泡沫灭火系统中，泡沫混合液的混合比精确与否是影响灭火效果的核心因素，如不能保证精确的混合比，不但造成泡沫原液的浪费，还大大降低了整个系统的灭火效果，从而延误最佳灭火时机，造成火势蔓延甚至失控，给国家和企业带来难以估量的损失，所以，通过各种方式来确保精确混合比的泡沫混合液就显得很重要了。为了避免出现此类情况，我们可以设想通过控制泡沫液和消防水的流量来达到目的。暂时可称之为量化注入式泡沫比例混和装置。二、国内外研究现状量化注入式泡沫比例混和装置，该装置是以数字化控制混合比的消防泡沫比例混合装置。不仅克服了压力式泡沫比例混合装置流量范围小和平衡式比例混合装置计量不准确的缺点，而且填补了国内在泡沫消防领域计量不准确的空白，并打开了大型泡沫站数字化控制的新时代，是目前国内先进的消防泡沫比例混合装置，在国际上也处于领先地位。三、主要研究内容1.选题的目的和意义2.工作方式和原理3.组件选择4.交流变频概述5.动力部分拓展的分析四、毕业论文（设计）的研究方法或技术路线1量化注入式泡沫灭火系统设计方案该装置是依靠消防主管线上的数字流量计采集现行主管线消防水流量的大小，按照设计的要求非常精确地提供泡沫液的混合比。当控制装置获取主管线流量计的流量数值时，经过电脑换算出泡沫液需求量，同时通过PLC变频器，指令泡沫液供给系统按要求的比例供给泡沫液，并可随着主管线的不同流量提供准确的混合比。另外，泡沫液管线上配备有流量计，其主要作用是用来修定泡沫液的供给量，并将数值反馈到控制装置，由控制装置随时进行修正泡沫液供给系统，以得到更精确的泡沫液混合比，同时也将泡沫液混合比数字化处理。2.主要的技术指标及要求（1）系统动力采用交流变频技术进行控制（2）动力部分采用一用一备（3）系统组件选择要严格按照国家标准进行3.需要完成的工作(1)对泡沫灭火有一定的了解。对以往消防方案有一定认识。(2)根据国标选择系统组件。(3)用一般绘图软件绘制整个系统的原理图，结构图。(4)对系统管路进行分析。(5)对变频调速进行简要介绍五、 主要参考文献与资料1孙波.机械专业毕业设计宝典,西安:西安电子科技大学出版社,20082杨黎明.机电一体化系统设计手册,国防工业出版社,19973孙波.机械专业毕业设计宝典,西安:西安电子科技大学出版社,20084杜祥瑛、薛顺德.机电一体化技术词典,机械工业出版社,19975于民治、张超.新编金属材料速查速算手册,化学工业出版社,20076低倍数泡沫灭火系统设计规范7三浦宏文.机电一体化实用手册,科学出版社,20078何庆.机械制造专业毕业设计指导与范例.北京:化学工业出版社,20089王少怀.机械设计实用手册,机械工业出版社,200810成大先.机械设计手册,化学工业出版社,200211濮良贵、纪名刚，机械设计,高等教育出版社,第八版12陈立德.机械设计基础课程设计.北京:高等教育出版社13机械设计手册委员会.机械设计手册单行本减速器和变速器.北京:机械工业出版社,2007六、 指导教师审批意见签名： 年 月 日河南科技学院毕业论文（设计）课题申核表院（系）名称机电学院专业名称机电技术教育指导教师姓名及职称孔晓红 张素君 副教授课题名称量化注入式泡沫灭火系统设计课题来源自选立题理由和所具备的条件泡沫灭火系统是大型灭火系统的一种，主要用于石油化工企业、大型油库、机场、建筑、码头等场所。其工作原理是：将泡沫原液与消防水按一定比例在比例混合器中混合后，经管道输送到终端泡沫产生装置，产生泡沫，进行灭火作业。然而，大量事实证明，在泡沫灭火系统中，泡沫混合液的混合比精确与否是影响灭火效果的核心因素，如不能保证精确的混合比，不但造成泡沫原液的浪费，还大大降低了整个系统的灭火效果，从而延误最佳灭火时机，造成火势蔓延甚至失控，给国家和企业带来难以估量的损失，所以，通过各种方式来确保精确混合比的泡沫混合液就显得很重要了。设想通过控制泡沫液和消防水的流量来达到使混合比精确的目的。主要采用交流电机变频技术来进行调节，又可称之为量化注入式泡沫比例混和装置。研究本课题已具备相应的动力组件、仪表、液压控制阀门、PLC编程软件及相应的电机变频技术，能够满足本课题的分析和研究。课题组成员具有相应的基础知识和研究能力。教研室审批意见教研室主任签字： 年 月 日毕业论文（设计）工作领导小组审批意见组长签字： 年 月 日学生姓名贾小国班级机教042指导教师孔晓红 张素君论文（设计）题目量化注入式泡沫灭火系统设计目前已完成任务1. 对泡沫灭火系统有了一定的认识，查阅了相关国家标准。2. 对传统的泡沫灭火系统进行了分析，并能进行一般的系统参数计算。是否符合任务书要求进度： 是 尚需完成的任务1. 根据国家相关标准对油库、飞机库、石油化工企业的消防方案进行分析。2. 对以往方案提出意见和建议。对泡沫灭火系统系统进行优化。3. 用AUTOcad制作新方案原理图和结构图并与原系统进行对比。4. 整理和完善毕业论文。能否按期完成论文（设计）： 能存在问题和解决办法存在问题1. 画图过程中对各个组件的位置布置弄不清楚。2. 控制系统方面知识相对缺乏，需进一步查阅控制系统方面的文献。拟采取的办法以自己为主，到生产厂家观看设备，多与指导老师沟通，并积极参阅资料，扩充知识，解决遇到的问题，另外和同学多讨论多交流，确保按时按质完成毕业设计。指导教师签 字日期 年 月 日教学院长（系主任）意 见 签字： 年 月 日河南科技学院本科毕业论文（设计）中期进展情况检查表变频技术应用 在工业现场控制领域，可编程控制器（PLC）一直起着重要的作用。随着国家在供水行业的投资力度加大，水厂运行自动化水平不断提高，PLC在供水行业应用逐步增多。触摸屏与PLC配套使用，使得PLC的应用更加灵活，同时可以设置参数、显示数据、以动画等形势描绘自动化过程，使得PLC的应用可视化。 变频恒压供水成为供水行业的一个主流，是保证供水管网在恒压的重要手段。现代变频器完善的网络通信工程，威电机的同步运行，远距离集中控制和在线监控等提供了必要的支持。通过与PLC连接的触摸屏，可以使控制更加直观，操作更加简单、方便。组合应用PLC、触摸屏及变频器，采用通信方式对变频器进行控制来实现变频恒压供水。 变频恒压供水系统原理如图1；它主要由PLC、变频器、触摸屏、压力变送器、动力及控制线路以及泵组组成。用户可以通过触摸屏控制系统的运行，也可以通过控制柜面板上的指示灯和按钮、转换开关来了解和控制系统的运行。通过安装在出水管网上的压力变送器，把出口压力信号变成420mA或010V标准信号送入PLC内置的PID调节器，经PID运算与给定压力参数进行比较，输出运行频率到变频器。控制系统由变频器控制水泵的转速以调节供水量，根据用水量的不同，PLC频率输出给定变频器的运行频率，从而调节水泵的转速，达到恒压供水。PLC设定的内部程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，以此协调投入工作的水泵电机台数，并完成电机的启停、变频与工频的切换。通过调整投入工作的电机台数和控制电机组中一台电机的变频转速，使系统管网的工作压力始终稳定，进而达到恒压供水的目的。 该系统有手动和自动两种运行方式。手动方式时，通过控制柜上的启动和停止按钮控制水泵运行，可根据需要分别控制1#3#泵的启停，该方式主要供设备调试、自动有故障和检修时使用。自动运行时，首先由1#水泵变频运行，变频器输出频率从0HZ上升，同时PID调节器把接收的信号与给定压力比较运算后送给变频器控制。如压力不够，则频率上升到50HZ，由PLC设定的程序驱动I/O端口开关量的输出来实现切换交流接触器组，使得1泵变频迅速切换为工频，2泵变频启动，若压力仍达不到设定压力，则2泵由变频切换成工频，3泵变频启动；如用水量减少，PLC控制从先起的泵开始切除，同时根据PID调节参数使系统平稳运行，始终保持管网压力。 若有电源瞬时停电的情况，则系统停机，待电源恢复正常后，人工启动，系统自动恢复到初始状态开始运行。变频自动功能是该系统最基本的功能，系统自动完成对多台泵的启动、停止、循环变频的全部操作过程。 在进行通信之前必须对PLC、触摸屏和变频器的通讯参数进行正确设置。本系统定义为Modbus协议，波特率为9600，数据位为8，无校验，停止位为1。变频器除设置通信参数外，还需启用“自由停车”以保护电机。 PLC通讯参数设置:TWDLCAA24DRF硬件端口端口设置，在端口设置中进行端口参数设置；触摸屏通讯参数设置：IO管理器ModbusRTU01COM1Modbus Equipment，双击“Modbus Equipment”即可进行通讯参数设置。 该系统采用施耐德的TWDLCAA24DRF，I/O点数为24点，继电器输出，PLC编程采用施耐德PLC专用编程软件Twidosoft，软件提供完整的编程环境，可进行离线编程、在线连接和调试。为了提高整个系统的性价比，该系统采用可编程控制器的开关量输入输出来控制电机的起停、自动投入、定期切换，供水泵的变频及故障的报警等，而且通过PLC内置的PID给定电机的转速、设定压力、频率、电流、电压等模拟信号量。 施耐德PLC的编程指令简单易懂且程序设计灵活，步进计数器功能模块（%SCi）提供了一系列的步，这些步可赋值给动作。从一个步移动到另一个步取决于外部或内部事件。通过模拟输入和输出模块TWAMM3HT以及内置的PID运算器，实现如图2的顺序切泵。 泵组切换示意图如图2，工作条件满足，开始工作时，1#泵变频启动，泵的转速随变频器输出频率的上升而逐渐升高，如变频器的频率达到50HZ而此时水压还未达到设定值，PLC内置的程序控制使得切换到下一个工作步，延时一段时间后，1泵迅速切换至工频运行，同时解除变频器运行信号，使变频器频率降为0HZ，然后2泵变频启动，若压力仍未达到，则2泵切换至工频，3泵变频启动，在运行中始终保持一台泵变频运行，当压力达到设定值时变频输出将为0HZ，同时PLC通过I/O端口跳到下一个工步，由PLC决定切除1工频泵，此时由一台工频泵和一台变频泵运行，如果此时压力达到设定值，变频器的输出为0HZ，再切换到下一个工步，PLC解除2工频泵，只由3泵变频运行来维持管网压力。当压力下降，变频器频率升至50HZ输出信号，延时后3泵切换为工频，1泵变频启动，若压力仍不满足则1变切换为1工，2泵变频运行，如果压力仍达不到，2变切换为2工，启动3变，三台泵同时工作以保证供水要求。 这样的切换过程有效地减少泵的频繁起停，同时在实际管网对水压波动做出反应之前，由变频器迅速调节，使水压平稳过渡，从而有效的避免了高楼用户短时间停水的情况发生。 以往的变频恒压供水系统在水压高时，通常采用停变频泵，再将变频器以工频运行方式切换到正在以工频运行的泵上进行调节。这种切换的方式理论上要比直接切换工频的方式先进，但其容易引起泵组的频繁起停，从而减少设备的使用寿命。而在该系统中采用直接停工频泵的运行方式，同时由变频器迅速调节，只要参数设置合适，即可实现泵组的无冲击切换，使水压过渡平稳，有效的防止了水压的大范围波动