离合器接合

离合器接合（共5篇）

离合器接合 篇1

摘要：对于摩擦离合器接合过程系统承载复杂,相关研究文献较少的现象,基于有限元数值仿真算法,以某湿式多片摩擦离合器为研究对象,考虑不同转速工况下,研究离合器接合过程中摩擦片的温度响应及热应力响应。研究表明,在不同转速工况下,摩擦片达到热平衡的时间基本相同,离合器系统达到热平衡时间随着转速的增大而增大;摩擦表面和非摩擦表面的温度上升及下降趋势有明显不同。

关键词：离合器,摩擦片,温度场,热应力,热流密度,对流热换系数

离合器用于同轴间的运动传递或转矩传递,可实现两轴同速同向转动。按离合器的结合方式可分为牙嵌离合器和摩擦离合器。牙嵌离合器结构简单,外廓尺寸小,能传递较大扭矩,但只宜在两轴不回转或转速差很小时进行结合,否则牙齿可能会因受撞而折断[1]。摩擦离合器可在任何不同转速条件下进行接合,且接合较平稳,冲击和振动较小,在过载时摩擦面将发生打滑,可防止零件损坏,但是摩擦片的相对滑动会引起摩擦片的磨损和发热[1],减少离合器的寿命。

摩擦离合器是传动系统的重要组成部分,摩擦片是离合器的重要零件之一,对离合器性能具有很大的影响[2]。限于摩擦离合器接合过程时系统承载的复杂性,关于离合器的研究文献还是较少。本文以某湿式多片摩擦离合器为研究对象,考虑不同转速工况下,离合器接合过程中摩擦片的温度响应特性和热应力响应特性,旨在为摩擦离合器的设计提供可靠的、有意义的依据,也为摩擦离合器的优化提供参考。

1分析模型

摩擦离合器在正常的接合过程中,从动轴转速从零逐渐加速到主动轴的转速,因而两摩擦面间不可避免地会发生相对滑动[1],从而导致摩擦片的磨损。为减少摩擦片的磨损,常采用耐磨材料制造摩擦片,过大的转矩也会导致摩擦片快速磨损,为增大传递转矩,常常增加摩擦片数目,但片数过多将使各层压力分布不均匀,导致离合器产生振荡,故摩擦片数目一般不超过12～15片。根据摩擦离合器接合时有润滑剂和无润滑剂,可将其分为湿式和干式摩擦离合器,本文选取某湿式多片摩擦离合器,其有摩擦片10片,对偶片11片,外径为490 mm,内径为330 mm,厚度为5 mm,离合器摩擦片的结构多为环形圆盘,这样的结构比较合适采用有限元方法分析[3,4]。图1所示为摩擦片的网格模型。

本研究中,所选摩擦离合器接合转速不大于630 r/min,最低接合转速为400 r/min,润滑油采用CD40型机油,其供油压力为(0.04～0.4)MPa,工作油压为(1.9～2.1)MPa。摩擦片和对偶片的材料均为45淬火钢,表1罗列了摩擦片和润滑油的相关材料参数。

2热分析理论

2.1热流密度

热传递是由于系统内或物体内温度不同而引起的,根据传热机理不同,传热的基本方式分为热传导、热对流和热辐射三种。一般情况下,物体的温度分布是坐标和时间的函数,即

T=f(x,y,z,t) (1)

由热力学第一定律可知,能量可以从一个物体传递到另一个物体,在传递过程中,其能量总值不变。设ρ为物体密度,c为物体的比热容,vx、vy、vz为热的质传速度分量,qv为内热源单位体积单位时间释放的热量,kx、ky、kz为物体在x、y、z方向上的导热系数,则对任一微单元可得

$\rho c\left(\frac{\partial {\rm T}}{\partial t}+v{}^{\text{Τ}}L{\rm T}\right)=q{}_v+L{}^{\text{Τ}}DL{\rm T}$ (2)

式(2)中$L=\left(\frac{\partial }{\partial x},\frac{\partial }{\partial y},\frac{\partial }{\partial z}\right){}^{\text{Τ}}‚v=(v{}_x,v{}_y,v{}_z){}^{\text{Τ}}$,

根据傅里叶定律可知,导热所传递的热量与温度梯度的绝对值成正比,与垂直于导热方向的截面积成正比,导热方向与温度梯度方向相反。故对于一般的表面,热流密度为

q=(qx,qy,qz)T=-DgradT=-DLTT (3)

2.2对流热换系数

CD40型机油在摩擦表面的流动可分为层流、过渡层流动和紊流三种类型。当Reynolds数小于2×105时,润滑油流动为层流;当Reynolds数在2×105～2.5×105之间时,润滑油流动为过渡层流动;当Reynolds数大于2.5×105时,润滑油流动为紊流。其中,Reynolds数Re及不同类型流动状态的对流换热系数hs计算公式为

$Re=\frac{\omega r{}^2}{v}$ (4)

层流:

$h{}_s=\frac{k{\rm N}{}_u}{r}=0.308k(m+2){}^{0.5}\left(\frac{\rho vc}{k}\right){}^{0.5}\left(\frac{\omega }{v}\right){}^{0.5}(5)$

过渡层流动:

$h{}_s=\frac{k{\rm N}{}_u}{r}=10\times 10{}^{-20}k\left(\frac{\omega }{v}\right){}^{4}r{}^7$ (6)

紊流:

$h{}_s=\frac{k{\rm N}{}_u}{r}=0.0197k(m+2.6){}^{0.2}\left(\frac{\rho vc}{k}\right){}^{0.6}\left(\frac{\omega }{v}\right){}^{0.8}r{}^{0.6}(7)$

式中,ρ,v,c,k分别为润滑油的密度、运动黏度、比热和热传导率;r为摩擦片表面任意点半径;ω为摩擦片旋转角速度;m为摩擦表面温度沿径向分布的指数常数。

3有限元模拟

3.1边界条件

摩擦离合器的接合过程属热-机耦合分析,实际上是热力学与结构分析嵌套组合分析[5,6]。离合器在接合过程中将具有相对运动的摩擦片与对偶片沿轴向不断压紧,直到摩擦片与对偶片同步旋转为止。离合器接合时,摩擦片与对偶片将发生相对滑动,假定摩擦力做的功全部转化为热能,本文通过在摩擦表面施加热流密度和对流热换系数的边界条件来模拟摩擦片的温度场及热应力。设p(t)为工作油压,μ为滑动摩擦系数,r为摩擦片半径,ω(t)为摩擦片与对偶片的相对角速度,则摩擦面上的热流密度q为

q=p(t)μrω(t) (8)

图2所示为离合器结合时工作油压的试验曲线,利用多项式拟合工作油压曲线,可得离合器摩擦片和对偶片刚发生接触到同步运动时的工作压力表达式

p(t)=0.064+1.485 3t-1.837 0t2+1.076 0t3-0.175 6t4(0<t≤2.3) (9)

摩擦片和对偶片的相对角速度曲线如图3所示,摩擦片和对偶片的相对速度曲线近似为直线,则其相对角速度表达式为

$\omega =\omega {}_n\left(1-\frac{t}{t{}_s}\right)$ (10)

3.2计算工况

离合器接合过程中,因摩擦片与对偶片相对滑动产生热量,使得摩擦表面附近的温度迅速上升;接合结束后,摩擦片与对偶片同步转动,摩擦表面附近的温度逐渐降低,非摩擦表面部分由于热传递作用温度逐渐上升;此外,润滑油同时作为散热剂也会带走一部分热量,使整体温度趋于一致,直至达到热平衡。为了模拟不同转速工况下,离合器接合过程中摩擦片的温度响应特性和热应力响应特性,设置如表2所示计算工况,离合器稳定工作时,润滑油温度为58℃,环境温度为25℃。

3.3计算结果

离合器接合时,摩擦片的一个表面将发生摩擦,称为摩擦面,而未发生摩擦的表面称为非摩擦面,摩擦片外缘凸起的部分称为凸齿,用于固定摩擦片。本文以某湿式多片摩擦离合器为研究对象,基于国际上大型通用非线性有限元软件ABAQUS,通过在摩擦表面施加热流密度及对流热换系数的方法,模拟摩擦片在不同结合转速工况下的温度及应力响应。图4所示为工况1下某时刻摩擦片的温度场及热应力。

由图4可以看出,在t=2 s时,摩擦片的摩擦表面温度为66.8℃,非摩擦表面温度为52.9℃,此时未达到热平衡,会产生热传递和热发散;在t=8 s时,摩擦片达到热平衡,其温度为59.5℃。摩擦片在生热及传热的过程中,凸齿部分未参与摩擦生热,由于热传递作用,在凸齿齿根处产生了应力集中。为对比分析各工况摩擦片的温度及热应力响应,分别在摩擦片温度及应力响应较大和较小位置处选取考核点,如图5所示。

图6所示为考核点处的温度时历曲线和热应力时历曲线。由图可知,不同工况下,摩擦片的温度及热应力响应趋势一致;摩擦表面上的温度在2.3 s以前温度逐渐上升,其上升趋势较猛烈,在2.3 s以后,由于表面散热作用及润滑油冷却作用,其温度逐渐下降,且下降趋势较猛烈;非摩擦表面上的温度在2.3 s以前温度逐渐上升,其上升趋势较平缓,在2.3 s以后,由于表面散热作用,其温度逐渐下降,但无润滑油的冷却作用,其下降趋势较平缓;摩擦片的转速越高,其发热量越大,摩擦片由于温度变化产生的热应力较小。

对比分析摩擦片在不同转速工况下的温度响应特性,如图7所示。由图可知,摩擦片达到热平衡的时间基本一致,摩擦表面及非摩擦表面达到最高温度的时间也一致;摩擦片的转速越高,产生的热量越大,达到热平衡后会和环境温度产生热交换,进而离合器系统温度随着转速的增大而达到热平衡的时间越长。

4结论

本文以某湿式多片摩擦离合器为研究对象,针对离合器接合时不同的转速工况,基于有限元仿真算法,考察了摩擦片的温度响应特性和热应力响应特性,既可为摩擦离合器的设计提供可靠的、有意义的依据,也可为摩擦离合器的优化提供参考。通过仿真分析,得到以下结论:

(1) 摩擦片温度未达到热平衡时,会产生热交换和热发散,在散热及传热的过程中,摩擦片的凸齿齿根处容易产生应力集中。

(2) 摩擦片在不同转速工况下,其温度及热应力的响应趋势一致,且摩擦片的转速越高,其发热量越大,摩擦片由于温度变化产生的热应力较小。

(3) 摩擦片摩擦表面上的温度在达到最大值前,其温度逐渐上升,且上升趋势较猛烈,在达到最大值以后,由于表面散热作用及润滑油冷却作用,其温度逐渐下降,且下降趋势较猛烈;非摩擦表面上的温度在达到最大值前,其温度逐渐上升,且上升趋势较平缓,在达到最大值以后,由于表面散热作用,其温度逐渐下降,但无润滑油的冷却作用,其下降趋势较平缓。

(4) 摩擦片在不同转速工况下达到热平衡的时间基本一致,摩擦表面及非摩擦表面达到最高温度的时间也一致;离合器系统热平衡的时间随着接合转速的增大而增大。

参考文献

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离合器接合 篇2

离合器是汽车传动系中直接与发动机相关联的部件, 其主动部分和从动部分可以暂时分离, 又可以逐渐接合, 并且在传动过程中还有可能相对转动, 通过主动、从动两部分的相互作用把发动机的动力扭矩传递给驱动系统, 实现汽车的起步、换档等功能。

本研究所讨论的离合器是最为常用的周置式圆柱弹簧干摩擦离合器, 该样式在采用传统的设计方法时, 设计周期长, 设计费用高, 并且只有在制造出实际的物理样机后才可进行各种测试与实验。

本研究采用虚拟样机技术对其进行设计、测试, 以提高产品性能、降低设计成本、缩短产品的设计周期。

1—飞轮;2—从动盘总成;3—压盘;4—分离杆;5—压紧弹簧;6—离合器盖;7—变速器第1轴

1 离合器基本原理与接合过程描述

1.1 离合器结构原理

离合器结构简图, 如图1所示。从图1中可以看出, 离合器主要包括从动盘总成以及由压盘、分离杆、压紧弹簧组装在离合器盖内形成的盖总成。盖总成通过螺栓安装到发动机的飞轮上。飞轮与压盘为主动件, 发动机的转矩通过这两个主动件输入。飞轮和压盘之间为从动盘, 它作为从动件通过摩擦接受由主动件传来的输入转矩, 并通过其中间的从动盘毂花键输出转矩 (由变速器第1轴接受) 。压紧弹簧通过压盘把从动盘总成紧紧地压在飞轮上, 形成工作压力。当发动机工作带动飞轮和压盘一道旋转时, 通过压盘上压紧弹簧产生的工作压力所形成的摩擦力, 带动从动盘总成旋转, 完成转矩的输出[1]。

1.2 离合器接合过程描述

如图1所示, 离合器总是处于接合状态, 当汽车起步或者换档时, 则需要切断动力, 通过操纵踏板, 经中间传递, 使得分离杆绕其在离合器盖上的支点转动, 克服压紧弹簧的工作压力, 压盘向后移动, 从动盘总成与压盘脱离接触, 此时, 从动盘总成不再输出转矩。当起步转速达到一定大小或者换档完成后, 操纵踏板使得压盘与从动盘重新接触, 传递转矩。片式摩擦离合器接合过程的动力学模型, 如图2所示。发动机的驱动力矩Te通过离合器传动装置, 以克服工作阻力矩Tψ。设主动件与从动件的转动惯量分别为Je和Ja。主动件的角速度在未接合前ωe=ω0, 从动件的角速度为ωc=0。为研究问题方便, 设发动机转速与转矩的关系为:Te=A-Bωe, Tψ=C (A、B、C分别为常数) 。

动力学方程如下所示:

(1) 对于主动件:

${\rm T}{}_e-{\rm T}{}_c-J{}_e\frac{\text{d}\omega {}_e}{\text{d}t}=0(1)$

(2) 对于从动件:

${\rm T}{}_c-{\rm T}{}_{\psi }-J{}_a\frac{\text{d}\omega {}_c}{\text{d}t}=0(2)$

式中 Te—发动机转矩;Tψ—道路阻力矩;Tc—离合器摩擦力矩;ωe—发动机转速;ωc—从动件转速 (变速器第一轴转速) ;Je—主动件的转动惯量;Ja—汽车整车质量转化为相当的转动惯量。

将Te=A-Bωe代入式 (1) 中得:

$\text{d}t=J{}_e\frac{\text{d}\omega {}_e}{\text{A}-\text{B}\omega {}_e-{\rm T}{}_c}(3)$

积分得:$t=-\frac{J{}_e}{\text{B}}\ln \frac{\text{A}-{\rm T}{}_c-\text{B}\omega {}_e}{\text{A}-{\rm T}{}_c-\text{B}\omega {}_0}$

据此可求出关系式:

$\omega {}_e=\omega {}_{0}e{}^{-Bt/J{}_e}+\frac{\text{A}-{\rm T}{}_c}{\text{B}}(1-e{}^{-\text{B}t/J{}_e})(4)$

而由式 (2) 可得:

$\omega {}_c=\frac{{\rm T}{}_c-{\rm T}{}_0}{J{}_a}t(5)$

在离合器接合后的短时间内, ωe减少, ωc增大, 在两者相等后再同时加速。在式 (4) 中, 令ωe=ωc=ω0, 代入力矩表达式Tψ与Tc, Je用 (Je+Ja) 表示, 得:

$\omega =\omega {}_{0}e{}^{-bt/(J{}_e+J{}_a)}+\frac{\text{A}-{\rm T}{}_{\psi }}{\text{B}}(1-e{}^{-bt/(J{}_e+J{}_a)})(6)$

显然, 当$t\to \infty ‚\omega =\frac{\text{A}-{\rm T}{}_{\psi }}{\text{B}}$。由此可见, 离合器最终的角速度由发动机特性与阻力矩所决定。经实验可知, 离合器接合后的角速度曲线, 如图3所示。

2 离合器虚拟样机的建立

2.1 虚拟样机技术

虚拟样机技术是计算机辅助工程的一个重要分支, 传统的产品开发过程, 如图4所示。该过程是一个大循环过程, 不仅难以提高产品质量, 而且要耗费大量的资金与时间。而通过虚拟样机技术, 在制造物理样机之前, 就可以进行样机的测试, 找出和发现潜在的问题, 缩短产品开发周期40%～70%, 其过程, 如图5所示。这样不仅可以降低设计成本、减少产品开发时间, 还可以提高设计质量[2,3,4,5]。

2.2 离合器虚拟样机的建立

利用Pro/E建立离合器的三维装配, 通过无缝接口软件MECHPRO建立起零件之间的约束关系, 并导入到MSC.ADAMS, 在ADAMS上添加道路阻力矩Tψ、发动机初始转速ωe、摩擦片与压盘以及飞轮间的动摩擦力与静摩擦力、压紧弹簧的预载荷与弹性系数K, 并且根据发动机转速与转矩的关系式Te=A-Bωe把发动机转矩定义成关于发动机转速的函数。为了方便后续处理与仿真, 在研究中对模型进行了简化, 去除一些不影响离合器接合过程的零件。离合器的质量、转动惯量等参数由软件计算得出。离合器的主动部分与发动机相连, 被动部分与传动轴系相连[6,7]。为了保证仿真的准确性, 在仿真过程中, 将发动机和传动轴系的当量转动惯量分别加到离合器的主、被动部分[8,9,10]。再将离合器所受的力与转矩分别加到离合器上。得到离合器的MSC.ADAMS虚拟样机模型, 如图6所示。

3离合器接合过程仿真及不同摩擦片型号下的仿真比较

3.1 离合器接合过程仿真

在ADAMS中建立离合器虚拟样机后, 软件根据虚拟样机设定的一些参数与初始条件, 自行调用软件中的求解器运算离合器接合过程。假设汽车是在发动机为1 000 r·min-1时起步, 此时的发动机转矩为300 N·m, 汽车的阻力矩为270 N·m。由此得到了该离合器的起步时的接合特性以及发动机输出轴转矩的变化曲线, 如图7、图8所示。在前0.6 s, 离合器处于滑磨阶段, 发动机转速开始下降, 根据发动机转速和转矩的关系, 发动机输出轴的转矩增加, 从而使变速器的第1轴转速急剧上升, 经过滑磨过程后, 主、从动部分开始以相等的转速开始加速, 则发动机输出轴转矩相应地减少, 直到发动机输出轴的转矩与阻力矩相等时, 停止加速, 保持最终的速度恒速转动。这一过程与本研究中分析的理论接合过程相符。

3.2 不同摩擦片型号下离合器接合过程仿真比较

离合器传递转矩的功能是依靠摩擦片与压盘以及飞轮间的摩擦来实现的。摩擦力Ff是一种耗散力, 它的作用方向与运动方向相反, 如图9所示。其大小Ff=μN。

当滑块绕某作用半径等速转动时, 摩擦力所产生的摩擦力矩Tf=μReN (其中, Re为有效作用半径) 。摩擦片是一个圆环, 其上有正压力N与转矩T, 圆环外半径为R, 内半径为r。假定压力均匀分布, 则圆环上单位面积的压力为:

p=N/π (R2-r2) (7)

现考虑圆环上一微圆环面积dA, 它距离中心rx, 圆环厚drx。则dA=2πrxdrx, 则该微圆环面积上产生的摩擦力矩dTf为:

dTf=2πr2xpμdrx (8)

整个圆环能够产生的摩擦力矩Tf:

${\rm T}{}_f={\displaystyle {\int }_r^{R}2}\text{π}r{}_x^{2}p\mu \text{d}r{}_x=\frac{2}{3}\text{π}(R{}^3-r{}^3)p\mu (9)$

Tf就是摩擦传动机构利用摩擦的转矩容量, 反映了摩擦所能传递转矩的能力。在发动机转速与转矩不变的条件下, 随着摩擦片型号尺寸的增大, 转矩容量Tf随之增大, Tf-Tψ的值也相应增大, 离合器的滑磨时间缩短。

本研究中对离合器摩擦片的内、外径按照我国离合器摩擦片标准, 选取D=350 mm、380 mm、405 mm、430 mm, 对模型中摩擦片进行了参数化设计, 由此得到了在同一发动机转速与转矩下, 使用以上4个不同型号摩擦片离合器的接合特性, 如图10、图11所示, 随着摩擦片外径的增大, 离合器的接合时间缩短, 从1.7 s左右减少到0.7 s左右。所得结果与以上理论分析相符。

4 结束语

本研究利用ADAMS软件建立起了周置式圆柱弹簧干摩擦离合器的虚拟样机, 并对其接合过程进行了仿真分析, 一方面验证了用力学理论建立的数学模型的正确性, 另一方面又解决了数学模型没能确定的问题。虚拟样机还仿真了在不同摩擦片型号下, 离合器的接合过程, 并得出了摩擦片外径变化对离合器接合过程带来的影响, 得到的结论与理论分析相符, 为设计阶段摩擦片的选用提供了参考数据, 可以指导摩擦片的选型。

虚拟样机的仿真结果, 为以后的改进设计和特性研究提供了充足的数据和理论依据, 为缩短此类型离合器的研制周期创造了良好的条件。但在模型的参数选择上可能与现实还存在一定的差异, 有待在今后的研究中完善。

参考文献

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消防水泵接合器设置的探讨 篇3

1 消防水泵接合器设置的数量

虽然《高层民用建筑设计防火规范》中明确规定“水泵接合器的数量应按室内消防用水量经计算确定。每个水泵接合器的流量应按10 L/s～15 L/s计算。”但在实际消防设计中,在水泵接合器数量设置的问题上应综合室内、外消防用水量确定。水泵接合器设置的主要意义是当室内消防水泵出现了故障或突然遇到大火,室内提供的消防用水量明显不够时,消防车从室外消火栓取水,通过设置在建筑物旁的水泵接合器将水送到室内消防给水环状管网中,帮助灭火使用。

因此,水泵接合器是连接室外消防与室内消防的接口,是实现将室外消防用水提供给室内消防灭火的关键环节。但同时水泵接合器的数量设置显得尤为重要。若按照规范要求仅仅依据室内消防用水量确定设置水泵接合器的数量就会出现一个考虑不周而导致消防设计不合理的现象[6]。

例如,当室外消防用水量远远小于室内消防设计用水量时,仅依据室内消防用水量而设置的一定数量的水泵接合器并没有实际意义。根据赵金水[6]的文献报道,一个一类高层建筑的设计中,室外消防设计用水量为30 L/s,室内设置大水滴喷水灭火系统其设计用水量为133 L/s,水幕喷水灭火系统设计用水量为167 L/s,室内消火栓系统设计用水量为30 L/s。若完全按照室内消防设计用水量设置水泵接合器的数量,则需要设置的水泵接合器的数量一共为12个,这就表明当建筑物发生火灾时,需要12辆消防车在建筑物旁从室外消火栓中取水向建筑物供水,此时出现的问题是室外设计用水量远远达不到设计所给出的要求,即便是考虑到消防车从其他地方远距离运水,不可能保证水幕喷水灭火系统和大水滴喷水灭火系统的正常工作。在此种情况下,可以考虑适当的减少设置水泵接合器的数量[6]。因此,在水泵接合器数量设置的问题上应综合室内、外消防用水量确定,根据实际情况确定,并不是严格按照规范要求就可以解决问题,设计是为实际服务的,消防问题上尤为重要。

2 水泵接合器在消防分区上的设置方式

先前认为,消防车的供水高度为50 m,当建筑高度大于50 m时,建筑物的超出部分因得不到消防车的救援帮助作用,导致水泵接合器失去作用,所以高区部分可以考虑不用设置水泵接合器。水泵接合器的设置仅仅在建筑高度小于50 m的情况下考虑。

近些年来,随着社会的进步和消防技术设备的快速发展,城市中逐渐出现了较大功率的消防车,此时消防车的供水高度将不再限制在50 m的瓶颈下,根据相关技术报道,目前消防车的供水高度远远超过50 m。因此,当建筑高度大于50 m的高区必须设置水泵接合器,而且此时水泵接合器的作用显得尤为重要[7,8,9,10]。

当消防系统进行竖向分区时,水泵接合器的设置就出现了两种情况:

1)消防系统竖向分为高、低两个区,高、低区分别成环,即高、低区为独立的两套消防系统,此时,水泵接合器根据高、低区消防系统的特点分别设置。

2)消防系统竖向分区后,各分区的水泵接合器考虑合并设置,区别于第一种情况下的分别设置。此时需考虑的问题为水泵接合器设置在减压阀前或者后。有些设计出现水泵接合器设置在消防减压阀之前,这样等同于将本有的消防供水高度人为的降低。此种设计并不可取,将会出现经减压后消防车的供水高度达不到实际要求的后果,在实际灭火中十分的危险。

因此,在消防系统竖向分区后,各分区的水泵接合器考虑合并设置的情况下,可以考虑将水泵接合器设置在消防减压阀之后。低区消火栓均为减压稳压消火栓,低区自动喷水灭火系统已设置减压稳压阀。根据文献报道[6,7,8],低区消防管网系统的承压能力可以依据建筑物的高度增大到1.6 MPa或者2.5 MPa,而且目前城市消防车配备的消防水泵扬程为1.12 MPa～1.37 MPa。

因此,在消防系统竖向分区后,各分区的水泵接合器考虑合并设置的情况下,将水泵接合器设置在消防减压阀之后,并不会出现超压的问题。设计中需要注意的是各区合用水泵接合器可以通过设置止回阀阻止高区消防压力向低区消防系统的传递[7,10]。

3 水泵接合器与室外消火栓数量的关系

室外消火栓的设置是为服务室外消防设备的。低压的消防系统不能直接灭火,室外消火栓仅仅供室外的消防灭火设备,是用来取水的。经消防车加压后直接用来建筑灭火或经消防水泵结合器传输到室内消防环状管网进行建筑灭火。室外消火栓在建筑物周围均匀布置,为了能有利于消防供水设备及时有效的取上水,室外消火栓需要均匀布置在建筑的周围[9]。目前很多消防设计中出现了消防水泵结合器的设置数量与室外消火栓数量不对应的现象,当建筑室内的消防用水量大于建筑室外的消防供水量时,就会出现建筑的室外消火栓设置数量少于消防水泵接合器的问题。而当建筑失火期间出现了最不利的消防故障时,即室内消防环状给水系统出现了故障,需要消防水泵接合器从室外的消防水池或者室外消火栓传递全部的室内消防用水量,规范规定了一个室外消火栓只能为一个消防水泵结合器使用,因此,这就造成了违规的设计,使得消防系统的供水安全得不到保障。因此室外消火栓设置的数量应按照消防水泵接合器的数量确定,并且能满足室外消火栓的数量与消防水泵结合器数量呈一一对应的关系[6,7,8,9,10]。

摘要：根据相关规范确定了消防水泵接合器设置的数量,探讨了水泵接合器在消防分区上的设置方式,并分析了水泵接合器与室外消火栓数量的关系,从而保证水泵接合器设置的合理性。

关键词：消防设计,水泵接合器,消防给水系统

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高层建筑消防水泵接合器的设置 篇4

发生火灾时, 消防队到场后, 根据现场情况, 必须要在第一时间向消防水泵接合器供水, 以便及时有效地控制火势和扑灭火灾。为此, 合理设置水泵接合器不仅是节省投资成本、更重要的是方便消防队操作使用, 有利于快速供水灭火, 是个至关重要的大问题。设置水泵接合器的必须要体现出正确设计、合理布置、操作方便的原则。

一、工程概况

某项目位于九江市, 由1幢308米超高层 (A1#楼) 、4幢100米以下高层 (A2#~A5楼) 及两层地下室, 局部三层 (A区地下室) 组成, 总建筑面积约为45.44万m2, 总平面位置图见图1。本工程各单体消防统一考虑, 主要采用重力供水系统, 由A1#楼屋顶600m3消防水池 (储存本工程3h室内消火栓及1h自动喷水系统灭火用水量) 供给。在地下1层设置有效容积为700m3消防水池, 在A1#楼21层 (第二避难层) 、41层 (第四避难层) 设置转输兼减压消防水箱 (150m3) , 59层 (第六避难层) 设减压消防水箱 (60m3) 。地下一层消防水池-21层转输兼减压水箱-41层转输兼减压水箱-屋顶消防水池, 逐级向上转输消防用水;屋顶消防水池-59层减压水箱-41层转输兼减压水箱-21层转输兼减压水箱, 逐级向下供水。

1. 对工程中不同高度的高层建筑水泵接合器设置

根据GB50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》的规定, 消防给水为竖向分区供水时, 在消防车供水压力范围内的分区, 应分别设置水泵接合器。A2~A5#楼为百米以下高层, 室内消火栓系统及自动喷水灭火系统均由A1#楼41层转输兼减压水箱供水, 由减压阀将室内消防系统分为高低两个区。按照规范规定, A2~A5#楼各栋建筑消火栓给水系统及自动喷水灭火系统均应分别设置3套高、低区水泵接合器, 为保证水泵接合器供水能力及供水压力, 低区水泵接合器接至各系统的减压阀后。笔者认为严格照搬规范, 消防水泵接合器按照室内消防用水量计算, 即每栋建筑均需设置12套水泵接合器, 设置的水泵接合器数量实在过于庞大。如果高区发生火灾, 消防队员就必须要正确选择高区的水泵接合器, 如果错误地选用了低区的水泵接合器, 因减压阀水流的单向作用, 水根本无法供入高层建筑的高区部位。发生火灾时, 现场情况一般都是比较混乱, 在紧张慌乱的情况下还要要求消防队员要正确地辨清高低区水泵接合器的位置, 造成使用不便, 也容易影响灭火的最佳时机。由于A2~A5#楼的消防分区是依靠减压阀来实现的, 如果我们考虑将低区消防水泵接合器取消, 只要将高区的消防水泵接合器接至减压阀前端部位, 并且设置足够的高区水泵接合器数量, 便可满足系统用水要求, 如图2所示。

2. 水泵接合器的使用

如今一般城市消防车内消防泵压力都已经可以达到1.50MPa, 像这样的百米高层建筑, 为了控制消防泵的扬程和管网压力, 通常采用减压阀来调整水压, 实现分区供水, 且各分区之间的消防供水是相对独立的, 低区的水泵接合器供水进不了高区, 但高区水泵接合器供水可以通过减压阀后进入任何一个低区, 如果低区发生火灾时, 只要保证消防车供水压力, 就可以实现高低区共用水泵接器。故笔者建议取消低区水泵接合器, A2~A5#楼每栋只需设置6套水泵接合器, 既减少了建设单位投资, 又方便了消防队员现场操作, 可谓一举两得。

A1#楼属于超高层建筑, 建筑高度为308米, 建筑主体消火栓系统及自动喷水灭火系统除最高区因局部无法满足最不利用水点水压要求采用临时高压给水系统外, 其余均采用重力供水系统。因为本建筑消防系统主要采用重力供水, 遵循《消防给水及消火栓系统技术规范》要求, 消火栓系统静水压力超过1.0Mpa, 自动喷水灭火系统喷头处工作压力超过1.2Mpa需分区供水, 且本建筑消火栓栓口动压要求不小于0.35Mpa, 故本建筑消火栓系统及自动喷水灭火系统分为7个区。

如前所述, 消防车供水高度范围内各分区需分别设置消防水泵接合器, 消防分区Ⅰ~Ⅲ区在消防车供水高度内, 消防Ⅰ区为独立分区, 与其他分区不相连, 故需设置独立的消防水泵接合器, 消防Ⅱ区、Ⅲ区均通过41层转输兼减压水箱供水, 故消防Ⅱ区、Ⅲ区可合并设置消防水泵接合器, 消火栓系统水泵接合器接至Ⅲ区供水环网, 自动喷水灭火系统水泵接合器接至31层 (第三避难层) 报警阀前。那么对于其他处于消防车供水范围外的消防分区, 水泵接合器应如何设置呢?本建筑消防转输水泵采用2用1备, 备用泵为电力泵, 一般3台水泵同时发生机械故障的概率较小, 只有电力故障情况下3台水泵均不会投入工作, 为保证供水的安全可靠性, 需考虑其他形式备用泵的设置。当火灾发生且室内用水量不足时, 首先由消防车在室外消火栓取水通过消防水泵接合器加压送水至21层转输兼减压水箱, 鉴于本建筑消防重力供水的性质, 在21层转输水泵吸水环网上预留手抬泵吸水接口, 在转输水泵供水管网上预留手抬泵供水接口, 在电力泵发生故障时, 则通过消防手抬泵向41层转输兼减压水箱供水, 在41层消防泵房内采取同样的措施, 保证消防水能供至屋顶消防水池, 由屋顶消防水池持续供水, 如图3所示。因此, 笔者认为只需在室外设置6套水泵接合器, 避难层消防泵房增设手抬泵吸水和供水接口, 就可以解决电力故障时高区的供水问题, 保证消防安全。

二、结语

离合器接合 篇5

在实际设计施工过程中，设计人员及施工人员往往对水泵接合器的作用及重要性认识不够，未能真正理解国家标准规范，在实际的工程设计、安装工作中误解规范制定的本意，造成问题，直接影响到火灾时水泵接合器的正常使用。以下，笔者针对消防水泵接合器设计、施工、日常维护、管理中存在的问题及解决对策谈几点看法。

1 水泵接合器设置位置的问题

水泵接合器位置的设置，前提是方便消防车连接供水。规范要求消防水泵接合器应设置在室外便于消防车使用的地点。在实际应用中，有的水泵接合器设置在地下车库的汽车坡道上、环形消防通道中间、道路拐弯处、停车场的车位下、地沟边和墙角下等，不仅影响人员、车辆物资疏散，而且位置不明显，甚至有的消防车根本无法靠近，操作起来也极不方便。有的干脆把数个水泵接合器设置在同一位置，虽满足了数量要求，但实际无法操作。

笔者认为，消防水泵接合器应设在室外，且明显易找的位置，既不妨碍交通，也便于消防车使用。同时设置时应考虑消防车的停放位置和消防车的转弯半径需要，离消防水源(室外消火栓、消防水池取水口或其他天然水源)距离不大于40 m，否则消防水泵接合器将成为“无米之炊”，难以发挥效用。笔者建议，同一系统的消防水泵接合器安装间距宜大于20 m，不同系统或同一系统不同供水分区的消防水泵接合器可以集中设置，数量不宜多于4组，本体与本体之间的间距按国标图集的规定为1 m以上。高层住宅小区车位紧张，地下水泵接合器上规划了汽车停车位，可采取张贴“此车位只能停放手动挡车，停放时不得拉起手刹”等警示标牌。

2 室外消防给水和取水口的问题

《建规》和《高规》中只是要求水泵接合器与室外消火栓或消防水池取水口的距离宜为15.0 m～40.0 m，对于室外消防用水的来源问题并无明确规定。目前很多做法是通过消防水池和室外消火栓供水。笔者建议，如果建筑物附近有市政供水管网，应尽可能多设置与市政管网直接连接的室外消火栓，以满足室外消防用水量要求，增加室外消防给水的可靠性。也可以在消防水池处适当增加供消防车取水用的取水口，减少对室外消火栓的依赖。

此外，消防车通过消防水泵接合器送入的水，可以是室外消火栓、地下消防水池的自来水，也可以是室外喷水池、泳池等的杂质水，或者天然水源的池塘水、江、河、海水等，而这些水就难免带有各种浮渣杂质。自动喷水灭火系统中的喷淋头孔径较小，易被杂质堵塞，万一水中杂质堵塞喷头，将直接影响灭火作用的发挥，因此，如果消防车通过湖泊、水池等天然水源取水时，应考虑水质问题，消防水泵接合器出水管接入喷淋管网之前应设置过滤器，过滤器旁还应有旁通管或备用过滤器，以确保使用需要。

3 高层建筑部分供水分区是否设置水泵接合器问题

对于高层建筑，当消防给水为竖向分区供水时，在消防车供水压力范围内的分区，应分别设置消防水泵接合器。然而对于供水压力范围，规范并没有一个统一的标准。每个城市的消防车配备各异，供水扬程也各不相同，造成在确定高层建筑供水分区是否设计消防水泵接合器时带来很大的随意性。许多采用分区供水的高层建筑都只是对低区的消防给水系统设计水泵接合器，而且有的设计甚至把自动喷水灭火系统的水泵接合器与消火栓系统的水泵接合器合用，而没有按规范要求分别独立设置。

随着消防技术装备的更新发展，很多城市已配备了大功率的消防车，以太原市为例，全市建成的超高层建筑只有十栋，建筑高度最高为142 m;只有正在设计阶段的湖滨会堂建筑高度预计超过了200 m，而太原消防支队装备的低压泵水罐消防车最大供水扬程为1.6 MPa，中低压泵水罐消防车供水扬程在1.8 MPa～3.0 MPa之间，目前低压泵水罐消防车已成消防中队必备用车，抛去水流损失，也完全能够满足太原市超高层建筑消防供水需要。因此建议规范取消供水压力范围的相关规定。

4 水泵接合器设计数量与室外消防给水保障问题

按照《建规》和《高规》规定，水泵接合器设计数量应根据室内消火栓给水系统和自动喷水灭火系统的消防用水量分别计算，每个消防水泵接合器的流量宜按10 L/s～15 L/s计算。室外消火栓的数量应按其保护半径和室外消防用水量等综合计算确定。在实际设计过程中，水泵接合器设计数量经常与室外消火栓设计数量产生冲突，规范未明确给消防水泵接合器供水的室外消火栓和满足室外消防用水量的室外消火栓之间是平行使用关系还是同时使用关系。如某建筑其室内、外消防用水量均为20 L/s，喷淋系统为26 L/s。按照平行使用关系，应设4个消防水泵接合器和与之对应的4个室外消火栓;但按同时使用关系，就应再增加2个满足室外消防用水量的室外消火栓，共6个室外消火栓。

考虑使用水泵接合器往消防管网供水时，火势已达到猛烈燃烧阶段，火灾发生时间较长，火灾蔓延区域较大，消防中队灭火往往已进入内外夹攻战术，如果水泵接合器把本应满足室外消防用水量的室外消火栓占用，就影响了建筑室外灭火用水需要。因此建议进行室外消火栓设计时要同时满足水泵接合器和室外消防用水量要求。

5 水泵接合器与室内消防给水管网连接点的问题

水泵接合器在与室内消火栓环状管网连接时，连接点具体位置在规范中并没有明确要求。在工程的实际设计过程中，有些设计把数个水泵接合器并联，全部连接在消防环状管网的某一点处，给消防车往管网内供水带来不利;有的甚至把水泵接合器进水管接在消防水泵管段上或直接通入消防水池内，此种情况下，一旦固定消防水泵出现故障，通过水泵接合器加入的消防用水无法到达室内消防环网，而只能停留在消防水池中，延误了建筑火灾扑救。笔者建议水泵接合器进水管接入点尽量远离固定消防水泵出水管与室内管网的连接点，而且数个水泵接合器要分散布置。

6 分区水泵接合器标志设置的问题

建筑物高度越高、面积越大，供水分区也就越多，同时应设的水泵接合器的数量也就越多。在实际工作中，笔者发现消防设施操作人员往往不清楚具体每个水泵接合器连接哪个分区，这样的话，一旦发生火灾，极易造成供水分区错误，贻误灭火战机。因此，笔者建议，施工单位应用明确的标志对不同分区、不同系统的水泵接合器进行标明，同时注明控制分区的楼层区域、消火栓数量、湿式报警阀数量、喷头数量等，以保证火灾时消防人员不会把消防用水加到其他非着火分区的消防给水管中，便于操作，以免贻误战机。

7 水泵接合器的日常管理问题

水泵接合器设有止回阀、安全阀、闸阀及泄水阀等附件，任何附件缺少，都会使水泵接合器在火灾时无法发挥正常作用。笔者认为，使用单位一定要加强水泵接合器的日常管理，做好定期的检查和维护，确保水泵接合器组件齐全，完整好用，这样才能充分发挥水泵接合器的作用。

摘要：首先指出消防水泵接合器是消火栓系统和自动喷水灭火系统安全使用的一项重要保障,根据实际工作经验,针对消防水泵接合器在设计、施工、日常维护、管理等方面存在的问题,提出一些建议和意见,以满足建筑物防火灭火需求。

关键词：水泵接合器,设计,施工,维护管理

参考文献

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