[发明专利]洁净气体音速释放流动的管网系统

摘要

灭火管网系统由储气钢瓶、容器阀、导流管、单向阀、安全阀、集流管、歧管、减压孔板、选择阀、主管道、压力开关、三通、弯头、各级支管道、喷头组成，灭火时灭火剂洁净气体在管网系统中的释放流动，系可压缩气体管道内有摩擦的不稳定流动，有音速和亚音速两种气体流动本质不同的管网系统。目前国内外企业只能提供洁净气体亚音速状况下释放流动的管网系统，这种管网系统几何结构大而不经济；并且，国内企业确定管网系统大小的技术方法有重大问题，其提供的管网系统对灭火是否可靠有待商榷。本发明解决了洁净气体音速状况出流时如何确定管网系统大小的技术方法，可以提供几何结构最小最经济、灭火最可靠的管网系统。

主权项

1.一种由储气钢瓶、容器阀、导流管、单向阀、汇集管、安全阀、歧管、减压孔板、选择阀、主管道、压力开关、各级支管道、三通、弯头、喷头组装而成的洁净气体“音速”释放流动灭火管网系统，其特征在于要按以下顺序、步骤和方法确定管网系统几何结构，保证对同一防护区所确定的管网系统几何结构最小：1.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]对某防护区草设的管网系统进行洁净气体流动时几何结构阻力因素和动力因素整合，将复杂管网系统化成等截面当量管道。2.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[3]求出上步所化等截面当量管道某种洁净气体在其中流动时的临界压力比P_*/P₁，此即是草设管网系统内某种洁净气体流动时的临界压力比。其中P_*为草设管网系统的出口气体流速达到“音速”时出口截面气体的压力；P₁为草设管网系统总管道进口气体压力，也即是洁净气体“音速”释放过程中钢瓶内任一时刻的压力。3.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[4]、公式[5]，求出管网系统喷头初始喷放时刻钢瓶内压力P₁、密度ρ₁(或温度T₁)。4.依据灭火防护区内大气压值(可以取0.1MPa)与上步求得的P₁值，求出0.1/P₁的值。比较0.1/P₁的值与本权利要求书第2步求得的临界压力比P_*/P₁值的大小；当P_*/P₁≥0.1/P₁时，说明以总管道进口压力P₁为动力的洁净气体流动，处在“音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程分为“音速”流动过程和“亚音速”流动过程；当P_*/P₁＜0.1/P₁时则处在“亚音速”状况下流动，说明草设管网系统对洁净气体释放的全部过程只是“亚音速”流动过程。全部为“亚音速”释放过程的管网系统太大，此时可另行草设几何结构小的管网系统，重复第1步至本步的计算。5.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[2]和本权利要求书第3步求得的p₁、ρ₁及本权利要求书第2步求得的P_*/P₁，求出管网系统初始喷放时刻的最大流量Q_max1；按本权利要求书第2步求得的P_*/P₁，令P_*＝0.1Mpa，求出此时的压力p₁′、密度ρ₁′(或温度T′₁。)，此即为“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内洁净气体的压力、密度。依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用公式[2]和本步求得的p₁′、ρ₁′(或温度T′₁)及本权利要求书第2步求得的P_*/P₁，求出“音速”不稳定流动过程结束时刻管网系统洁净气体的最大流量Q_max26.依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]和本权利要求书第2步求得的草设管网系统的临界压力比P_*/P₁及上步求得的Q_max1、Q_max2，以质量流量Q为纵坐标，以气体进出口压力比P₂/P₁为横坐标，作草设管网系统中洁净气体进行严重不稳定流动曲线。该曲线由“音速”不稳定流动直线段和“亚音速”不稳定流动曲线构成。明确将洁净气体在草设管网系统中“音速”不稳定流动时间段与“亚音速”不稳定流动时间段严格区分开。7.依据本权利要求书第5步求得的Q_max1、Q_max2和上步洁净气体管网系统中不稳定流动曲线，求出洁净气体在草设管网系统内“音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值：Q‾max=Qmax1+Qmax22.]]>8.按本权利要求书第6步“亚音速”不稳定流动曲线和本权利要求书第2步求得的P_*/P₁，给出P_*/P₁至1之间n个P₂/P₁的值(包括P₂/P₁＝P_*/P₁这个点)。这些P₂/P₁中的P₂，均等于大气压0.1Mpa，以此求出每个P₂/P₁对应的压力P₁密度ρ₁(或温度T₁)，再依据本专利说明书中且已转化成某种洁净气体实际应用的公式[1]，求出草设管网系统中洁净气体处在“亚音速”不稳定流况下这n个时刻的流量Q′₁、Q′₂、Q′₃…….Q′_n。9.依据上步求得的n个Q′₁、Q′₂、Q′₃…….Q′_n，求出再求出洁净气体在草设管网系统内“亚音速”不稳定流动时间段平均流量的准确值10.依据本权利要求书第5步求得的洁净气体“音速”不稳定流动过程结束时刻钢瓶内压力p₁′密度ρ₁′和钢瓶组总容积V，求出洁净气体“亚音速”不稳定流动过程的泄放量G′＝ρ′V，进而按洁净气体总储量M求出“音速”不稳定流动过程泄放量G＝M-G′。如果本权利要求书第3步、第5步、第8步未求洁净气体各个时刻的密度，而求的是各个时刻的温度，则本步可以以第3步、第5步、第8步求得的洁净气体各个时刻的压力求出本步的G′/G或G′/M，进而求出G′，G。11.按照上步求得的洁净气体“音速”释放时间段的泄放质量G、“亚音速”释放时间段的泄放质量G′和本权利要求书第7步、第9步求得的洁净气体“音速”流动时间段的平均流量“亚音速”流动时间段的平均流量正确求出洁净气体“音速”释放流动的出流时间和“亚音速”释放流动的出流时间将t₁、t₂相加，即为洁净气体从草设管网系统作严重不稳定流动总的释放时间。12.调整草设管网系统几何结构大小，可采取增大本权利要求书第6步洁净气体严重不稳定流动曲线中“音速”状况流动直线段长度(即增加“音速”状况释放流动时间段时间)和增大权利要求书第10步洁净气体“音速”不稳定释放时间段内泄放质量的方法，使洁净气体“音速”状况流动的泄放质量占钢瓶组总储存质量的80％-95％，按顺序重复本权利要求书第1步至本步设计计算，保证最终确定的管网系统几何结构最小，且洁净气体释放流动时间符合国际消防标准ISO/CD14520-1和我国国标GB50370-2005“不得大于60秒”的强制规定。