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1、自动喷水灭火系统设计毕业论文自动喷水灭火系统设计毕业论文中文摘要 1ABSTRACT 2目 录 3第一章绪论 51.1引言 51.2自动喷水系统的特点 61.3自动喷水系统设计的意义 7第二章 系统方案的确定 82.1自动喷水系统主要部件 82.2方案的确定 92.2.1洒水喷头 92.2.2水流指使器（水流开关） 122.2.3压力开关 122.2.4报警阀 132.2.5末端试水装置 14第三章 控制系统的设计 153.1自动喷洒用消防泵的控制电路设计 153.2全电压启动的喷淋泵控制电路设计 163.3火灾自动报警系统设计 183.3.1火灾自动报警系统的形式 183.3.2火灾自动报警

2、控制器 233.3.3火灾探测器 253.3.4手动报警器 32第四章 自动喷水灭火控制系统的实现 344.1系统硬件配置 344.2 EIA-RS-232的应用 374.2.1电气特性 374.2.2连接器的机械特性 394.2.3火灾信号检测原理 404.2.4控制软件及流程 404.2.5系统主要的子程序模块 414.2.6自动消防监控系统主要实现的功能 424.2.7火灾报警电路 42参考文献 44致谢 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

3、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

4、，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

5、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1/32/3，财产损失少1/22/3。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

6、已看出它的效果。据19821991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

7、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SIEMENS S7-300 PLC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

8、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

9、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

10、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

11、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

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

13、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15111/257687993+15橙红黄绿2738496380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5

14、7 38橙68 49红79 60黄9374绿141121蓝182160紫227204黑260238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2030s），通过继电器触点，发出声光信号给控制室，以识别火灾区域

15、。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

16、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9.37.43.662.443.252.44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(min m2)强度比较%一只喷头最大保护面积m2轻危险级标准800.100.054.4805642.81007019.36中危险级级标准800.100.053.6805664.31007213.0级标准800.100.053.480568

17、5.61007011.56严重危险级级标准800.100.052.68056128.4100706.76大口径1150.100.053.111581128.5100709.6级标准800.200.052.6511356168100507.0大口径1150.150.053.014081169100569.02.2.2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

18、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=50150mm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

19、，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（上海消防器材厂生产）。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0.071MPa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

20、,5A,DC24V,3A,接线电缆外径20mm。 ZSJY25，50型：工作压力为0.020.025MPa及0.040.05MPa。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

21、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

22、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

23、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

24、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

25、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

26、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。控制电路中设有工作状态选择开关，可使两台泵分别处在1#用2#备，2#用1#备或两台泵均为手动的工作状态。图中，当发生火灾时，喷洒系统的喷头自动喷水，设在主管上的压力继电器，（或接在防火分区水平干管上的水流继电器） SP接通，时间继电器KT3通电。经延时（35s）后，中间继电器KA4通电

27、吸合。若选择开关SA置于1#用2#备的位置，则1#泵的接触器KM1通电吸合，1#泵起动向系统供水。如果此时1#泵故障，接触器KM1跳闸，使2#泵作为备用泵起动向自动喷洒水系统供水。根据消防规则的规定，火灾时喷洒泵起动运转1h后，自动停泵。此时，时间继电器KT4的延时整定时间为1h。它通电1h后吸合，中间继电器KA4断电释放，使正在运行的喷洒泵控制回路断电，水泵停止运行。液位器SQ安装在水源水池，当水池无水时，液位器SQ接通，使中间继电器KA3通电吸合，其常闭触点将两台水泵的自动控制回路断电，水泵停止运行。控制电路中，分别设有两台泵的故障指示灯HY1,HY2。两台泵自控回路中，与KA4常开触点并

28、联的引出线，接在消防控制模块，由消防中心集中控制水泵的起停。消防泵电气控制主要是指火灾发生时消火栓系统所属消防水泵(恒压泵、加压泵等)的控制，并且一般都应具备集中(消防中心)管理的功能，在满足使用要求的前提下，力求简单可靠。所示是消防泵的典型电气控制原理图。图中，nAN是室消火栓中的消防按钮，各保护区域(楼层)消防按钮一般串联相接，构成“或”逻辑条件去启动消防泵，即只要建筑物任意一个区域出现火灾，驱动消防按钮就可使消防泵启动。nXK是各个消火栓被喷水枪压住的限位开关，拿起水枪，2XK限位开关闭合，使得安装在消防中心控制屏上的信号灯nXD点亮，指示何处消火栓已开始工作。自动喷洒系统是自动水灭火系

29、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。控制电路中设有工作状态选择开关，可使两台泵分别处在1#用2#备，2#用1#备或两台泵均为手动的工作状态。3.2全电压启动的喷淋泵控制电路设计电气线路的组成:在高层建筑及建筑群体中，每座楼宇的喷水系统所用的泵一般为23台。采用2台泵时，平时管网中压力水来自高位水池，当喷头喷水，管道里有消防水流动时，流水指示器启动消防泵，向管网补充压力水。平时一台工作，一台备用，当一台故障停转，接触器触点不动作时，备用泵立即投入运行，两台可以互为备用。（如图3-1）为两台泵的全电压启动的喷淋泵电路，图中B1、B2、Bn为区域水流指示器。如果分区较多可用n个水流指示器及n个继电器与之配合。采用3台消防泵的自动喷水系统也比较常见，三台泵中两台为压力泵，一台为恒压泵。恒压泵一般功率很小，在5kW左右，其作用是使消防管网中水压保持在一定围之。此系统的管网不得与自来水或高水位池相连，管网消防用水来自消防储水池，当管网中的渗漏压力降到某一数值时，恒压泵启动补压。当达到一定压力后，所接压力开关断开恒压泵控制回路，恒压泵停止运行。图 3-1 全电压启动的喷淋泵控制电路电路的工作情况分析