旋转型喷头灭火系统设计.doc

1旋转型喷头灭火系统设计赵宇 1，肖睿书 1，颜日明 2（1.广西华蓝设计有限公司，广西南宁 530011；2.广州龙雨消防设备有限公司，广州 511436）摘要：介绍了快速响应旋转型喷头自动喷水灭火系统的设计，建立了经国家消防装备质量监督检验中心检验合格的专利喷头流量公式，阐述了配水支干管水力计算参数等技术；可供大中小空间建筑消防给水系统设计和审查人员参考关键词：快速响应；旋转型喷头；国家消防装备质量监督检验中心；专利喷头流量公式；灭火系统设计Rotary Sprinkler Fire-extinguishing System DesignZHAO Yu1，XIAO Rui-shu 1，YAN Ri-ming 2(1.Guangxi Hualan Design 2.Longius Fire Equipment Co.,Ltd.,Guangzhou,511436 China)Abstract:The authors introduce the design of fast-response rotary sprinkler systems，set up the flow calculation formula of the patented sprinkler tested as qualified by China National Fire Equipment Quality Supervision Centre，present the relative calculation parameters of main or branch pipeline ,etc.，all these would be helpful for reference for large，middle or small-space building fire-protection water supply system design and review staff.Keywords: fast-response；rotary sprinkler; NFEQSC; flow calculation formula of the patented sprinkler; fire-extinguishing system design1 前言《旋转型喷头自动喷水灭火系统技术规程》 [1]（以下简称《规程》 ）自2006 年 12 月 1 日施行以来，深受建筑消防给水系统设计人员的欢迎。

《规程》指出，旋转型喷头是我国自主开发的新型自动喷水消防产品，具有结构简单、性能稳定、喷洒密度均匀、洒水覆盖面积大、响应快速、灭火效率高的特点采用旋转型洒水喷头的自动喷水灭火系统，在保证喷水强度的前提下，可以加大喷头布置间距，减少喷头设置数量，从而简化管道系统它采取了旋转式腔体设计，增添了控制出水和喷淋效果的圆锥活塞分流器，确保射出大水滴，有助于提高大水滴穿透火舌的能力，尽快抵达可燃物表面，借助覆盖喷洒旋转水流形成的强大下压风力，达到迅速吹熄淋灭火舌的效果喷头由感应部件和布水部件组成（详见图 1 和图 2） 感应部件采用玻璃球，布水部件采用胶圈密封圆锥活塞分流器和旋转式腔体火灾发生时，感温玻璃球受热破碎，分流器在重力作用下（下垂型）或在水力作用下（直立型、扩展覆盖型）移位，被分流器封闭在管道内的水流进入旋转式腔体，并从喷头喷出，利用两束对称水流的反作用力不停地（面向调节螺丝）顺时针旋转，将水甩出，称为水力自动旋转大水滴布水旋风灭火方式非旋转喷头受溅水盘和支架双杆阻挡，喷出小水滴形成狭短带状并有干涸区，短边的两倍射流半径（相当于保护直径）被约束得很小，入口动压超过 0.3MPa时开始半雾化，压力越大，雾化2越严重，灭火效率亦越低。

而旋转喷头则相反，压力愈大灭火效果愈好图 1 旋转型喷头结构示意图 2 LAS-25 喷头外观由于旋转型喷头没有溅水盘和挡板，因此下垂型（含吊顶型） 、直立型和扩展覆盖面型喷头的均匀布水和劲旋强风灭火效果都十分良好笔者主要推荐下垂型，喷头安装高度≤13m（DN15） 、15m（DN20）和 18m（DN25～40） 《规程》报道了 LAS-25 中口径喷头和标准喷头的对比试验在喷头工作压力 0.25MPa 和安装高度 5m 的条件下，以国家制定 1A 木垛作为试验的结果表明，前者灭火时间仅为 8s～16s，木垛火堆完全熄灭，而后者较难熄灭，前者灭火效果十分明显由国家消防装备质量监督检验中心完成的试验结果，验证旋转喷头同时兼有强风和大水滴雨淋迅猛交替吹熄淋灭的特殊功能2 专利喷头流量公式旋转型喷头整体技术目前居世界领先水平，具有专利权，亦称专利喷头由于圆锥活塞分流器和旋转式腔体在两束对称水流相互作用下，喷头均适应螺 丝卡 簧玻 璃 球支 架调 节 螺 丝 旋 转 式 腔 体前 盖后 盖胶 圈滚 珠圆 锥 活 塞 分 流 器进 水 管30.10~1.20MPa 的动压，而其流量受到旋转式腔体的一定影响；以《自动喷水灭火系统设计规范》 [2]公式 q=K(10P)0.50为模式，根据五种规格专利喷头的多次试验数据，建立下列标准式：q=K(10P)n (1)10P=（q/ K） 1/n (1a)式中 q—专利喷头流量（L/min） ；K—喷头流量系数；P—喷头设计动压（MPa） ，一般取 0.10～0.90；n—幂指数，n=0.42～0.46＜0.50。

LAS-15～40 专利喷头水力参数详见表 1表 1 专利喷头水力参数P=0.10(MPa) P=0.25(MPa) P=0.50(MPa) P=0.90(MPa)DN(mm) K n R(m)q(L/s)（L/s ）R(m)q(L/s)（L/s ）R(m)q(L/s)（L/s ）R(m)q(L/s)（L/s ）安装高度（ m）15 90 0.46 5.0 1.50 5.5 2.29 5.5 3.14 5.5 4.12 1320 142 0.46 6.0 2.37 6.5 3.61 7.0 4.96 7.0 6.50 1525 242 0.43 6.5 4.03 7.0 5.98 7.5 8.06 7.5 10.4 1832 281 0.42 7.0 4.68 7.5 6.88 7.5 9.21 7.5 11.8 1840 310 0.42 7.0 5.17 8.0 7.59 9.0 10.2 9.0 13.0 18表 1 说明当 P=0.90MPa 时，选用 K=281 喷头对应 q=11.8L/s 与文献 [2]公式计算结果 14.1 L/s 相差较多， （1）式体现了专利喷头水流动能略比非旋转喷头减少，其差值用于增强下压旋风极快地吹熄和淋灭火舌。

R 为喷头保护半径（m） 3 配水支干管水力计算参数以内外壁热镀锌（涂塑消防专用）钢管为例，将 LAS-25旋转型喷头（平均P=0.18MPa）配水支干管流量、管径、控制喷头数等参数列于表 2（涂塑钢管可酌情缩小一号管径） 表 2 LAS-25 喷头配水支干管流量、管径、控制喷头数（P=0.18MPa）DN/mm喷头数/只流量Q/（L·s-1）流速v/（ m·s-1）比阻 A/（kPa·m -1）（L·s -1） -1.85单位水损 I /(kPa·m-1)50 1 5.2 2.65（2.33）0.1279986(0.0498570) 2.70（1.05）65 2 10.4 3.04（2.80）0.0331139(0.0145143) 2.52（1.10）80 3 15.6 3.23（2.97）0.0143176(0.0062854) 2.31（1.01）100 4 20.8 2.49（2.35）0.0037903(0.0017685) 1.04（0.49）125 5～6 31.1 2.42（2.27）0.0013155(0.0006077) 0.76（0.35）150 7～10 51.9 2.82（2.71）0.0005517(0.0002694) 0.82（0.40）200 11 以上 62.3 1.85（1.80）0.0001266(0.0000633) 0.26（0.13）注：①开放喷头数最多按 12 只考虑。

②I=AQ 1.85（kPa/m） 44 车库旋转型性价比优越快速响应旋转型喷头施工安装单价以常用 DN20 规格为例，高达 220 元/ 个正是传统 DN15 喷头低价 20 元 /个的 11 倍，建筑竞争市场喜欢按论个销售贵贱来评判系统的经济合理性，误认为前者比后者投资大很多而因循守旧地在车库设计中选用传统喷头系统根据近几年多项工程统计资料，车库采用旋转型喷头系统造价指标只有 40 元/m 2仅为传统喷头 80 元/m 2的 50%，为说明问题，以下引进指标参数如下：IR—下垂旋转型喷头论个造价指标，960 元/个；IT—直立型传统喷头论个造价指标也是 960元/个；AR—下垂旋转型喷头系统面积造价指标 40元/m 2；AT—直立型传统喷头系统面积造价指标 80元/m 2；PR—下垂旋转型喷头销售单价 220元/个较贵；PT—直立型传统喷头销售单价 20元/个便宜；nR—IR÷PR旋转喷头升值倍数 4.4较低；nT—IT÷PT传统喷头升值倍数 48很高；SR—下垂旋转型喷头服务面积 24m2/个较大；ST—直立型传统喷头服务面积 12m2/个较小车库下垂旋转型与直立型传统喷头系统性价比较见表 3。

表 3 车库下垂旋转型与直立型传统喷头系统性价比较分类 IR或 IT AR或 AT R或 PTnR或 nTSR或ST两种喷头系统性价比较简述旋转960(元/个)40(元/m 2)220(元/个)4.4(倍)24(m2)喷头单价虽高达 220元/个，但 AR仅为 40元/m 2，喷头升值倍数仅为 nR=4.4较低，灭火性能良好喷头数量少，报警阀和管道精简性价比高深受大众欢迎传统960(元/个)80(元/m 2)20(元/个)48(倍)12(m2)喷头单价虽低到 20元/个，但AT却是 80元/m 2，喷头升值倍数预计 nT=48很高，灭火性能差喷头数量多，报警阀和管道繁杂性价比低施工单位不欢迎顺便指出的是传统型配水管 DN25～50 虽小；但支吊架间距综合平均 3.2m/个布置，支吊架数量是旋转型的 3倍左右，而旋转型配水管 DN40～80 虽大，而支吊架间距综合平均 4.8m/个布置较疏，支吊架数量是传统型的 33%同时旋转型系统流量 QSR一般≤30L/s，是传统型 QST≤48L/s 的 63%，相应水泵与配电功率和消防水池容积等都比传统型小得多，故 IR=IT=960元/个持平。

注意旋转型喷头系统控制的喷头数按文献 [2]表 8.0.7配管径放大两级或以上5 斜屋面适用旋转型喷头大型厂房仓库等采纳斜屋面时，常选用直立型传统喷头（图 3） ，施工单位5强烈要求改变这种落后现状，因管道支吊架受力臂很长的影响难以安装固定，管道运行时振动很大，屋面结构易被破坏改进后更换下垂旋转型喷头（图 4） ，配水管紧贴屋面板，施工支架和管道运行质量有了安全保障，深受施工单位欢迎6 车库顶板适用旋转型喷头以柱网间距 8400×8400的大型车库为例，当采用直立型传统喷头时，一个大网格（图 5）可能布置喷头多达 12个（尚未包括离 RC梁、各种管道含 DN25小配水竖支短管和风管及其支吊架等许多障碍物太近而需补设梁底含风管底下6垂型喷头在内）以上，此时系统流量 QST按开放 28个和不均匀系数 1.28计算骤增至≤48L/s而推广应用下垂旋转型，一个大网格（图 6）只需布置喷头 2个（不必受任何障碍物影响而附加梁下或风管下喷头） ，此时系统流量按开放 5个和不均匀系数 1.10计算 QSR≤30L/s这是值得推荐。