闭式自动喷淋水系统课程设计

能源与安全工程学院课程设计说明书

课程名称: 闭式自动喷淋水系统设计

年级/专业/班: 20XX级安全工程x班

设计组员：XXX（XX01020XXX）

XX

XX

开始时间: 2015年12月28日

完成时间:2016年01月08日

指导老师：

目录

一、前言 (4)

二、灭火系统选型、工作组成及原理 (4)

2.1 灭火系统选型 (4)

2.2系统的组成 (5)

2.3系统工作原理 (7)

三、自动喷淋系统的设计 (8)

3.1喷头选择及布置 (8)

3.2系统管网布置 (9)

3.3水力计算 (10)

3.4校核设计作用面积内的平均喷水强度 (15)

3.5选择消防水泵 (15)

3.6 喷水灭火系统的维护 (16)

四、结束语 (17)

闭式自动喷淋水系统设计任务书(安全工程专业)

一、设计目的

闭式自动喷水灭火是目前使用广泛、灭火效率高的灭火措施。其工作原理是：喷水管网中经常充满压力水，火灾时，闭式自动喷头温感元件爆破或熔化脱落，即自动喷水灭火，与此同时发出报警信号。适用范围为室内温度为4℃~70℃之间。

二、设计原始资料

5．某轻危险级建筑物其中一部分的最不利作用面积为180m2，为（15×12m）；环境温度为25℃，选用标准玻璃球喷头，喷头以长方形布置。最不利点处喷头的工作压力为①7 mH2O，

三、设计任务

a)绘制系统工作动作原理图。

b)根据危险等级及作用面积，查出喷头的保护面积，并确定设计的设计喷水强度以及设计流量。

c)确定喷头及管道布置方式、初选各管段类型以及尺寸，绘制管道透视图（比例为1：100）。

d)进行水力计算，确定各管道直径，计算系统设计流量及总的水头损失。

e)进行系统设计校核。

四、设计要求

1、独立开展灭火系统的设计，不得抄袭他人设计。

2、水力计算部分应按照原始资料和有关规范进行精确计算，不得假造数据。

3、进行水力计算时，应采用沿途计算法确定喷头流量，而不采用作用面积计算法。

4、说明书应包括（四）的全部内容，有详细的计算推导过程。

5、水力计算应编制成表（如附二所示）。

6、说明书前页附上此任务书。

五、时间安排

此课程设计共14天时间。

一、前言

课程设计是学生将课程体系的理论和工程实践相结合的重要环节，也是培养同学实践动手和工程应用能力的有效途径，是理论教学和实践教学结合的重要手段。通过本次课程设计，使得学生能更为系统的了解工业和生活中防火与防爆基本原理、知识和内容，树立起正确的防火观念和意识，使其对企业生产和民用生活实用性和工程性的消防管理、监测、控制以及应急救援理论和技术等有更为全面深入的理解和掌握，加强其对防火与消防理论在现场工程应用中的认识，通过对工程应用中消防系统的分析评价和改进设计，加强学生对企业消防系统控制能力的应用，培养起对实践性消防问题的独立思考和解决的能力，形成较为系统和科学思维体系，为以后从事防火消防方面的专业工作和设计打下良好的基础。

闭式自动喷水灭火系统是指由水源、管网、喷淋水泵及控制柜、闭式喷头、报警控制装置等组成，是一种能够自动探测火灾并自动启动喷淋水泵灭火的固定灭火系统。可分为湿式自动喷水灭火系统、干式自动喷水灭火系统、预作用自动喷水灭火系统。它是目前使用广泛、灭火效率高的一种灭火措施。其工作原理是，喷水管网中经常充满压力水，灭火时，闭式自动喷头温感元件爆破或融化脱落，与此同时发出报警信号。

二、灭火系统选型、工作组成及原理

2.1 灭火系统选型

2.1.1建筑物的火灾危险性等级

据设计原始资料（闭式自动喷淋水系统设计任务书，以下简称任务书）显示，该建筑物火灾危险等级为中危险级。

2.1.2确定设计基本技术参数

由原始资料，设计消防系统的工作面积为15×12m2；根据《自动喷水灭火系统设计规范》（GB50084-2005）表5.0.1民用建筑和工业厂房的系统设计参数，

O），该灭火系统的喷水强度为4.00L/min·m2；喷头工作压力为9.8×104Pa（10mH

2

O计算；设计喷水量为9.0L/s。

且最不利点处工作压力以7mH

2

2.1.3系统选型

应根据建筑物的实际情况进行选择，设计书以绝大多数常温场所常采用的湿式系统为例进行设计，且建筑物的环境温度为25℃符合湿试系统设计要求。2.2系统的组成

湿式喷水灭火系统主要由以下几部分构成，如图2-2。

（1）水箱：在正常状态下维持管网的压力，当火灾发生的初期给管网提供灭火用水；

（2）水力警铃：用于湿式、干式、干湿两用式、雨淋和预作用自动喷水灭火系统中，是自动喷水灭火系统中的重要部件。当火灾发生时，由报警阀流出带有一定压力的水驱动水力警铃报警。警铃流量等于或大于一个喷头的流量时立即动作；

（3）湿式报警阀：安装在总供水干管上，连接供水设备和配水管网，一般采用止面阀的形式。当管网中有喷头喷水时，就破坏了阀门上下的平衡压力，使阀板开启接通水源和管网。同时部分水流通过阀座上的环形槽，经信号管道送至水力警铃，发出音响报警信号。

（4）消防水泵结合器：用于给消防车提供供水口；

（5）火灾收信机（消防控制中心）：在控制室内安装，用于接收系统传来的电信号及发出控制指令；

（6）压力罐（未设置）：用于自动启动消防水泵。当管网中的水压过低时，与压力罐连接的压力开关发出信号给控制箱，控制箱接到信号后发出指令启动消防泵给管网增压。当管网水压达到设定值后消防水泵停止供水；

（7）消防水泵：给消防管网中补水用；

（8）闭式喷头：可分为易溶金属式、双金属片式和玻璃球式三种，其中以玻璃球式应用最多；正常情况下，喷头处于封闭状态。当有火灾发生且温度达到动作值时喷头开启喷水灭火；

（9）水流指示器：其动作原理是，当水流指示器感应到水流动时，其电触点动作，接通延时电路（延时20～30s）。延时时间到后，通过继电器触发，发出声光信号给控制室，以识别火灾区域；

（10）压力开关：是自动喷水灭火系统的自动报警和控制附件，它能将水压力信号转换成电信号。当压力超过或低于预定工作压力时，电路就闭合或断开，输出信号至火灾报警控制器或直接控制启动其他电气设备；

（11）延时器：是一个罐式容器，安装在报警阀与水力警铃之间。用以对由于水源压力突然发生变化而引起的报警阀短暂开启，或对因报警阀局部渗漏而进

入警铃管道的水流起一个暂时容纳的作用。从而避免虚假报警。只有真正发生火灾时，喷头和报警阀相继打开，水流源源不断地大量流入延时器，经30s左右冲满整个容器，然后冲入水力警铃报警；

（12）试警铃阀：用于人工测试。打开试警铃阀泻水，使报警阀自动打开，水流充满延迟器后可使压力开关及水力警铃动作报警；

（13）放水阀：用于检修时放空管网中余水；

（14）末端试水装置：设在管网末端，用于自动喷水灭火系统等流体工作系统中。该试水装置末端接相当于一个标准喷头流量的接头，打开该试水装置，可进行系统模拟试验调试。利用此装置可对系统进行定期检查，以确定系统是否能正常工作；

（15）试验喷头：安装于屋顶，每年校验喷头性能；

（16）压力表：观察系统水压是否正常；

（17）水箱下止回阀：防止消防水进入水箱；

（18）火灾信号传感器：感应火灾信号。

2.3系统工作原理

当火灾发生时，火源周围温度上升，导致火源上方的喷头开启、出水，管网压力下降，报警阀阀后压力下降致使阀板开启，接通管网和水源，供水灭火。于是同时，部分水流由阀座上的凹形槽经报警阀的信号阀，带动水力警铃发出报警信号。如果管网中设有水流指示器，水流指示器感应到水的流动，也可发出电信号。如果管网中设有压力开关，当管网水压下降到一定值时，也可发出电信号，启动水泵供水，消防控制室同时接到信号。系统工作原理图如图2-1。

图2-1湿式自动喷水灭火系统工作原理

三、自动喷淋系统的设计

3.1喷头选择及布置

（1

喷头的选用，设计选用标准玻璃球喷头。

ZST型玻璃球洒水喷头。`喷头可用来探测火灾，并通过自动洒水来控制和扑灭火灾，是自动喷头灭火系统的主要部件，广泛用于高层建筑、宾馆、商场、工厂、仓库等各类建筑物，能满足各种危险等级的防户要求。

（2）喷头的布置

根据任务书上表2可知每只喷头的最大保护面积为21m 2(转换成半径为2.58m)，喷头的布置间距为S=3.657m （标准中危险级的布置间距）。喷头与边墙的距离不超过设计规范中要求的2.3 m ，但也不小于0.6m 。系统应有库存备用喷头，数量不应少于总安装数的1%。

正方形布置如上图所示，只有当4个喷水圆两两相切于O 点，而且在R=N 时，该

喷头的布置最经济合理。此时，喷头间间距为

S=2RCOS45°==2/2*99.1*2 3.657m

式中R ——喷头计算喷水半径

S ——喷头间距

3.2系统管网布置

确定最不利点喷头的位置为1号节点处的喷头（见图3-1），在节点处平行于配水支管划定矩形作用面积，其长边长度为：

m A L 10.162002.12.1===

每条支管上最多动作喷头数：

个440.465

.310

.16≈==

'n 而对于支管的数目有

条428.365

.312

≈==

m 经过多次的画草图和计算，综合考虑最终确定每条支管为4个，共4条支管。

根据有关规范（表3-1）预选管径，管网按侧边中心方式布置（如图3-2），系统共布置了16个喷头，系统设湿式报警阀和水流指示器各1个。

图3-2 管网分布图

3.3水力计算

按逐点法计算,即矩形面积内每个喷头喷水量按该喷头处的水压计算确定系统内各点的水力。

（1）支管Ⅰ末端的喷头1为整个管系的最不利点，在规定的工作水头

H 1=7mH

2

O作用下，节点1的水流量为:

11

.1

10

1

=

=

P

k

q（L / s）

P：喷头工作压力（mH2O）； k：喷头流量特性系数，k = 1.33 则管段1-2的流量为：

S L q Q 11.1121==-

该管径为90°弯管，由附表2可得，当管径为25㎜时，当量长度为L '=0.6m 。管道的水头损失为 2.29=1.11*）0.6+7（3.6*0.4367)1(2122=?+?=-Q L L A h

（2）节点2的水压为：

O mH h H H 2211229.929.27=+=+=-

其水流量为:

28.110

2==P

k

q （L / s ） 则管段2-3的流量为：

s L q Q Q 39.222132=+=--

因为轻度危险级控制的标准喷头数为3只，查表3-1可选公称直径d=32㎜的管道。

该管径为三通，由附表2可得，当管径为32㎜时，当量长度为L '=1.8m 。

则管道的水头损失为： .932=2.39*）1.8+.653（*0.09386)1(22=?+?=　

Q L L A h

（3）节点3的水压为：

O mH h H H 2322322.1239.229.9=+=+=-

其水流量为:

47.110

3==P

k

q （L / s ） 则管段3-4的流量为： s L q Q Q 86.333243=+=--

该管径为三通，由附表2可得，管径为40㎜时，当量长度为L '=2.4m 。则

管道的水头损失为：02.486.3*)4.265.3(*04453.0)1(4322=+=?+?=-

Q L L A h

（4）节点4的水压为：

O mH h H H 2433424.1602.422.12=+=+=-

其水流量为:

69.110

4==P

k

q （L / s ） 则管段4-5的流量为：

S L q Q Q /55.544354=+=--

（5）由于其他4条支管的形状特征与第一个支管子相同，此时将支管Ⅰ（节点1-5）看作一个大喷头，则其喷头流量特征系数为k Ⅰ(1-5)。

由于55.510

5==P

k

q （L / s ） 该管径为三通，由附表2可得，管径为40㎜时，当量长度为L '=2.4m 。则

管道的水头损失为：30.855.5*)4.265.3(*04453.0)1(5422=+=?+?=-

Q L L A h 而O mH h H H 25-44525.24=+=，其水流量为：S L Q q /55.55-45== 可得k Ⅰ(1-5)=4.36，于是其他4条支管的特性系数k 值均与k Ⅰ(1-65)=4.36相同，则喷头布置图可简化为图3-2。

图3-2喷头布置图

（6）管段5-6的流量为： Q56=q5+q45=5.55

该管径为90°弯管，由附表2可得，当管径为40㎜时，当量长度为L '=1.2m 。则管道的水头损失为：

H 5-6-=0.04453*(3.657+1.2)*5.55*5.55=6.66

（7）节点6的水压为：

H 6=2H 5=24.25*2=48.5

其水流量为:

Q 6=2*q 5=5.55*2=11.1

则管段8-9的流量为：

Q 67=q 6+q 5=5.55+5.55=11.1

该管径为三通，由附表2可得，当管径为50㎜时，当量长度为L '=3.1m 。则管道的水头损失为：

H 6-7-=0.01108*(3.65+3.1)*11.1*11.1=9.21

（8）节点7的水压为：

H 7= 2（H 6 +H 6-7）= 2*（48.5+9.21）=115.42

其水流量为:

Q 7=2q 6=2*11.1=22.2

则管段7-9的流量为：

Q 7-9=2*（q 6+q 56）=2*(11.1)=22.2

选用公称直径d=100mm 的管道

该管径为三通，由附表2可得，当管径为70㎜时，当量长度为L '=3.7m 。则管道的水头损失为：

H 7-9-=0.002893*(2.03+3.7)*22.2*22.2=0.08

（9）节点9的水压为：69.25 其水流量为：

Q 7-9=2*q 7=2*11.1=22.2 H 9=H 7+H 7-9=115.42+0.08=115.50

系统设计假设从节点9到消防水泵11的管道长度为50m ，且湿式报警阀和水流指示器的水头损失按沿程损失的20%计算，则管道的总水头损失为：

H=（1+20%）*0.0002675*1966.04*50=31.55

因此消防水泵的供水压力O mH H H H 29005.147=+=

3.4校核设计作用面积内的平均喷水强度

设

计

作

用

面

积

内

平

均

喷

水

强

度

)/(min 4)/(min 4.7)/(123.0180/20.222

222

m L m L m S L m

S L ?>?=?= 满足规范要求。(见表5.0.1)

3.5选择消防水泵

按照上诉计算结果，选择型号XBD11/55-150的消防水泵，流量Q=25L/S ，出口压力为1.47MPa 。

3.6 喷水灭火系统的维护

自动喷水灭火系统必须始终处于正常的战备状态，一旦发生火灾就能立刻

发挥作用，加强日常的检查维护和管理至关重要。日常检查分为日检、周检、月( 季) 检及年检。具体的日检由保安人员负责，周检、月( 季) 检及维护工作由委托的专业消防公司来完成，并由市消防检测中心进行年度检测。管理及保安人员每年要由消防培训中心进行专业培训，成为具备专业资格的合格人员后才能胜任这项工作。根据相关消防法律、法规的要求，同时结合实际情况，自动喷水灭火系统的管理与维护主要包括以下方面：

⑴ 自动喷水灭火系统应具有管理、检测、维护规程，并应保证系统处于准工作状态。

⑵ 维护管理人员应熟悉自动喷水灭火系统的原理、性能和操作维护规程 ⑶ 维护管理人员每天应对水源控制阀、报警阀组进行外观检查，并应保证系统处于无故障状态。

⑷ 每年应对水源的供水能力进行一次测定。

⑸ 消防水池、消防水箱及消防气压给水设备应每月检查一次，并应检查其消防储备水位及消防气压给水设备的气体压力。同时，应采取措施保证消防用水不作它用，并应每月对该措施进行检查，发现故障应及时进行处理。

⑹ 消防水池、消防水箱、消防气压给水设备内的水应根据当地环境、气候条件不定期更换。更换前，负责自动喷水灭火系统的专职或兼职管理人员应向领导报告，并报告当地消防监督部门。

⑺ 寒冷季节，消防储水设备的任何部位均不得结冰。每天应检查设置储水设备的房间，保持室温不低于5℃。

⑻ 每两年应对消防储水设备进行检查，修补缺损和重新油漆。

⑼钢板消防水箱和消防气压给水设备的玻璃水位计，两端的角阀在不进行水位观察时应关闭。

⑽消防水泵应每月启动运转一次，内燃机驱动的消防水泵应每周启动运转一次。当消防水泵为自动控制启动时，应每月模拟自动控制的条件启动运转一次。

⑾电磁阀应每月检查并应作启动试验，动作失常时应及时更换。

⑿每个季度应对报警阀旁的放水试验阀进行一次供水试验，验证系统的供水能力。

⒀系统上所有的控制阀门均应采用铅封或锁链固定在开启或规定的状态。每月应对铅封、锁链进行一次检查，当有破坏或损坏时应及时修理更换。

⒁室外阀门井中，进水管上的控制阀门应每个季度检查一次，核实其处于全开启状态。

⒂消防水泵接合器的接口及附件应每月检查一次，并应保证接口完好、无渗漏、闷盖齐全。

⒃每两个月应利用末端试水装置对水流指示器进行试验。

⒄每月应对喷头进行一次外观检查，发现有不正常的喷头应及时更换；当喷头上有异物时应及时清除。更换或安装喷头均应使用专用扳手。

⒅各种不同规格的喷头均应有一定数量的备用品，其数量不应小于安装总数的1%,且每种备用喷头不应少于10个。

⒆自动喷水灭火系统发生故障，需停水进行修理前，应向主管值班人员报告，取得维护负责人的同意，并临场监督，加强防范措施后方能动工。

⒇建筑物、构筑物的使用性质或贮存物安放位置、堆存高度的改变，影响到系统功能而需要进行修改时，应在修改前报经公安消防监督机构批准后方能对系统作相应的修改。

四、结束语

课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我们深深体会到这句千古名言的真正含义。今天我们认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为了明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在对自动喷淋系统的设计过程中，不仅检验了所学习的知识，也培养了如何去把

握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。

通过本次课程设计，使得我们能更为系统的了解工业和生活中防火与防爆基本原理、知识和内容，树立起正确的防火观念和意识，使其对企业生产和民用生活实用性和工程性的消防管理、监测、控制以及应急救援理论和技术等有更为全面深入的理解和掌握，加强其对防火与消防理论在现场工程应用中的认识，通过对工程应用中消防系统的分析评价和改进设计，加强了我们对企业消防系统控制能力的应用，培养起对实践性消防问题的独立思考和解决的能力，形成较为系统和科学思维体系，为以后从事防火消防方面的专业工作和设计打下良好的基础。

通过这次安全系统工程设计，我们感觉在多方面都有所提高。综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识所进行的自动喷淋系统设计，设计工作的实际训练培养和提高了我们能独立工作学习的能力，巩固与扩充了防火防爆课程所学的内容，掌握消防系统设计的方法和步骤，掌握消防系统设计的基本的程序，了解系统的基本结构，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时各科相关的课程都有了全面的复习。

本次课程设计是在柴红保老师的精心指导下，由本组成员相互配合完成的。此设计也是我们对防火防爆及流体力学课程所学知识的回顾与总结。在此感谢我们的柴红保老师，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我们工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我们无尽的启迪；这次课程设计的每个步骤都离不开老师您的细心指导。本次课程设计所完成的湿式自动喷水灭火器灭火效率高、投资低、系统采用廉价的水作为灭火剂，具有减少人员的伤亡、保护生命安全、降低火灾危险、减少经济损失等优点。在设计中，我们查阅了许多相关书籍，深刻理解了自动喷水灭火系统的具体设计过程及方法和原理，并且将理论与实践结合起来，最终完成了课程设计。本次课程设计不仅巩固了我们的理论知识，提高了我们的实践能力，同时还培养了自己独立思考问题的能力和分工协作能力。

最后，由于我们的设计能力都很有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师多多指教,我们对于你的批评与指正，将万分感谢。

参考文献：

1.程远平.消防工程学[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社，200

2.

2. 余明高.防火防爆[M].江苏徐州：中国矿业大学出版社，2000.

3. 百度词条.

4. 自动喷水灭火系统设计规范（GB50084-2001）.

附表1焊接钢管的管道比阻值

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