自动灭火喷淋系统水力计算

石缝草

水力计算

自动喷水灭火系统的水力计算主要是按照逐点计算法进行计算；这于原规范有很大区别。原规范是采用估算法进行计算的。

计算方法：

1、确定喷头间距

规范中给出了如下面所示的间距。这个间距是最大间距，也就是在0.1Mpa下的间距。

喷水强度
（L/min·m2）

正方形布置的边长（m）

矩形或平行四边形布置的长边边长（m）

一只喷头的最大保护面积（m2）

喷头与端墙的最大距离（m）

4

4.4

4.5

20.0

2.2

6

3.6

4.0

12.5

1.8

8

3.4

3.6

11.5

1.7

12~20

3.0

3.6

9.0

1.5

注：1 仅在走道设置单排喷头的闭式系统，其喷头间距应按走道地面不留漏喷空白点确定；
 2 货架内喷头的间距不应小于2m，并不应大于3m。

很多设计者对这一点不是很了解，往往不论建筑物的实际尺寸，都一律套用这个距离，造成很多错误。

对于一个建筑物，我们在确定了危险等级后，要根据建筑物的实际尺寸来确定喷头间距，如我们确定了一个建筑物为中危险Ⅱ级，也既喷水强度为8 L/min·m2

由下图可知

由上述图纸可以明白系统最不利点四个喷头ABCD围成的面积正方形ABCD的面积为S，只要保证S内的喷水强度不小于8 L/min·m2就满足规范要求；

从图上看，在每个喷头的洒水量中有1/4的水量洒在S中，也就是S内的洒水量为一个喷头的洒水量；

由喷头的流量公式喷头的流量应按下式计算：

           

        （9．1．l）

式中  q——喷头流量（L／min）；

     P——喷头工作压力（MPa）；

     K——喷头流量系数。

可知q/S=8 L/min·m2；而S=L*L

则，喷头间距L=

当最不利点压力P=0.1Mpa时，L=3.16m=3.1m；当最不利点压力为0.05Mpa时，L=2.66m=2.6m

也就是说，在中危险Ⅱ级，也既喷水强度为8 L/min·m2时，喷头间距在2.6m~3.1m之间布置。我们实际布置时，考虑喷头间距与建筑物尺寸的和谐，距离端墙保证不大于间距的一半。比如上图，我们保证喷头间距的均匀相等后，假如间距为3.00m，距离端墙为1.5m，如下图；

这个图基本框架就已经形成，下面我们确定作用面积

2、作用面积的确定

根据喷规表5.0.1，中危险Ⅱ级的作用面积为160m2；作用面积的表述为长边沿着配水支管划分，并且长边边长a大于等于作用面积平方根的1.2倍；

9.1.2   水力计算选定的最不利点处作用面积宜为矩形，其长边应平行于配水支管，其长度不宜小于作用面积平方根的l.2倍。

按照上述规定，则该作用面积的实际长边长度应大于或等于15.17m；按照图所示应该在第5个与第6个喷头的中间位置偏向第6个喷头0.17m，如果不把第6个喷头划进来则小于规定；所以将第6个喷头划进来；这样实际的作用面积长边边长为18m；那么按照作用面积160m2则作用面积的短边至少应为160/18=8.89m。按照图纸看，8.89m的位置在第2行与第3行之间，现在我们取第2行与第三行中间，那么，短边为6m长；这样作用面积为6*18=108平方米；小于160平方米。不符合规范，少了52平方米，则应该把第三行划进来。这样短边为9m，这样围成的作用面积为9*18=162 m2  >160 m2 符合规范要求；如下图

下图我们确定了作用面积的周界，同时按照喷规表8.0.7中参考的管径进行了标注，这个标注只是暂时的，以后计算时要校核。

3、最不利点喷头压力的确定

最不利点的喷头当然是节点1喷头，喷规规定，9.1.4   系统设计流量的计算，应保证任意作用面积内的平均喷水强度不低于本规范表5.0.1和表5.0.5的规定值。最不利点处作用面积内任意4只喷头围合范围内的平均喷水强度，轻危险级、中危险级不应低于本规范表5.0.1规定值的85％；严重危险级和仓库危险级不应低于本规范表5.0.1和表5.0.5的规定值。

按照这个理念，由于喷头布置间距一样，只要最不利点喷头与其周围3个喷头围成的面积内喷水强度大于等于85%规范规定的喷水强度，则作用面积内的任何四个喷头都会满足这个要求，由此得出

q/L2≥85%*8 L/min·m2；又有

则P≥0.0585Mpa=0.06Mpa

1、水力计算

水力计算目的：计算出系统总流量和系统总的压力损失，来选择消防泵。

要求：1管路流速不大于5m/s经济流速

    2节点11处压力不大于0.4Mpa

忽略短立管的损失

使用公式：

喷头的流量计算公式：

q—喷头流量（L/min）；

P—喷头工作压力（MPa）；

k—喷头流量系数（本系统的喷头k=80）。

平均流速计算公式：

v--平均流速（m/s）；

Q—流量（L/s）；

d—管道的内径（mm）。

Kc—流速系数（m/L）

镀锌钢管管径（mm）

15

20

25

32

40

50

70

80

100

125

150

Kc（m/L）

5.852

3.105

1.883

1.054

0.796

0.471

0.284

0.201

0.115

0.075

0.053

管道的局部水头损失，宜采用当量长度法计算：

hj—管道局部水头损失（mH2o）；

A—管道比阻值；

Ld—管件和阀门局部水头损失当量长度（m）。

表   管道比阻值A

管径（mm）

25

32

40

50

65

80

100

125

150

A  （Q以L2/s2计）

0.4367

0.09386

0.04453

0.01108

0.002893

0.001168

0.0002674

0.0008623

0.00003395

表   当量长度表（m）

管件名称

                     管件直径（mm）

25

32

40

50

65

80

100

125

150

45º弯头

0.3

0.3

0.6

0.6

0.9

0.9

1.2

1.5

2.1

90º弯头

0.6

0.9

1.2

1.5

1.8

2.1

3.1

3.7

4.3

三通或四通

1.5

1.8

2.4

3.1

3.7

4.6

6.1

7.6

9.2

蝶阀

1.8

2.1

3.1

3.7

2.7

3.1

闸阀

0.3

0.3

0.3

0.6

0.6

0.9

止回阀

1.5

2.1

2.7

3.4

4.3

4.9

6.7

8.3

9.8

   按照逐点法计算，每个管件的水力损失都计算在管道中，为了方便计算，这里忽略了管件的局部损失，最后按照延程损失的20%计入。

计    算

1）1#喷头

上述已经知道1#喷头的工作压力P1=0.06Mpa=6mH2o

则，1#喷头流量Q1=K（10P1）1/21/60=80*0.61/2*1/60=1.033L/S。

2）支管L1-2

支管L1-2内的水流量Q1-2=Q1=1.033L/S

则支管L1-2的水力损失h1-2=A*L*Q2=0.4367*3*1.0332=0.01397Mpa=1.397mH2o

支管L1-2内的管流速V1-2=Kc*Q=1.883*1.033=1.945m/s＜5m/s

3）2#喷头

由于2#喷头的工作压力P2= P1+ h1-2=6mH2o+1.397mH2o=7.4 mH2o=0.074MPa

则，2#喷头流量Q2=K（10P2）1/21/60=80*0.741/2*1/60=1.147L/S。

4）支管L2-3

由于支管L2-3内的水流量Q2-3=Q1+Q2=1.033L/S+1.147L/S=2.18L/S

则支管L2-3的水力损失h2-3=A*L*Q2=0.09386*3*2.182=0.01338Mpa=1.338mH2o

支管L2-3内的管流速V2-3=Kc*Q=1.054*2.18=2.29772m/s＜5m/s

5）3#喷头

由于3#喷头的工作压力P3= P2+ h2-3=0.074+0.01338=0.0874Mpa=8.74mH2o

则，3#喷头流量Q3=K（10P3）1/21/60=80*0.841/2*1/60=1.246L/S。

6）支管L3-4

由于支管L3-4内的水流量Q3-4=Q1+Q2+Q3=1.033L/S+1.147L/S+1.246L/S=3.426L/S

则支管L3-4的水力损失h3-4=A*L*Q2=0.09386*3*3.4262=0.033Mpa=3.3mH2o

支管L3-4内的管流速V3-4=Kc*Q=1.054*3.426=3.6m/s＜5m/s

7）4#喷头

由于4#喷头的工作压力P4= P3+ h3-4=0.0874+0.033=0.12Mpa=12mH2o

则，4#喷头流量Q4=K（10P4）1/21/60=80*1.21/2*1/60=1.46L/S。

8）支管L4-5

由于支管L4-5内的水流量Q4-5=Q4+Q3-4=1.46/S+3.426L/S=4.886L/S

则支管L4-5的水力损失h4-5=A*L*Q2=0.04453*3*4.8862=0.03189Mpa=3.189mH2o

支管L4-5内的管流速V4-5=Kc*Q=0.796*4.886=3.889m/s＜5m/s

9）5#喷头

由于5#喷头的工作压力P5= P4+ h4-5=0.12+0.03189=0.152Mpa=15.2mH2o

则，5#喷头流量Q5=K（10P5）1/21/60=80*1.521/2*1/60=1.6438L/S。

10） 支管L5-6

由于支管L5-6内的水流量Q5-6=Q5+Q4-5=1.6438/S+4.886L/S=6.5298L/S

则支管L5-6的水力损失h5-6=A*L*Q2=0.01108*3*6.52982=0.01417Mpa=1.417mH2o

支管L5-6内的管流速V5-6=Kc*Q=0.471*6.5298=3.0755m/s＜5m/s

11）     6#喷头

由于6#喷头的工作压力P6= P5+ h5-6=0.152+0.01417=0.166Mpa=16.6mH2o

则，6#喷头流量Q6=K（10P6）1/21/60=80*1.661/2*1/60=1.7178L/S。

12） 支管L6-7

由于支管L6-7内的水流量Q6-7=Q6+Q5-6=1.7178/S+6.5298L/S=8.25L/S

则支管L6-7的水力损失h6-7=A*L*Q2=0.01108*1.5*8.252=0.0113056Mpa=1.13056mH2o

支管L6-7内的管流速V6-7=Kc*Q=0.471*8.25=3.885m/s＜5m/s

13） 节点7

由于P7= P6+ h6-7=0.166+0.0113056=0.17731Mpa=17.731mH2o

则，节点7流量Q7=Q6-7=8.25L/S。

当知道节点7的压力和流量时，我们继续求下2个支管。由于下两个支管的形状特征与第一个支管一样，这时我们可以把第一个支管看成一个大喷头，只不过它的K值与标准喷头K=80不同，那么我们就求出这个大喷头的K值既K1-7

由于Q1-7= K1-7（10P7）1/21/60

且Q1-7=Q7=8.25L/S；P7=0.17731Mpa

带入上式，得K1-7=371.73

14） 这样下两个支管的特性系数K值均与K1-7=371.73相同，我们把上图简化如下

15） 管路L7-8

Q7-8=Q7=8.25L/S

则h7-8=A*L*Q2=0.01108*3*8.252=0.0226Mpa=2.26 mH2o

V7-8=Kc*Q=0.471*8.25=3.885m/s＜5m/s

16） 节点8

由于P8= P7+ h7-8=0.17731+0.0226=0.2Mpa=2mH2o

则，节点8流量Q8= K8（10P8）1/21/60= K1-7（10P8）1/21/60=371.73*21/2*1/60=8.76L/S

17） 管路L8-9

Q8-9=Q7+Q8=8.25L/S+8.76=17.01L/S

则h8-9=A*L*Q2=0.002893*3*17.012=0.025Mpa=2.5 mH2o

V8-9=Kc*Q=0.284*17.01=4.83m/s＜5m/s

这时，管流速已经接近经济流速了，一般这个时候就要将该段管径提高一级，将阻力和流速降下来，但为了使大家最后看到不合理的位置，所以我不改变规范建议的管径，继续计算下去。

18） 节点9

由于P9= P8+ h8-9=0.2+0.02508=0.22508Mpa=22.508mH2o

则，节点9流量Q9= K9（10P9）1/21/60= K1-7（10P9）1/21/60=371.73*2.25081/2*1/60=9.294L/S

19） 各个节点流量之和就是该系统的计算流量

QJ=Q7+Q8+Q9=26.3L/S

我们假设由节点9到水流指示器前节点11的长度为30m，则

h9-11=A*L*Q2=0.001168*26.32*30=0.2425Mpa，

那么P11=P9+h9-11=0.22508+0.2425=0.46758MPa＞0.4Mpa

V9-11=Kc*Q=0.201*26.3=5.286m/s＞5m/s

这样我们看出，该管段将系统流速提高很大，已经大于经济流速，同时造成水流指示器前的压力超出规范规定的0.4Mpa值。

为此，我们要将该管段有节点9到节点11更换成DN100管。计算如下

h9-11=A*L*Q2=0.0002674*26.32*30=0.055487Mpa，

则P11=P9+h9-11=0.22508+0.0.055487=0.28MPa＜0.4Mpa

V9-11=Kc*Q=0.115*26.3=3.0245m/s＜5m/s

符合规范要。

20） 假设该建筑物最不利点距离水泵出口高程为25米

则竖向干管损失为

hs=A*L*Q2=0.0002674*25*26.32=0.04624Mpa=4.624 mH2o

竖向水力损失Hs=25 mH2o+4.624 mH2o=29.6 mH2o=0.296MPa

湿式报警阀损失Hb=S*Q2=0.00302*26.22=0.02088MPa

这样系统延程损失为Hy=P11+Hs+Hb=0.28+0.296+0.02088=0.596MPa

局部损失Hj=20%*Hy=0.119Mpa

21）则水泵扬程为H=Hj+Hy=0.7153Mpa=72m，流量Q=26.3L/S=27L/S

这里省略了阀门、水流指示器等水力损失。