專利名稱：潔凈氣體音速釋放流動(dòng)的管網(wǎng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑消防工程，具體為如何運(yùn)用氣體動(dòng)力學(xué)技術(shù)確定潔凈氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)的大小，以保證失火時(shí)滅火氣體能從具有阻力作用的管網(wǎng)系統(tǒng)中在有效滅火時(shí)間內(nèi)釋放流出，可靠滅火。管網(wǎng)系統(tǒng)大，阻力作用小，滅火氣體流出時(shí)間短，對(duì)滅火有利；管網(wǎng)系統(tǒng)小，阻力作用大，滅火氣體流出時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)滅火則不利，甚至導(dǎo)致滅火失敗，失去安裝滅火管網(wǎng)系統(tǒng)的意義。流動(dòng)動(dòng)力一定，滅火氣體劑量一定，流動(dòng)阻力作用的大小決定了滅火潔凈氣體的出流時(shí)間。從滅火安全要求講，有一潔凈氣體在滅火管網(wǎng)系統(tǒng)中最大限定的出流時(shí)間，因而有一幾何結(jié)構(gòu)最小又能保證滅火氣體出流時(shí)間限定的管網(wǎng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)，由儲(chǔ)氣鋼瓶、容器閥、導(dǎo)流管、單向閥、安全閥、集流管、歧管、孔板、選擇閥、壓力開關(guān)、主管道、三通、彎頭、各級(jí)支管道，噴頭組裝而成，是國(guó)家強(qiáng)制限定相關(guān)建筑場(chǎng)所必須安裝的消防設(shè)施。早先儲(chǔ)氣鋼瓶組充裝的滅火氣體為液化氣“哈龍”，因哈龍滅火釋放到大氣中后對(duì)臭氧層的破壞能力大約是氟里昂的3-10倍，我國(guó)政府決定全部淘汰“哈龍”滅火劑。哈龍被淘汰后，管網(wǎng)系統(tǒng)充裝的環(huán)保性能最好的滅火氣體，國(guó)際消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)政府規(guī)定應(yīng)為大氣中的氮?dú)?、氬氣、二氧化碳或者其混合氣體，這種氣體，被稱為潔凈氣體。這樣管網(wǎng)系統(tǒng)中流動(dòng)的滅火氣體就由不可壓縮的液化氣變成了單相可壓縮氣體，流體的流動(dòng)規(guī)律就有了本質(zhì)上的不同，確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法也就有了本質(zhì)上的變化。國(guó)際消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)ISO/CD14520-1和我國(guó)消防技術(shù)規(guī)范GB50370-2005均以流動(dòng)時(shí)間作為核心技術(shù)指標(biāo)對(duì)潔凈氣體管網(wǎng)系統(tǒng)的流動(dòng)技術(shù)特性作出要求潔凈氣體必須在不大于60秒由管網(wǎng)系統(tǒng)釋放流出滅火。管網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)以此技術(shù)要求來(lái)確定大小，保證滅火的可靠性。按照一定劑量滅火氣體出流時(shí)間確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法，均列入各國(guó)強(qiáng)制性消防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，確保按其確定的管網(wǎng)系統(tǒng)的大小決定的滅火氣體釋放時(shí)間對(duì)滅火可靠。
潔凈氣體在管網(wǎng)系統(tǒng)中的釋放流動(dòng)，有“亞音速”和“音速”兩種規(guī)律完全不同的流況。氣體“亞音速”流動(dòng)規(guī)律與不可壓縮流體流動(dòng)規(guī)律類同，由于對(duì)不可壓縮流體管道流動(dòng)規(guī)律的認(rèn)知已相當(dāng)普及、深刻，在“亞音速”流動(dòng)范圍確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法比較容易確立，但是按“亞音速”流動(dòng)確定的管網(wǎng)系統(tǒng)大而不經(jīng)濟(jì)；氣體“音速”流動(dòng)規(guī)律與“亞音速”流動(dòng)規(guī)律有了本質(zhì)上的區(qū)別，在“音速”流動(dòng)范圍確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法解決起來(lái)較難，但按“音速”流動(dòng)確定的管網(wǎng)系統(tǒng)最小而且經(jīng)濟(jì)，對(duì)于管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)制做意義重大。
潔凈氣體在管網(wǎng)系統(tǒng)中的釋放流動(dòng)，是將鋼瓶?jī)?nèi)儲(chǔ)存壓力為15MPa或20MPa的潔凈氣體，經(jīng)由對(duì)流動(dòng)有阻力的管網(wǎng)系統(tǒng)噴放到背壓為大氣壓0.1Mpa的防護(hù)區(qū)內(nèi)，流動(dòng)壓力變化之大早已進(jìn)入必須考慮氣體壓縮性的范疇，因而屬于可壓縮氣體管道內(nèi)嚴(yán)重的不穩(wěn)定流動(dòng)。這種不穩(wěn)定流動(dòng)，因管網(wǎng)系統(tǒng)的大小不同，氣體的流況也不同。當(dāng)管網(wǎng)系統(tǒng)大到一定程度，潔凈氣體的全部不穩(wěn)定釋放流動(dòng)過(guò)程，均會(huì)在“亞音速”流況下進(jìn)行；小于這個(gè)程度的管網(wǎng)系統(tǒng)，潔凈氣體的全部不穩(wěn)定釋放流動(dòng)過(guò)程，則分為先期的“音速”流動(dòng)過(guò)程和后期的“亞音速”流動(dòng)過(guò)程，并且這兩種規(guī)律完全不同的流動(dòng)過(guò)程又都是由同一個(gè)管道氣體流動(dòng)方程所描述，那么按該管道氣體流動(dòng)方程確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法稍有不慎，就會(huì)將規(guī)律完全不同的兩種氣體流動(dòng)混為一談，將全部流動(dòng)過(guò)程均為“亞音速”流動(dòng)管網(wǎng)系統(tǒng)和全部流動(dòng)過(guò)程既有“音速”流動(dòng)過(guò)程又有“亞音速”流動(dòng)過(guò)程管網(wǎng)系統(tǒng)混為一談，確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法就會(huì)有重大漏洞，按照這個(gè)有重大漏洞技術(shù)方法確定的管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)滅火的可靠性就有重大問(wèn)題。
目前，國(guó)際、國(guó)內(nèi)確定潔凈氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法如下 1、由于沒有解決可壓縮氣體在管道中流動(dòng)達(dá)到“音速”如何定量的技術(shù)，國(guó)際上目前只能在遠(yuǎn)離“音速”的“亞音速”流動(dòng)狀況下確定潔凈氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)的大小，所制作的管網(wǎng)系統(tǒng)大而不經(jīng)濟(jì)。
消防界的普遍看法，目前國(guó)際上確定潔凈氣體管網(wǎng)系統(tǒng)大小最先進(jìn)的技術(shù)方法應(yīng)為美國(guó)安素公司，但安素公司對(duì)該技術(shù)方法嚴(yán)格保密，均是將國(guó)外要設(shè)計(jì)的管網(wǎng)系統(tǒng)拿回美國(guó)確定大小，然后再在國(guó)外施工制作?？墒?，根據(jù)安素公司宣傳透漏的產(chǎn)品信息和技術(shù)查新查到的相關(guān)內(nèi)容，我們了解到安素公司并沒有解決可壓縮氣體管道中流動(dòng)時(shí)達(dá)到“音速”如何確定管道大小的技術(shù)方法。他們的做法是依據(jù)管長(zhǎng)和管徑的不同給出了潔凈氣體在各種管道中流量值的上限值表，規(guī)定在上限值以下的流量范圍，用美國(guó)NFPA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)12或12A中的氣體管道流動(dòng)方程 ........(一) 確定管網(wǎng)系統(tǒng)的大小。這種方法，實(shí)質(zhì)是只在氣體管道“亞音速”流動(dòng)狀況下確定管網(wǎng)系統(tǒng)的大小。技術(shù)查新查到的安素公司的技術(shù)論文《解決運(yùn)用IG541惰性氣體火災(zāi)抑制系統(tǒng)的水力學(xué)計(jì)算問(wèn)題》中論述的依據(jù)實(shí)驗(yàn)所作的兩條曲線也說(shuō)明了這一點(diǎn)，文中論述道“對(duì)于一種尺寸管子里調(diào)整的最小流量也屬于足夠的高，保證氣體流動(dòng)完全進(jìn)入湍流狀態(tài)，這樣對(duì)于每一個(gè)給定直徑的管子，一個(gè)恒定的摩擦系數(shù)可以被使用；另外一種氣體管道流動(dòng)的最大流量被這種氣體流動(dòng)時(shí)管內(nèi)當(dāng)?shù)匾羲偎薅?，那么，在惰性氣體管網(wǎng)系統(tǒng)的管子里，氣體最大流量要調(diào)整到避免達(dá)到‘音速’的阻塞流動(dòng)狀態(tài)，然后將滅火氣體在管網(wǎng)系統(tǒng)中的流量設(shè)定在這兩個(gè)最大和最小流量之間”，就可以用上述方程(一)進(jìn)行管網(wǎng)系統(tǒng)中氣體流動(dòng)準(zhǔn)確的分析，正確的確定出管網(wǎng)系統(tǒng)的大小。這里所說(shuō)的惰性氣體，就是我們稱謂的潔凈氣體。由于給出了潔凈氣體管道中流量值的上限值表，安素公司只在氣體“亞音速”流動(dòng)范圍確定管網(wǎng)系統(tǒng)的大小的技術(shù)方法正確、可靠，不足之處是沒有確定出既符合滅火要求，幾何結(jié)構(gòu)又最小的管網(wǎng)系統(tǒng)。
美國(guó)NFPA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)12或12A，安素公司研究潔凈氣體管網(wǎng)系統(tǒng)中流動(dòng)的論文，均定性地提出了潔凈氣體從滅火管網(wǎng)系統(tǒng)釋放流動(dòng)時(shí)有“音速”流動(dòng)問(wèn)題，但均沒有提出流動(dòng)達(dá)到“音速”時(shí)如何定量確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法。
眾所周知，美國(guó)安素公司就是依靠他們正確解決了潔凈氣體在管網(wǎng)系統(tǒng)中流動(dòng)時(shí)如何定量確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法，也就是氣體“亞音速”管道流動(dòng)時(shí)管道大小的定量技術(shù)方法，他們所確定的管網(wǎng)系統(tǒng)大小對(duì)滅火要求正確、可靠，從而幾乎壟斷了中國(guó)潔凈氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)市場(chǎng)。
2、國(guó)內(nèi)目前潔凈氣體管網(wǎng)系統(tǒng)各種設(shè)計(jì)《規(guī)范》中確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法，是在沒有注意到1.不可壓縮流體管道流動(dòng)規(guī)律與必須考慮壓縮性的氣體管道流動(dòng)規(guī)律的本質(zhì)不同；2.可壓縮氣體“亞音速”管道流動(dòng)規(guī)律與“音速”管道流動(dòng)規(guī)律的本質(zhì)不同，不能等同對(duì)待的情況下作出的。用這些《設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的潔凈氣體流動(dòng)定量技術(shù)方法確定的管網(wǎng)系統(tǒng)的大小，不能保證其符合滅火核心技術(shù)要求，不能保證其對(duì)滅火是可靠的。以下分兩種情況說(shuō)明 其一為陜西省地方DB61/296-2002消防《規(guī)范》，該《規(guī)范》按不可壓縮流體管道流動(dòng)規(guī)律確立可壓縮氣體流動(dòng)管道大小的定量技術(shù)方法，埋下了有重大漏洞的隱患。按照該《規(guī)范》的技術(shù)方法，也可以在潔凈氣體“亞音速”流動(dòng)狀況下正確確定管網(wǎng)系統(tǒng)的大小，但他們必須像美國(guó)安素公司那樣依據(jù)管長(zhǎng)、管徑的不同給出潔凈氣體在各種管道中流量值的上限值表，并規(guī)定在上限值以下的流量范圍確定管網(wǎng)系統(tǒng)的大小，方能保證自己的技術(shù)方法是正確的?？墒窃摗兑?guī)范》沒有這樣做。那么，按該技術(shù)方法的順序、步驟，往往管網(wǎng)系統(tǒng)中潔凈氣體會(huì)是在“音速”下流動(dòng)的，卻是按“亞音速”流動(dòng)技術(shù)方法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算的結(jié)果就會(huì)是虛假技術(shù)數(shù)據(jù)，以此虛假技術(shù)數(shù)據(jù)確立的管網(wǎng)系統(tǒng)的大小，當(dāng)然無(wú)法知其是否符合滅火核心技術(shù)要求，失火時(shí)是否能可靠滅火。
另外該《規(guī)范》中描述潔凈氣體管道流動(dòng)的兩個(gè)關(guān)鍵公式4.4.10條公式和4.4.11條公式的問(wèn)題均比較大。4.4.10條所列描述潔凈氣體管道流動(dòng)的公式為 ..........................(二) 公式(二)中，有的流動(dòng)項(xiàng)按氣體絕熱過(guò)程處理，有的流動(dòng)項(xiàng)按氣體等溫過(guò)程處理。這種將氣體不同的流動(dòng)過(guò)程用在同一個(gè)特定流動(dòng)過(guò)程的流動(dòng)公式上不同流動(dòng)項(xiàng)的處理方法本身是十分錯(cuò)誤的，理論上根本講不通，實(shí)踐上更是不存在這個(gè)公式描述的氣體流況。
4.4.11條所列描述潔凈氣體流動(dòng)中溫度變化公式 表達(dá)的根本就不是潔凈氣體在管網(wǎng)系統(tǒng)中流動(dòng)的規(guī)律，就不能用在確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法上。
其二為國(guó)家規(guī)范GB50370-2005《氣體滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》，該《規(guī)范》所確立的確定潔凈氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)大小的順序、步驟和方法，同樣沒有注意到氣體“亞音速”流動(dòng)與“音速”流動(dòng)的規(guī)律本質(zhì)不同，同樣按不可壓縮流體管道流動(dòng)規(guī)律確立可壓縮氣體流動(dòng)管道大小的定量技術(shù)方法。那么該《規(guī)范》確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法也只能用在氣體“亞音速”流動(dòng)范圍確定管網(wǎng)系統(tǒng)的大小。但是他們同樣沒有按管長(zhǎng)管徑的不同給出潔凈氣體在各種管道中流量值的上限值表，將自己的技術(shù)方法限定在氣體“亞音速”流動(dòng)范圍以保證自己的技術(shù)方法運(yùn)用時(shí)的正確性。所以，按該技術(shù)方法的順序，步驟同樣會(huì)出現(xiàn)以虛假技術(shù)數(shù)據(jù)確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的錯(cuò)誤。

發(fā)明內(nèi)容
要正確解決如何確定潔凈氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法，我們首先做到了理論突破，進(jìn)而在理論發(fā)明的指導(dǎo)下，對(duì)要解決的具體技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行研究，導(dǎo)致了應(yīng)用發(fā)明，技術(shù)發(fā)明的產(chǎn)生，得出了正確的確定潔凈氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法?，F(xiàn)論述如下 1、理論發(fā)明 要想正確了解潔凈氣體在管網(wǎng)系統(tǒng)中釋放流動(dòng)的規(guī)律，必須對(duì)以氣體流動(dòng)動(dòng)量微分方程為核心的氣體管道流動(dòng)方程組求解。
氣體管道流動(dòng)方程組為 方程組中Q質(zhì)量流量；A管道正截面積；τ管道內(nèi)壁面與流動(dòng)氣體摩擦應(yīng)力；U管道正截面周長(zhǎng)；L管道長(zhǎng)度；C常數(shù)；K氣體流動(dòng)過(guò)程多變指數(shù)；ξ實(shí)際氣體壓縮性系數(shù)，其值按GB150-98《鋼瓶壓力容器》附錄B求取；R通用理想氣體常數(shù)；其余壓力P、密度ρ、溫度T、速度W為管道氣體流動(dòng)技術(shù)參數(shù)。
求解上述方程組得到以下定解公式組 定解公式組中，字母下標(biāo)1表示管道上游截面參數(shù)；下標(biāo)2表示管道下游截面參數(shù)；λ為流體管道流動(dòng)阻力系數(shù)，層流時(shí)

過(guò)渡流時(shí)

湍流時(shí)

Ld為管道流阻當(dāng)量長(zhǎng)度；D為管道內(nèi)徑；p*為管道氣體流動(dòng)達(dá)到“音速”截面參數(shù)。Ln為自然對(duì)數(shù)。
定解公式(2)、(3)為第一次從理論上創(chuàng)造性得到的公式。
2、應(yīng)用發(fā)明、技術(shù)發(fā)明 運(yùn)用上述氣體動(dòng)力學(xué)理論發(fā)明，我們對(duì)潔凈氣體從管網(wǎng)系統(tǒng)中嚴(yán)重不穩(wěn)定出流問(wèn)題進(jìn)行了正確分析，對(duì)定解公式組由同一方程[1]描述的氣體“音速”流動(dòng)和“亞音速”流動(dòng)嚴(yán)格明確區(qū)分，對(duì)全部不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程均為“亞音速”流動(dòng)管網(wǎng)系統(tǒng)和全部不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程既有“音速”流動(dòng)過(guò)程又有“亞音速”流動(dòng)過(guò)程管網(wǎng)系統(tǒng)嚴(yán)格明確區(qū)分，解決了如何確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的具體技術(shù)方法，并導(dǎo)致了最小管網(wǎng)系統(tǒng)，即如何確定“音速”范圍流動(dòng)管網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)方法的解決。
我們進(jìn)行了各種實(shí)驗(yàn)，將定解公式組修正改寫成符合潔凈氣體物理性質(zhì)的氣體管道流動(dòng)公式，過(guò)程公式和狀態(tài)公式。這些公式中，除了實(shí)際氣體壓縮性系數(shù)ξ、流體管道流動(dòng)阻力系數(shù)λ的求取直接采用《工程熱力學(xué)》、《工程流體力學(xué)》已有研究成果外，實(shí)驗(yàn)證明因潔凈氣體種類不同、流經(jīng)管網(wǎng)系統(tǒng)質(zhì)量不同、管網(wǎng)系統(tǒng)大小不同，K為1＜K＜1.67之間某個(gè)值。其余字母為相互決定的管道幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)和管道中流動(dòng)氣體技術(shù)參數(shù)。
依據(jù)上述理論發(fā)明和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們對(duì)潔凈氣體及其管網(wǎng)系統(tǒng)這個(gè)具體工程應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行了研究，得出了如下確定氣體滅火管網(wǎng)系統(tǒng)大小的正確技術(shù)方法，其順序、步驟如下 (1)依據(jù)公式[1]，我們將復(fù)雜的管網(wǎng)系統(tǒng)科學(xué)地抽象成了等截面當(dāng)量管道。
(2)依據(jù)公式[3]，我們求出了該復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)的臨界壓力比p*/p1，可以準(zhǔn)確判斷出該復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)在鋼瓶中任一氣體狀態(tài)p1ρ1的作用下，出口背壓為大氣壓0.1MPa時(shí)，潔凈氣體是處在“音速”流動(dòng)工況還是處在“亞音速”流動(dòng)工況，將全部流動(dòng)過(guò)程均為“亞音速”流動(dòng)管網(wǎng)系統(tǒng)和全部流動(dòng)過(guò)程既有“音速”流動(dòng)過(guò)程又有“亞音速”流動(dòng)過(guò)程管網(wǎng)系統(tǒng)嚴(yán)格區(qū)分。
(3)依據(jù)公式[2]，我們可以求出在鋼瓶中氣體狀態(tài)p1ρ1的動(dòng)力作用下，下游“音速”處壓力為p*時(shí)，管網(wǎng)系統(tǒng)潔凈氣體流動(dòng)達(dá)到“音速”時(shí)的最大流量Qmax。
(4)依據(jù)公式[1]、[2]、[3]，正確地做出了潔凈氣體在管網(wǎng)系統(tǒng)中不穩(wěn)定釋放流動(dòng)曲線，將“音速”范圍不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段與“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段正確區(qū)分開。
(5)依據(jù)上步潔凈氣體管網(wǎng)系統(tǒng)中不穩(wěn)定流動(dòng)曲線，正確求出了管網(wǎng)系統(tǒng)“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段平均流量的準(zhǔn)確值與“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段平均流量的準(zhǔn)確值。
(6)用定解公式組，我們正確求出了潔凈氣體在“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段的泄放質(zhì)量與“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段的泄放質(zhì)量的準(zhǔn)確值。
(7)依據(jù)上述第(5)、(6)步的結(jié)果，我們正確求出了管網(wǎng)系統(tǒng)中潔凈氣體在“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)下的出流時(shí)間和“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)下的出流時(shí)間的準(zhǔn)確值。
(8)上述第(7)步“音速”出流時(shí)間與“亞音速”出流時(shí)間之和即為潔凈氣體從管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行著嚴(yán)重不穩(wěn)定流動(dòng)的總的出流時(shí)間。
(9)調(diào)整管網(wǎng)系統(tǒng)的部件、管道幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，重復(fù)上述(1)至(8)的設(shè)計(jì)計(jì)算，保證滅火氣體釋放時(shí)間不大于60秒，保證管網(wǎng)系統(tǒng)最小。
四

附圖是一個(gè)任意結(jié)構(gòu)的固定式潔凈氣體自動(dòng)滅火管網(wǎng)系統(tǒng)，圖中1儲(chǔ)氣鋼瓶組；2容器閥；3單向閥；4導(dǎo)流管；5集流管；6選擇閥；7壓力開關(guān)；8總管道；9噴頭；10各級(jí)支管道；11、三通、彎頭；12安全閥；13歧管、孔板。
五、具體實(shí)施方法 按照以下順序、步驟和方法確定滅火潔凈氣體管網(wǎng)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)的大小，直至達(dá)到“音速”釋放流動(dòng)為主的最小管網(wǎng)系統(tǒng)，并按此施工制作安裝 1.按15MPa或20MPa確定鋼瓶?jī)?nèi)潔凈氣體充裝壓力。
2.在流體力學(xué)流體管道流動(dòng)阻力理論指導(dǎo)下，選取耐壓強(qiáng)度合格、阻力系數(shù)最小的各種型號(hào)、規(guī)格的滅火專用閥門、撓性導(dǎo)流管、鋼瓶、集流管、歧管、減壓孔板、總管道、各級(jí)支管道、三通、彎頭、噴頭。
3.按照滅火防護(hù)區(qū)體積設(shè)計(jì)全淹沒滅火時(shí)需要的潔凈氣體質(zhì)量。
4.依據(jù)上步和第1步確定鋼瓶數(shù)量。
5.按照滅火防護(hù)區(qū)面積和噴頭技術(shù)參數(shù)確定噴頭數(shù)量。
6.按照滅火防護(hù)區(qū)和鋼瓶?jī)?chǔ)存間的空間相對(duì)位置，以以上各步所選零部件及數(shù)量草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)。
7.依據(jù)本說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[1]對(duì)草設(shè)的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行潔凈氣體流動(dòng)時(shí)幾何結(jié)構(gòu)阻力因素和動(dòng)力因素計(jì)算，將復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)化成等截面當(dāng)量管道。
8.依據(jù)本說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[3]求出上步所化等截面當(dāng)量管道某種潔凈氣體在其中流動(dòng)時(shí)的臨界壓力比P*/P1，此即是草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)某種潔凈氣體流動(dòng)時(shí)的臨界壓力比。其中P*為草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)的出口氣體流速達(dá)到“音速”時(shí)出口截面氣體的壓力；P1為草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)總管道進(jìn)口氣體壓力，也即是潔凈氣體“音速”釋放過(guò)程中鋼瓶?jī)?nèi)任一時(shí)刻的壓力。
9.依據(jù)本說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[4]、公式[5]，求出管網(wǎng)系統(tǒng)初始噴放時(shí)刻鋼瓶?jī)?nèi)壓力P1密度ρ1。
10.依據(jù)滅火防護(hù)區(qū)內(nèi)大氣壓值(可以取0.1MPa)與上步求得的P1值，求出0.1/P1的值。
11.比較上步求得的0.1/P1的值與第8步求得的臨界壓力比P*/P1值的大?。划?dāng)P*/P1≥0.1/P1時(shí)，說(shuō)明以總管道進(jìn)口壓力P1為動(dòng)力的潔凈氣體流動(dòng)，處在“音速”狀況下流動(dòng)，說(shuō)明草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)潔凈氣體釋放的全部過(guò)程分為“音速”流動(dòng)過(guò)程和“亞音速”流動(dòng)過(guò)程；當(dāng)P*/P1＜0.1/P1時(shí)則處在“亞音速”狀況下流動(dòng)，說(shuō)明草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)潔凈氣體釋放的全部過(guò)程只是“亞音速”流動(dòng)過(guò)程。全部為“亞音速”釋放過(guò)程的管網(wǎng)系統(tǒng)太大，此時(shí)可以按第二步和第六步另行草設(shè)幾何結(jié)構(gòu)小的管網(wǎng)系統(tǒng)，重復(fù)第7步至本步的計(jì)算。
12.依據(jù)本說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[2]和第9步求得的p1、ρ1及第8步求得的P*/P1，求出管網(wǎng)系統(tǒng)初始噴放時(shí)刻的最大流量Qmax1；按第8步求得的P*/P1，令P*＝0.1Mpa，求出此時(shí)刻的壓力p1′，并求出密度ρ1′，此即為“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)刻鋼瓶?jī)?nèi)潔凈氣體的壓力、密度。依據(jù)本說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用公式2和本步求得的p1′，ρ1′及第8步求得的P*/P1，求出“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)刻管網(wǎng)系統(tǒng)潔凈氣體的最大流量Qmax2 13.依據(jù)本說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[1]和第8步求得的草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)的臨界壓力比P*/P1及上步求得的Qmax1，Qmax2，以質(zhì)量流量Q為縱坐標(biāo)，以氣體進(jìn)出口壓力比P2/P1為橫坐標(biāo)，作草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)中潔凈氣體進(jìn)行嚴(yán)重不穩(wěn)定流動(dòng)曲線，該曲線由“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)直線段和“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)曲線構(gòu)成，明確將潔凈氣體在草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)中“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段與“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段嚴(yán)格區(qū)分開。
14.依據(jù)第12步求得的Qmax1和Qmax2和上步作出的潔凈氣體管網(wǎng)系統(tǒng)中不穩(wěn)定流動(dòng)曲線，求出潔凈氣體在草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段平均流量的準(zhǔn)確值 15.按第13步“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)曲線，按第8步求得的P*/P1，給出P*/P1至1之間n個(gè)P2/P1的值(包括P2/P1=P*/P1這個(gè)點(diǎn))。這些P2/P1中的P2，均等于大氣壓0.1Mpa，以此求出每個(gè)P2/P1對(duì)應(yīng)的P1，再依據(jù)本說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[1]，求出草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)中潔凈氣體處在“亞音速”不穩(wěn)定流況下這n個(gè)不同時(shí)刻的流量Q'1、Q′2、Q′3…….Q′n。
16.依據(jù)上步求得的n個(gè)Q′1、Q′2、Q′3…….Q′n，求出

再求出潔凈氣體在草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段平均流量的準(zhǔn)確值
17.依據(jù)第12步求得的潔凈氣體“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)刻鋼瓶?jī)?nèi)壓力p1′密度ρ1′和鋼瓶容積，求出潔凈氣體“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程的泄放量，進(jìn)而按潔凈氣體總儲(chǔ)量求出“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程泄放量。
18.按照上步求得的潔凈氣體“音速”釋放時(shí)間段的泄放質(zhì)量，“亞音速”釋放時(shí)間段的泄放質(zhì)量和第14步，第16步求得的潔凈氣體“音速”流動(dòng)時(shí)間段的平均流量

“亞音速”流動(dòng)時(shí)間段的平均流量

正確求出潔凈氣體“音速”釋放流動(dòng)的出流時(shí)間t1和“亞音速”釋放流動(dòng)的出流時(shí)間t2。
19.將上步求得的t1、t2相加，即為潔凈氣體從草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)作嚴(yán)重不穩(wěn)定流動(dòng)總的釋放時(shí)間 20.調(diào)整草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)大小，可采取增大第13步潔凈氣體嚴(yán)重不穩(wěn)定流動(dòng)曲線中“音速”狀況流動(dòng)直線段長(zhǎng)度(即增加“音速”狀況釋放流動(dòng)時(shí)間段時(shí)間)和增大第17步潔凈氣體“音速”不穩(wěn)定釋放時(shí)間段內(nèi)泄放質(zhì)量的方法，使?jié)崈魵怏w“音速”狀況流動(dòng)的泄放質(zhì)量占鋼瓶組總儲(chǔ)存質(zhì)量的80％-95％，按順序重復(fù)第7步至本步設(shè)計(jì)計(jì)算，保證最終確定的管網(wǎng)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)最小，且潔凈氣體釋放流動(dòng)時(shí)間符合國(guó)際消防標(biāo)準(zhǔn)ISO/CD14520-1和我國(guó)國(guó)標(biāo)GB50370-2005“不得大于60秒”的強(qiáng)制規(guī)定。
權(quán)利要求
1.一種由儲(chǔ)氣鋼瓶、容器閥、導(dǎo)流管、單向閥、匯集管、安全閥、歧管、減壓孔板、選擇閥、主管道、壓力開關(guān)、各級(jí)支管道、三通、彎頭、噴頭組裝而成的潔凈氣體“音速”釋放流動(dòng)滅火管網(wǎng)系統(tǒng)，其特征在于要按以下順序、步驟和方法確定管網(wǎng)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)，保證對(duì)同一防護(hù)區(qū)所確定的管網(wǎng)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)最小
1.依據(jù)本專利說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[1]對(duì)某防護(hù)區(qū)草設(shè)的管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行潔凈氣體流動(dòng)時(shí)幾何結(jié)構(gòu)阻力因素
和動(dòng)力因素
整合，將復(fù)雜管網(wǎng)系統(tǒng)化成等截面當(dāng)量管道。
2.依據(jù)本專利說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[3]求出上步所化等截面當(dāng)量管道某種潔凈氣體在其中流動(dòng)時(shí)的臨界壓力比P*/P1，此即是草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)某種潔凈氣體流動(dòng)時(shí)的臨界壓力比。其中P*為草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)的出口氣體流速達(dá)到“音速”時(shí)出口截面氣體的壓力；P1為草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)總管道進(jìn)口氣體壓力，也即是潔凈氣體“音速”釋放過(guò)程中鋼瓶?jī)?nèi)任一時(shí)刻的壓力。
3.依據(jù)本專利說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[4]、公式[5]，求出管網(wǎng)系統(tǒng)噴頭初始噴放時(shí)刻鋼瓶?jī)?nèi)壓力P1、密度ρ1(或溫度T1)。
4.依據(jù)滅火防護(hù)區(qū)內(nèi)大氣壓值(可以取0.1MPa)與上步求得的P1值，求出0.1/P1的值。比較0.1/P1的值與本權(quán)利要求書第2步求得的臨界壓力比P*/P1值的大??；當(dāng)P*/P1≥0.1/P1時(shí)，說(shuō)明以總管道進(jìn)口壓力P1為動(dòng)力的潔凈氣體流動(dòng)，處在“音速”狀況下流動(dòng)，說(shuō)明草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)潔凈氣體釋放的全部過(guò)程分為“音速”流動(dòng)過(guò)程和“亞音速”流動(dòng)過(guò)程；當(dāng)P*/P1＜0.1/P1時(shí)則處在“亞音速”狀況下流動(dòng)，說(shuō)明草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)潔凈氣體釋放的全部過(guò)程只是“亞音速”流動(dòng)過(guò)程。全部為“亞音速”釋放過(guò)程的管網(wǎng)系統(tǒng)太大，此時(shí)可另行草設(shè)幾何結(jié)構(gòu)小的管網(wǎng)系統(tǒng)，重復(fù)第1步至本步的計(jì)算。
5.依據(jù)本專利說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[2]和本權(quán)利要求書第3步求得的p1、ρ1及本權(quán)利要求書第2步求得的P*/P1，求出管網(wǎng)系統(tǒng)初始噴放時(shí)刻的最大流量Qmax1；按本權(quán)利要求書第2步求得的P*/P1，令P*＝0.1Mpa，求出此時(shí)的壓力p1′、密度ρ1′(或溫度T′1。)，此即為“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)刻鋼瓶?jī)?nèi)潔凈氣體的壓力、密度。依據(jù)本專利說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用公式[2]和本步求得的p1′、ρ1′(或溫度T′1)及本權(quán)利要求書第2步求得的P*/P1，求出“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)刻管網(wǎng)系統(tǒng)潔凈氣體的最大流量Qmax2
6.依據(jù)本專利說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[1]和本權(quán)利要求書第2步求得的草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)的臨界壓力比P*/P1及上步求得的Qmax1、Qmax2，以質(zhì)量流量Q為縱坐標(biāo)，以氣體進(jìn)出口壓力比P2/P1為橫坐標(biāo)，作草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)中潔凈氣體進(jìn)行嚴(yán)重不穩(wěn)定流動(dòng)曲線。該曲線由“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)直線段和“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)曲線構(gòu)成。明確將潔凈氣體在草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)中“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段與“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段嚴(yán)格區(qū)分開。
7.依據(jù)本權(quán)利要求書第5步求得的Qmax1、Qmax2和上步潔凈氣體管網(wǎng)系統(tǒng)中不穩(wěn)定流動(dòng)曲線，求出潔凈氣體在草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段平均流量的準(zhǔn)確值
8.按本權(quán)利要求書第6步“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)曲線和本權(quán)利要求書第2步求得的P*/P1，給出P*/P1至1之間n個(gè)P2/P1的值(包括P2/P1＝P*/P1這個(gè)點(diǎn))。這些P2/P1中的P2，均等于大氣壓0.1Mpa，以此求出每個(gè)P2/P1對(duì)應(yīng)的壓力P1密度ρ1(或溫度T1)，再依據(jù)本專利說(shuō)明書中且已轉(zhuǎn)化成某種潔凈氣體實(shí)際應(yīng)用的公式[1]，求出草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)中潔凈氣體處在“亞音速”不穩(wěn)定流況下這n個(gè)時(shí)刻的流量Q′1、Q′2、Q′3…….Q′n。
9.依據(jù)上步求得的n個(gè)Q′1、Q′2、Q′3…….Q′n，求出
再求出潔凈氣體在草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)間段平均流量的準(zhǔn)確值
10.依據(jù)本權(quán)利要求書第5步求得的潔凈氣體“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程結(jié)束時(shí)刻鋼瓶?jī)?nèi)壓力p1′密度ρ1′和鋼瓶組總?cè)莘eV，求出潔凈氣體“亞音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程的泄放量G′＝ρ′V，進(jìn)而按潔凈氣體總儲(chǔ)量M求出“音速”不穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程泄放量G＝M-G′。如果本權(quán)利要求書第3步、第5步、第8步未求潔凈氣體各個(gè)時(shí)刻的密度，而求的是各個(gè)時(shí)刻的溫度，則本步可以以第3步、第5步、第8步求得的潔凈氣體各個(gè)時(shí)刻的壓力求出本步的G′/G或G′/M，進(jìn)而求出G′，G。
11.按照上步求得的潔凈氣體“音速”釋放時(shí)間段的泄放質(zhì)量G、“亞音速”釋放時(shí)間段的泄放質(zhì)量G′和本權(quán)利要求書第7步、第9步求得的潔凈氣體“音速”流動(dòng)時(shí)間段的平均流量
“亞音速”流動(dòng)時(shí)間段的平均流量
正確求出潔凈氣體“音速”釋放流動(dòng)的出流時(shí)間
和“亞音速”釋放流動(dòng)的出流時(shí)間
將t1、t2相加，即為潔凈氣體從草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)作嚴(yán)重不穩(wěn)定流動(dòng)總的釋放時(shí)間。
12.調(diào)整草設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)大小，可采取增大本權(quán)利要求書第6步潔凈氣體嚴(yán)重不穩(wěn)定流動(dòng)曲線中“音速”狀況流動(dòng)直線段長(zhǎng)度(即增加“音速”狀況釋放流動(dòng)時(shí)間段時(shí)間)和增大權(quán)利要求書第10步潔凈氣體“音速”不穩(wěn)定釋放時(shí)間段內(nèi)泄放質(zhì)量的方法，使?jié)崈魵怏w“音速”狀況流動(dòng)的泄放質(zhì)量占鋼瓶組總儲(chǔ)存質(zhì)量的80％-95％，按順序重復(fù)本權(quán)利要求書第1步至本步設(shè)計(jì)計(jì)算，保證最終確定的管網(wǎng)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)最小，且潔凈氣體釋放流動(dòng)時(shí)間符合國(guó)際消防標(biāo)準(zhǔn)ISO/CD14520-1和我國(guó)國(guó)標(biāo)GB50370-2005“不得大于60秒”的強(qiáng)制規(guī)定。
全文摘要
滅火管網(wǎng)系統(tǒng)由儲(chǔ)氣鋼瓶、容器閥、導(dǎo)流管、單向閥、安全閥、集流管、歧管、減壓孔板、選擇閥、主管道、壓力開關(guān)、三通、彎頭、各級(jí)支管道、噴頭組成，滅火時(shí)滅火劑潔凈氣體在管網(wǎng)系統(tǒng)中的釋放流動(dòng)，系可壓縮氣體管道內(nèi)有摩擦的不穩(wěn)定流動(dòng)，有音速和亞音速兩種氣體流動(dòng)本質(zhì)不同的管網(wǎng)系統(tǒng)。目前國(guó)內(nèi)外企業(yè)只能提供潔凈氣體亞音速狀況下釋放流動(dòng)的管網(wǎng)系統(tǒng)，這種管網(wǎng)系統(tǒng)幾何結(jié)構(gòu)大而不經(jīng)濟(jì)；并且，國(guó)內(nèi)企業(yè)確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法有重大問(wèn)題，其提供的管網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)滅火是否可靠有待商榷。本發(fā)明解決了潔凈氣體音速狀況出流時(shí)如何確定管網(wǎng)系統(tǒng)大小的技術(shù)方法，可以提供幾何結(jié)構(gòu)最小最經(jīng)濟(jì)、滅火最可靠的管網(wǎng)系統(tǒng)。
文檔編號(hào)A62C35/58GK101773708SQ20091002087
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2009年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月12日
發(fā)明者朱修治 申請(qǐng)人:陜西中安消防安全設(shè)備有限責(zé)任公司