风电机组机舱自动灭火装置布设探讨及验证

1.2.2干粉灭火装置在机舱内部的安装

目前超细干粉灭火装置在风电机舱使用时，一般是安装在机舱顶部，喷口向下进行灭火剂喷射灭火。以1.5WM机舱为例，5具非贮压悬挂式干粉灭火装置均被安装在机舱顶部，喷口朝下。机舱顶部离机舱中部隔板约3m，机舱中部隔板距下部高约1.5m，且机舱内部结构紧凑，遮挡物多，机舱上部与下部被隔板分割，开口面积小造成联通不畅。若机舱下部发生火情， 由于5具非贮压悬挂式干粉灭火装置在机舱上部喷放，喷出的灭火剂大量飘落在机舱上部设备和上、下层隔板上，难以到达机舱下部，可能导致机舱下部火情无法扑灭。

1.3风电机舱干粉自动灭火装置设置原则：

通过以上对机舱结构、干粉灭火装置喷放特性的分析，自动灭火装置在机舱的设置应遵循一下原则：

（1）灭火装置喷口应横向设置；因机舱为长筒状，灭火装置横向喷放，灭火剂喷射分散及扩散运动过程与机舱本身结构形状相适应，有利于灭火剂快速扩散到机舱全部空间；

（2）提高灭火装置喷放强度和喷射距离；机舱一般长为8~10m，且内部结构紧凑，遮挡多，死角多。提高灭火装置喷放强度和喷射距离，则可使灭火剂绕过遮挡，到达死角，迅速弥漫整个机舱空间，以提升灭火效果，达到全淹没灭火目的。对于非贮压式干粉灭火装置而言，提高喷放强度和喷射距离要求驱动装置要动作更快、驱动干粉的气体量更大。

（3）灭火剂喷放时间短；风电机舱为非完全密闭空间，且本身有通风换气系统。发生火情后，灭火装置必须将灭火剂快速喷放出来，使防护区内的灭火剂浓度第一时间到达其设计灭火浓度，完成灭火。否则，灭火剂泄露、沉降等作用可能导致灭火失败。

（4）装置内灭火剂喷放剩余率要小；发生火情时，灭火装置应将其装填的灭火剂最大化的喷射到防护区里，以保证灭火装置的灭火效率。由于灭火装置喷口横向布置时，不利于灭火剂喷出，设计与使用人员应充分考虑这一点。

笔者在实践中已经注意到，非贮压悬挂式干粉灭火装置若喷口横向安装，则在装置启动后，由于装置本身喷口细，罐体粗等原因，灭火剂的剩余率常远远大于《干粉灭火装置》XF602-2006中6.6.1规定的5%。这有可能导致5具5kg非贮压悬挂式干粉灭火装置在1.5MW风电机舱使用时仍不能保证可靠灭火成功。

2试验研究及验证

为了确保风电机舱灭火装置设置的合理性，我们参照生产厂家风电机舱实物模型，设计并加工了750kW风电机组机舱，并建立了风电机组火灾模拟试验研究装置。为了更加逼真的模拟机舱内部空间结构，试验装置内安装了机舱座、主轴、齿轮箱刹车盘和发电机等实体结构单元。同时在模拟机舱前部设置了13000m³/h的轴留流送风风机，并安装了6000m³/h的轴流排风风机，以便与机舱实际工况环境相一致。利用该模拟试验机舱，我们使用5具5kg非贮压悬挂式超细干粉灭火装置进行了灭火对比试验。

2.1灭火试验模型

试验所用750kW风电机舱及灭火装置设置情况如图3所示。

图3中，H1~H13为着火点火灾模型，机舱顶部安装4具非贮压悬挂式5kg超细干粉灭火装置，试验开始180s后，同时启动装4具灭火装置，对整个机舱实施全淹没灭火。

2.2喷口横向设置灭火装置样机

为了与常规顶部悬挂的传统非贮压悬挂式干粉灭火装置进行对比试验，我们专门设计了喷口可以水平布置的灭火装置，其样机见图4。

为了使该装置能够具有喷射时间短、强度大、距离长的特点，我们将驱动灭火剂的产气药量加大到200g，同时将自动灭火装置设计为直筒型，尺寸为Φ159400mm，灭火剂装填量为3具常规5kg干粉灭火装置的用量，即15kg。在装置内部（灭火剂与推动剂之间）设计了滑环结构，在自动灭火装置启动后产气药产生的气体推动滑环，滑环推动干粉灭火剂喷出。

经过空喷测试，该自动灭火装置在启动后0.5s内可以将干粉灭火剂喷完，且罐体内剩余率小于5%，喷射距离能够达到6-8m，宽3-5m，与试验机舱尺寸相匹配。

该试验样机灭火剂喷出后在机舱内的覆盖和预测灭火区域如图5所示。

2.2.2灭火实验验证

第一次试验：使用4具5kg非贮压悬挂式干粉灭火装置，在机舱顶部悬挂布置，装置启动后，4具灭火装置同时喷放灭火剂，机舱上部模拟火源全部扑灭，但机舱隔板下部模拟火源并未熄灭。

第二次试验： 第二次试验采用我们自己设计的水平布置的灭火装置样机进行。根据图5所示的空喷情况，单具灭火装置无法全部扑灭机舱全部模拟火源，因此，试验采用2具样机进行灭火试验，灭火装置及模拟火源设置如图6所示。

试验开始180s后，同时启动2具干粉装置样机，对整个机舱实施全淹没灭火，机舱上部与机舱隔板下部模拟火源均瞬间熄灭。

3结论

本文通过广泛调查，分析了风电机组机舱结构特点及自动灭火装置配置、安装现状，建立了风电机组机舱自动灭火系统试验模拟装置，并对灭火装置及安装布置方式进行了改进设计，通过与传统干粉装置及其顶部悬挂设置的情况进行对比试验，得出以下结论：

（1） 风电机舱内部结构紧凑，遮挡物多，死角多的特点对风电机舱自动灭火装置全淹没灭火影响极大。在自动灭火装置启动后，灭火剂无法快速绕过障碍物到达死角，形成全淹没灭火，特别是机舱下部舱室的火灾不易被扑灭。

（2） 5具5kg传统非贮压悬挂式干粉灭火装置悬挂在机舱顶部，依然不足以保证1.5MW风电机舱火灾的可靠熄灭，这可能是近年来风电机舱火灾时有发生的原因之一。

（3） 传统非贮压悬挂式干粉灭火装置如果横向安装设置，启动后罐体内的干粉灭火剂难以全部喷出，剩余率远超5%的标准要求。故传统非贮压悬挂式干粉灭火装置不宜横向安装。

（4） 针对风电机舱这一特殊防护场合的特点，其自动灭火装置应能横向安装布置，同时灭火装置应具有喷放速度快、喷放强度大、喷射距离长的特点，这样有利于提高风电机舱的灭火效率。

（5） 本文改进设计的直筒型灭火装置驱动元件气体生成量大，启动迅速；灭火剂喷射强度大、距离远、喷放后的剩余率低；而且便于横向安装布置，特别适用于风电机舱使用。

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