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陆用CO2固定式灭火系统遥控阀组的设计

来源: 上海阀门 时间: 2012-04-30 点击: 4,601

1.概述

陆用CO2固定式灭火系统(机械执行部分)与火灾自动探测、报警及控制系统(电子执行部分),组成了机电一体化的产品——陆用CO2固定式自动灭火系统,该系统能对火灾进行自动探测、自动报警、自动记录和自动灭火。

2.工作原理

陆用CO2固定式自动灭火系统,见图1,I号防护区为重点防护区,一旦发生火灾,20瓶组的CO2灭火剂瓶组将自动进行灭火;Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ号防护区为一般防护区,任何一个防护区发生火灾,10瓶组的CO2灭火剂瓶组将自动进行灭火,但不具备同时扑灭3个防护区火灾的功能。

陆用CO2固定式自动灭火系统的工作原理:当Ⅱ号防护区发生火灾,感烟探测器动作,控制器自动发生声光报警信号;当防护区因火灾室温上升到一定温度时,感温探测器动作,Ⅱ号N2启动瓶上的电磁电动气瓶阀接收到电信号,电磁电动气瓶阀动作,释放出N2。在N2气体压力的作用下,Ⅱ号气动施放阀的气缸动作,使施放阀由关闭状态进入待开启状态,并连锁关闭风机、门窗,发出CO2施放声光报警信号。N2气体通过Ⅱ号止回阀进入N2启动管路,在N2气体压力的作用下,10瓶组CO2储瓶上的气动气瓶阀被打开,施放出CO2气体;CO2气体通过止回阀,进入CO2集合管,并顶开Ⅱ号气动施放阀,通过管路及喷嘴,喷入Ⅱ号防护区,进行自动灭火。

陆用CO2固定式自动灭火系统
序号 名称 主要技术参数 备注
1 电动气瓶阀 PN7.9MPa DN6 D·C 24V
2 气动气瓶阀 PN7.9MPa DN10 自带气缸 差压式
3 气动施放阀 PN14.7MPa DN25 螺纹连接,根据系统设计计算选用
4 气动施放阀 PN14.7MPa DN32 螺纹连接,根据系统设计计算选用
5 气动施放阀 PN14.7MPa DN40 法兰连接,根据系统设计计算选用
6 气动施放阀 PN14.7MPa DN50 法兰连接,根据系统设计计算选用
7 气动施放阀 PN14.7MPa DN65 法兰连接,根据系统设计计算选用
8 气动施放阀 PN14.7MPa DN80 法兰连接,根据系统设计计算选用
9 气动施放阀 PN14.7MPa DN100 法兰连接,根据系统设计计算选用
10 止回阀 PN14.7MPa DN6 螺纹连接,可任意角度安装
11 止回阀 PN14.7MPa DN10 螺纹连接,只能垂直安装

本文将着重介绍陆用CO2固定式灭火系统(机械执行部分)中的遥控阀组的设计。

3.遥控阀组的设计

3.1 电磁电动气瓶阀设计

电磁电动气瓶阀的设计,要求性能可靠、动作灵敏,并且具备超压自动释放、电自动启动、应急手动、N2充装等功能。

3.1.1 电磁电动气瓶阀的结构特点、工作原理

电磁电动气瓶阀由右阀体、左阀体、工作膜片、闸刀、弹簧、拉钩、电磁铁、安全卡簧、按钮、阀杆、安全膜片等组成,见图2。

电磁电动气瓶阀

从图l可以看出的遥控阀组由电动气瓶阀、气动气瓶阀、气动施放阀和止回阀等组成。

陆用CO2固定式灭火系统遥控阀组的组成和技术参数见表1。

电磁电动气瓶阀的工作原理:当电磁铁接收到电信号后,电磁吸铁动作,推动拉钩,使拉钩脱钩,闸刀在压缩弹簧的强力作用下,扎破工作膜片,释放出N2。当电磁铁失灵,可手动拉掉安全卡簧,向下按动按钮,应急施放N2气体。

电磁电动气瓶阀设计有安全保护装置,当瓶内的N2气体压力达到11.7±1MPa时,安全膜片会自行爆破,以保护钢瓶不会发生爆炸。同时设计有N2充装接头,当需要往瓶内充装N2时,可拧下接头上的螺塞,拧开阀杆,便可向瓶内充装N2,充装完毕,拧紧阀杆,堵好螺塞。

3.1.2 电磁电动气瓶阀的设计

(1)阀体壁厚计算

按厚壁容器公式计算

式中:SB——考虑腐蚀裕量后阀体的壁厚,mm;

DN——阀体中腔最大内径,mm;

K0——阀体外径与内径之比;

C——附加厚度裕量,取C=1。

式中:P——安全膜片最高爆破压力,取P=11.7MPa;

[σ]——阀体材料许用应力,MPa;

[σ]值取σb/2.7与σs/1.8两者中的较小值。

式中:σb——常温下阀体材料的抗拉极限强度,MPa;

σs——常温下阀体材料的屈服极限强度,MPa。

(2)工作膜片厚度计算

工作膜片厚度计算公式

式中:δ——工作膜片厚度,mm;

P2——工作膜片最高爆破压力,取P2=16.2MPa;

d——计算泄放孔直径(即承压直径),取d=6mm;

τ b——工作膜片的材料抗剪强度,MPa。

式中:σb——工作膜片的材料抗拉极限强度,MPa。

工作膜片应能在常温时,承压直径为6mm和压力为16.2±1.5MPa条件下自行爆破。同一批膜片检验时,随机取样lO%(不少于10片),若有一个不合格,再随机抽取10%,若仍有一个不合格,则此批膜片报废。

(3)闸刀扎破工作膜片的力学计算

为了使闸刀扎破工作膜片,闸刀刀尖须经热处理后硬度为HRC45~50,远大于工作膜片的硬度;并且推动闸刀的弹簧应具备闸刀剪切工作膜片所做功的势能。

电动瓶头阀中闸刀和工作膜片

因此,闸刀剪切工作膜片所做的功

式中:Em——闸刀剪切工作膜片所做的功,N.mm;

d1——闸刀口直径,mm;

τ b——工作膜片的材料抗剪强度,MPa;

δ——工作膜片厚度,mm;

P3——电磁电动瓶头阀的正常工作压力,MPa;

L——弹簧释放行程,mm。

弹簧所能释放的势能

式中:Et——弹簧所能释放的势能,N.mm;

k——弹簧刚度,N/mm;

L0——弹簧最大工作载荷时被压缩量,mm。

考虑介质的压力与流动冲击,取

式中:n——安全裕量,取1.3。

在型式试验时,应进行动作试验。阀门处于工作状态,介质为空气,当电磁铁接通电源时,阀门应能动作,闸刀扎破工作膜片,释放出气体。

(4)弹簧计算

按照螺旋压缩弹簧设计计算,首先确定弹簧的材料、类型和载荷分类;其次按照现实可用的空间,通过几何画图初步确定弹簧的外径D和弹簧释放行程L及弹簧最大工作载荷时高度H2,弹簧最大工作载荷时被压缩量L0;然后通过式(6)计算出弹簧的刚度k。

初定弹簧的自由高度H0

式中:D2——弹簧的中径,mm;

dt——弹簧材料的线径,mm。

式中:C——弹簧的旋绕比,取4~8。

经初算,选取一组标准值的D2和dt的弹簧,弹簧两端并紧磨平,支承圈为2.5。

式中:n——弹簧的有效圈数;

G——弹簧的切变模量,MPa。

式中:H0——弹簧的自由高度,mm;

P——弹簧的节距,mm。

经以上计算,比较结果,选取最佳方案。

式中:Fj——弹簧的极限工作载荷,N;

F2——弹簧的最大工作载荷,N;

F1——弹簧的最小工作载荷,N;

Hj——弹簧的极限工作载荷时的高度,mm;

H1——弹簧的最小工作载荷时的高度,mm。

未完,待续……

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