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管 线 式 负压 比例 混合 器 的设计 方法 探讨
吴海卫 摘 要 朱立 强 套安部 上 海消防科 学研 究所 ( 0 0 2 203 )
基 于流体 力 学基 本理论 , 通过理 论 分析 ,
沫 浓缩液 吸^供 水 系统 , 与旁 通调 节 闻配合 , 证旁 通 保
管 内通过 相对稳 定 的流 量 设计 压 力范 围为 0 4MP . a
~
提 出了能够适 应较 大流 量 、 力范 围的 管线 式 负压 比 压
例 混 合 嚣 的设 计 方 法
1 2M P , 力 降 小 于 2 。 . a 压 5
啊节
关键词
合 器
文丘 里管 比例 混合 器 负压 式 比例 混
比例混合 器是一 种使水 与 泡沫液按 规定 比例混 合 成 混合 液 以供 泡沫产生 设备 发泡 的装置 。我 国 目前 常 用 的 比例 混合器 形式有 : 环泵 式负 压 比例混 合器 ; 线 管 式负压 比例 混合 器 ; 压力 比例 混合器 ; 平衡式 压力 比例 混 合器 等 。本文讨 论 的是管 线式负 压 比例混合 器 。 管线 式 负压 比例 混 合器 实 质上 是 一种 文 丘里 泵 . 结 构简 单 , 用 方便 , 沫浓 缩 液为 常 压贮 存 . 使 泡 主要 适
用 于 移 动 式 或 半 固 定 式 灭 火 系 统 , 常 用 产 品 的 性 能 现
图 l 井 联 式 比 倒 混 旨 器 培 构 田
参数如表 1 。但 是 它 的 流量 范 围较 小 . 口处压 力 较 进
1 1 设 计 参 数 . 主 管 道 进 水 口压 力 P.MP ; , a 吸八 高度 hm; .
混 合 液 流 量 Q, / ; m。s
高 , 力降 较大 (0 以上) 比例调 节 困难 , 品柔 性 压 4 , 产
差. 这些 缺点 无疑 限制 了它 的应 用范 围 。
裹 l P HF 系列 管 缝 式 负 压 比倒 混 台 器 的 主要 性 能 参 数
型 项 目
PHF P Hn PHF PHF1
文丘里 管 流量 , Q; 混合 比 K: 吸 液 量 q m。s , /; 进 出 口压 力 损 失 △ ,, a JMP 。
号
进 口水 压
z K 混 合 比
3
M 0 6 1 ~ 2
O6 12 . ~ _
1 2 设 计程序 分 析 .
L Tl 1 0 2 0 】0 2 0 5 ~ j0 I ¨ ~ 1 7 ~ 6 3 0 2 l 3 36
4 8 ~
比例混 合器 能否在 规定 的工况 范 围内有确 定 的混 合 比例 . 提供 不 同的泡沫 产生设 备 , 定浓 度 的泡沫混 一
合液 , 检验其 质 量优劣 的重要 指标 。 是 由流 体 力 学 理 论 不 难 推 出 :
____ __ __ ___ ●● —
36 .
1 ~ 1 0 7 2 0~ 3 0
6
~ 1 4
1 0~ 1 7
2 ~ c
4 0~ 6 。
—
2 ^十 P 7) g( /
… … () 1
为 了克服现 有产 品的上述 缺点 , 降低 进 口压 力 , 扩 大流 量 范 围. 减少 压 力损 失 . 强 比例 可 调 节性 . 们 加 我 借鉴 了国 内外 相关 产 品 的有关 资 料 . 行 了管线 式 负 进 压 比例混合器 的设 计方 法研究 在此介 绍给 大家 , 图 试
抛 砖 引玉 。
式中:
一
为 吸 ^ 流 量 , / m。s
, — — 喉 管 压 力 ,a J P ; g —— 为 重 力 加 速 度 ; 7 流 体 比 重 , m。 N/ ; 尸 / —— 文丘 里管喉 管处 的液 体静水 头 , 。 ,7 m
1 基 本 结 构 及 设 计 程 序 分 析
显然 , 吸^流 量是 随喉管 真空 度 的变化而 变化 的。 当^ J7 +, / <0时 . 文丘 里管才 可能 吸液 满足 正常抽 吸条 件 只对文 丘 里管 的设 计 提 出 了 以上要 求 . 不直 却 接影 响其设计 。 以 . 所 考虑 比例 混合器 的设 计程 序应该 是 : 确定 文丘 里 管 的流 量 , 算 文 丘里 管参 数 . 设 先 计 再 计 主管道 . 最后计 算吸八 量 。
3 5
设计 的管 线 式 负压 比 例 混合 器为 并 联式 , 构 如 结 图l 所示 它 由两 大部分组 成 。 是较 粗的 主管道 , 一 联
接 一个调 节阀并 通过 主流量 ; 是较 细 的旁通管 道 , 二 通
过旁通调节 阀连接文 丘里管 并与 主管道 并联 。调 节 阀
用 以产生 与文 丘里 管 内相 等 的压 降 , 文 丘里 管将 泡 使
请防井 晕与扯 求 2 0 0 1年 3月第 2期
2 文丘里 管 结构参数 的计 算 2 1 旁通 管路 流量 0 的确 定 . 为使 文 丘里管具 有 稳定 的工 作状 态 ,且对 于 不 同 的泡沫 产生 设备 . 置具有 较好 的调节性 能 . 希望 旁 装 故
通 管 即 文 丘 里 管 通 过 的 流 量 与 总 管 道 流 量 相 比较 小 。
可 取 0 0/ 一 4
3 1 调 节 阀 型 式 及 流 量 特 性 选 择 . 为 使 调 节 阀 便 于 调 节 , 用 的 阀 具 有 直 线 流 量 特 选
性, 使得 阀产 生单位 位 移 变化 引起 的 流 量变 化是 一 个 常数 . 因此 宜选 用直通单 座 凋节 阉。
3 2 压 差 的 确 定 .
压 差 的确定 是调节 阎计算 中最 关键 问题 考虑调
节 阀 与 并 联 的 文 丘 里 管 具 有 相 同 的 压 力 损 失 , 根 据 且 设 计 要求 可 得 :
△ P… 一 P… × 2 5 △ P… 一 P … × 2 5 ,
2 2 d 及 喉 管径 d 的计算 。 . d 一 般 选 用 普 通 钢 管 的标 准 管 径 , 流 量 0 不 大 如
于 3 s 可 选 d 一2 2L/ . 5 mm。
由伯 努 利 方 程 可 推 得 :
Q. √ t m i 一
管 中通过 的流量 . /; m。s d —— 文 丘 里 管进 口直 径 . . m; P
…
3 3 主 管 道 通 径 选 择 .
f v
式 中 : —— 下 临 界 流 量 . 文 丘 里 管 开 始 吸 液 时 , 0… 指
G Q √AP …一 ±
式 中 : 一 ~ 所需 的流通 能力 . / ; G m。s 0± ~ 主 管 道 通 过 的 最 大 流 量 : △P ~调 节 阀两端压 差 ,a P
…“5 ()
文 丘 里 管进 口压 力 , 略 沿 程 损 失 近 忽 似 等 于 主 管 道 进 口 压 力 . a P ;
根据 所 得 的 G… 查 得 所选 用 的直 通 单 座 调节 闲
的 主 要 参 数 , 流 通 能 力 及 相 应 的 阀 的 口径 D . 时 得 g此 主 管管径 也确 定 了。
d —— 喉 管 直 径 , m;
7 流 体 比重 . m N/ 。
由 QJ n 2 0 , 最 小 设 计 流 量 及 其 它 已 一 5 … Q… 知 条件 , 可求 出 。 即
4 混合 比计算 根 据式 ( ) 式 ( ) . 通管 中 的混 合 比 K 为 : 1及 2知 旁
2 3 喉管处液 体 高度 的计算 . 考 虑在 稳 定 的抽 吸过 程 中 . 丘里 管 管路 中的水 文
流 可 视 为 恒 定 流 根 据 伯 努 利 方 程 :
P!
y 9 g
K= _ 子= (
取c 一 ! 生
= 两
1
…
?
( ) 6
i.P
。 y
…
…
式中: / 7—— 文 丘 里 管 进 口 的 静 水 头 . m; V 、 一 分 别 为 文 丘 里 管 进 口 处 、 管 处 的 液 V『 一 喉 体 流 速 , s m/ 。
{
眦㈣ i √ 为K C -
则为 :
K K ?Q K i
^
… ,
了] … ?( ) ?8
用 Q 、 以及 d P 等 代 人 式 ( ) 计 算 ( / 3. P,
7 检 查 是 否 满 足 h y 0 如 果 不 满 足 . 整 d ) +P / < 。 调 或 . 至 满 足 要 求 为 止 。 足 要 求 时 的 d 、 为 计 直 满 d 称 算 、 。再 计 算 P … 时 的 Q… ( 值 、P / ). 24 最大 流量 Q . … 的计 算 通 常 , 喉 管 真 空 度 大 于 9 P 当 0k a时 , 能 出 现 汽 可
又 由于 Q 一Q/ . 4 则整 个 比例 混 合器 的混合 比 K
由式 ( ) ( ) ( ) 看 出 . 6 、7 、8可 混合 比 K 与 主管 、 旁通 管、 文丘 里 管 结 构 参 数 d 、 , 以及 人 口压 力 都 有 关 系 对一 个现有 的 比例混 合器 来讲 . 、 。h都是 不变 d、 的 我们 只需调 节 主管 、 通管 上的调 节 闲 , 旁 即可 调 出 所需 的混 合 比 , 而这 种调节 也是较 容 易实 现的 。
小 结
化 , 时文丘 里 管则无 法抽 吸 . 这 按这 一 点计 算 的流量 称
最 大 流 量 最 大 流 量 按 下 式 计 算 :
一
a√ - 型 d
…刊 5 )
将 P …、 等 代人 式 ( ) 求文 丘 里 管在最 大 可 P 4. 能 的极 限 工 作压 力情 况 下 的 0…。再 根 据 式 ( ) 算 . 3计 对应 于 Q… 的 ( 7 一 值 . P /) 若算 得 ( !y … < 一9m. P/)
则减 小 Q一 重 新 验 算 。 , 3 调 节 阊 及 主 管 道 选 择
3 6
本文 推荐 的管 线式 负 压 比例 混 合器 的设计 方 法 . 将 混 合 器设 计 为并 联式 . 有 调节 阀调 节 主管 道及 旁 并
通管 中 的流量 . 而整 个 比例混合 器不 仅过 流能力强 、 因 不 易 堵 塞 . 且 具 有 很 强 的 可 调 节 性 , 别 适 用 于 要 求 而 特 泡 沫 混 合 液 比例 有 变 化 的 场 所 , 有 较 好 的 推 广 前 景 。 具
请侍科 学 与技 术 2 0 年 3月第 2 01 期
:
骥
囊器
压 力式空 气 泡 沫 比例 混 合器 的 结构 设 计 与计 算
闵 永 林 公 安 部 上 海 消 防 科 学研 究 所 ( 0 4 8 203 )
摘 要 本 文 对 压 力 式 空 气 泡 沫 比 倒 混 舍 嚣 的 工
具有混 合 比精度 高 , 应流 量 范围宽 . 适 压力 损失小 等优
点。
作 原 理 、 构 进 行 了 分 析 , 出 了压 力 式 空 气 泡 沫 比例 结 提 混 夸 器 的 结 构 设 计 与 计 算 方 法 关 键 词 泡 沫 比例 混 合 嚣 压 力 式 空 气 泡 沫 比例
尽 管压 力式 空气泡 沫 比例 混合装 置在 我国 已有较
多 应 用 , 有 多 家 生 产 该 类 产 品 的 企 业 , 是 由于 缺 少 且 但 对 该 类 产 品 的 理 论 研 究 和 设 计 方 法 研 究 , 品 性 能 不 产 稳 定 , 接影 响 到产品使 用效 果 。 此进 行该 类产 品 的 直 因 理 论 研 究 和设 计 方 法 研 究 . 定 其 设 计 计 算 方 法 , 产 确 对 品 质 量 的 提 高 和 系 列 产 品 的 开 发 具 有 重 要 的 现 实 意
义。
混合 嚣
喷 嘴
压 力 式 空 气 泡 沫 比例 混 合 器 是 压 力 式 空 气 泡 沫 比
例混 合 装置实 现泡 沫 自动 比例混 合 功 能 的核 心组件 .
也 是 泡 沫 灭 火 系 统 的关 键 部 件 。
目前 . 内外 消防 界一 些 人士 推 荐 在 固定式 或半 国 固定式泡 沫灭 火系统 中使用 压力 式和平衡 式 空气泡 沫 比例混 合 装置 . 由于平 衡 式 空气 泡 沫 比例混 合 装 置 但 结 掏复 杂 , 成本 高 , 安装 使 用不 便 , 因此 目前 在 国内外 的消防工 程 中均较少使 用 。而压力 式空气 泡沫 比例混 合装 置 由于 结构 简 单 、 本 较 低 、 装 使 用方 便 , 成 安 已在
国 内外 的石 油 化 工 、 口码 头 、 库 等 易 燃 易 爆 场 所 消 港 机 防 工 程 中得 到 广 泛 应 用 压 力 式 空 气 泡 沫 比例 混 合 装 置 是 指 用 一 定 压 力 的 水 流 过 一 文 丘 里 管 . 压 力 水 的 作 用 下 , 泡 沫 液 从 密 在 将
1 压 力 式 空 气 泡 沫 比 倒 混 台 器 1 1 结 构 与 功 能 . 主 要 由压 紧 螺 母 散 管 板 和 喷 嚆 组 成 压 紧 扩 孔 螺 母 用 以 固 定 孔 板 和 连 接 进 液 管 ; 散 管 用 以 能 量 转 扩
换 . 液体 由速 度能转 换 为压力 能 ; 板用 以控 制泡 沫 使 孔 液 的流量 ; 喷嚆 使水 流 速 度增 大 , 向扩散 管进 口, 喷 中
间形成 低压 区 。 1 2 工 作 原 理 如 图 1所 示 , 消 防 水 泵 压 力 水 沿 供 水 管 道 进 人 当
压 力 式空 气 泡沫 比例 混 合 器时 , 部 分 水经 喷 嚆 向扩 大
散 管 喷 出 进 人 喷 嘴 时 . 速 增 大 , 于 射 流 质 点 的 横 流 由 向 紊 动 扩 散 作 用 . 喷 嘴 出 口 与 扩 散 管 之 间 形 成 低 压 在 区 混 合 室 . 经 压 力 水 管 的 小 股 压 力 水 经 进 水 管 路 进 流
闭的储罐 ( 体型 、 整 分隔型 或隔膜 型 ) 内挤 出 . 在文丘 里 的喷嘴 ( 或孔板 ) 与水实 现 比例 混合 的装 置 由于压 后 力式空 气 泡 沫 比例 混合 器 与 泡沫 液储 罐 组 合在 一 起 .
不 需单独 的泡 沫液 泵配套 , 使用 方便 。 力 式泡 沫 比 故 压 例混合装 置适 用于 固定式或 半 固定式 泡沫灭 火系统 , 当 然 , 于 有 关 设 计 剐 开 始 , 些 地 方 考 虑 还 不 够 完 由 有 善 , 待进一 步探 索 、 究 。 有 研
参 考 文 献
入 泡 沫液储 罐 内, 将泡 沫 液 从 出液 管路 压 出进入 压 力 式 空气 泡沫 比例 混合 器 , 后从 孔 板进 入 低 压 区混 合 然 室 与流经 压力式 空气 泡 沫 比例混 合 器喷 嘴的大 股 水流
汇合 形 成泡 沫 混合 液 , 送 给泡 沫 炮 、 沫产 生器 、 输 泡 泡 沫 枪 、 沫 管 钩 等 设 备 泡
孔板 喷嘴 扩 散管
1 上 海 工 业 自动 化 仪 表 研 究 所 流 量 测 量 节 流 装 置 的 理 论 与 设 计 机
槭 工业 出 板杜 . 9 1 1 7
2 屠 大 燕 流体 力学 与 流体 机 槭 中 国建 筑 工 业 出版 杜 .鲫4 1
3 侯 索 娟 两段 式 文丘 里 泵 施肥 器 的设 计 排 罐 机 械 , ;5 l 9
第一作 者筒 : 海卫 , 吴 岱安部 上海 消防科 学研 究
所 上 海 浦 东 特 种 装 备 厂 厂 长 , 程 师 , 海 市 中 山南 二 工 上
路 5 l号 . 0 0 2 o 203
联 系 电话 : 2 — 5 9 2 0 o 1 8 632
( 稿 日期 : 0 0 1 —0 ) 收 20 — 2 2
消防科 学与拄 求 20 年 3 第 2期 01 月
图 l 压 力 式 空 气 泡 沫 比例 混 合 器 工 作 原 理 围
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