（机械工程专业论文）二氧化碳灭火系统阀门工作可靠性测试装置的研究.pdf

二氧化碳灭火系统阀i 作可靠性试验装置的研究 中文提要 二氧化碳灭火系统是气体自动灭火系统之一，也是目翦我国消防产晶中实际 生产量较大的一炎产品。容器阀、选择阀、单向阀等管道阀门作为二氧化碳系统 中麴主要缀成部分，它们懿姥聿每和蛀毙对= 氧化碳灭火系绫豹设谤和正常运行起 到重要的作用。因此，建造一套二氧化碳灭火系统阀门工作可靠憔试验装擞是非 鬻必要懿，其寿凝显蕊季会效益帮经济效蔻。 容器阀、选择阀、单向阀等管道阀门在二氧化碳灭火系统管邋中承受1 5 m p a 酶工雩# 压力瞬闻酌开寤对于三种阀门来说至关重瑟。溺门的可靠经决定了系统的 可靠性。随着气体灭火系绫新产品的发展，工作压力向压力系列瀚端扩展，则对 试验装置的要求也越来越商。二氧化碳灭火系统阊1 - 1 3 2 作可靠性试验装置怒依据 国家标准g b1 6 6 6 9 1 9 9 6 1 。1 二氧化碳灭火系统及部l 牛通蹋技术象 牛孛鹣关于 二氧化碳灭火系统容器阀、选择阎、单向阀及驱动装置的性能要求和试验方法设 嚣茨。霹辩龟蓑鬏满是了公共安全露、莹标瀑g a 4 0 0 2 0 0 2 碍中的美予气俸灭炎系 统容器阎、选择阀、单向阀的相关臻求。该装置包括空气压缩机、储气瓶组及集 瀛管、配气台、溺门可靠褴工作台、阀门密葑试验装置、嫫撅阀门在允诲激高和 最低温度下工作的试验装鼹、输气管路、压力监测及显示装置等部分。该装置的 研制过程中首先收集了稻关资料，调研了肖关生产企业，并认真学习了关于可靠 性方面的蠢关知识。然后确立了装嚣的总体设计方案，设计、加工了各秽部件， 井选型、采购了相关设备。之后进行管路设备的安装调试，并进行了试验验证。 试题+ 跨况表明：浚试验装鼍设计合理、结搴奄紧凑、性戆稳定霹靠，各矮援拳 指标均满足产品的检测的要求。被认定为网家级成检中心执行g 81 6 6 6 9 、g a 4 0 0 豹标准检溅装置。 关键谣；= 氧彳乏簸、灭炎系统、容器阀、选择润、单囱闽、工作w 靠性、试验装 置 = 氧纯壤灭火系统阈f j 工作可靠性试骏装麓瓣研究 a b s t r a c t c a r b o nd i o x i d ee x t i n g u i s h i n gs y s t e mi s onek i n do ft h ea u t o m a t i cg a s e x t i n g u i s h i n gs y s t e m s a tp r e s e n t ，i ti sa m a i nf i r ep r o d u c ti no u rc o u n t r y c o n t a i n e r v a l v e s ，s e l e c t o rv a l v e s ，c h e c kv a l v e sa r et h es i g n i f i c a n tp a r t so fc a r b o nd i o x i d e e x t i n g u i s h i n gs y s t e m ，t h e i rs t r u c t u r ea n df u n c t i o ni si m p o r t a n tf o rd e s i g n i n ga n d r u n n i n gc a r b o nd i o x i d ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m t h eo u t p u to fc o n t a i n e rv a l v e s ，s e l e c t o r v a l v e s ，c h e c kv a l v e si sg r e a ta m o n gt h ef i r ep r o t e c t i o np r o d u c t s ，t h e r e f o r e ，i ti sv e r y n e c e s s a r yt ob u i l d8t e s t i n gd e v i c eo fw o r k i n gr e l i a b i l i t yf o rv a l v eo fc a r b o nd i o x i d e e x t i n g u i s h i n gs y s t e m 。i ti so b v i o u s l yp r o v i d i n gs o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t c o n t a i n e rv a l v e s ，s e l e c t o rv a l v e s ，c h e c kv a l v e sa n do t h e rp i p ev a l v e s w i t h s t a n da15 m p aw o r k i n gp r e s s u r ei n p i p e l i n eo fc a r b o nd i o x i d ee x t i n g u i s h i n g s y s t e m ，t h ec a p a b i l i t yo f o p e n i n gm o m e n t a r i l yi sv e r yi m p o r t a n tf o r t h et h r e ek i n d so f v a l v e s ，r e l i a b i l i t yo fs y s t e md e p e n d so nr e l i a b i l i t yo fv a l v e s ，w i t hd e v e l o p m e n to f n e w p r o d u c t so fg a se x t i n g u i s h i n gs y s t e mt h ew o r k i n gp r e s s u r ec l a s so fs y s t e mi s m u c hh i g h e r s or e q u i r i n gf o rt e s t i n gd e v i c ei sm o r ea n dm o r e r e s e a r c h i n gf o r t e s t i n gd e v i c eo fw o r k i n gr e l i a b i l i t yf o rv a l v eo f c a r b o nd i o x i d ee x t i n g u i s h i n gs y s t e m i sa c c o r d i n gt ot h ep e o p l e sr e p u b l i co f c h i n a sc o u n t r ys t a n d a r dg b t1 6 6 6 9 1 9 9 6 1 l g e n e r a lt e c h n i c a ls p e c i f i c a t i o n sf o rc o m p o n e n t so fc a r b o nd i o x i d ef i r e e x t i n g u i s h i n gs y s t e m s ) ) ( c o n s t i t u t e sp e r f o r m a n c er e q u i r e m e n ta n dm e t h o do ft e s tf o r c o n t a i n e rv a l v e s ，s e l e c t o rv a l v e s ，c h e c kv a l v e so fc a r b o nd i o x i d ee x t i n g u i s h i n g s y s t e m ) a tt h es a m et i m e ，r e f e r e n c i n gt oc o r r e l a t i v er e q u i r e m e n to fg a 4 0 0 8 la b o u t c o n t a i n e rv a l v e s ，s e l e c t o rv a l v e s ，c h e c kv a l v e so fg a se x t i n g u i s h i n gs y s t e m t h i s d e v i c ei n c l u d ea i rc o m p r e s s o r 、g a ss t o r a g ec o n t a i n e r s 、m a n i f o l d 、c o n l r o lt a b l e 、v a l v e w o r k i n gr e l i a b i l i t yd e v i c e 、v a l v el e a k a g et e s td e v i c e 、t e s td e v i c eo fs i m u l a t i n gt h e h i g h e s tw o r k i n gt e m p e r a t u r ea n dt h el o w e s tt e m p e r a t u r e 、g a st r a n s p o r t a t i o np i p e 、 p r e s s u r ei n s p e c t i n ga n ds h o w i n gd e v i c ea n ds oo n i nt h ec o u r s eo fd e v e l o p m e n t f i r s t l yw eg a t h e r e dc o r r e l a t i v ei n f o r m a t i o na n di n v e s t i g a t e di n t e r r e l a t e dm a n u f a c t u r e r , b e s i d e sw es t u d i e dk n o w l e d g ec o n c e r n i n gw o r k i n gr e l i a b i l i t y , a n dt h e nw ee s t a b l i s h e d d e s i g np r o j e c t ，a tl a s tw ep r o c e s s e da l la s s e m b l i e sa n ds t o c k e dc o r r e l a t i v ee q u i p m e n t s + a f t e ri n s t a l l a t i o na n dd e b u g g i n go fa l le q u i p m e n t sw ec a r r i e dv a l i d a t i n gt e s t t h e e x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h i st e s t i n gd e v i c eh a sr e a s o n a b l ed e s i g n ，m i n o rs t r u c t u r e ， r e l i a b l ec a p a b i l i t y ，a n dt h ei n t e g r a lt e c h n i q u ep e r f o r m a n c eo ft h i sd e v i c em e e tt e s t i n g 2 二氧化碳灭火系统阀门一 作可靠性试验装置的研究 r e q u i r e m e n tc o m p l e t e l y i ti sf i r m l yb e l i e v e dt h a t t h i sd e v i c ei s t h en o r m a t i v et e s t d e v i c ef o rt h en a t i o n a lc e n t e rf o rq u a l i t ys u p e r v i s i o na n dt e s tp e r f o r m sg b1 6 6 6 9 a n d g a 4 0 0 关键词：c a r b o nd i o x i d e ，e x t i n g u i s h i n gs y s t e m ，c o n t a i n e rv a l v e s ，s e l e c t o rv a l v e s ， c h e c kv a l v e s ，w o r k i n gr e l i a b i l i t y 、t e s td e v i c e 3 二氧化碳灭火系统阀门l 作可靠性试验装置的研究 第一章前言 随着现代灭火技术的发展，在固定灭火系统中，二氧化碳灭火系统自五十年 代起开始在我国应用，至今越来越多的特定场所大量使用二氧化碳灭火系统。在 国际上己广泛地应用于许多具有火灾危险的重要场所，国际标准化组织和美国、 英国、e t 本、俄罗斯等工业发达国家都已制订有关二氧化碳灭火系统规范和产品 标准并建立相应的检测装置。二氧化碳灭火系统中的容器阀、选择阀、单向阀、 驱动器等构成部件的结构和性能对系统的正常使用起到关键作用。 在现行国家标准g b j l 6 建筑设计防火规范【2 i 和g b 5 0 0 4 5 高层民用建 筑设计防火规范 3 1 中明确规定对于重要的保护场所必须设置二氧化碳灭火系 统，用以有效保护人身和财产的安全。为合理地设计、施工、验收，国家还制订 了g b 5 0 1 9 3 二氧化碳灭火系统设计规范【9 l 和g b 5 0 2 6 3 气体灭火系统施工和 验收规范【2 4 】据质检机构粗略统计二氧化碳灭火系统是目前我国气体消防产品中 实际生产量最大的一类产品。发生火灾时正常启动二氧化碳灭火系统的关键之处 有二点，之一是火灾报警探测系统能够快速确定火灾的发生并及时输出控制驱动 信号指令灭火( 此任务由探测报警系统完成，不属本课题内容) ；之二是二氧化 碳灭火系统在接受到火灾信号后( 或手动或机械应急) ，驱动装置启动，自动打 开储存灭火剂的容器阀、选择阀、单向阎等关键部件，将二氧化碳灭火剂及时喷 放到被保护区域扑灭火灾。因此容器阀、选择阀、单向阀在允许的工作条件下是 否准确开启即工作可靠性直接关系到灭火成败。所以容器阀、选择阀、单向阀也 称为二氧化碳灭火系统的心脏，其性能必须进行严格的考核，在产品的试制、生 产、销售、质量监督等过程中均应高质量的满足g b l 6 6 6 9 的要求，为此作为国 家固定灭火系统和耐火构件质量监督检验测试中心建立容器阀、选择阀、单向阀 工作可靠性试验装置是非常必要的，为企业和消防质量管理部门提供一套科学的 检测和质量监督手段，以推动整个气体灭火系统的产品向蓿质量更加完善、性能 更加可靠的方向发展。具有明显的社会效益和经济效益。 二氧化碳灭火系统作为一种成熟的产品，许多地方已将其作为主要的消防手 段应用到不同的场所。其灭火的可靠性和实用性已经被人们所共识。但是，目前 二氧纯碳灭炙系统阀门王佟可靠 生试验装鬟的研究 市场上该产品质量参差不齐、鱼她混杂，不但使一些磁照优良、性能可靠的产品 受到劣质产鼎的牵连，而且这些劣质产品更是给国家和人民的生命财产安众带来 了巨大的威胁。因此，为了规范市场，提高生产厂家的产品质量，有必要对露藏 枣场土各个生产厂家静产鑫逶萼予裣溅，装置静建立以弼予对该类产品逶行鸯效魏 质量控制，来验证该类产品的设计生产。 该项目来源于1 9 9 8 年公安部科学技术研究计划( 消防部分) 编号9 8 8 5 0 1 项 目名称为二氧化碳灭火系统及部件检测装置的研究：b 类：本项目谍蹶研制 七鳃二氧毒艺碳系统部 孛茨试验装嚣。毯据系统聱 孛翡“强度试验装置”、“等效长 度试验装置”、“喷嘴的耐热压力和耐热冷击试验装鬣”、“流量特性试验装鬣”、 “喷射特性试验装置”、“密封试骏装置”、“阀门工作可靠性试验装置”。雄项目 是其中的一部分。 试验装萋特患及技术揍标： 1 、遥褒聪力范围广满足不同莲力静气体灭火系统1 1m p a 、2 5m p a 、 4 2m p a 、1 5 0m p a 、2 0 0 m p a 、3 0 0m p a 并可以实现无级调节； 2 、适用产品种类多一一满慰不同的气体灭火系统如：c o s 、h f c - 2 2 7 e a 、 h f c 一2 3 、i g 0 1 、i g 一1 0 0 、i g - 5 5 、i g - 5 4 1 、1 2 1 1 、1 3 0 1 等。满足不 嚣瓣阙门麴：容器翊、慈耩润、摹囱阑、驱动稳等； 3 、满足的标准多g b l 6 6 6 9 、g b l 6 6 7 0 、g a 4 0 0 、g b 7 9 5 、g b l 4 1 0 3 、g b l 4 1 0 5 、 u l 2 1 2 7 、u l 2 1 6 6 等； 4 、适用阀门公称口径范围广4 硼2 0 0 i l i n ； 5 、试骏滠发条锌多常懑；2 0 5 ；最低工 窜滋度：一3 04 c ；壤怒工终 溢度：2 5 0 ； 6 、装镶的自身安全性要求高装置的最高工作臌力：3 0 m p a ： 7 、试验介质：压缩空气： 8 、环境激发：小于8 5 ： 9 、工露恕蘧：2 2 0 v a c 。 国内外情况介绍： 国内生产厂的阀门工作可靠能试验装置均比较简单，一般有小气量贮气瓶、 。 _ 二氧化碳灭火系统阀门l ：作可靠性试验装置的研究 减压阀、手动充气阀( 或电磁充气阀) 、试验接口组成，很难维持大气量恒压要 求。控制较简单，基本以满足生产需要为目的。 国外气体灭火系统产品生产公司基本没有建立此套试验装置，只有日本能美 公司和美国a n s u l 公司按我国的标准要求建了一套简易的试验装置。 自开展该项目研究以来，首先认真研究g b l 6 6 6 9 标准的性能要求和试验方 法并收集国内外的相关资料，调研了有关生产企业。认真学习了关于可靠性方面 的有关资料。确立了装置的总体设计方案，设计加工气瓶、管路、工作台、配气 台、控制台等。选型并采购空压机、钢瓶控制阀门、高低温度箱等。然后进行管 路安装调试，并进行了大量验证试验。 装置的技术关键难点： 1 对气缸进行设计，确定几何尺寸并进行强度计算和可靠性计算。将可靠 性理论和压力容器理论有机地应用于消防行业。以前还没有针对消防产 品及试验设备用的压力容器进行可靠性方面的计算( 尤其低循环疲劳容 器) ，仅仅进行工作可靠性的试验验证。本课题提出了对容器阀、选择 阀、单向阀、驱动器等进行可靠性设计的方法。并对本课题中的试验设 备中的压力容器进行了可靠性的计算，能满足国家标准对试验装置的要 求。 2 系统设计压力的确定。为了使该装置的适用范围更广，适应气体灭火系 统产品的发展。不仅局限于二氧化碳灭火系统地工作压力范围，而将系 统设计压力确定为3 0 m p a 。为此对装置的部件选择要求更高，对装置的 安全性、可靠性等要求更高。 3 空气压缩机的选取。空气压缩机是本套装置的核心之一，由于装置设计 输出最高工作压力为3 0 m p a ，因此所选用的空气压缩机的供气压力应高 于3 0 m p a 。通过调研，能达到该压力值的国产空气压缩机存在体积庞大、 占地面积大、噪声大、耗电大、水冷却、安装困难等方面的不足。为此 选用了澳大利亚英格索兰( i n g e r s o l l r a n d ) 公司生产的h 1 5 t 4 型空气压 缩机，该机从根本上解决了国产空气压缩机的不足。这也是该设备在气 体消防行业的首次应用。 二袋传畿爱火系统蠲门工搏霹靠性试验装耋熬觋梵 4 装置的管路管件高压密封问题。本装簧要求输出最高工作压力达3 0 m p a ， 且按标准要求“从0 i m p a 3 0 m p a 范围内压力可调，管路管件高压下密 封良好”。装鬣的所有部件均进行强度计算校核，它们之闻的连接，从 毫匿气菇( 镶糕、枣嚣阀、褰压软繁、集鼗管) 到酝气套( 警露、阙 1 ) 、 工作台( 气缸) 所有供气管路均采用不锈钢管路并采翊氯弧焊焊接。采 用军工企业按军标生产的不锈钢管路连接件，密封形式为球型头硬密封 连接。安装以后通过对管路进行强艘和密封试验，均束出现渗漏和破裂 理象。 试臻情况表黉：该试验装置设诗合理、结籀紧凑、节髓离效、健麓稳定可靠， 其嫩体技术性能已经满足产品检测的需要。 氧纯磺灭炙系统瓣| l 一终司赣蛙试验装置豹垂螽巍 第：章二氧化碳灭火系统概述 二氧他碳是一耱能够罔于挣救多种类型火灾的灭火剂，它的灭火作用主要相 辩减少空气中豹氧气食爨，降羝爨烧物懿滚滚，饺火焰熄灭。二氧纯瑗是一耪媾 性气体，对绝大多数物质没有破坏作用，灭火后能很快散逸，不留痕迹，又没有 毒性。它适用于扑救各种可燃、易燃液体和那些受到水、泡沫、干粉灭火剂的沾 污丽容易损坏的固体物质的火灾。另外二氧化碳是一种不导电的物质，可用于扑 救掺惫设备懿火灾。翳楚，在嚣际上已广泛缝疲鼷予许多其毒火灾鑫验戆重要糖 掰。 由于卤代烷灭火系统中氟氯烃对地球大气臭氧层的破坏作用，公安部和消防 行业管理办公室以公消 1 9 9 6 1 6 9 号文明确规定，对应设置气体灭火系统的场所推 荐搜弱二氧化碳灭火系统，著壶全国消防标凇化技术委员会予1 9 9 6 年割定了二 氯纯狻灭火系统及部 孛邋羯接术条箨( g b1 6 6 6 9 1 9 9 6 ) 携鬻窳拣准。二氧证碳 自动灭火系统具有自动扁动、手动启动及机械应急启动功能。它可以扑灭气体、 液体戚可熔化的固体( 如石蜡、沥青等) 火灾，固体表面火灾殿部份固体( 如棉 花、纸张) 的深位火灾、电气火灾。由于二辍化碳灭火剂价格低廉且不污物品、 秃零渎、不导毫、灭火凌麓强、敌特爨透蠲予教装滚落疼痨、交( 琵) 毫室、毫 予计算机房、数据储存库、中心控制室、通讯机房、配电房、黼书馆、档案馆、 博物馆、飞机库、汽车库、船舱、棉花、烟萆、皮毛储存库以及生产作业火灾危 险场所，如浸槽、烘干设备、炊事炉灶、喷漆生产线、煤粉仑等场所，也可用于 镰妒爨重纹器设冬f 9 】。投摄我国经济建设黪辫要，在理彳亍国家标壤g b j l 6 1 9 9 8 建筑设计耪火援范和g b 5 0 0 4 5 一，1 9 9 5 离层民薅建筑设计防火靓范中对 于应设景二氧化碳灭火系统的场所做出了明确规定，这对我国二氧化碳灭火系统 的推广应用起到积极的促进作用。因为容器阀、选择阀、单向阀等管道阀门作为 二瓴优碳系统中的主要缀成部分，所以首先必须了解二氧化碳自动灭火系统是气 俸灭火系绕缝藏霸工童筝髹理。 一、= 氧化碳灭火系统分类 二氧化碳灭火系统分为两种类型，即全淹没系统和局部应用系统。全淹没灭 二氧化碳灭火系统阀门 ：作可靠性试验装置的研究 火系统应用于扑救封闭空问或相对封闭空i 刈内的火灾，二氧化碳在保护空间里形 成均匀的灭火浓度，并保持一段必需的时问，而达到灭火的目的。局部应用灭火 系统应用于不需要封闭空间的具体保护对象的非深位火灾，与全淹没系统不同， 是采用专用的喷嘴，使喷放出来的二氧化碳能直接、集中地喷放到正在燃烧的物 体表面。并要求喷放的二氧化碳能穿透火焰，并在燃烧的物体表面上达到一定的 供给强度，延续一定的时间，即能扑灭火灾。按使用方式不同又可分为组合分配 系统和单元独立系统。 组合分配系统是一套灭火剂贮存装置，通过选择阀和单向阀的控制，保护多 个防护区的灭火系统。见图2 一l 二、二氧化碳灭火系统的组成口1 二氧化碳灭火系统的组成一般包括如下部分：储气钢瓶、主动容器阀、从 动容器阀、驱动气瓶、驱动器、集流管、单向阀、压力开关、选择阀、泄压装置、 金属软管、喷嘴以及启动系统的管路附件、灭火剂输送管路附件、称重检漏装置 和储气瓶支架、报警和控制装置等( 见图2 - 1 二氧化碳灭火系统组成) 。其中容 器阀、选择阀、单向阀等管道阀门作为二氧化碳系统中的主要组成部分，它们的 结构和性能对系统的设计和正常运行起到重要的作用。 二氧化碳灭火系统阀门工作可靠性试验装置的研究 1 灭火剂储瓶( 含容器阀及虹吸管) ； 2 集流管( 连接各储瓶出口) 3 储瓶出口的连接软管； 4 单向阀； 5 选择阀； 6 启动装置( 包括气动、电磁、机械、手动等方式) ； 7 喷嘴： 8 火灾探测器； 9 报警和控制设备： 1 0 灭火剂输送管道； 1 1 探测、控制线路 图2 - 1 二氧化碳灭火系统组成 二：氧忧碳灭火系统耀耀l 一作可靠性试骏装置的研究 厂 l ，一! 誊羔羹、 l 遗风换气卜一一i 一诙 躐2 2 二氧住碳灭火系统控制系统方框圈 三、= 氧能磺灭火系统的靛制程序 一令完熬鹣二畿纯碳灭火系统按到程序程痔大致氇菇如强2 2 静凌容与黟 节a 当被保护的区域发生火灾，某感烟或感温探测器最先捕捉到火警信息，输给 报警控翱设餐；继纛又有另一个探溺器搪提爨火警镄怠赣绘壤警控鞠设备，彩残 “与门”。此时，即行发出火灾报警信号及发送灭火指令。灭火指令和火灾报警 夯可由入蟊测后人为发出。灭火指令下达至灭火系统启动规定了延逡过程，般 规寇为o - 3 0 s ，可根据实际情况设定。这一敬时间是鼯给人们安全撤离灭火区域 用的。 氧化碳灭火系统阀f j ：作可靠性试验装置的研究 ( 1 ) 单元独立系统工作原理 当保护区发生火情时，灭火系统有三种启动方式： 自动启动：此时感温探测器、感烟探测器发出火灾信号报警，灭火控制装置 发出联动指令，关闭联锁设备，发出灭火指令，则驱动器动作刺破主动容器阀膜 片，释放启动气体，开启各储气瓶容器阀，从而释放灭火剂，实施灭火。 电气手动启动：在自动控制状态，仍可人工按下手动按钮进行紧急启动。 机械应急启动：在灭火控制装置不能发出灭火指令时，或电磁驱动失灵时， 可采用机械应急启动，此时可用力击打电磁阀推杆或拉开容器阀上的各凸轮搬 手，使各容器阀打开，释放灭火剂，实施灭火。 ( 2 ) 组合分配系统工作原理 组合分配系统是由一套灭火装置通过选择阀和气控单向阎的控制，保护多个 防护区的灭火系统，除采用选择阀和气控单向阀组合分配控制外，其余与单元独 立系统相同。其工作原理图见图2 1 二氧化碳灭火系统阀门工作可靠性试验装置的研究 第三章一门结构及可靠性分析 一、 窖叠阀 1 、阀门结构( 见图3 1 - 1 ) 3 1 阀门结构及规格 x ，t t ， 一6 j 气土 8 ，t 涌j l 百一9 | ，j ， 1 0 6m p a 泄放压力：1 9 0 9 5 m p a 钢瓶容积：4 0 l ：7 0 l ：9 0 l 二、选择阀 1 、阀体结构( 见图3 一1 2 ) 二氧化碳灭火系统阀门工作可靠性试验装置的研究 2 、工作原理：平时选择阀处 j 关闭状态，当选择阀对应的保护区发生火警 时，火灾报警控制器输出指令信号，启动该区域的选择阀以便打开此区域的选择 阀。电信号打开选择阀对应的驱动气瓶，氮气通过控制管路、通过接头1 7 进入 驱动腔推动项杆，使气缸活塞1 3 移动退出顶杆。此时气瓶瓶头阀先于选择阀打 开二氧化碳气体进入阀体推动阀芯4 将阀芯打开，二氧化碳气体进入管网。也可 采取手动方式扳动手柄1 4 把选择阀打开。 3 、技术参数： 设计压力：1 5 m p a 公称通径：2 0 ：2 5 ：3 2 ；4 0 ；5 0 ；6 5 ；8 0 ；1 0 0 ；1 2 5 ：1 5 0 、 2 0 0 m m 手动力：1 5 0 n 开启方式：气动、手动 开启压力：3 0m p a 使用温度：一2 0 c 4 9 c 连接方式：法兰、螺纹 具体性能如下 型号公称通径工作压力开启压力连接方式各注 ( m m )( m p a ) ( m p 小 x f 2 0 1 22 01 21 0r e l x f 2 5 1 22 51 21 0r c l x f 3 2 1 2 3 21 2 1 o r e l 坛 x f 4 0 1 24 01 2 1 o r c l x f 5 0 1 25 01 21 0r c 2 x f 6 5 1 26 51 21 or c 2 k x f 8 0 1 28 01 21 ，o法兰 x f l o o 1 21 0 01 2 1 o 洼兰 x f l 2 5 1 21 2 51 21 0洼兰 x f l5 0 1 21 5 01 2 1 o法兰 x f 2 0 0 i22 0 01 2 1 0法兰 4 、用途 选择阀是由阀体部分、气缸部分组成，安装在组合分配系统的各集流管上。 当防护区需实施灭火时，首先由自动或手动信号启动气瓶上的电磁阀，使气瓶的 二氧像袋灭戈系统阀门工撵掰禳性试验装量夔骚畿 气体潺过驱动管路先猴幼选择阀的驱动汽缸将锁止机构打开，即掇制气体进入气 缸活潦推动上端的连动片，使锁住阀体的杠杆松开，同时驱动气瓶的气体从出气 口流向启动气体控制管路，分别开启主动瓶容器阀和各从动瓶容器阀，释放出储 i 、螺钉 i o x 3 51 3 、气缸活塞 2 、阀体1 4 、手柄 3 、0 型密闭圈3 2 * 31 5 、密封垫 4 、阀芯1 6 、螺钉m 6 6 5 、o 型密闭圈4 0 * 3 i 1 7 、接头 6 、o 毽密 j l 匿1 8 i 。6 51 8 、密封垫 7 、o 麓蜜翅霞4 6 2 * 3 。5 51 9 、鳔钌戳$ 2 s 瓢游羞2 0 、气缸盖 9 、试压盖2 l 、止退销 1 0 、0 趔密闭圈1 2 i 9 2 2 、弹簧 i i 、0 型密闭圈1 8 2 42 3 、紧钉螺钉 1 2 、弹簧 蚕3 。l 之遴爨阕结鞠鍪 气瓶中的灭火裁。汇集予集流管中的灭火荆捺开选择闽活塞进入阀体，跌接管中 流向该选择阀控制的防区管网，由喷嘴喷出，实施灭火。 二氧化碳灭火系统阀门工作可靠性试验装置的研究 三、 簟向一 1 、溷体结构( 见翻3 - 1 - 3 ) 1 、阀体 2 、孔璃弹簧搂灏 3 、挡摄 4 、钢球 5 、0 整密越圈 6 、0 泌密封圈 图3 - l 一3 单向阀结构图 2 、工终嚣瀵 液体零邂澜通常采用钢球4 与弹救密封件5f b - j 保证密封效果，钢球4 与弹髓 整鹭释5 阕魑线影接舷，密辫效浆较静。滚_ 薅萋囊瘸蜜装程集滚警上，邋过裔逶 胶管与储存瓶相连接，各瓶c 0 2 灭火荆通过液体单向阀进入集流管，向保护区 释放c 0 2 必火测，液俸单向阙掰l 嚣止c 0 2 灭火荆从集滚锈恻流圈磁黟瓶。 3 、甩途 滚滚零趱耀安装在各集澈警麴避掰上，通过鑫矮欲管与签器阗的二戴化碳出 气口相连按。用予防止灭火剂从集流静中倒流至储气瓶中。间时还傈诚储气瓶缀 在检修，鼹换过稷中，灭火系统能难常使用。 4 、蓑拳参数：浚诗压力：1 5 m p a 公称通径：1 5 m m 开雇方式：鑫动蓑糕 开启压力：o 0 2 m p a 二氧化碳灭火系统阀门工作可靠性试验装置的研究 使用温度：一2 0 。c 4 9 c 连接方式：螺纹 3 2 二氧化碳灭火剂性质7 1 二氧化碳灭火剂是- 4 十最常见的气体灭火剂。到目前为止，尽管出现了多种 高效的气体灭火剂，由于二氧化碳易于制造，价格低廉，仍在很多方面得到应用。 因为二氧化碳灭火系统管道中的灭火剂是二氧化碳，所以要研究其阀门等效长度 就必须了解二氧化碳的物理性质。 二氧化碳又称为碳酸气，再标准状况下是一种无色无味的气体。它的有关物 理性质常数见表3 - 2 1 。 表3 - 2 1 二氧化碳的物理性质 名称二氧化碳 分子式c 0 2 分子量4 4 0 1 熔点( 5 2 6 9 k p a ，o c ) 5 6 6 沸点( 1 0 1 3 k p a ，o c )7 8 5 ( 升华) 密度( o o c ，液态，g c m 3 ) 0 9 1 4 密度( o o c ，气态，w e ) 1 9 7 7 比重( 气体，空气= 1 )1 5 2 9 折射率( 气体，( n 一1 ) + 1 0 6 ，d 线，0 0 c ，1 0 1 3 k p a ) 4 4 8 1 粘度( 气体，2 0 0 c ，( p a s ) ) 1 4 7 * 1 0 表面张力( 液体，5 2 2 。c ，n m ) o 0 1 6 5 临界温度( o c ) 3 1 3 5 临界压力( k p a )7 3 9 5 临界密度( d c m 3 ) 0 4 6 熔解热( 熔点，k j k g )1 8 9 7 蒸发热( 溶点，k j k g )5 7 7 比热容( 气体，1 5 0 c ，恒压，k j k 2 )0 8 3 3 导热率( 气体，0 0 c ，j k g k )o 1 4 7 二：氧纯碳灭炙系统阉门叫 搏霹靠瞧试虢装麓鲮研究 二氧化碳有三种物理状态，即气态、液态、固态。二氧化碳以那种物理状态 存在决定于它的温度和压力。圈3 - 2 - l 是在体积恒定的条件下，温度和压力的二 氧纯碳的物爨状态变化影响的关系曲线。曲线中的a 点是撼界点，与此点对应 懿l 强赛瀣发酾稳赛压力势爱为3 1 3 5 0 c 耪7 3 9 5 m p a 。警钵系斡漫疫趣遘貉赛滠 度，它不受压力的影响，完全以气态的形式存在。隧赣温度的升高，压力急剧上 升。曲线中的b 点为二氧化碳的三相点，与它相对殿的温度压力分别为。5 6 6 0 c 和o ，5 2 6 m p a 。在三相点，它以气、液、固三种物理状惑熬存。在一5 6 。6 0 c 一3 1 3 5 0 c 魏涅度莛嚣凑，强气疆移滚翅秀葶孛形式存在，气程彝渡籀戆魄镶壶褰器痰豹瀑度 和压力决定。体系的温度低予+ 5 6 6 0 c 时，只跌一捐的形式存在。在三福患以上， 压力随温度的上升而增加，随着压力的上升，液相上方的蒸汽密度也增加。与此 相反，随着激度的上升，液体的密度下降。当体系的温度上升到临界点a ( 3 t + 3 5 。c ) 时缓髂静密度与蒸汽豹密疫相等，因此波鞠不毙保持了( 见裘2 - 2 - 2 ) 。 鸯1 8 奋1 6 | 1 4 j 控l 1l 一8 0 蜘4 0- 2 002 04 06 0 激ec ) 圈3 - 2 1密闭容器瘫二氧谨碳垂力与湿度的关系 二氧化碳灭火系统阀门工作可靠性试验装置的研究 表2 - 2 2 密闭容器内的二氧化碳密度与温度的关系 温度( o c )压力( k p a )液体密度( g c m 3 )气体密度( 毗m 3 ) 03 4 7 5o 9 1 40 0 9 6 53 9 5 20 8 8 8o 1 1 4 1 04 4 7 90 8 5 6o 1 3 3 1 55 0 6 6o 8 1 4o 1 5 8 2 05 7 0 50 7 6 60 1 9 0 2 56 4 1 40 7 0 30 2 4 0 3 07 1 6 40 5 9 80 3 3 4 3 l t 3 57 3 8 70 4 6 40 4 6 4 图3 2 2 不同充装密度下温度压力曲线 当通过排放口将钢瓶中的二氧化碳蒸汽放出时，钢瓶中的压力就会下降，部 分液相二氧化碳蒸发，留下的液体逐步变冷。当压力降低到0 5 1 7 m p a 时，留下 二氧化碳灭火系统阀门：作可靠性试验装置的硎究 的液体会转变为干冰，相应的温度为5 6 6 。c ，压力进一步降低到与大气压相等 时，干冰的温度将降到7 9 0 c 。向大气中排放液体二氧化碳时，其过程与上述的 情况是一样的。大部分液体闪蒸成大量的二氧化碳气体，另一部分则变为干冰。 对于不同充装密度下的温度压力曲线见图3 2 2 。 3 3 可靠性分析i l l l 可靠性作为机械产品的性能特征，它表示产品在规定的：j ：作条件下及规定的 使用期限内保持规定质量指标的能力。因为用户总是希望所用的产品，从复杂的 机械电子设备直到简单的家用电器等，能有效可靠地工作。显然不可靠或可靠性 差的产品是不能在规定条件下有效地完成预期的工作。就二：氧化碳灭火系统而 言，所有部件的正常工作是保证系统正常工作的前提。每一个灭火系统部件的可 靠性是系统可靠性的核心。如果出现不可靠就会带来巨大的经济损失，造成灾难 性的后果。二氧化碳灭火系统部件如容器阀、选择阀、单向阀的可靠性取决于阀 门的结构、材料、加工、管理等各种因素，制造和使用阶段保证了产品可靠性指 标的实现。经验证明在设计、制造、使用三个阶段中，设计决定了产品的可靠性 水平，即产品的固有可靠度。而制造和使用对提高产品的可靠性指标，有积极的 影响，但其主要的任务是保证产品的可靠性指标的实现。因此产品可靠性设计的 重要性就不言而喻了。 可靠性的研究方法：研究产品的可靠性主要有两种方法( 1 ) 经验的方法：一 种定型的产品，无论在设计、加工、制造、试验和使用等方而，都积累了一定的 经验，把这些经验综合起来，便可使它成为判断和改进产品i j + 靠性的依据。因此， 对整个过程中各个阶段的各种数据进行收集和分析在可靠性技术中占有极重要 的地位。一个技术人员对于设计的产品的安全系数的取值，就完全取决于他的经 验；同样，人们也可以根据某些产品的实际工作寿命，估计出该产品的平均寿命。 经验方法的优点是直观，实践性强：其缺点是缺乏理论根据，它回答不了“当某 些基本因素变化一定数量后，产品可靠度将发生多大的变化? ”这一类定量的问 题。( 2 ) 模型方法：对产品的可靠度建立一个分析计算的模型，一方面把材料强 度看作随机变量，且它是一些影响强度的随机变量的函数( 培本变量如温度、介 质、尺寸、表面光洁度和切槽等等) 。另方面，把零件的应力也看作一些基本 氧化碳灭火系统阀门t 作可靠性试验装置的研究 变量函数，( 诸如，应力集中程度，温度高低，不同加载方式下应力的组合 等等) 。然而，确定一个失效准则，建立强度、应力和可靠度三者的关系。( 即干 涉理论) 。这就是模型方法的实体内容。它的优点是能定量地分析判断可靠度和 失效概率，而且能定量地回答，当某一基本因素变化时，产品可靠度的变化。其 缺点是计算工作量大，且模型的好坏，对结果的影响很大。在现代可靠性问题的 研究中，往往把两种方法结合起来应用，取长补短，这样更奏效。 可靠性的各种统计指标： 1 )可靠度：是指产品在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的 概率叫做产品的可靠度。以r ( t ) 表示。 2 )累计失效概率：以f ( t ) 表示。 3 )失效密度：设n o 是受试产品的总数，n 是时刻t 到t + a t 时间间隔 内产生的失效产品数的比值。以f ( t ) 表示。 4 1失效率：以x ( t ) 表示。 可靠性的各种统计指标之间的关系： f ( t ) = ( t ) r ( t ) f ( t ) = 卜r ( t ) f ( t ) = ，0 tf ( t ) d t f ( t ) = ( t ) e x p 一，。，f ( t ) d t 当给出失效率函数 ( t ) 之后，便可知道f ( t ) ：当知道f ( t ) 之后，就 可求得f ( t ) ；当知道累计分布函数f ( t ) 后，便可求得可靠度r ( t ) 。 在讨论可靠性的时候，有时更关心产品的寿命问题。另部件从投入运行到 产生失效故障的平均工作时间平均寿命有多大? 另部件投入运行后，它出现故 障的时问t 是个随机变量，具有确定的统计规律性，因此求平均寿命的问题实际 上是求这个随机变量的数学期望。寿命指标是用产品的寿命数值来表示的，不同 的产品在不同的场合，需要知道不同的指标，可以根据具体的要求，设计一定的 试验来测定所需要的指标。 这两类指标间是有密切的关系的，可以互相换算。( 见图3 3 1 ) 氧化碳灭火系统阀门，1 一作可靠性试验装置的研究 图3 3 1可靠性指标间关系 由图可知在这些指标中关键的有四个即 ( t ) 、f ( t ) 、f ( t ) 、r ( t ) 。知 道了这四个中的一个，即可推出其他所有可靠性指标。研究可靠性，主要是通过 试验或实际运行累计的资料，掌握产品的失效分布及其分布参数，这样，便可掌 握产品的可靠度。为了确定分布参数还必须通过试验，对产品的分布类型进行试 验，掌握更多的数据。一般情况参数的分布是不知道的，在消防产品的可靠性设 计中我们认为参量服从正态分布，这些数据已通过大量的测试，数据来源可靠。 另外用正态分布来代替未知的分布可以得到偏于安全的结果。 可靠性由一个模糊的定性概念逐渐发展为以概率为基础的定量概念一一可 靠度或失效概率，它可以被计算、检验、证明，从而在工程设计中得到应用，这 是设计经验积累和技术进步要求产品系列化、标准化的必然结果。】由于可靠性 设计引入了概率统计的概念，因此，和常规设计法比较具有特殊性。 可靠性设计法认为作用在零部件上的应力( 广义的) 和零部件上的强度( 广 义的) 都不是定值，而是随机变量，具有明显的离散特性，数学上必须用分布函 数来描述。由于应力和强度都是随机变量，所以必须用概率统计的方法求解。可 靠性设计法承认所设计的零部件存在一定的失效可能性，即失效概率，但不能超 二氧德璜炎火系统阀f 作霹靠经试疆装置静鞲究 过技术文件所规定媳允许俊。因此它可以定基的回答产品程工作中姻失效概率或 可靠度，从而弥补了常规设计法的不足之处。 对于二氧蘧碳灭火系统部 孛毽为工 睾愿力轰褰，爨班避行可靠燃设毒于是非霉 有必要的。尤其各种阀门慰系统的核心则必须进行可靠性设计。 在可纛毪设诗计算中可以穆变豢谈鸯楚标准正态分布； 利用应力和强艘的数掌期望1 1 和标准簇o ： 采用“联结方程”或“稻合方程”( c o u p l i n ge q u a t i o n ) 上式将强度一应力和可靠度三者联系越来。u 称为联结系数或可靠性系数。 当计算密虿靠瞧系数u 嚣，藏霉壹表浓可靠度袋。稳菠当胃靠澄r 绘定， 同样可查表求可靠性系数u 。一般成力可以通过力学计算域有限元法等获得