CN111905301A - 机车智能监测灭火*** - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种机车智能监测灭火***，包括监测模块、控制主机和灭火模块，监测模块包括多个探测器，多个探测器分别设于机车的多个分区，用于监测多个分区并形成火警信息；控制主机通过总线网络连接于监测模块，接收火警信息以分析火灾风险，并发送控制指令；灭火模块用于接收控制指令并实施灭火动作，灭火模块包括：设有灭火剂的灭火单元和多个分区控制阀，多个分区控制阀通过灭火管路与灭火单元连接，并通过总线网络连接于控制主机以接收控制指令；其中接收到控制指令的分区控制阀启动，使灭火剂释放于该接收到控制指令的分区控制阀所在的分区，以实施灭火动作。该***可在机车上实现实时智能监测与灭火一体化，对机车实施可靠和安全的保护。

Description

机车智能监测灭火***
技术领域
本发明涉及机车安全技术领域，具体涉及一种机车智能监测灭火***。
背景技术
随着社会安全意识的不断提高，对于电力机车的消防安全要求也不断在提高。电力机车在有限的空间内包括有电、油***(冷却油或润滑油)，电气线路、电气设备发生短路(伴有短路电弧发生)、过载(线路、电动机、变压器超载导致绝缘材料过热)、接触不良(导致接头连接不牢，使接头接触电阻过高，接头过热)、散热不良(各散装置损坏、变压器油面下降、电缆过密散热不良，导致热量积累)等故障时，引发火灾；因绝缘老化、变质降低或失去绝缘性能，设备过热以及产生电火花等引燃其他可燃物质诱发火灾等，包含了诸多点火源和可燃物，这决定了机车的火灾风险不可低估。目前采用的手提式灭火器无法有效地对机车实施安全保护；并且电力机车造价较高，一旦发生火灾，损失惨重。为此，配置高效可靠的实时监测和自动实施灭火装置成为机车安全发展的趋势。
实时监测和实施灭火作为消防的两个层面，缺一不可，机车上最急需的是准确的烟火报警和高效的灭火手段。鉴于机车空间紧凑，各类电气设备众多，价值高昂的特点，采用高效、清洁、无污染的气体灭火装置，是较为迫切的需求。
需注意的是，前述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的一个主要目的在于克服现有技术的至少一种缺陷，提供一种机车智能监测灭火***，该***可在机车上实现实时智能监测与灭火一体化，对机车实施可靠和安全的保护。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种机车智能监测灭火***，包括：监测模块、控制主机和灭火模块，其中监测模块包括多个探测器，多个探测器分别设于机车的多个分区，用于监测多个分区并形成火警信息；控制主机通过总线网络连接于监测模块，接收火警信息以分析火灾风险，并发送控制指令；灭火模块用于接收控制指令并实施灭火动作，灭火模块包括：设有灭火剂的灭火单元；分别设于多个分区的多个分区控制阀，多个分区控制阀通过灭火管路与灭火单元连接，并通过总线网络连接于控制主机以接收控制指令；其中，接收到控制指令的分区控制阀启动，使灭火剂释放于该接收到控制指令的分区控制阀所在的分区，以实施灭火动作。
根据本公开的一个实施方式，多个探测器包括感温探测器和烟温复合探测器，多个分区包括机械间和多个电气屏柜，其中，多个电气屏柜各设有至少一个感温探测器，机械间设有至少一个烟温复合探测器。
根据本公开的一个实施方式，多个电气屏柜各设有至少一个分区控制阀，机械间设有多个分区控制阀。
根据本公开的一个实施方式，所述烟温复合探测器监测到的烟雾超过所述烟温复合探测器的烟雾敏感度，和/或探测器监测到温度上升速率达到4℃/s或以上时，形成火警信息。
根据本公开的一个实施方式，灭火管路的管路直径为25mm～50mm。
根据本公开的一个实施方式，灭火模块还包括对应于分区控制阀的喷嘴，灭火剂通过灭火管路由喷嘴释放于分区。
根据本公开的一个实施方式，监测模块还包括报警器，报警器接收控制指令后进行报警提示。
根据本公开的一个实施方式，灭火单元包括主灭火瓶和备用灭火瓶，并分别设有瓶头监控阀组。
根据本公开的一个实施方式，灭火剂为全氟己酮。
根据本公开的一个实施方式，分区控制阀还连接有紧急启动按钮。
本公开的有益效果在于：
本公开提供一种新的机车智能监测灭火***，该***通过监测模块可实时地监测机车上的特定分区，并把监测结果上报给控制主机，由控制主机判断火灾风险，并控制灭火模块动作实施灭火。该***可在机车上实现实时智能监测与灭火一体化，对机车实施可靠和安全的保护。此外，根据机车不同分区的特点，通过在电气屏柜和机械间设置不同种类和数量的监测器，实现电气屏柜局部灭火模式与机械间全淹没模式相结合，得到了更加有效的灭火模式。
附图说明
为了让本发明实施例能更容易理解，以下配合所附附图作详细说明。应该注意，根据工业上的标准范例，各个部件未必按照比例绘制，且仅用于图示说明的目的。实际上，为了让讨论清晰易懂，各个部件的尺寸可以被任意放大或缩小。
图1示例性地示出了本公开的机车智能监测灭火***的结构示意图；
图2是图1示出的机车智能监测灭火***在机车上布置的示意图。
其中，附图标记说明如下：
100：控制主机
201：感温探测器
202：烟温复合探测器
300：机械间
401，402：电气屏柜
4010：牵引变流柜
4020：微机柜
4030：低压电气控制柜
500：灭火单元
600：分区控制阀
700：喷嘴
I：CAN总线网络
II：灭火管路
具体实施方式
体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。
在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构、***和步骤。应理解的是，可以使用部件、结构、示例性装置、***和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。而且，虽然本说明书中可使用术语“之上”、“之间”、“之内”等来描述本公开的不同示例性特征和元件，但是这些术语用于本文中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。本说明书中的任何内容都不应理解为需要结构的特定三维方向才落入本公开的范围内。
参阅图1，其代表性地示出了本公开提出的一示例性实施方式的一种机车智能监测灭火***示意图。本公开提出的机车智能监测灭火***是以应用于电力机车为例进行说明的。本领域技术人员容易理解的是，为将本公开的相关设计应用于其他类型的机车或其他交通工具中，而对下述的具体实施方式做出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，这些变化仍在本公开提出的机车智能监测灭火***的原理范围内。
如图1所示，在本实施方式中，该机车智能监测灭火***包括监测模块、灭火模块以及控制主机。配合参阅图1，图2是图1示出的机车智能监测灭火***在机车上布置的示意图。下面将结合上述附图，对本公开提出的机车智能监测灭火***的一示例性实施方式的各主要组成部分的结构、连接方式和功能关系进行详细说明。
如图1所示，本公开的机车智能监测灭火***主要包括控制主机100和两个功能模块，即监测模块以及灭火模块。
具体地，控制主机100是前述两个功能模块的核心部件，其通过CAN总线网络I与监测模块和灭火模块连接。控制主机可以保存开机、关机、火警、故障、联动设备的启动、应答及停止等信息1000条，为分析火灾原因和查询***运行状况提供详细的数据资料。其中，其主要作用之一在于控制、分析各类探测器发送的火警信息，分析火灾风险将结果报告给机车控制***(TCMS)并驱动声光报警。控制主机主要作用之二在于控制特定区域的电磁分区控制阀执行灭火。在一些实施例中，控制主机参数如下表1：
表1
名称 性能 名称 性能
工作电压 110VDC 工作湿度 0～95％RH
工作电流 0.1A 外壳材料 铝合金
功率 10W静态/30W瞬时 使用寿命 10年
工作温度 -25℃～+70℃ 重量 6Kg
储存温度 -40℃～+80℃ 防护等级 IP20
监测模块包括多个探测器，多个探测器分别设于机车的多个分区，用于监测多个分区并形成火警信息。所有布置在火灾风险区域的探测器将火警信息反馈到控制主机，由控制主机100判断火灾风险，进而判断是否有火灾发生，并发出控制指令控制灭火模块动作，实施灭火。
前述的探测器可以为感温探测器201和烟温复合探测器202。如图1所示，机车的多个分区是根据电力机车的特点实施的分区，包括机械间300和多个电气屏柜(401、402…)，具体地，该些电气屏柜可以为牵引变流柜4010、微机柜4020、低压电气控制柜4030等(如图2所示)。在一些实施例中，多个电气屏柜各设有至少一个感温探测器201，机械间300设有至少一个烟温复合探测器202。在一些实施例中，例如，在牵引变流柜内设置2个感温探测器，在微机柜设置一个感温探测器，在低压电气控制柜设置1个感温探测器，在机械间设置3个烟温复合探测器。
采用前述的探测器分布设计对于监测灭火***具有很多益处，具体地：
电气屏柜内如采用烟雾探测，不能更多的提高灭火***效能，同时其易干扰、需定期维护的特点，还增加了***风险和成本。故在电气屏柜内采用感温探测器更适宜，在一些实施例中，将感温探测器安装于柜内顶部(如图1所示)。
烟温复合探测器在符合欧标EN54-7(感烟探测器)标准要求的条件下，烟雾敏感度低至4.2％m或1.4％ft，其中％m也即obs/m，％ft也即obs/ft，obs(obscuration)代表减光率或光遮挡率，用百分比的形式表示，ft或m代表长度单位英尺或米，％m或％ft代表光前进1米或1英尺被遮挡的百分数。该烟温复合探测器可滤除吸烟、灰尘造成的干扰，但又可以有效探测到火灾。烟温复合探测器同时符合EN54-5(感温探测器)标准要求，采用差温报警模式，当温度上升达到4℃/s或以上时，探测器会发送火警信息。因此，机械间更适宜采用烟温复合探测器，优选地，采用多个烟温复合探测器。利用烟温复合探测器的温度高敏感、烟雾低敏感模式，可有效滤除灰尘等干扰，保持对机械间火灾监测的高可靠性。如图1所示，可将烟温复合探测器也安装于柜内顶部。在一些实施例中，烟温复合探测器参数如下表2：
表2
名称 性能 名称 性能
工作电压 17～28VDC 储存温度 -30℃～+80℃
静态工作电流 0.5mA 工作湿度 0～95％RH
报警工作电流 3.4mA 材料 PC/ABS
工作温度 -20℃～+60℃ 烟敏感度 4.2％m/1.4％ft
结合图1和图2所示，在一些实施例中，灭火模块主要包括灭火单元500和分区控制阀600。
灭火单元500设有灭火剂，在一些实施例中，灭火单元包括主灭火瓶和备用灭火瓶，灭火剂分别放置于该主灭火瓶和备用灭火瓶中。例如，采用两个50L的气瓶，一主一备，当灭火模块启动时，优选启动主灭火瓶，每个主灭火瓶设有瓶头监控阀组，其带有状态监控功能，可监测“灭火瓶正常”、“灭火瓶故障”、“喷放故障”、“已喷放”四个状态，并报告***控制主机，如主灭火瓶启动失效，或主灭火瓶状态为“已喷放”，***控制主机会自动启动备用灭火瓶。
灭火剂采用全氟己酮(Novec1230)。目前行业内主流的氢氟烃类化学气体有两种，全氟己酮(Novec1230)和七氟丙烷(FM200)。全氟己酮作为氢氟烃类化学气体灭火剂，在常温下是一种清澈、无色、无味、容易气化的液体灭火剂，不属于危险品，释放后不留残余物，在储罐内压力低(常压)，运输和储存都十分方便。而且全氟己酮***在灭火性能上也优于七氟丙烷***。具体地，下表3列出采用全氟己酮(Novec1230)作为灭火剂的灭火***的特征以及与七氟丙烷作为灭火剂的灭火性能对比：
表3
Figure BDA0002083939760000071
注1：属于化学灭火的范畴，通过灭火剂的热分解产生含氟的自由基，与燃烧反应过程中产生支链反应的H+、OH-、O2-活性自由基发生气相作用，从而抑制燃烧过程中化学反应来实施灭火。
注2：NOAEL：未观察到不良反应的最高浓度。即在此浓度下，动物实验时，被实验动物未出现可观察到的不良反应。低于该浓度值的设计浓度，被认为适用于有人区域或有人工作场所。
注3：LOAEL：可观察到有害作用的最低浓度。即在此浓度下，动物实验时，被实验动物出现可观察到的毒性反应。
注4：GWP：温室效应潜能值，指一定质量的温室气体所捕获得到的热量相对于同样质量的CO2所捕获的热量之比，是衡量气体造成温室效应能力的指标。
注5：ODP：臭氧耗损潜能值，是衡量气体破坏臭氧的能力的指标。
可见，全氟己酮在灭火性能上具有两大优势，一是灭火浓度低，二是可在开放空间内进行局部灭火。采用全氟己酮作为灭火剂更适用于本公开的机车智能监测灭火***。在一些实施例中，本公开的灭火单元500的参数条件可参见下表4。
表4
名称 性能 名称 性能
灭火剂 全氟己酮 工作湿度 0～95％RH
总药剂量 90L 钢瓶材料 合金钢材
工作压力 4.2MPa，20℃ 使用寿命 5年
工作温度 -5℃～+70℃ 重量 100Kg
储存温度 -40℃～+80℃
分区控制阀600分别设于机车的多个不同分区，结合图1和图2所示，多个分区控制阀600通过灭火管路II与灭火单元500连接，并通过CAN总线网络I连接于控制主机100以接收控制指令。
工作时，当前述的监测模块监测到特定分区的环境异常时，例如，该分区的温度上升达到4℃/s时，或烟雾浓度足够触发烟温复合探测器时，其会发送火警信息于控制***100，控制***100接收并分析火警信息以判断火灾风险，并发送灭火的控制指令。接收到控制指令的分区控制阀600启动，在一些实施例中，分区控制阀对应设置喷嘴700，优选为全向喷嘴。前述的灭火剂通过灭火管路II由多个喷嘴700释放于该接收到控制指令的分区控制阀所在的分区，以实施灭火动作。
在一些实施例中，本公开采用在多个电气屏柜各设有至少一个分区控制阀和相应的全向喷嘴，在机械间设有多个分区控制阀和相应的全向喷嘴。例如，在牵引变流柜内设置2个分区控制阀和2个全向喷嘴，在微机柜设置一个分区控制阀和一个全向喷嘴，在低压电气控制柜设置1个分区控制阀和1个全向喷嘴，在机械间设置3个分区控制阀和3个全向喷嘴。
如图2所示，机车上涉及到的电气屏柜较多，但牵引变流柜、微机柜、低压电气控制柜内布置有较多的电气设备及电缆，相对封闭内部空间狭小相对不易维护，柜体本身可实现一定程度的防火隔离(内部发生火灾时，柜体结构能抑制明火向外蔓延；灭火气体释放时，柜体能一定程度阻值气体向外部扩散)。通过采用电气屏柜分区设置控制阀和喷嘴的方式，在局部灭火的模式下，灭火***可快速介入、快速扑救，***可将明火造成的损失降到最低。
对于机械间，通过设置多个分区控制阀和相应的全向喷嘴，采用全淹没式设计的灭火方式，更有利于实现气体灭火剂的快速喷放。例如，采用三组全向喷嘴，可在10s内完成气体灭火剂的喷放，达到灭火浓度，实现灭火。
可见，本公开通过根据机车不同分区的结构特点，对相应分区的探测器和分区控制阀的种类和数量进行设计，实现了电气屏柜局部灭火模式和机械间全淹没模式相结合的更加有效的灭火模式。
在一些实施例中，灭火管路II的管路直径需考虑管路的走向、灭火剂的喷放时间等，可以为25mm～50mm，例如25mm，以便于灭火剂可在10s内在相应分区内完成喷放。但本公开不限于此，也可根据不同车型实际施工情况调整选择合适的管径。此外，气灭***的释放过程是一个流体压力释放的过程，需要在管线工程设计阶段，针对压力释放点(例如，喷嘴)的位置设计合适的管路直径，以便控制释放压力。一般地，喷嘴处的管路直径小于灭火管路II的管路直径。
在一些实施例中，本公开的监测模块还包括报警器，报警器接收控制指令后进行报警提示。
在一些实施例中，多个分区控制阀还连接有紧急启动按钮。
下面结合上述对机车智能监测灭火***的结构以及功能的描述，具体说明本公开的机车智能监测灭火***的工作模式，包括：自动模式、手动模式和紧急启动模式。其中，该机车智能监测灭火***默认为自动模式，可切换为手动模式，具体地：
在自动模式下，控制主机在收到监测模块发送的火警信息后(一般以温度报警为依据)，经分析确认，会发出控制指令引起报警器进行声光报警，提醒人员撤离机械间，同时上报机车控制***(TCMS)，并在延迟一段时间后，例如15秒左右，直接联动启动特定分区内的分区控制阀动作，实现灭火。
在手动模式下，控制主机确认火灾发生后，发出控制指令引起报警器进行声光报警，并上报机车控制***(TCMS)，待司机确认喷放灭火剂后，联动启动特定分区内的分区控制阀动作，实现灭火。
在紧急模式下，控制主机确认火灾发生后，发出控制指令引起报警器进行声光报警，此时司机可直接通过紧急启动按钮，直接启动特定分区内的分区控制阀动作，实施灭火，无需烟火报警信号的输入。
本公开的机车智能监测灭火***，通过控制主机将监测模块与灭火模块功能一体化，可在机车上实现实时智能监测与灭火一体化，对机车实施可靠和安全的保护。此外，根据机车不同分区的结构特点，对相应分区的探测器和分区控制阀的种类和数量进行设计，实现了电气屏柜局部灭火模式和机械间全淹没模式相结合的更加有效的灭火模式。通过本公开的机车智能监测灭火***的结构设计，还可以灵活切换工作模式，适用于各类火灾风险场景，具有很好的工业应用前景。
本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

Claims (10)

1.一种机车智能监测灭火***，其特征在于，包括：
监测模块，包括多个探测器，所述多个探测器分别设于所述机车的多个分区，用于监测所述多个分区并形成火警信息；
控制主机，通过总线网络连接于所述监测模块，接收所述火警信息以分析火灾风险，并发送控制指令；
灭火模块，用于接收所述控制指令并实施灭火动作，所述灭火模块包括：
灭火单元，设有灭火剂；
分区控制阀，分别设于所述多个分区，所述分区控制阀通过灭火管路与所述灭火单元连接，并通过所述总线网络连接于所述控制主机以接收所述控制指令；其中，接收到所述控制指令的分区控制阀启动，使所述灭火剂释放于该接收到所述控制指令的分区控制阀所在的分区，以实施所述灭火动作。
2.根据权利要求1所述的机车智能监测灭火***，其特征在于，所述多个探测器包括感温探测器和烟温复合探测器，所述多个分区包括机械间和多个电气屏柜，其中，所述多个电气屏柜各设有至少一个所述感温探测器，所述机械间设有多个所述烟温复合探测器。
3.根据权利要求2所述的机车智能监测灭火***，其特征在于，所述多个电气屏柜各设有至少一个所述分区控制阀，所述机械间设有多个所述分区控制阀。
4.根据权利要求3所述的机车智能监测灭火***，其特征在于，所述灭火模块还包括对应于所述分区控制阀的喷嘴，所述灭火剂通过所述喷嘴释放于所述分区。
5.根据权利要求2所述的机车智能监测灭火***，其特征在于，所述烟温复合探测器监测到的烟雾超过所述烟温复合探测器的烟雾敏感度，和/或所述探测器监测到温度上升速率达到4℃/s或以上时，形成火警信息。
6.根据权利要求1所述的机车智能监测灭火***，其特征在于，所述灭火管路的管路直径为25mm～50mm。
7.根据权利要求1所述的机车智能监测灭火***，其特征在于，所述监测模块还包括报警器，所述报警器接收所述控制指令后进行报警提示。
8.根据权利要求1所述的机车智能监测灭火***，其特征在于，所述灭火单元包括主灭火瓶和备用灭火瓶，所述主灭火瓶和备用灭火瓶分别设有瓶头监控阀组。
9.根据权利要求1所述的机车智能监测灭火***，其特征在于，所述灭火剂为全氟己酮。
10.根据权利要求1所述的机车智能监测灭火***，其特征在于，所述分区控制阀还连接有紧急启动按钮。
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