快速响应旋转型喷头自动喷水灭火系统设计

赵宇1，肖睿书1，邓成运1，颜日明2

（1.广西华蓝设计<集团>有限公司，广西南宁530011；2.广州龙雨消防设备有限公司，广州510300）

摘要：介绍了快速响应旋转型喷头自动喷水灭火系统的设计，建立了经国家消防装备质量监督检验中心检验合格的专利喷头流量计算公式，采用了消防泵稳压缓冲装置等技术；可供大中小空间建筑消防给水系统设计和审查人员参考。

关键词：快速响应；旋转型喷头；国家消防装备质量监督检验中心；专利喷头流量计算公式；消防泵稳压缓冲装置；设计浅析

DiscussiononDesignofFast-responseRotarySprinklerSystems

ZHAOYu1，XIAORui-shu1，DENGCheng-yun1，YANRi-ming2

(1.GuangxiHualanDesign&ConsultingGroup,Naning530011China;2.LongiusFireEquipmentCo.,Ltd.,Guangzhou,China)

Abstract:Theauthorsintroducethedesignoffast-responserotarysprinklersystems，setuptheflowcalculationformulaofthepatent-right-sprinklertestedasqualifiedbyChinaNationalFireEquipmentQualitySupervisionCentre，applythestable-pressurepump’scushiondevice,etc.，allthesewouldbehelpfulforreferenceforlarge，middleorsmall-spacebuildingfirewatersupplysystemdesignandreviewstaff.

Keywords:fast-response；rotarysprinkler;NationalFireEquipmentQualitySupervisionCentre;flowcalculationformulaofthepatent-right-sprinkler;stable-pressurepump’scushiondevice；discussionondesign

1 前言

《旋转型喷头自动喷水灭火系统技术规程》[1]（以下简称《规程》）自2006年12月1日施行以来，深受建筑消防给水系统设计人员的欢迎。《规程》指出，旋转型洒水是我国自主开发的新型喷头，具有结构简单、性能稳定、喷洒密度均匀、洒水覆盖面积大、响应快速、灭火效率好的特点。采用旋转型洒水喷头的自动喷水灭火系统，在保证喷水强度的前提下，可以加大喷头布置间距，减少喷头设置数量，从而简化管道系统。它采取了旋转式腔体设计，增添了控制出水和喷淋效果的圆锥活塞分流器，确保射出大水滴，有助于提高水滴穿透火舌的能力，尽快抵达可燃物表面，达到迅速灭火的目的。

喷头由感应部件和布水部件组成。感应部件采用玻璃球，平时布水部件采用胶圈密封圆锥活塞分流器和旋转式腔体。火灾发生时，感温玻璃球受热破碎，分流器在重力作用下（下垂型）或在水力作用下（直立型、边墙型）移位，被分流器封闭在管道内的水流进入旋转式腔体，并从喷头喷出，利用两束对称水流的反作用力不停地360°旋转，将水甩出，称为水力自动旋转布水方式。

由于旋转型喷头没有溅水盘或挡板，因此下垂型布水效果最好，直立型次之，边墙型稍差。网架透空吊顶推荐下垂型，A型喷头安装高度≤15m。

《规程》25页条文说明报道了LAS-25和LAS-25A两种大口径喷头工作压力不小于0.25MPa和0.12MPa的基本要求。对LAS-25喷头和标准喷头做了对比试验。在喷头工作压力0.25MPa（23页表2中0.1MPa有误，更正为0.25MPa）和安装高度5m的条件下，试验结果表明，前者灭火时间仅为8s是后者105s的7.6%，且灭火后前者火堆完全熄灭，而后者火堆仍有碳亮，前者灭火效果十分明显。但是喷头安装高度仅为5m的测定实例，难以令大空间建筑设计者信服。

2008年5月～7月，在笔者的推动下，由国家消防装备质量监督检验中心（以下简称《中心》）对LAS-25A、20A和15A大中小口径快速响应（以快速启动元件代替普通启动元件称A型）旋转型喷头做了型式试验，喷头安装高度≤15m。检验结果如表1。

表1有快速启动元件的快速响应喷头检验结果

检验项目

标准要求

检验结果

15A

20A

25A

15A

20A

25A

启动温度（℃）

54.2~59.8

54.2~59.8

54.2~59.8

58.1

57.3

57.1

启动时间（s）

≤30

≤30

≤30

9.0

8.9

8.8

保护半径（m）

≥5.5

≥6.0

≥6.0

5.5~5.8

6.1~6.3

6.5

工作压力（MPa）

0.12~0.25

0.12~0.25

0.12~0.25

0.12~0.25

0.12~0.25

0.12~0.25

喷水流量（L/s）

≥2.0

≥2.5

≥5.0

2.1～2.4

2.6～2.9

5.1～5.5

安装高度（m）

≤15

≤15

≤15

15

15

15

A类火灭火试验

扑灭1A级别的火灾

合格

综上所述，设计网架透空吊顶的大空间建筑，以多功能体育馆为例，可参照《自动喷水灭火系统设计规范》[2](以下简称《喷规》)5.0.1A强条有关喷水强度（12L/min·m2）和作用面积（300m2）的规定，而对于净空高度（8～12m）、喷头选型（K=115）、喷头最大间距（3m）和注1喷头溅水盘与顶板的距离等，都因快速响应旋转型（无溅水盘）喷头的特殊性（有别于非快速响应、K≤115、有溅水盘和非透空顶板等标准闭式喷头）而有所突破，以《中心》提供的表1和《规程》为主要依据，结合《喷规》进行系统设计。

2 专利喷头流量计算公式

旋转型喷头整体技术目前居世界领先水平，具有专利权，亦称专利喷头。由于圆锥活塞分流器和旋转式腔体在两束对称水流相互作用下，喷头流量在0.12~0.50MPa压力下，变化不大，相当于流量调节器，流量差值在±4～7%以内，以LAS-25A为例，P=0.08MPa时，能够动作，q=5.09L/s；P=0.50MPa时，q=5.50L/s不变。配水管入口的动压力不宜大于0.50MPa比标准喷头系统不宜大于0.40MPa扩大0.10MPa。以《规范》（9.1.1）q=K(10P)0.5为模式，建立下列标准式：

q=K(10Po0.5+ΔPn) (1)

式中q—专利喷头流量（L/min）；

K—喷头流量系数；

Po—喷头设计最小工作压力（MPa，Po取0.12）；

ΔP—P-Po的差值（MPa，ΔP≤0.13，ΔP＞0.13取0.13）；

P—喷头工作压力（MPa，0.12≤P≤0.25，P＜0.12取0.12，P＞0.25取0.25）；

n—幂指数。

（1）式可简化为：

q=K(1.095+ΔPn)/60（L/s）（1a）

大中小口径（LAS）专利喷头K、n、P=0.12～0.25MPa对应流量q（L/s）值详见表2。

表2 LAS专利喷头K、n、P对应q（L/s）值

型号LAS-

K

n

P/MPa

≤0.12

0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

≥0.25

25A

279

1.192

5.09

5.14

5.19

5.25

5.32

5.39

5.46

5.50

20A

142

0.998

2.59

2.64

2.69

2.73

2.78

2.83

2.88

2.90

15A

115

0.906

2.10

2.15

2.20

2.25

2.29

2.34

2.38

2.40

3 消防泵稳压缓冲装置

广西某一县城多功能体育馆大空间中至中平面尺寸=60.9×56.7=3453（m2），网架透空吊顶标高为15.0～15.8（m），据此布置了共13×11=143（只）LAS-25A旋转式喷头，按矩形布置，长边×短边=5.62×4.45=25（m2），符合《规程》要求。以12只喷头同时开放设计，作用面积达到12×25=300（m2）。作为控制性估算，平均每只喷头qo=5.30L/s，合计63.6L/s。初估扬程H=53m。

文献[3][4][5][6]报道，从安全供水角度出发，若选用恒压切线消防泵时，应校核水泵额定流量乘以67%折减系数后是否略大于系统设计流量，说白了就是要按设计流量乘以1.5来选泵。本例设计流量=63.6L/s，即63.6×1.5=95.4（L/s）；查文献[3]17页序号66，选XBD50-60-HY切线泵三台，二用一备，单台Q=0～50L/s，HN=60m，额定扬程不能调节，N=45kW，可满足设计要求。遵照文献[6]精神选用稳压缓冲消防泵，则不必考虑67%或1.5系数问题，查文献[3]95页，选XBD7/60-75-SHY缓冲泵二台，一用一备，单台流量Q=0～60L/s，HN=70m，N=75kW，由于它是普通消防泵增加了出口稳压缓冲装置，允许现场调节额定扬程至53m，流量可增加至79.2L/s，留有25%的余地。值得一提的是，文献[3]94页的说明仅适用于切线泵，它与缓冲泵无关，文献[3]审定人和负责人同意下次修编时予以删除。

4 配水支干管管径选择

以内外壁热镀锌（涂塑消防专用）钢管为例，将LAS-25A旋转型喷头配水支干管流量、管径、控制喷头数等参数列于表3（涂塑钢管可酌情缩小一号管径）。

表3 LAS-25A喷头配水支干管流量、管径、控制喷头数

DN/mm

喷头数/只

流量Q/（L·s-1）

流速v/（m·s-1）

比阻A/（kPa·m-1）（L·s-1）-1.85

每m水损I /kPa

每6m水损/ kPa

50

1

5.3

2.70（2.37）

0.1279986(0.0498570)

2.80（1.09）

16.80（6.54）

65

2

10.6

3.10（2.85）

0.0331139(0.0145143)

2.61（1.14）

15.66（6.84）

80

3

15.9

3.29（3.03）

0.0143176(0.0062854)

2.39（1.05）

14.34（6.30）

100

4

21.2

2.54（2.40）

0.0037903(0.0017685)

1.08（0.50）

6.48（3.00）

125

5～6

31.8

2.47（2.32）

0.0013155(0.0006077)

≤0.79（0.37）

≤4.74（2.22）

150

7～10

53.0

2.88（2.77）

0.0005517(0.0002694)

≤0.85（0.42）

≤5.10（2.52）

200

11～800

79.5

2.36（2.30）

0.0001266(0.0000633)

≤0.42（0.21）

≤2.52（1.26）

注：①开放喷头数最多按15只考虑，DN200干管控制喷头数≤800只。②I=AQ1.85（kPa/m）。

5 讨论

①类似于多功能体育馆的非仓库类高大净空场所设置自动喷水灭火系统时，宜推广应用LAS-25A快速响应旋转型喷头自动喷水灭火系统，确保大空间建筑消防给水系统的安全运行。

②旋转型喷头自喷系统宜优先采用内外涂塑（耐200°C高温环氧树脂塑料与钢熔融结合）消防专用钢管，DN≤80采用螺纹连接，DN≥100采用沟槽式连接或法兰连接，比较稳妥可靠。

③自喷泵吸水管上需加装带桶型过滤软密封闸阀，满足GB50261[7]之4.2.3的1款要求。

④宜选用出口有稳压缓冲装置的稳压缓冲消防泵，它可以在现场调节额定扬程，水泵的性价比较高。

⑤本自喷系统匹配的大口径DN200报警阀宜推广应用ZSFZ(G)-1.6Q型，G代表沟槽式连接，PN=1.6MPa提高压力级别，Q代表球墨铸铁阀体；湿式报警阀阀瓣具有止回功能，为消除停泵水锤的影响，应在报警阀出口侧加装DN20小口径安全阀[8]；以达到长期安全使用的目的。

⑥建议《规程》3.2.3之1款末尾75mm纠正为85mm，留有供吊顶下安装的下垂型喷头自由旋转的空隙。

⑦建筑平面尺寸大，管道布置有难度，不论无吊顶车库、仓库或有吊顶大中小空间场所，均适宜采用旋转型喷头[9]。

参考文献：

[1]CECS213：2006，旋转型喷头自动喷水灭火系统技术规程[S].

[2]GB50084-2001（2005年版），自动喷水灭火系统设计规范[S].

[3]04S204，消防专用水泵选用及安装[S].

[4]罗定元，丁再励·新编国家标准图集《消防专用水泵选用及安装》（04S204）简介[J]·给水排水，2004，30（8）：112.

[5]罗定元·恒压切线泵的工作特点及设计选用注意事项[C]·全国建筑给水排水委员会水消防分会第三次年会暨国际自动喷水灭火技术交流会论文集·2004，86-87.

[6]肖睿书，赵永代，闫利国·对消防泵选用设计的改进[J]·消防技术与产品信息，2005，（3）：20-23.

[7]GB50261-2005，自动喷水灭火系统施工及验收规范[S].

[8]何沛·消防供水安全设施的几个问题[J]·给水排水，2008，34（10）：124-125.

[9]姜文源·旋转型喷头和旋转型喷头自动喷水灭火系统[J]·水务世界，2007，（3）：12-15.

赵宇：530011南宁市华东路39号TEL：0771-2438054，15177931969

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