压力比例混合器的原理和理论计算.doc

 张连城 (国内贸易工程设计研究院, 北京 100037) 摘要: 主要介绍压力比例混合器的基本原理, 详细阐述以节流元件分为三种压力比例混合器的优缺点, 并重点推荐以喷 嘴为节流体的压力比例混合器。同时对其进行精细的计算, 以达到混合比的正确度。最后介绍压力比例混合器的优缺点 及注意事项。 关键词: 压力比例混合器; 原理; 理论; 计算 为并联管路 (见图 2)。 前言 泡沫消防系统的一个重要环节—— 比例混合器, 除采用环泵式的比例混合器外, 压力比例混合器也已 在泡沫消防系统中占有重要分量, 由于它在灭火中能 产生高质量的泡沫及操作简单方便等优点, 已在石油 消防系统中广泛采用。 压力比例混合器按其节流件来区分, 可分为三种 形式, 第一种是孔板, 其构造简单, 但其混合比的准确 度较差; 第二种节流件是喷嘴, 其混合比的准确度高于 孔板, 但构造较孔板复杂; 第三种是文特利管, 其特点 是它的几何形状使流体流过文特利管的压力损失比前 二种节流件要小, 但节流元件的研究和成熟条件还不 像前二种那样深入。对比之下, 本文将选择喷嘴作为节 流元件进行介绍。 1 图 2 并联管路 由于二条管路的直径大小不一样, 装有节流件的 主管路, 其流过的流量 Q 0 大于流过支管的流量 q, 当 改变二条管路的直径的大小, 可以使 Q 0 与 q 形成一定 的比例。 二条管路连接点的始点前和终点后的流量为 Q , 其基本公式: (1) (2) Q = Q 0 + q ?H = h 式中: Q —— 主管喷嘴前后的流量 (L ?s) , Q 0 —— 喷嘴口的流量 (L ?s) , q —— 支管内的流量 (L ?s) , ?H —— 喷嘴前后的压差 (m ) , h —— 支管总的阻力 (m )。 压力比例混合器的原理 压力比例混合器是根据节流压差流量计和并联管 路的原理进行研究的, 现用图来说明: ( 1) 由于压差喷嘴, 使喷嘴前后形成压力差 ( 见图 1)。 2 ( 3) 将支管分割成二段 ( 见图 3) , 即 l = l1 + l2 , 中 间连接上一个容器, 内装泡沫液, 由于压力传递, l1 内 的 q 不断补充进容器内, 容器内的泡沫液被挤出容器, 即有同样的 q 进入 l2 , q 流量的水在容器内由于比重小 于泡沫液, 因此浮在容器上部, 不与泡沫液混合, 当泡 沫液通过 l2 进入主管后与主管内的流量 Q 0 混合成混 合液, 这就是无隔膜的压力比例混合器。为了保证混合 比的准确, 可加大支管直径, 支管上装设一个节流孔 图 1 压差喷嘴使喷嘴前后形成压力差 ( 2) 移去水银压差计, 使支管连接起来, 就组成不 主管内径: D 内 (m ) , 支管内径: d 内 (m )。 312 原始数据确定的原则 D 内 一般按管内的流速为 215 m ?s 左右来确定, 或按消防系统的泡沫管道直径来决定, D 0 应满足喷嘴前后的压力损失不大于 5～ 7 m 的 要求, d 内 应满足管内的沿程磨阻和局部磨阻应小于支 管总磨阻的 50% 为宜, Q 为消防需要的一次最大混合液流量, Q 0 由混合比决定, q 由混合比决定。 313 喷嘴前后的压力差计算 图 3 被分割成二段的支管 增设一个隔离袋 ( 见图 4) , 这就是有隔膜的压力比例 混合器。 公式: Q 0 = Α·F 0 2g ·?H (3) Q 0 (4) 公式: ?H = Α2 ·F 2 ·2g 0 式中: Α—— 流量系数, F 0 —— 喷嘴口径截面积 (m 2 ) , 4F 0 (5) 公式: D 0 = Π 图 4 增设隔离袋的容器 D 0 —— 喷嘴口径 (m )。 a. 喷嘴的选型及 Α的计算 当 D 内 ≥50 mm 时, 喷嘴的口径与管道内径 D 内 3 压力比例混合器的理论计算 混 合器的流程图 ( 见图 5) , 其进行计算主要根据 的平方比 m = D 0 ?D 内 , 在满足 0105 m ≤0165 的条件 2 2 已确定的混合比、流量 Q 0、q, 选定主管直径 D , 压差喷 嘴的口径D 0 , 支管直径 d 及长度 l, 计算 ?H 、h 和节流 孔板孔径 d 0。 下, 且 D 0 ≥ 20 mm 时, 可 以 采 用 标 准 化 喷 嘴。 另 当 m ≤0105时可用标准化甲型喷嘴, 当m 0145 时, 可采 图 5 混合器的流程图 311 计算的原始数据 主管混合液流量 (水的流量) : Q (L ?s) , 混合比: 6% , 通过喷嘴的水流量: Q 0 = 0194Q (L ?s) , 支管流体的流量: q= 0106Q