Cuộn vòi chữa cháy là một thiết bị chữa cháy cố định được thiết kế để cung cấp nguồn nước có kiểm soát thông qua một vòi có thể được triển khai thủ công về phía đám cháy. Không giống như bình chữa cháy xách tay, cuộn vòi được kết nối với nguồn cấp nước của tòa nhà, cho phép người vận hành tiếp cận dòng nước liên tục trong khi hệ thống cung cấp duy trì các điều kiện thủy lực cần thiết.
Nguyên lý làm việc tương đối đơn giản:
Tuy nhiên, bản thân cuộn dây chứa một số bộ phận cơ khí xác định cách bảo quản, triển khai, xoay và quấn lại ống. Sự tương tác giữa hệ thống thủy lực và cơ khí là yếu tố khiến cuộn vòi cứu hỏa trở nên thiết thực cho việc lắp đặt hệ thống phòng cháy-cố định.
Nguyên lý làm việc của cuộn vòi chữa cháy là gì?
Cuộn vòi chữa cháy kết hợp hai chức năng:
- Quản lý ống cơ khí- lưu trữ và triển khai ống một cách có kiểm soát.
- Cung cấp nước thủy lực- chuyển nước từ ống cấp cố định qua vòi đến vòi phun.
Khi hệ thống đã sẵn sàng để sử dụng, ống vẫn quấn quanh trống cuộn. Đường nối nước được kết nối với nguồn cung cấp nước chữa cháy-của tòa nhà.
Trong trường hợp khẩn cấp, người vận hành thường:
- Mở tủ hoặc truy cập vào cuộn.
- Kéo vòi về phía đám cháy.
- Cho phép trống cuộn quay khi ống được rút ra.
- Mở van điều khiển-nước theo cấu hình hệ thống.
- Hướng vòi phun về phía ngọn lửa.
- Kiểm soát dòng nước ở vòi phun.
Do đó, trục quay không tự tạo ra áp lực nước. Nguồn cung cấp nước của tòa nhà cung cấp áp suất thủy lực; cuộn cung cấp khả năng lưu trữ và triển khai ống có kiểm soát.
Các thành phần chính của cuộn vòi chữa cháy
Việc hiểu rõ các thành phần giúp nguyên lý hoạt động dễ hình dung hơn.
| Thành phần | Chức năng chính |
|---|---|
| Trống cuộn | Lưu trữ ống trong cuộn dây được kiểm soát |
| Khung/khung | Hỗ trợ lắp ráp cuộn |
| Trục chính/trục | Cung cấp trục quay |
| Khớp xoay/xoay | Cho phép truyền nước trong khi cuộn quay |
| Vòi nước | Mang nước vào lửa |
| Hướng dẫn ống | Kiểm soát chuyển động của ống trong quá trình triển khai |
| Van cách ly/điều khiển | Kiểm soát nguồn nước |
| vòi phun | Hướng dẫn và điều chỉnh dòng nước |
| Nút chặn ống | Giới hạn vị trí rút lại hoàn toàn của ống |
| Cơ chế lò xo | Tự động tua lại ống trên các mẫu-điều khiển bằng lò xo |
| Tủ | Bảo vệ tổ hợp và cung cấp điểm lắp đặt có thể truy cập |
Không phải mọi cuộn vòi chữa cháy đều sử dụng cách sắp xếp cơ khí giống hệt nhau. Thiết kế bên trong phụ thuộc vào việc cuộn dây sử dụng tua lại thủ công, tua lại có sự hỗ trợ của lò xo hay cơ chế khác.
Nước đến vòi chữa cháy như thế nào
Phần thủy lực của hệ thống bắt đầu từ việc cấp nước cho tòa nhà.
Một đường dẫn đơn giản hóa là:
Áp suất có sẵn khi lắp đặt cuộn ống phải vượt qua một số dạng lực cản, bao gồm:
- ma sát đường ống;
- ma sát ống;
- phụ kiện;
- chênh lệch độ cao;
- điện trở vòi phun;
- yêu cầu về dòng chảy.
Do đó, hiệu suất thực tế của cuộn vòi chữa cháy không thể được xác định chỉ từ cuộn vòi chữa cháy.
Một cuộn có thể có đường kính ống và cấu hình vòi phun cụ thể, nhưng lưu lượng nước sẵn có phụ thuộc vào hệ thống thủy lực hoàn chỉnh.
Cuộn quay quay như thế nào?
Ống được quấn quanh một cái trống hình trụ.
Khi người vận hành kéo ống ra ngoài, lực kéo sẽ tạo ra mômen quay quanh trục cuộn.
Cuộn quay khi ống rời khỏi trống.
Đối với trục quay-được dẫn động bằng lò xo, vòng quay này cũng quấn vào cơ cấu lò xo bên trong. Năng lượng cơ học được lưu trữ sau đó có thể được sử dụng để quay trống theo hướng ngược lại và tua lại ống.
Đối với cuộn quấn lại bằng tay, người vận hành sẽ xoay một tay cầm hoặc tay quay để đưa ống trở lại tang trống.
Cuộn vòi cứu hỏa chạy bằng lò xo-hoạt động như thế nào?
Cuộn-điều khiển bằng lò xo sử dụng lò xo cơ học được tải trước để tự động rút ống.
Trình tự hoạt động có thể được biểu diễn dưới dạng:
Lò xo thường được kết nối cơ học với tang trống.
Khi người vận hành kéo ống ra:
Vòng quay trống → cuộn lò xo → tích trữ năng lượng cơ học
Khi ống được nhả ra hoặc người vận hành cho phép rút lại:
Năng lượng lò xo được lưu trữ → vòng quay trống → cuộn ống
Lò xo phải cung cấp đủ mômen xoắn dọc theo chiều dài ống hữu ích.
Điều này rất quan trọng vì mô-men xoắn yêu cầu thay đổi khi vị trí ống thay đổi và khi bán kính cuộn dây hiệu dụng thay đổi.
Tại sao mô-men xoắn mùa xuân lại quan trọng?
Mô-men xoắn lò xo là một trong những đặc tính cơ học quan trọng nhất của cuộn ống tự động.
Nếu mô-men xoắn của lò xo quá thấp:
- ống có thể không rút lại hoàn toàn;
- phần cuối cùng có thể vẫn còn lỏng lẻo;
- cuộn ống có thể trở nên vô tổ chức;
- tua lại có thể trở nên không nhất quán.
Nếu mô men xoắn của lò xo quá lớn:
- sự rút lui có thể trở nên hung hăng không cần thiết;
- vòi có thể di chuyển quá nhanh;
- người vận hành có thể gặp khó khăn trong việc kiểm soát việc rút lại;
- tải trọng cơ học trên cụm cuộn có thể tăng lên.
Do đó, một cơ cấu lò xo được thiết kế phù hợp cần phải cân bằng:
Đây là một lý do tại sao lò xo phải được khớp với cấu hình cuộn và ống cụ thể thay vì được chọn độc lập.
Cuộn vòi chữa cháy bằng tay hoạt động như thế nào?
Cuộn vòi cứu hỏa thủ công không sử dụng năng lượng lò xo dự trữ để tự động cuộn lại.
Thay vào đó, người vận hành quay một tay quay hoặc tay quay nối với trục cuộn.
Quá trình cơ bản là:
Các cuộn thủ công rất đơn giản về mặt cơ học và có thể hữu ích khi:
- việc triển khai vòi tương đối ít;
- việc rút lại tự động là không cần thiết;
- vòi tương đối dài hoặc nặng;
- việc cài đặt ủng hộ điều khiển cơ học trực tiếp.
Sự khác biệt chính so với cuộn dây được dẫn động bằng lò xo-là nguồn lực tua lại.
| Tính năng | Cuộn dây dẫn động lò xo- | Cuộn thủ công |
|---|---|---|
| Triển khai vòi | Thủ công | Thủ công |
| Tua lại | Spring-được hỗ trợ/tự động | -vận hành bằng tay |
| Nguồn năng lượng | Lò xo cơ khí | Toán tử |
| Kiểm soát rút lại | Điều khiển bằng cơ chế | Được điều khiển trực tiếp bởi người vận hành |
| Độ phức tạp cơ học | Cao hơn | Thấp hơn |
| Nỗ lực của người vận hành trong quá trình tua lại | Thấp hơn | Cao hơn |
Xoay làm gì?
Kết nối nước xoay hoặc quay, giải quyết một vấn đề cơ học quan trọng.
Trống cuộn cần quay nhưng kết nối cấp nước{0}} vẫn đứng yên.
Nếu không có kết nối quay, việc quay ống liên tục sẽ tạo ra ứng suất xoắn lên ống nước cố định hoặc kết nối ống.
Khớp xoay cung cấp một giao diện quay giữa nguồn cung cấp nước cố định và trục quay.
Về mặt khái niệm:
Do đó, khớp xoay phải thực hiện đồng thời hai chức năng:
- cho phép chuyển động quay;
- duy trì một lối đi kín nước.
Các bộ phận bịt kín của nó phải chịu được áp suất vận hành, nhiệt độ và điều kiện nước của hệ thống.
Một khớp xoay bị mòn có thể gây ra:
- Sự rò rỉ;
- tăng lực cản quay;
- mất nước;
- chuyển động cuộn khó khăn;
- sự cố thành phần sớm.
Vòi rời khỏi cuộn như thế nào?
Ống không chỉ trượt trực tiếp từ trống.
Nhiều thiết kế cuộn kết hợp thanh dẫn hướng ống hoặc thanh dẫn hướng đầu ra để điều khiển hướng của ống.
Hướng dẫn giúp:
- giảm cọ sát vào tủ;
- duy trì góc rút có kiểm soát;
- phân phối chuyển động của ống;
- giảm uốn cục bộ;
- cải thiện sự liên kết tua lại.
Điều này ngày càng trở nên quan trọng khi cuộn ống được lắp đặt bên trong tủ.
Việc mở tủ, dẫn hướng ống, vị trí cuộn và bán kính uốn ống phải được coi là một hệ thống cơ khí.
Tại sao đường kính trống lại quan trọng?
Đường kính trống ảnh hưởng đến cách ống uốn cong và cách bảo quản ống.
Khi ống được quấn quanh một cái trống, nó sẽ chịu ứng suất uốn. Trống nhỏ hơn thường tạo ra khúc cua chặt hơn.
Cuộn dây phải tương thích với bán kính uốn cong tối thiểu được khuyến nghị của ống.
Trống có kích thước nhỏ có thể tạo ra sự uốn cong quá mức và có thể góp phần:
- biến dạng ống;
- tăng sức đề kháng trong quá trình triển khai;
- tăng tốc độ mòn ống;
- khó khăn trong việc tua lại;
- giảm tuổi thọ sử dụng.
Trống cũng xác định số lượng ống có thể được lưu trữ.
Vết thương của vòi vào trống như thế nào?
Việc cuộn dây đúng cách không chỉ đơn giản là đặt ống trở lại cuộn dây.
Ống phải tạo thành các lớp được kiểm soát trên chiều rộng trống.
Trong quá trình tua lại, cuộn dây và thanh dẫn hướng ống hoạt động cùng nhau để ngăn chặn:
- chồng chéo ngẫu nhiên;
- xếp chồng cục bộ;
- khoảng trống quá mức;
- véo ống;
- phân bố không đồng đều.
Trên các cuộn tự động, lò xo cung cấp lực quay trong khi người vận hành hoặc người hướng dẫn điều khiển đường ống.
Nếu ống được quấn lại nhiều lần ở một góc không chính xác, thì kiểu cuộn dây có thể trở nên không đồng đều.
Điều này cuối cùng có thể ảnh hưởng đến công suất và việc triển khai cuộn.
Điều gì xảy ra khi ống được triển khai hoàn toàn?
Một cuộn được cấu hình phù hợp được thiết kế xung quanh chiều dài ống xác định.
Khi ống gần hết độ giãn:
- chiều dài ống có sẵn giảm;
- ống còn lại nằm trên trống;
- người vận hành đạt đến phạm vi hoạt động dự định.
Nút chặn ống hoặc cơ cấu tương tự có thể được sử dụng để xác định vị trí rút lại hoặc quản lý vị trí cuối của ống.
Cuộn dây không nên được coi là một cơ chế có thể chứa chiều dài ống không giới hạn một cách an toàn.
Cả công suất ống và hình dạng trống phải được thiết lập trong quá trình lựa chọn.
Vòi phun kiểm soát nước như thế nào?
Vòi phun chuyển đổi dòng nước bên trong vòi thành dòng xả có hướng.
Ảnh hưởng hình học của nó:
- mô hình xả;
- tốc độ dòng chảy;
- vận tốc;
- phạm vi tiếp cận hiệu quả;
- điều khiển của người vận hành.
Tùy thuộc vào thiết kế hệ thống, vòi phun có thể cung cấp các chế độ xả khác nhau, chẳng hạn như dòng tập trung hơn hoặc kiểu phun rộng hơn.
Do đó, vòi phun phải được coi là một phần của thiết kế thủy lực chứ không chỉ đơn giản là một phụ kiện gắn vào đầu ống.
Hiệu suất thủy lực của vòi chữa cháy
Hiệu suất của cuộn ống được xác định bởi một số thông số thủy lực.
Các yếu tố quan trọng bao gồm:
Áp suất cung cấp khả dụng − tổn thất hệ thống=áp suất khả dụng tại vòi
Đây là lý do tại sao chỉ xác định áp suất tối đa của cuộn ống không chứng tỏ rằng việc lắp đặt sẽ mang lại hiệu quả chữa cháy cần thiết.
Đường kính ống ảnh hưởng đến hoạt động như thế nào?
Đường kính trong của ống ảnh hưởng trực tiếp đến lực cản thủy lực.
Đối với một điều kiện dòng chảy nhất định, việc giảm đường kính trong có thể làm tăng đáng kể tổn thất ma sát.
Đồng thời, một ống lớn hơn có thể:
- mang theo nhiều nước hơn;
- tăng trọng lượng ống;
- yêu cầu một cuộn lớn hơn;
- tăng dung lượng lưu trữ;
- yêu cầu mô-men xoắn rút lớn hơn.
Điều này tạo ra sự cân bằng-về mặt kỹ thuật.
| Đặc điểm vòi | ID nhỏ hơn | ID lớn hơn |
|---|---|---|
| khả năng chứa nước | Thấp hơn | Cao hơn |
| Tổn thất ma sát ở lưu lượng tương đương | Nói chung cao hơn | Nói chung là thấp hơn |
| Trọng lượng ống | Thấp hơn | Cao hơn |
| Yêu cầu công suất cuộn | Thấp hơn | Cao hơn |
| Tải rút lại | Thấp hơn | Cao hơn |
Do đó, đường kính chính xác phụ thuộc vào hiệu suất thủy lực cần thiết và thiết kế cuộn.
Tại sao chiều dài ống lại quan trọng?
Ống dài hơn làm tăng diện tích bao phủ vật lý xung quanh trục quay nhưng cũng làm thay đổi các yêu cầu về cơ khí và thủy lực.
Việc tăng chiều dài ống có thể dẫn đến:
- trọng lượng ống cao hơn;
- yêu cầu công suất cuộn lớn hơn;
- kích thước trống lớn hơn;
- yêu cầu mô-men xoắn lò xo lớn hơn;
- tăng tổn thất ma sát;
- khoảng cách kéo của người vận hành lớn hơn.
Ví dụ, chỉ cần thay thế một ống tiêu chuẩn bằng một ống dài hơn đáng kể mà không kiểm tra công suất cuộn và mô-men xoắn của lò xo có thể gây ra hiệu suất quấn lại kém.
Do đó, chiều dài ống phải được chỉ định cùng với cuộn.
Chu trình làm việc của cuộn vòi chữa cháy
Chu trình cơ khí và thủy lực hoàn chỉnh có thể được tóm tắt như sau.
Ống được quấn hoàn toàn xung quanh trống. Hệ thống nước được đấu nối vào cuộn theo thiết kế lắp đặt.
Người vận hành mở tủ hoặc tiếp cận cuộn quay lộ ra ngoài.
Người điều khiển kéo vòi về phía đám cháy. Trống quay trong khi ống rời khỏi cuộn.
Van/vòi thích hợp kiểm soát việc xả nước.
Nước di chuyển liên tục qua vòi trong khi người vận hành điều khiển vòi phun.
Sau khi sử dụng, ống được đưa trở lại cuộn. Trên mô hình{1}}được dẫn động bằng lò xo, năng lượng lò xo được lưu trữ sẽ làm quay trống. Trên mô hình thủ công, người vận hành quay tay quay.
Ống được quấn lại và thiết bị được đưa trở lại vị trí được chỉ định để sử dụng trong tương lai.
Điều gì xảy ra bên trong cuộn trong quá trình hoạt động?
Trình tự cơ học được đơn giản hóa cho một cuộn-được dẫn động bằng lò xo trông như thế này:
↓
Trống quay
↓
Mùa xuân căng thẳng
↓
Ống mở rộng
↓
Nước chảy qua kết nối quay
↓
Người vận hành sử dụng vòi phun
↓
Vòi được phát hành/trả lại
↓
Mùa xuân giải phóng năng lượng dự trữ
↓
Trống quay ngược lại
↓
Tua lại vòi
Điều này minh họa một điểm quan trọng: hệ thống cơ khí và thủy lực hoạt động đồng thời nhưng thực hiện các chức năng khác nhau.
Mùa xuân không tạo ra dòng nước.
Áp lực nước không làm cuộn vòi.
Mỗi hệ thống đều có vai trò riêng.
Các sự cố cơ học về cuộn vòi chữa cháy thường gặp
Hiểu cách hoạt động của cuộn cũng giúp chẩn đoán các vấn đề phổ biến dễ dàng hơn.
| Vấn đề | Nguyên nhân có thể |
|---|---|
| Ống không rút lại hoàn toàn | Mô-men xoắn lò xo không đủ, trọng lượng ống quá lớn, ma sát |
| Cuộn khó xoay | Vòng bi, khớp xoay, căn chỉnh hoặc độ bền cơ học |
| Vòi chảy ra không đều | Cuộn dây kém, lệch hướng dẫn |
| Vòi cọ xát vào tủ | Vị trí ổ cắm hoặc khoảng trống của tủ không chính xác |
| Rò rỉ nước ở kết nối quay | Con dấu xoay hoặc vấn đề kết nối |
| Ống khó kéo | Ma sát quá mức, trục quay kém, uốn cong |
| Công suất ống không đủ | Kết hợp trống/ống không chính xác |
| Việc rút lại quá quyết liệt | Mô-men xoắn lò xo quá mức hoặc lựa chọn lò xo không chính xác |
| Vòi phát triển kinks | Bảo quản kém, uốn cong, sắp xếp hướng dẫn |
| Tủ cản trở chuyển động của ống | Tích hợp tủ/cuộn không chính xác |
Một quy trình xử lý sự cố tốt nên kiểm tra toàn bộ cụm thay vì thay thế cuộn dây ngay lập tức.
Tủ cuộn vòi chữa cháy ảnh hưởng như thế nào đến hoạt động của cuộn vòi?
Khi cuộn ống được lắp bên trong tủ, tủ sẽ trở thành một phần của môi trường vận hành cơ học.
Ba chiều đặc biệt quan trọng:
Nếu những thứ này không khớp nhau, ống mềm có thể tiếp xúc:
- cạnh tủ;
- khung cửa;
- bản lề;
- ổ cắm ống;
- các công trình xây dựng xung quanh.
Điều này tạo ra lực cản bổ sung trong quá trình triển khai và rút lại.
Vì lý do này, tủ cuộn vòi chữa cháy phải có khoảng trống thích hợp xung quanh cuộn vòi và duy trì đường thoát vòi trơn tru.
Cuộn vòi cứu hỏa vs bình chữa cháy cầm tay
Cuộn vòi và bình chữa cháy cầm tay hoạt động theo các nguyên tắc cơ bản khác nhau.
| Tính năng | Cuộn vòi chữa cháy | Bình chữa cháy xách tay |
|---|---|---|
| Nguồn nước | Cấp nước cố định | Chất chữa cháy được lưu trữ |
| Thời gian hoạt động | Phụ thuộc vào nguồn nước | Số lượng đại lý có hạn |
| Vòi nước | Đã kết nối với cuộn cố định | Ống xả thường ngắn |
| Triển khai | Kéo ống từ cuộn | Mang đơn vị đi chữa cháy |
| Lưu trữ cơ khí | Trống cuộn | Không có trống lưu trữ quay |
| Môi trường sơ cấp | Nước thường | Nước, bọt, bột, CO₂, v.v. |
| Cài đặt | Vị trí cố định | Cầm tay |
Do đó, cuộn vòi được hiểu rõ nhất là một thiết bị phân phối nước cố định{0}}có tính năng quản lý vòi tích hợp chứ không chỉ đơn giản là một bình chữa cháy lớn hơn.
Các thông số chính quyết định cách thức hoạt động của cuộn vòi chữa cháy
Đối với các kỹ sư và người mua, các thông số sau cần được đánh giá cùng nhau.
| tham số | Hiệu ứng cơ khí/thủy lực |
|---|---|
| Chiều dài ống | Xác định vùng phủ sóng, công suất và tải rút |
| ID ống | Ảnh hưởng đến sức cản dòng chảy |
| vòi OD | Ảnh hưởng đến công suất cuộn |
| Đường kính trống | Xác định hình dạng uốn ống |
| Chiều rộng trống | Xác định dung lượng lưu trữ |
| Áp suất làm việc | Xác định điều kiện vận hành thủy lực |
| Loại vòi phun | Ảnh hưởng đến đặc tính phóng điện |
| Mô-men xoắn mùa xuân | Xác định rút lại tự động |
| Thông số xoay | Cho phép chuyển nước luân phiên |
| Hướng dẫn ống | Kiểm soát việc triển khai và tua lại |
| Hướng lắp đặt | Ảnh hưởng đến chuyển động của cuộn và đường dẫn ống |
| Giải phóng mặt bằng tủ | Ảnh hưởng đến việc triển khai |
| Nhiệt độ môi trường xung quanh | Ảnh hưởng đến các bộ phận ống, vòng đệm và cuộn |
| Môi trường ăn mòn | Xác định các yêu cầu về vật liệu và lớp phủ |
Cách chọn cuộn vòi chữa cháy dựa trên nguyên lý làm việc của nó
Việc lựa chọn nên bắt đầu với chức năng chữa cháy cần thiết hơn là hình dáng bên ngoài của cuộn.
Một trình tự thực tế là:
Xác định các điều kiện dòng chảy và áp suất cần thiết theo thiết kế chống cháy-hiện hành.
Chỉ định:
- ID ống;
- vòi OD;
- chiều dài;
- đánh giá áp lực;
- phạm vi nhiệt độ;
- đặc điểm uốn cong.
Kiểm tra:
- công suất trống;
- đường kính trống;
- hướng lắp;
- xoay;
- hướng dẫn ống;
- cơ chế tua lại.
Xác minh:
- kích thước bên trong;
- ổ cắm ống;
- mở cửa;
- phương pháp lắp;
- bảo vệ môi trường.
Xác nhận rằng nguồn cấp nước, đường ống, van, cuộn dây, ống mềm, vòi phun và tủ hoạt động cùng nhau như một hệ thống.
Phần kết luận
Cuộn vòi chữa cháy hoạt động bằng cách kết hợp việc cung cấp nước cố định với việc lưu trữ vòi cơ học được kiểm soát.
Việc cung cấp nước cung cấp năng lượng thủy lực cần thiết để xả nước. Trống cuộn cho phép ống được cất gọn và triển khai bằng cách kéo ống ra ngoài. Một khớp xoay cho phép trống quay trong khi vẫn duy trì kết nối nước, trong khi thanh dẫn hướng ống điều khiển đường dẫn ống. Trên các mẫu máy-được dẫn động bằng lò xo, cuộn dây lưu trữ năng lượng cơ học trong quá trình triển khai và sử dụng năng lượng đó để tua lại ống sau khi sử dụng. Các mẫu thủ công dựa vào một-tay quay vận hành bằng tay để tua lại.
Các mối quan hệ kỹ thuật quan trọng nhất là:
Do đó, việc đánh giá cuộn vòi chữa cháy chỉ bằng chiều dài ống hoặc kích thước bên ngoài là không đủ. Đường kính ống, hình dạng trống, mô-men xoắn lò xo, cấu trúc xoay, đặc điểm vòi phun, khe hở tủ và nguồn cấp nước sẵn có đều phải được coi là một phần của cùng một hệ thống phòng cháy chữa cháy.
