第49卷第6期2020年12月
船海工程
SHIP&OCEAN ENGINEERING
Vol.49No.6
Dec.2020
DOI:10.3963/j.issn.1671-7953.2020.06.005
快速灭火抑爆系统设计及验证
殷楠，石邦凯，薛寒寒
（中国船舶重工集团公司第七一三研究所，郑州450015）
摘要：为实现爆燃或发动机意外点火的快速可靠探测与控制，以可能出现爆燃或发动机意外点火的舱室作为防护对象，设计一种快速灭火抑爆系统，其中包含快速火焰探测技术、爆燃火灾识别技术及不同工况下的灭火抑爆控制技术。从保证该系统时效性、可靠性、准确性的角度出发，提出快速灭火抑爆系统
的功能、组成及软硬件设计，并对系统样机进行功能性能验证，该系统能够在5ms内准确探测爆燃等火灾并发出报警信号，在10ms内送出灭火抑爆装置启动信号，可大大提升舱室面对爆燃火灾危险时探测及处置的时效性。
关键词：灭火抑爆；快速；准确探测；启动信号；功能性能验证
中图分类号:U673.4文献标志码:A 文章编号：1671-7953（2020）06-0020-05
对于舰船某些贮存弹药等物资的舱室，一旦
发生爆燃或发动机意外点火，对舰船的安全将产
生致命的影响为此，设计一型快速、可靠的
灭火抑爆系统，以提升其火灾尤其是爆燃及发动
机意外点火的早期监控及自动扑救能力。灭火抑
爆系统具备以下功能。
1）能够对舱内发生的油气爆燃和常规火灾及时响应并进行灭火抑爆。
2）能够实现爆燃火和常规火灾的识别，并根据危险等级实施相应的消防处置。
3）舱内火灾被扑灭后，系统能够自动发送排风装置启动信号。
4）灭火抑爆瓶故障时，能够自动增援，满足抑爆需求。
5）能够对探测器及灭火抑爆瓶的状态信息进行显示。
6）系统故障时，能够通过应急按键手动启动灭火抑爆瓶。
1控制单元设计
1.1硬件
控制单元由壳体、信号处理模块、负载控制模块、I/O采集模块、通信模块、显示模块、电源模块、连接器等组成，硬件组成见图10
收稿日期：2020-10-10
修回日期：2020-11-20
第一作者：殷楠（1992—），男，硕士，工程师
研究方向：火灾安全防护
什路火火装置
反彼信号
“路火焰
探测器信号
电池
图1控制单元硬件组成
其中，控制板共有多路4~20mA电流采集模块，每一路的电流采集模块都采用相同的硬件电路设计，通过I/V转换芯片RCV420将电流信号转换成0~5V电压，然后再通过分压的方式供单片机AD采集。古筝教师
AGND AGND AGND
b）分压电路
图24~20mA采集模块
6控制盒共有多路输出信号，每一路输出模块
都采用相同的硬件电路设计，通过控制继电器的 吸合来实现控制信号输出。
1.2软件
主要由信号采集与显示模块，灭火抑爆瓶控 制模块，排风装置控制模块，数据发送模块等组
成。其主要功能是通过I/O 接口采集乘员舱内各 火焰探测器的报警信号、灭火抑爆瓶的状态信号, 并对信息进行处理与显示；实施对灭火抑爆瓶的
自动启动控制；实施对排风装置的控制；并能够将 报警信息上传至监控台。控制单元软件流程图见 图4。
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懐2□S1
3
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I  =
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o
JDQl  心
------------------TTH
2K2
10K
GND
a ）继电器控制电路1
JDQl  1
.JDQl  Header2
I
Header2
GND
b ）继电器控制电路2
用动信号替代故障〔开始）
图3控制信号输出模块
发送5#火火抑爆瓶瓶释放抑制剂
修改相应的灭火 抑爆瓶状态位仁息
（ 结束〕
图4控制单元软件流程
2 快速紫红外火焰探测器设计
快速紫红外火焰探测器能够对舱内的油气爆
燃与常规火灾快速反应，上传报警信号，并能够排
除干扰源，只对火灾危险反应⑵O
2.1火焰探测器硬件设计
火焰探测器由两种不同波长的光学敏感器 件、信号处理电路、报警信号显示电路、接口电路、
信号调理模块
紫外传感器
红外传感器电源模块
上控模块
丄通倍模块一
丄存储模块一
仿A原配变小三歌词
小孙浩模块
DC16-32V
吉他基础教程4-20 mA 模块
报警指示
防爆壳体等组成，硬件组成见图5。
图5火焰探测器硬件组成
其中，紫外传感器选用日本滨松的紫外光电管R2868，其工作电压DC325±25V o首先通过变压器T1产生直流高压供给R2868，从而驱动紫外光电管正常工作。然后通过CD4093.HCF4017和HEF4538对紫外光电管输出的脉冲进行整形、计数以及滤波，消除干扰。最后通过高速光偶将脉冲输入到主控芯片的弓I脚。
红外传感器选用的是PYD-1220A型热释电红外传感器。通过OPA2335运算放大器将红外传感器输出的毫伏信号进行两级放大，最后通过
主控芯片自带的AD进行采集。
2.2火焰探测器软件设计
微控制器采集紫红外探测模块输出的脉冲信号和强度信号。其程序流程图见图6。
a）紫外探测b）红外探测
图6获取紫外脉冲与红外信号强度的流程
根据硬件采集到的紫外探测模块发送的脉冲数量、红外探测模块发送的光谱强度信号制定火灾识别判定算法：每2.5ms时间内，定时器模块和AD模块将每个100戶检测一次紫外和红外传感器的输出信号，并连续分析最近的若干次数据，将分析结果与存储的火灾特征库的发生火灾时的红外和紫外特征进行对比。针对紫外传感器，设定脉冲数量阈值N，当微处理器接收到的脉冲数量大于N，紫外报警状态位置1；针对红外传感器，设定光强度阈值『，当微处理器接收到的红外光强大于阈值『，红外报警状态位置1；当紫外报警状态位于红外报警状态位均为1时，该探测器输出报警信号，程序流程见图7。
3试验验证及结果分析
试验模型的形状、容积及密封性能应与真实车型等效；试验模型内对油气爆燃的探测和抑制有影响的物件用模拟物代替。3・1探测性能试验结果分析
3.1.1响应时间
距离火焰探测器400mm摆放内径127mm、深度76mm的火盆，使得火焰探测器对标准火焰直射，通过高速摄像机记录标准火盆点燃瞬间至火焰探测器报警指示灯点亮的画面，通过10次真实点火试验，验证了火焰探测器对爆燃火的响应时间，试验场景见图8，结果见表1o
图$响应时间试验场景
表1火焰探测器对爆燃火响应时间试验结果
火源位置
火盆规格
/mm
响应时间记录
/
ms
樱花樱花想见你歌词验证
结果玛丽亚凯莉经典歌曲
33
距离标准火盆54
探测器（直径10次34合格400mm127mm)45
43
3.1.2探测角度
在距离火焰探测器400mm处摆放标准火盆，将火焰探测器沿探测视角中心轴线分别沿水平和竖直方向旋转，调整探测视角的中心轴线与标准火盆在同一水平和竖宜方向形成±45。的夹角，通过10次试验验证探测器均能正确报警。3.1.3抗干扰能力
将火焰探测器分别对标准要求的各种干扰源直射，火焰探测器均未发出报警信号，抗干扰能力试验场
景见图9，试验结果见表2
o
6
a〉火柴直射b）车前大灯直射c）红外灯直射d）热风直射
e）广I光灯直射f）红光灯直射g〉闪光灯总射
图9干扰源试验
表2火焰探测器抗干扰试验结果
试验项目（抗干扰项）探测器报警
指示灯状态
a
太阳光不能点亮合格300mm处点燃的火柴或打火机不能点亮合格550mm处的热风机不能点亮合格10W的红光或白光不能点亮合格照相机闪光不能点亮合格80W的车前灯不能点亮合格200W红外灯不能点亮合格60A电弧光不能点亮合格3.2灭火抑爆效能试验结果分析
3.2.1控制输出
通过真是点火试验使得火焰探测器报警，控制单元显示屏显示对应报警火焰探测器的状态，火灾报警指示灯闪烁，蜂鸣器鸣叫，模拟负载的1 ~4号灭火抑爆装置指示灯全部点亮；通过示波器观察控制单元采集到报警信号至发出控制输出指令所需时间，均在10ms以内。
3.2.2状态采集
将灭火抑爆将模拟负载的灭火抑爆装置状态选择开关依次由“正常”拨至“释放”，检查控制单元显示屏中各灭火抑爆装置的状态变化均能正常反应其释放状态。
3.2.3自动增援
将模拟负载上任一灭火抑爆装置状态选择开关拨至“故障”状态，通过真实点火使得火焰探测器报警，备用灭火抑爆装置指示灯点亮。
3.3灭火抑爆效能试验结果分析
在试验模型中搭建灭火抑爆系统样机，放置300mm x300mm x100mm的油池，倒入适量柴油，用电子点火器进行点燃（通过正庚烷引燃），火焰探测器报警后由控制单元启动灭火抑爆瓶。通过高速摄
像机拍摄灭火抑爆瓶的释放画面，从灭火抑爆瓶释放出灭火剂那_帧算起，到压力开关动作（通过示波器或万用表检测），计算有效释放时间⑶，火盆熄灭且不复燃。试验结果见表头其中,83ms为10次试验的最长释放时间。
表3灭火抑爆瓶功能性能验证试验记录表
试验项目合格判据
S
试验设备是否齐套试验设备齐备，功能完好合格
灭火抑爆瓶有效释有效抑爆时间小于
OO
放时间100ms0-5U1S 灭火抑爆瓶灭火效能火焰熄灭，且不复燃合格4结论
系统能够实现对爆燃火灾的5ms内的探测响应，并有效排除可能岀现的干扰源；控制单元能够实现10ms内的控制输出，结合灭火抑爆装置的释放时间，本系统从发生爆燃至完成灭火抑爆的全过程所需时间不大于100ms，功能性能满足设计要求。
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船海工程
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Comparison Experiment of Combustion Characteristics between
Nuclear and Non-nuclear Cables Based on Cone Calorimeter
DENG Fei-yun1,XIE Cheng-li2
(1.The First Military Representative Office in Shanghai of Navy Equipment Department,Shanghai200000,China；
2.China Ship Development and Design Center,Wuhan430064,China)
Abstract:Three important combustion characteristic parameters of heat release rate,effective combustion heat and mass loss rate for K3and NC cables were analyzed by using a cone calorimeter.The influence of different external radiation intensity and cable layout spacing on cable fire characteristics was investigated.The results showed that as the external radiation intensity in­creases,three parameters increase,while the time to reach the second peak decreases,that is,the increase in heat radiation in­tensity will increase fire hazard of cables.The increase of the layout spacing causes the cable heat release rate peak and the effec­tive combustion heat peak to decrease first and then increase.When the layout spacing is1cm,the heat release rate peak is the smallest,and the time interval between adjacent combustion heat release rate peaks becomes smailer.However,the rate of fire growth increased.Due to the special internal fireproof structure of the K3cable,its heat release rate,effective combustion heat and mass loss rate are far lower than that of
the NC cable,so the fire performance of the K3cable is better if the nuclear power plant uses the K3cable.
Key words：nuclear grade cable；combustion characteristics；radiation intensity；cable spacing；heat release rate
(上接第23页)
Research and Verification of Rapid Fire Suppression and
Explosion Suppression System
YIN Nan,SHI Bang-kai,XUE Han-han
(The713Research Institute of CSIC,Zhengzhou450015,China)
Abstract:In order to realize the fast and reliable detection and control of deflagration or accidental ignition of the engine,a rapid fire suppression and explosion suppression system is designed,which includes rapid flame detection technology,deflagra­tion fire identification technology and fire suppression and explosion control technology under different working conditions,taking the cabin whi
ch may have deflagration or accidental ignition as the protection object.From the perspective of ensuring the timeli­ness,reliability and accuracy of the system,the function,composition,software and hardware design of the rapid fire suppression and explosion suppression system were described.The function and performance of the system prototype were verified.The sys­tem could accurately detect the fire and send alarm signals within5ms,and send the starting signal of the fire suppression and explosion suppression device within10ms.
Key words:fire suppression and explosion suppression；fast；accurate detection；start signal；function and performance verification