智能消防水炮

智能消防水炮（精选7篇）

智能消防水炮 篇1

0 引言

近年来,随着城市化进程的飞速发展,城市建筑物呈现出高层化、密集化、多样化等特点,直接导致了消防工作危险性和难度不断加大。如何能够快速有效的执行消防救援同时保障消防人员安全显得尤为重要,在众多消防装备中流量大、射程远的消防水炮已成为一种扑救大型及危险火灾的重要灭火装备。传统消防水炮分为手动和电动控制两种模式,为了适应不同的环境需要,通常将两种模式结合,设置模式切换功能。

本文介绍的智能多模消防水炮采用电动控制,同时具备面板按键线控和远距离遥控模式,能够适应多种应用场合。可实现消防水炮喷射方向的全方位调整以及水流喷射模式的切换(直流/喷雾),具备多角度智能自摆,能根据实际情况设定水炮自摆角度范围,实现自动作业。较之常见的水力自摆式消防水炮,具备体积重量小,自摆角度多级可调,受水流影响小,精度较高,安全可靠,适应范围广等优点。能够大为简化消防人员的操作,有效提高消防灭火工作效率,同时保障安全。

1 水炮控制系统的整体硬件设计

控制系统是消防水炮的重要组成部分,由驱动模块、方向定位模块、变流模块,液晶显示模块、上/下位机控制电路等构成。

驱动模块主要是为方向定位、变流模块提供动力,考虑到本设备经常应用在消防车辆上,故选择直流电机驱动。方向定位模块由水平定位装置和垂直定位装置配合完成,由两个定位系统的直流电机驱动。当需要对水炮炮口的指向进行定位的时候,分别控制水平和垂直两部分定位系统,调整水炮的水平和垂直方位,完成水炮的空间定位。变流模块由一独立直流电机控制,当需要变换水炮的喷水模式时,电机带动变流装置,实现水流喷射模式的切换:直流或喷雾模式。液晶显示模块实现电源状态、电池电量、工作状态和自摆角度等信号的显示。

综合考虑各种控制形式的优缺点,结合消防现场的实际情况,智能多模消防水炮的控制系统采用基于LPC2131 ARM处理器为核心的两级分布式控制的方法,上下位机之间通过无线系统传递命令,即下位机按照上位机发出的指令驱动相应的模块实现动作。

在本控制系统中,上位机和下位机都是基于ARM控制模块而设计的,ARM控制模块以LPC2131处理器为核心,为其他模块提供控制信号,完成方向定位、变流、自摆角度控制等操作。上位机是以LPC2131处理器为核心的遥控器系统,主要由ARM控制模块、键盘模块以及无线发射模块构成,其作用是通过各功能键向下位机发送指令,实现对遥控消防水炮的直流电机进行远距离控制。下位机安装于水炮附近,内部集成有三个直流电机(两个定位系统电机,一个变流系统电机)的驱动电路、直流电源接口和控制电路。下位机控制电路由ARM控制模块、无线接收模块、电机驱动模块组成,其作用是根据上位机传送的参数和指令进行动作,控制两个定位电机和一个变流电机,进行炮口的空间定位和水流喷射模式的切换。图1为消防水炮控制系统总体结构。

2 控制系统的多模实现

消防水炮控制系统具有三种控制模式:手动、按键线控和无线遥控。后两种控制形式为并行运行模式,无线遥控信号与按键信号一致,均可实现控制消防水炮的上下、左右和前后(直流/喷雾)的运行状态。控制系统根据按键或者遥控信号分别驱动水平、垂直和前后这三组电机,做出相应的控制动作,使消防水炮按要求运行。

无线遥控部分考虑到实际火灾现场环境较为恶劣,在设计中应充分考虑其抗干扰能力和传输距离等参数,综合各项因素后决定采用射频通信。在相同的电压条件下,无线电的频率越高,其传输的距离也越远,抗干扰能力也越强;同样,发射功率越大,其抗干扰能力和传输距离也会相应增强。在调制方式方面,干扰一般是影响信号的幅度,而对其频率基本无影响,因此移频键控(FSK)较振幅键控(ASK)具有较好的抗干扰性能力和电声指标。

且实际消防作业中的控制距离一般均在200m范围内,因此本设计中无线遥控方案采用FSK调制方式下的TDA5101/TDA5211的发送/接收模块。其结构如图2所示。

3 控制系统的软件设计

整个控制系统的软件设计主要包括两大部分:上位机控制系统程序模块和下位机控制系统程序模块。上位机程序模块主要用于进行键盘按键的连续扫描,确认键值后通过无线发射模块TDA5101向下位机发送控制指令,下位机程序模块通过无线接收模块TDA5211接收上位机发送来的指令,调用相应的直流电机控制子程序,对水炮系统的各驱动电机进行综合控制。

整个软件部分采用动态分时扫描的执行原则,按键或遥控信号的扫描每50ms执行1次,判断是否有新的信号出现。当出现新的控制信号时执行相应的运动,出现限位信号时执行相应的停止控制。当按键或遥控信号为自摆时,水炮在水平方向以限位开关为中点按照一定的角度摆动,自摆分为3个档位,在自摆过程中能够同时响应垂直和前后的控制信号。控制系统软件流程如图3所示。

4 整合调试

在系统测试过程中,针对自摆过程中的角度限位问题,设计初期采用建立转速-时间表,通过查表来控制角度,其精度较差且在实际工作时电机转速会在一定区间变化,造成误差较大,影响实际操作效果。后期采用分布式光电传感器来控制角度限位,较好解决了该问题。同时,根据实际消防救援的特点和需要,将线控按键扫描和遥控按键扫描优先级进行适当调整,使按键线控模式优先,保障了操作的合理性和便利性。

通过对控制系统的软硬件进行整合调试,智能多模消防水炮控制系统在按键线控模式和无线遥控模式下各模块均能够即时响应各类按键控制信号,遥控模式下最大控制距离达到200m以上,水炮的各功能部件工作正常,满足设计要求。

5 结束语

与传统手动/电动控制消防水炮相比,本文所设计的智能多模消防水炮不仅具有手动、按键线控和无线遥控3种控制模式,同时具备多角度自摆功能,较好的满足了不同情况下消防救援的需要。多种模式确保了该消防水炮具有高效、安全可靠、自动化水平高和减少操作人员操作强度等性能,能够在有效消灭火灾的同时保护消防救援人员的人身安全。

摘要：本文详细介绍了一种基于嵌入式控制器的智能消防水炮控制系统设计。该消防水炮控制系统采用LPC2131 ARM处理器作为核心控制器,通过远距离遥控消防作业,可实现消防水炮喷射方向的全方位调整以及水流喷射模式的切换,同时具备多角度智能自摆等功能。系统结构设计简单、性能可靠,大为降低了火灾现场对消防人员的安全威胁,具有很高的实用价值。

关键词：消防水炮,多模,LPC2131,ARM

参考文献

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智能消防水炮 篇2

大型商业火灾自动报警系统是现阶段建筑工程消防设施中的重要组成部分, 大型商业中庭空间火灾自动报警又是大型商业火灾自动报警系统中非常重要的一环, 所以消防水炮系统在实际灭火工作中起到重要作用。本工程自动扶梯中庭高度25m是建筑物内净空高度大于8m场所。大空间消防水炮系统主要有大空间智能灭火装置、自动扫描射水灭火装置、自动扫描射水高空水炮灭火装置3种。本文以大型工程实例为依据, 主要对大型商业自动扫描射水灭火装置的火灾自动报警系统进行分析。

1 工程概况

丹尼斯百货焦作店扩建工程为大型商业建筑, 建筑总面积74800m2, 建筑使用功能包括电影院、停车库和商场, 总高度36.10m, 一至四层为大面积商场, 五层部分为商场, 其余为电影院, 六层为电影院;地下室为车库、餐厅、厨房、办公室、设备用房、库房。其中自动扶梯中庭高度25m, 超过8m的空间设大空间消防水炮系统。

2 自动扫描射水灭火装置的介绍

2.1 系统组成

自动扫描射水灭火装置亦常称消防水炮系统, 该系统包括自动扫描射水灭火装置、水流指示器、电源接线盒、电动阀、检修阀、现场视频、复眼多波段火灾探测组件、现场控制箱、声光报警器、手动报警按钮、手动控制盘、火灾报警联动控制器、消防管道、消防泵控制柜、消防水泵、消防蓄水池、水泵接合器和各类线缆等组成。

2.2 系统控制原理

消防水炮系统集合了传感技术、计算机技术、信号处理技术及通信技术, 可完成自动探测火灾、判定火源、启动系统、射水灭火、持续喷水和停止射水等全过程的控制。该系统是适用于消防灭火初期、中期及后期的一种火灾探测报警及电控水炮灭火系统, 对所保护的区域始终实施全方位监视, 并且可以对火点临近区域进行降温, 有效阻止火灾蔓延。

消防炮控制系统上电即进入手动状态。若要实现全自动灭火, 除了将控制系统转为自动状态以外, 还应将消防控制中心的火灾报警联动控制器和消防泵控制柜设为自动状态。

自动扫描射水灭火系统在自动工作状态下, 全天候24h值机监守, 全程免人工操作, 可随时自动完成灭火任务并自动复位。

全自动工作状态下, 由复眼多波段火灾探测器组件探测及判断到火灾火源水炮装置及时启动水平定位系统及垂直定位系统, 进行全方位扫描, 在30s时间内判定着火点, 并精确定位, 同时发出信号, 启动水泵、打开电磁阀、消防报警器等系统相关设施进行射水灭火, 灭火装置会在射流2min以后开始扫射。根据火焰的大小而扫射的宽度会自动变化, 扫射宽度一般为火焰宽度, 时间为1min。设定射流时间为3min, 射流3min后灭火装置自动复位, 一级火灾探测器继续监控, 如果发现还有火情, 灭火装置再次启动并扫描定位灭火。

在自动状态下, 当消防炮配置的复眼多波动火灾探测器故障时, 可按下为各炮配置的手动报警按钮来联动启动消防炮开始扫描寻找火源。

2.3 系统特点

消防水炮系统具有以下特点:

(1) 采用微电机驱动水平、俯仰旋转;

(2) 具有直流柱状喷射和散花喷洒转换功能;

(3) 配有扫描式水平定位探测仪、垂直定位探测仪, 具备自动发现火警、自动扫描、自动瞄准火源、自动出水定点扑救灭火、自动复位等功能, 并能摄取、存储现场图像;

(4) 三种控制方式, 现场手动+远程手动+自动控制;

(5) 采用工业总线控制, 最远可达5000m;

(6) 启动方式灵活 (开关量信号、串口、手动) , 可接入各种自动消防报警 (联动) 系统;

(7) 角度反馈、极限位置反馈、火警信号反馈、水流信号信号反馈、电动阀开阀反馈、手动信号阀反馈;

(8) 功耗小, 压力消耗极低;

(9) 重量轻, 结构紧凑, 安装维护简便。

3 本项目中的应用

(1) 水专业工艺资料

该项目水专业提供的工艺资料如下:

1该扶梯中庭设置大空间消防水炮系统, 设计流量为10L/s, 配置自动扫描射水高空水炮灭火装置, 吸顶安装, 标准保护半径25m, 标准流量5L/s。灭火装置需内置摄像头。扶梯中庭各配置1个现场控制箱, 现场控制箱具备手动控制功能, 现场控制箱可控制所属分区的所有水炮, 控制功能包括:水炮上下左右旋转, 启动电磁阀, 启动水泵, 启动水炮定位, 控制箱自检, 手/自动状态切换, 复位, 紧急停止等。

2水炮具有定位检测功能, 可在水炮不喷水的情况下验证水炮的定位精度, 方便调试与日常维护。

3具有视频辅助定位功能, 可通过炮体内置的摄像头和控制室的“视频管理系统”实现远程控制及火情确认。

4可以通过“视频管理系统”或现场控制箱进行手/自动控制。自动状态下, 火灾时, 水炮完成定位后, 发出报警信号, 联动启动电磁阀、水泵等相关设备喷水灭火;火灾扑灭后自动关闭电磁阀、水泵。如有复燃, 重复所有动作。

手动状态下, 火灾时, 水炮完成定位后, 发出报警信号, 此时, 需通过水炮内置的摄像头经现场控制箱传输到消防中心的现场画面确认火情, 手动开启电磁阀、水泵等相关设备喷水灭火, 同时可对水炮灭火装置进行水平、垂直调整及复位等操作。

5水炮内配备电源、通信SPD模块, 可以有效避免雷击对产品的破坏, 提高产品的可靠性。

(2) 消防水炮系统的供电及控制设计以扶梯中庭消防水炮系统设计为例, 其电气平面见图4, 末端试水装置安装示意见图5, 水炮安装示意见图6, 水炮控制系统见图7。

4 结语

本文结合大型商业建筑的工程实例, 对大型商业消防水炮系统的火灾自动报警系统设计进行了简要的分析。可见消防水炮系统能够对普通灭火装置不能覆盖的范围进行操作, 从而减少火灾带来的损失, 而火灾自动报警系统则能及时对灾情进行记录及预警, 使人们能在最短的时间内采取相应的措施, 将火灾的损失降低到最小化程度。自动扫描射水灭火装置在设计时应该选择合适的品牌, 并根据具体产品进行设计, 将相关产品的技术特点充分的发挥出来, 保障产品的实际功能与设计图纸相符合, 使消防工程更加安全可靠, 更好为保护人们的生命财产安全服务。

摘要：随着我国市场经济的迅猛发展, 我国居民生活水平逐渐提高, 居民对火灾的防范意识也就越来越强。大型商场作为我国现代化城市建设中的重要组成部分, 其火灾自动报警系统是建筑工程消防设施的重要组成部分, 本文从大型商业中庭空间消防水炮系统的系统组成、系统原理、特点的火灾自动报警和控制等方面, 对大型商业中庭空间消防水炮系统以及火灾自动报警的相关问题进行了论述, 有利于提高大型商业消防工程的安全。

关键词：火灾自动报警系统,消防水炮系统,中庭空间消防

参考文献

[1]程羽, 王弘成, 李斌.大型商业综合体火灾自动报警系统常见问题分析[J].现代建筑电气, 2013, S1:136~140.

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[3]周银双, 秦志宇.谈高大开放式空间火灾自动报警系统设计[J].建筑电气, 2009, 28 (7) :20~25.

智能消防水炮 篇3

1 不同压力、不同流量的射程测试

1.1 试验条件

本试验选用ZDMS 0.6/5S (额定工作压力为0.6MPa,保护半径30 m)、ZDMS 0.8/8S(额定工作压力为0.8 MPa,保护半径35m)、ZDMS 0.8/20S(额定工作压力为0.8 MPa,保护半径50m)、ZDMS 0.8/30S(额定工作压力为0.8MPa,保护半径55m)四种自动消防炮。安装高度为16m,在不同的压力下测试其射程和流量。

1.2 试验方法

将四种自动消防水炮分别在16m高度吊挂安装,炮口调节至水平状态,手动调节管网末端压力,测试水炮在不同压力下的射程,同时采用电磁流量计测试不同压力下消防炮进水口处的流量。

自动消防水炮的压力与射程和流量之间的关系,可以分别按式(1)、式(2)确定。

式中:D为水炮的设计射程,m;De为水炮在额定工作压力时的射程,m。

式中:Q为水炮的设计流量,L/s;Qe为水炮的额定流量,L/s。

1.3 试验结果

在实际测试中发现,自动消防炮的射程不仅受压力的影响,其喷嘴的设计对射程也有较大的影响。流量与压力的关系则与理论计算基本符合,因此在研究自动消防炮的射流轨迹时,应从实际出发,研究不同压力下的射程和流量。试验测试数据见图1、图2所示。

1.4 结果分析

从试验数据可以看出,ZDMS 0.6/5S、ZDMS 0.8/8S的水炮射程随着压力的增长趋势大致相同,在压力大于0.4 MPa后射程随压力变化不明显;但ZDMS 0.8/20S、ZDMS 0.8/30S对应的射程随压力的增长趋势出现了较为明显的变化,其转折点是在0.6 MPa和0.8 MPa。可见,额定流量不同的消防炮在相同压力下的射流效果也不同。

在额定工作压力下,四种水炮按流量由小到大排列,测得其射程依次为32.0、36.5、55.5、63.4m。可见,在不同压力下射程与额定流量成正比。流量随压力的表现趋势和射程随压力的趋势大致相同,同一型号的水炮流量与压力成正比,压力越大,水在炮体内流速越大,射程与出炮口处水流喷射初速度成正比。

2 俯仰角对射流轨迹的影响测试

2.1 试验条件

试验采用额定流量为5L/s、额定工作压力为0.6MPa的消防水炮,在额定工作压力下进行测试。首先将水炮安装在6m的高度,测试水炮在0°~90°俯角范围内的射流轨迹和射程,然后将水炮安装在离地面1.5m的高度,使水炮以30°、45°和80°的仰角进行喷射,测试其射流轨迹和射程。

2.2 分项试验方法与结果

水炮炮嘴与垂直方向的夹角为俯仰角,当俯仰角小于90°时称为俯角,大于90°度时成为仰角,且以水平线为初始0°计算。试验得知:当水炮的俯角在60°范围内时,水炮的射流轨迹为直线状态;当俯角大于60°小于90°时,由于受重力及空气阻力等因素影响较大,水流轨迹呈曲线衰落状态;当水炮以30°、45°和80°的仰角进行喷射时,射流轨迹呈抛物线状态,水流末端衰落趋势明显。

2.3 结果分析:

当俯角在0°~60°时,水炮的射流轨迹为直线状态,射程随俯角的增大而增大。受重力及空气阻力的影响不大,射程与俯角成线性正比关系。

当俯角大于60°小于90°时,由于受重力及空气阻力等因素影响较大,水流轨迹呈曲线状态,射程随俯角增大而增大的比例逐渐减小。

当仰角处于30°~35°时,射程达到最大,继续增大仰角并不能增加其射程。在35°以内,射程与仰角成正比例增加;大于35°时,射程与仰角成反比例关系。

3 不同喷嘴的射流测试

3.1 试验条件和方法

不同额定流量和射程的水炮其喷嘴口径及长度具有不同的设计,以下选取两种不同喷嘴自动消防水炮进行射流试验。

选取额定流量分别为5、8L/s不同喷嘴的自动水炮,水炮安装在距地面1.5m处,喷嘴与地面平行。入口管道处安装有电磁流量计,可以记录压力稳定时的流量。管内流速由流量和水压读出后计算得出。

3.2 分项试验结果

对喷嘴额定流量分别为5、8L/s的自动水炮进行实际喷射试验。测量结果见表1、表2。

3.3 结果分析

由表1、表2中数据可知,在可调压力范围内,随着水压的增强,接近水炮进水口处的管道水流量逐渐增加,管内流速逐渐增大,射程也随之变大。

4 水炮不同安装高度下的射流测试

4.1 试验条件

选取额定压力0.8 MPa、额定流量8L/s的水炮,在安装高度依次为6.28、10.00、16.00、20.00m位置,均以90°角方向水平喷射。测试在额定压力下,不同安装高度的射流轨迹。

4.2 试验结果与分析

试验结果如图3所示。在允许高度范围,最小和最大安装高度之间,安装高度越高,射程相应较远,水流轨迹曲线的趋势也较相似,在水流开始大幅降落时,其降落过程的水流轨迹倾斜度较为一致。安装高度如果超过可选高度范围,并不会继续获得相同比例的远射程。

5 实测轨迹曲线分析与方程拟合

在实际应用中,管网水压力、炮口形状、俯仰角、安装高度等因素,都会对水炮的射流轨迹造成很大的影响。如果在某一个参数固定而其他参数不固定的情况下进行水流轨迹分析,实际测试工作量将会非常大,而且各个测试点与测试点中间的射流数据无法获得。为此,试验引入了计算机模拟分析,对实测数据进行分析和补偿。

通过试验发现,自动消防炮的入口水压力对其射程和射流轨迹影响最大,压力直接决定自动消防炮出口水流的速度。根据伯努利方程结合能量方程可以计算出出口水流的速度。试验得知,初始的压力值越大,出口处水流速度越大,继而在可调的合理的压力范围内射程也相应较大。若压力越来越大,在喷嘴处也会有较大的压力,使水流高速喷出,影响喷射水流的水型及射程,从而影响灭火效果。当进口压强增大到一定程度时,消防水炮的出口速度增加的程度呈减小趋势。

5.1 试验条件

选用额定流量5L/s、额定工作压力0.6MPa的消防水炮,水炮安装高度为1.5m,仰角30°,压力变化为0.1MPa,将不同压力下水炮的射流实测轨迹图用软件进行分析与拟合。

5.2 试验结果

实测轨迹曲线如图4所示,记录了在可调压力范围内每增长0.1 MPa对应的轨迹曲线。

5.3 结果分析

射程随压力的增大而增大,其增大趋势较为明显,在工作压力小于额定压力时,0.3、0.4、0.5、0.6 MPa下的射程依次为25、30、32、34 m;而工作压力大于额定压力时,射程的变化较小,每0.1MPa压力间隔下的射程相差不超过1m,且射高变化也较小。

工作压力大于额定压力时,每增加0.1MPa的压力,射程约按0.5m的距离随之增长。对同一类型的水炮,在规定的工作压力范围内,其射程的变化与压力成正比。

5.4 拟合

对工作压力为0.6MPa下的实测轨迹曲线采用最小二乘法利用Matlab软件进行曲线拟合,(实线为实测曲线,虚线为拟合曲线),当拟合方程最高次为4次时,最大残差模接近1,拟合效果并不太理想,尤其是射高的差别较大。在观察测量数据时发现,达到最高点之前,基本是以直线喷射的,所以在达到最高点后下落的阶段是较复杂的部分,由此可以取水流降落部分的测量数据进行数据拟合,如图5(虚线为实测曲线,光滑曲线为拟合曲线)所示,其最大残差模降至约0.3,其效果比全部轨迹拟合的效果要好。

由此可见,利用软件拟合的方法可以使实际测试中的若干个不连续点连贯起来,使其射流轨迹实现平滑过渡。在研究射流轨迹时对于轨迹前半部分接近直射部分的可以单独总结其斜率等参数值,而在较为复杂的曲线下降部分可以单独进行曲线拟合处理。在实际应用中,对于特定位置安装的水炮,可将每一组工况下的实测数据拟合为理想的方程,选作控制台喷射数据库中可供筛选的基础曲线数据,以完善数据库,优化喷射时的曲线喷射数据。

6 试验结论和提高定位精度的讨论

6.1 试验结论

(1)在一定压力范围内,射程随压力的增大而增大;超出一定范围时,射程随压力的增大比例将有所减小;压力增大到一定程度时,射程不再有明显增加,也使通过压力调整射程受到局限。

(2)对于直流喷射形式的水炮来说,其射程在仰角30°~35°间取得最大值。俯角在0°~60°、60°~90°、仰角0°~35°时,射程随俯角、仰角的增大而增大。在此范围,虽然射流受重力及空气阻力的影响,射程与俯、仰角成正相关,即总可以通过二次抬高角度而增加射程。

(3)在相同压力下进行水炮射水时,额定流量较大的自动消防炮,管内流量较大,水流喷出喷嘴后的实心水柱长度越长,完全雾化点距离喷嘴越远,所测射程也略大。在可安装最小和最大安装高度范围之间,安装高度越高,射程相应较远,水流轨迹曲线的趋势也比较相似。安装高度越高,雾化越严重,射流达地面时水流已经雾化,影响射流的准确性和灭火效果。所以,在工程设计中,要通过试验确定某款水炮最佳安装高度范围,才能保证最佳射程和精度。

6.2 提高定位精度的讨论

实际应用时,工程安装完成后水炮喷嘴型式和安装高度即固定,系统中压力、流量难以实现自动调整,所以从俯仰角入手进行调试是比较容易实现的方案,水炮的误差的修正关键就在于调整探测位置直线喷射时的初始俯仰角度以及补偿误差时需要二次抬高的补偿角度。为此,可以尝试以下修正操作的流程:

(1)研究自动消防炮在不同条件下的射流轨迹。例如不同安装高度,不同额定工作压力,不同额定流量的自动消防炮的射流轨迹。先用实测的方法选取不同的测试点,然后测试点之间的数据通过拟合曲线得出。

(2)通过调试,修正传感器误差和机械误差。当一台自动消防炮组装完毕后,其传感器误差和机械误差即为固定值,可先通过软件对这两种误差进行修调。划分射水区间。在自动消防炮的射程范围内,在地面上划分若干个射水分区,当不同的射水分区内有火源时,自动消防炮通过抬高不同的角度将炮口指向某一个防火分区内的火源。

(3)在固定压力和安装高度下,对分区内的火源进行射水试验,通过对炮口上扬角度的调整,修正定位误差和射流轨迹间的差距,使落水点与火源重合。参考水流轨迹曲线,对水流轨迹变化较大区间进行细调,形成固定压力和安装高度下的射表。在不同压力和安装高度下,形成不同环境下的射表,由多个射表组成后台数据库。

综上所述,通过对不同额定流量的自动消防炮的射流轨迹进行研究,采用软件拟合分析的方法,可以据此建立自动消防炮的射流轨迹数据库。在实际安装时,针对实际的安装高度和管网压力,对每一台水炮进行单独调试设置,使其在灭火时调用与安装环境相对应的数据库。从而保证自动消防炮在实战中能够做到准确灭火。

摘要：针对影响自动消防炮射流轨迹的几个主要性能参数,如压力、喷嘴流量、俯仰角、安装高度等进行了试验研究,分析各个参数对射流轨迹影响的规律。测试远程喷射过程中的水流轨迹形态,使用MATLAB对测试曲线进行拟合以弥补后台数据的不足。从工程调试的角度对自动消防水炮系统喷射误差的成因进行分析,提出了提高喷射精准度的方案和解决思路。

关键词：消防水炮,射流轨迹,喷射误差

参考文献

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智能消防水炮 篇4

关键词：水力自摆,消防水炮,结构设计,射流特性

引言

消防水炮被广泛应用于各类火灾场所, 其优点为流量大、覆盖面广[1,2]。然而, 消防水炮一般无法在有毒、易爆场所或火势较大的环境下操作, 容易导致扑救不力, 这是因为目前常用的消防水炮炮头无法灵活改变方向。因此, 需要通过扩大水柱覆盖区域和改变水炮炮头的喷射方向等方式, 对水炮进行改良。目前往往通过水轮机的带动来改变炮头方向, 然而这种自摆结构炮头在水平方向上摆动幅度很大, 整体结构也十分笨重, 因此也无法在消防作战中灵活运用[3,4]。

针对这一问题, 最有效的解决方法为使用水力自摆式消防水炮, 其在自动换向装置的作用下实现自摆, 并可实现无人操作。本文以自动换向装置为例, 对水力自摆式消防水炮进行结构设计, 并着重对其射流特性进行研究。

1 结构设计

以阀控缸水力自动换向装置为例, 装置结构如图1所示。水从进水口进入阀芯与阀体形成的空腔, 之后经过水道垫板进入水液压缸;与此同时, 水液压缸右腔排水将活塞及活塞杆向右推动到指定位置, 这时位于左侧的碰撞块紧紧压着碰头, 以至出水口被堵住, 导致阀芯内阻尼孔的水流流速和压力损失变小。这时, 水力换向阀左腔, 将阀芯向右推动到水力换向阀右边, 将活塞杆向左推动。这一过程在水压的驱使下不断循环往复, 使活塞杆反复运动, 实现主动换向。

2 结构参数对射流特性的影响

采用流体动力学软件考察流道截面、进口压力和炮身通径对射流特性的影响。

2.1 流道截面

消防水炮流道截面的形状会对其射流特性产生重大影响[5]。现分析两种主要流道形式——圆形和方形流道的射流情况。图2 (a) 和图2 (b) 分别为两者的速度流线图。由于弯管处的能量损失变大, 流场平稳性降低, 所以通过弯管时的速度会有较大差异。与圆形流道相比, 方形流道弯管处会产生更大的紊流;并且与方形流道相比, 圆形流道在炮头处的流速更加平稳, 因此射流更加稳定。

2.2 进口压力

消防水炮也受进口压力的影响。图3 (a) 和图3 (b) 为进口压力不同时, 消防水炮的压力对比图。进口压力越大, 弯管处压力越大, 各壁面所承受的压力也越大, 消防水炮也越不稳定。由于现在常用的水力驱动自摆消防水炮后坐力普遍较大, 所以在壁面压力过大时, 消防水炮可能会发生倾倒。当进口压力增大到特定程度时, 出口速度的增幅呈减小趋势, 这也说明随着进口压力增加, 消防水炮的流道压力也会增加, 因此稳定性减小。

2.3 炮身通径

炮身的几何形状对消防水炮射流产生了最为关键的影响, 因此为减少水炮内部压力和能量损失, 要通过选择合适的消防水炮通径尺寸, 使其内部结构更加合理。

通过流体仿真得到出口速度图, 如图4所示。当通径从50 mm加大到60 mm时, 出口速度也逐渐增大;但通径从60 mm加大到65 mm时, 出口速度的增加并不明显, 这是因为在通径较大时, 流体传动过程中的能量损失也较大, 所以当出口速度增大时, 通径也随之增大。然而, 当通径不断增大到一定值时, 其紊流程度和能量损失也变大, 导致消防水炮的出口速度随着通径增大, 增量反而变小。综合来看, 通径为60 mm时, 水炮性能和制造成本的结合点最佳。

3 结论

以阀控缸水力自动换向装置为例, 对水力自摆式消防水炮结构进行了设计, 并研究了结构参数对射流特性的影响。从流道截面来看, 圆形流道比方形流道的炮头流速更加平稳, 因此射流情况也更加稳定;从进口压力来看, 当进口截面相同时, 进口压力越大, 射程越大, 消防水炮的射流特性越好;从炮身通径来看, 当水炮的通径变大时, 其所承受的压力也变大, 并且出口速度随着通径的增大, 增量反而变小。以上结论将有力指导消防水炮设计。

参考文献

[1]陆菊红, 王永福, 李瑜璋.我国消防装备技术发展战略的探讨[J].消防科学与技术, 2000, 11 (4) :40-41.

[2]Zhong M, Fan W, Liu T M, et al.China:some key technologies and the future developments of fire safety science[J].Safety Science, 2004, 42 (7) :627-637.

[3]胡国良, 梁炬星.水力自摆式消防水炮的设计及流场仿真[J].机床与液压, 2010, 38 (11) :45-48.

[4]Hu G L, Liang J X.Design and Jet Characteristics Study of a Liqumatic Fire Water Monitor with Self-Swinging Device[J].Advanced Materials Research, 2010, 97-101:2801-2805.

智能消防水炮 篇5

关键词：消防水炮,多模式,Arduino,Zigbee,图形化

1概述

随着我国经济的平稳高速发展和现代化、城市化进程的加剧,直接导致城区区域面积不断扩大,建筑物高度、密度的不断增加,给新时期消防工作带来了新的挑战[1]。

各项消防设施中,使用最为广泛且使用频率最高的,当属消防水炮。从早期的手动控制式、水力自摆式发展到现在的按键电控式消防水炮,虽然自动化程度不断提高,也在一定程度上减轻了操作人员的工作强度,但是都存在一个较大的缺陷, 即由于上述控制系统一般都与水炮炮体连接紧密,因此操作人员在实际实施灭火救援时,不可避免的必须近距离操作设备。 而一旦火场环境恶劣或实施救援过程中突发险情,不仅救援效果很难保证,而且会直接危及操作人员的人身安全,例如2015年8月12日在天津市滨海新区发生的危险品仓库爆炸事故中就发生了类似的悲剧。此外,传统消防水炮的手动控制系统、 水力自摆系统或按键电控系统在工作模式选择、可调精度范围等方面已经不能满足复杂多变的救援环境,在火场情况日趋多样化和复杂化的今天,操作人员很难实现精确控制以实现最快救援。

基于以上现状,本文提出一种多模式融合的水炮控制系统模型,在充分考虑消防水炮工作效率的前提下,针对控制系统部分关键指标提出有效解决方案。

2基于Arduino平台多模式融合

控制系统软硬件基于Arduino开源软硬件项目开发平台,采用Arduino平台开发的最大优势在于:主控设备与各外围部件间均采用模块化设计,可根据实际功能需求灵活增减模块, 便于系统调整与升级。除主控设备外,可对现有手动控制式、 水力自摆式或按键电控式等模式的消防水炮进行模块化升级, 尽量避免因设备升级造成的原有资源浪费。

优化后的水炮控制系统在保留上述几种传统控制模式基础上,针对原有控制系统进行升级整合,增设远距离无线遥控模式,配合上、下位机结构以实现多模式融合,适应实际救援环境的多样化和复杂化要求,提高系统的易操作性、可靠性和易维护性[2]。

系统使用性价比较高的AVR ATmega2560微控制器为核心器件,上位机部分为基于zigbee的手持终端,下位机部分与炮体电控、机械驱动部分连接。在保证处理速度的同时,可实现极简方式与外围传感器、步进电机等模块接驳[3]。系统下位机结构图如图1所示。

3采用多冗余Zigbee自组网络通信

增设的远距离无线遥控模式,充分考虑到火灾救援现场的恶劣环境,为避免出现通信中断等情况,采用多冗余Zigbee自组网络实现对消防水炮的远距离控制。较之其他常见无线通信模式,如移频键控(FSK)、振幅键控(ASK)等模式,采用Zigbee模式具有低功耗、高信道容量、短时延、高安全性、传输灵活等优点,特别是在工业现场控制等低信噪比环境下,具有较低的位误码率,提高了实时通信的可靠性[4]。

采用多个上位机节点思路来构建通信网络,实现多冗余通道,避免出现单个节点故障导致控制中断等故障,实际上位机节点数量可依据现场情况适时调整。多冗余Zigbee自组网络示意图如图2所示。

4基于图形化操作界面的坐标定位系统

消防水炮要在实际救援中发挥应有的功效,很大程度上取决于水炮控制系统的易操作性。在实际使用中,如何快速准确将水炮炮口调整至指定位置或区域范围则显得尤为重要。传统消防水炮早期人工调节,调节速度、精度均较粗放,费时费力,且实际救援效能浪费严重;采用按键电控系统后,调节精度和速度有所提高,但在一些需要设定水炮自摆范围的救援场合,设置过于繁琐,容易造成误操作[5]。针对这些问题,本系统以图形式操作界面为主,辅助按键操作面板。正常情况下,采用图形化界面操作,当图形化操作界面出现故障时,可采用按键操作面板进行应急补充。

图形化操作界面配合坐标定位系统可方便实现消防水炮水流运动轨迹的立体调整,完成水炮的空间定位,例如通过两点或多点坐标定位可设置水炮实现二维或三维空间内的智能自摆,提高灭火效能。同时,图形化操作界面能直观显示系统电源状态、电池电量、各模块工作状态等相关信息。

5结束语

较之传统消防水炮控制系统,多模式融合的水炮控制系统模型针在兼容原有设备,提高控制系统可靠性,简化操作提升效能及充分保障操作人员安全等控制系统部分关键指标上提出了合理、简便、可靠的解决方案,具有一定实际应用价值和借鉴意义。

参考文献

[1]李华嵩,李小兵,董全义.基于CANOPEN的智能消防水炮系统设计[J].微计算机信息,2007,23(14):32-34.

[2]徐健,杨亚琴,查兵.基于嵌入式控制器的智能多模消防水炮控制系统设计[J].制造业自动化,2011,33(21):128-130.

[3]卞永明,申睿章.消防水炮电机驱动系统的设计与实现[J]电子制作,2013(4):37.

[4]成小良,邓志东.基于Zig Bee规范构建大规模无线传感器网络[J].通信学报,2008,29(11):158-164.

智能消防水炮 篇6

关键词：消防炮,消防水炮,站房,工程实例

1消防炮系统

消防系统一般包括火灾自动报警系统、消火栓系统、自动喷淋系统、消防炮系统、自动气体灭火系统、防排烟系统、防火卷帘门系统和消防事故广播及对讲系统等等,本文重点阐述消防炮系统。

1.1消防炮系统的分类消防炮系统按喷射介质可分为泡沫炮系统、干粉炮系统和水炮系统。泡沫炮系统适用于甲、乙、丙类液体火灾和固体可燃物火灾场所;干粉炮系统适用于液化石油气、天然气等可燃气体火灾场所;水炮系统适用于一般固体可燃物火灾场所。对于保护面积较大、火灾危险性较高的要害场所,如会展中心、体育馆、剧院、机场、火车站等,适宜采用水炮系统,水炮系统已经成为消防领域普遍应用的消防装备。

1.2消防炮系统的选型不同的喷射介质有不同的扑灭特性,水炮适用于扑灭一般固体可燃物,干粉炮适用于扑灭可燃气体,泡沫炮适用于扑灭液体、固体可燃物。但需要特别注意的是,有些遇水或泡沫马上发生化学反应的可燃物,有可能引起剧烈的燃烧或爆炸,在选型时要千万慎重。当遇到有爆炸危险、有毒气体、燃烧产生大量辐射、火灾蔓延面积较大、高度超过8m的场所,宜选用远程控制消防炮系统,既能及时有效地扑救火灾现场,又能保障人员的安全。

2消防水炮系统

2.1水炮系统的组成消防水炮系统主要由水源、消防泵组、给水管路、灭火装置、电磁阀、水流指示器、信号阀、电源装置和控制装置等组成。

2.2水炮系统的特性和优点水炮系统采用高新技术,通过图像传输画面、红外传感探测、信号处理、机械控制、微控、计算机等技术获取现场的火灾信息和图像信息,将火灾安全监测与自动定位技术相结合,实现大空间内火灾自动报警与空间定位联动灭火的统一。一旦检测到火灾信号,消防水炮进行扫描并锁定着火点,发出报警信号,并能与其他消防自动报警系统联动操作,自动启动消防水泵和电动阀门,系统自动控制水炮进行定点扑救,从而使损失减少到最低程度。水炮系统的优点:具有流量大、射程远、空间定位精确、反应快速、灭火效率高、保护面积大等特点。

3工程实例

武广铁路客运专线新清远站站房共两层,建筑面积为10450m2,中部两层均为候车室,两侧为各类辅助用房,进站集散厅、售票厅及出站大厅为两层通高。

3.1消防水炮系统布置范围二层大空间候车厅高度超过8m,两层通高的进站集散厅、售票厅及出站大厅高度超过14m,普通自动喷淋灭火系统已不起作用,考虑站房主要扑灭一般固体可燃物,故这四处大空间采用消防水炮灭火系统。这些大空间区域同时按消防规定设置了足够数量的消火栓和灭火器具。

3.2消防水炮设计参数按设计规范要求,站房用水量不应小于40L/s。二层候车厅及进站集散厅各设置2台PSZS8/20-50系列自动寻的智能消防水炮,单台流量为20L/s,炮口工作压力为0.80Mpa,最大射程为50m。售票厅及出站大厅各设置2台ZSS-25A系列的微型自动扫描装置,单台流量为5L/s,保护半径为21m。消防水炮均带雾化装置,两门水炮水射流同时到达被保护区域的任一部位。

3.3水泵的选型大空间消防水炮灭火系统采用临时高压制,在消防泵房内设有消防水炮泵两台,水泵选用卧式恒压消防泵,规格型号为XBD12/40-QW,出口压力1.2MPa,流量40L/s。屋面设有消防水箱间,同时设一套水炮系统专用增压泵和气压罐设施,增压设备型号为QX4.6-0.3。

3.4管材选用水炮系统环状干管管径为DN200。埋地管道采用球墨铸铁管,胶圈连接;明管道采用无缝钢管,焊接。管道的安装需要注意几个问题:一是球墨铸铁管敷设的弯头部位必须加固牢紧,以防脱口;二是球墨短管、三通尽量采用带法兰配件,方便连接;三是焊接钢管长度超过40m时需设置波纹伸缩器。

3.5远程控制考虑站房保护面积大、高度比较高,同时要保护人身安全,系统采用远程控制。在消防控制室能通过图像传输画面、红外传感器、信号处理、机械传动等技术对消防水炮进行自动操作,并能与其他消防自动报警系统联动操作。一旦发生火灾,灭火装置立即启动,对火源进行扫描确定着火点,消防控制室发出信号,自动启动水泵,打开阀门,准确地进行射水灭火。在消防控制室能显示消防泵组的运、停和故障,电动阀门的开、关和故障,同时能显示消防炮的俯仰和水平回转动作。系统采用单体控制系统,具有自动控制、手动控制、现场应急控制三种启动方式。

3.6重要设施的设置(1)泄压阀。因消防水炮系统流量大,相应水泵功率也大,故每台消防水泵出口必须设置泄压阀。泄压阀出口水应回流至消防水池,避免水资源浪费,同时也防止出口水排放不及而淹没水泵房。(2)减压设施。消防水炮的额定工作压力为0.80MPa,工作压力上限为1.60MPa,消防设施应根据工作压力设置减压孔板、减压阀等减压设施,以保证消防设施的安全和消防给水系统的均衡供水,达到节水和消防水量合理分配的目的。售票厅及出站大厅的消防水炮管网均经减压阀减压后才能接微型自动扫描装置。(3)放空阀。消防水炮系统和消火栓系统、自动喷淋系统一样,应在管网的最低点设置放空阀,并尽量就近排放到排水管或室外排水井内。(4)排气阀。为保证管网的供水能力,管网上应设置自动排气阀。自动排气阀的设置应根据整个管网的实际情况确定,一般在每一上坡最高点设置。

结语:消防炮集合了多种高端技术,能对火灾场所进行自动监控,做到自动报警、准确定位、快速扑救、将损失降到最低限度,这正是消防工作者的愿望。目前国内不少具备市场竞争力的生产企业致力于消防炮核心技术的应用与研发,不断扩大应用领域,消防炮将成为消防系统新的发展方向。

参考文献

[1]GB 50338-2003固定消防炮灭火系统设计规范[S].

[2]刘申友,袁宏永,等.定点灭火智能消防水炮[J].中国安全科学学报, 2001(4):37-41.

智能消防水炮 篇7

自动消防水炮做为远控消防水炮的升级换代产品, 被广泛地应用到展览厅、体育馆、仓库等大空间建筑物内,在没有人工干预的情况下能够自动发现火灾、判断火源点位置、自动调整消防炮的回转和俯仰角度,使其喷射口对准起火点,并展开灭火作业[1,2]。在智能水炮灭火作业过程中,炮体回转和喷管俯仰角度的精准度是确保喷射口对准起火点有效灭火的关键[3]。目前,蜗杆传动副的大传动比和紧凑结构特性使其成为自动消防水炮机械传动模式的首选。由于制造、装配误差以及传动磨损,普通的蜗杆副存在难以控制的传动侧隙,在炮体回转和俯仰角度变化过程中出现定位误差,从而导致火源定位不准影响灭火效果。自动消防水炮做为自动跟踪定位灭火系统的一种,文献[3]的5.2和5.10分别规定炮体自动定位时间不得超过30s和从自动射流开始到扑灭1A灭火级别的时间不得超过3min。这两条规定给自动消防水炮规定了最佳有效灭火时间区间,这也给做为灭火执行部件的炮体机械传动部分提出了快速精准的定位性能要求。因此提高蜗杆传动副传动精度是自动消防水炮准确高效灭火的关键。文献[4]中提出了用弹簧消隙法来消除或减小上述消防水炮的定位误差。文章认为弹簧消隙法在原理上能够有效地起到消除或者减小蜗杆传动副啮合侧隙的作用,但是弹簧消隙法结构复杂制造成本高,弹簧失效后必须拆解炮体进行更换维修成本高,做为结构紧凑、机电高度集合和安装于大空间场所的自动消防水炮,从实用性和可操作性上来说该方法是不可行的。为此,文章针对上述自动消防水炮机械传动的不足,将具备消除传动侧隙功能的双导程蜗杆传动副应用到自动消防水炮机械传动中,为确保自动消防水炮准确高效灭火提供了可靠手段。

1双导程蜗杆传动副传动原理

双导程蜗杆与普通蜗杆的区别在于双导程蜗杆的左、右齿面分别具有两个不同的导程,由于两个不同导程的存在带来了蜗杆齿厚沿轴线方向等比例增大或者减小。双导程蜗杆齿厚的等比例变化为消除或者调整蜗杆传动副啮合间隙提供了手段,即轴向移动蜗杆[5]。

双导程蜗杆传动副传动原理与普通蜗杆传动副传动原理没有本质的区别,沿蜗杆中心剖面看都可视为齿条齿轮传动副[5]。如文献[6]所述虽然蜗杆齿左、右两侧面具有不同的导程,但同一侧齿面导程是相同的,即同一侧齿面齿距(模数)是相同的,所以双导程蜗杆传动副没有破坏啮合条件,当轴向移动蜗杆时仍能够确保良好的啮合条件。

2双导程蜗杆在自动消防水炮上的应用

文章针对ZDMS0.8/30S型自动消防水炮进行双导程蜗杆传动副机械传动机构设计计算。已知基本设计参数:蜗杆头数z1=1,蜗杆齿顶圆直径da1=28mm,蜗杆特性系数q=11.2,蜗轮齿数z1=53,公称模数m=2.5。

2.1双导程蜗杆基本参数设计计算

双导程蜗杆基本参数设计计算和加工方法已在现有文献[6~8]中进行了详细阐述并得到了实践验证,文章不在赘述。文章针对ZDMS0.8/30S型自动消防水炮双导程蜗杆图纸标注尺寸给予列举,如表1所示。

2.2双导程蜗杆传动副在自动消防水炮上的结构设计

自动消防水炮安装于高大空间建筑内距离地面8~15米的空间内,其使用工况突出特征就是安装位置高、维修困难,尤其是在机械传动故障维修难度更大, 返厂率高。文章针对这一问题,以设备使用的持久性、 可靠性和可维修性为出发点,将双导程蜗杆传动副的设计融入到整机结构中去。文献[8]指出利用双导程蜗杆变齿厚的特性沿着齿厚减薄方向移动蜗杆可以减小或者完全消除啮合间隙。文章依据该结论将在自动消防水炮的双导程蜗杆传动副上设置了蜗杆轴向移动调整装置(如图1所示):双导程蜗杆通过两幅球滚动轴承3的支撑与蜗轮1保持正确啮合中心距;设置的调整螺母2在压缩弹簧8、弹簧垫圈7、球推力轴承9和推力轴承套10的共同作用下使用双导程蜗杆5沿着齿厚减薄方向轴向移动, 直至实现双导程蜗杆5和蜗杆1的无侧隙啮合。同时,由于推力轴承套10、步进减速电机12和机体4由螺钉紧密装配为一个整体,蜗杆必须有轴向移动间隙才能实现轴向移动,文章根据梅花联轴器11的结构特征,在装配时使两个金属抓盘与梅花弹性体之间留有1mm的装配间隙,以提供双导程蜗杆轴向移动间隙。

1.蜗轮;2.调整螺母;3.球滚动轴承;4.机体;5.双导程蜗杆;6.油杯; 7.弹簧垫圈;8.压缩弹簧;9.球推力轴承;10.推力轴承套;11.梅花联轴器; 12.步进减速电机;13.平键;14.给水管;15.压紧螺钉

3结束语