摘要
《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-2005)规定: 一类建筑和高度超过32m的二类建筑的下列走道和房间应设置机械排烟设施。排烟防火阀作为建筑防火、防排烟系统的一个重要组成部分，其质量的好坏关系着人们的生命财产安全。由此，设计一种高质量、高可靠性的排烟防火阀对消防具有重要意义。
本文根据上述要求，根据现有防火排烟阀的特点设计了一种新型防火排烟阀：
首先，拟定了两种防火排烟阀的可行性方案，方案一由三级齿轮传动减速，三个页片之间通过平行四杆机构实现联动，动力由24V直流电机提供；方案二由三级齿轮减速，页片之间通过三个大小相等的齿轮进行联动。方案一比方案二结构更紧凑，生产制造成本更低，方案一作为本设计的原理方案。
其次，对齿轮传动进行了设计计算，齿轮传动设计计算的依据是以齿面接触强度进行设计，按齿根弯曲强度进行校核。
再次，对排烟防火阀的结构进行了设计，并用Pro/E软件进行三维零件建模和虚拟装配。
本次设计的排烟防火阀具有如下特点：结构简单，传动可靠，生产制造成本低，当温度达到280度需要关闭排烟时，他能自动关闭，它由蓄电池提供直流电，在火灾发生时，没有电源的情况下，他也能正常工作，在智能化的今天，其特点在于能实现自动化控制，可通过控制中心给信号来远程控制阀门的关闭和开启。
关键词：排烟防火阀 齿轮传动 平行四杆机构 三维建模
Abstract
"Code for fire protection design of tall buildings" (gb50045-2005): a class of construction and the height of more than 32m second building following corridors and rooms should be set mechanical smoke extraction facilities. Smoke fire damper as building fire prevention, anti smoke exhaust system is an important part, its quality is good or bad relationship with people's life and property safety. Thus, the smoke damper design of a high quality, high reliability has important significance for the fire.
According to the above requirements, according to the characteristics of the existing fire exhaust valve of a new type of fire exhaust valve design:
First of all, draws up the two kinds of feasible scheme of fireproofing and smoke exhaust valve, scheme a three-stage gear drive by deceleration, the three page between the parallel four bar mechanism to realize linkage, the power is provided by a 24V DC motor; scheme by a three-stage gear reducer, gear between the sheets by the size of the three phase of linkage. A more compact structure than scheme two, the manufacturing cost is lower, a scheme as the design of principle scheme.
Secondly, the gear transmission design and calculation, the gear transmission design and calculation basis is to contact strength of tooth surface design, according to the tooth root bending strength check.
Again, the structure of smoke damper is designed, and 3D modeling and virtual assembly with Pro/E software.
The design of the smoke fire damper has the following characteristics: simple structure, reliable transmission, low manufacturing cost, when the temperature reached 280 degrees need to close the exhaust, he can close automatically, it consists of the battery provide DC, at the time of the fire, there is no power. He can also work normally, in the intelligent today, its characteristics is to achieve automatic control, through the control center to signal to the remote control valve opening and closing.
Keywords: gear smoke damper parallel four bar mechanism with three-dimensional modeling
第一章 绪论
1.1 课题研究的意义
消防是国民经济和社会发展的重要组成部分，是发展社会主义市场经济不可缺少的保障条件。消防设施直接关系人民生命财产的安全和社会的稳定。近年来我国发生的一些重特大火灾，一把火就造成几十人甚至数百人的伤亡，造成百万、上千万甚至几亿元的经济损失，这不仅给许多家庭带来了不幸，而且还使大量的的社会财富化为灰烬。不仅如此，而且事故的善后处理往往也牵扯了政府很多精力，严重影响了经济建设的发展和社会的稳定，有些火灾事故还成为国内为舆论的焦点，造成了不良的社会影响，教训是十分沉重和深刻的。因此做好消防设施、预防和减少火灾事故造成的影响，具有十分重要的意义。
随着人们生活水平的提高, 在现今的建筑内, 各种室内用品及家具利用合成材料的数量和品种越来越多, 不仅热释放速率在随其变化, 其燃烧产生的有害气体也变得更为复杂, 因此, 火灾烟气对人的生命安全威胁是最大的。
火灾烟气的危害性有三个方面: 毒害性、减光性、恐怖性。当烟气温度过高时也会对人的生命造成极大危害, 据研究, 人在70°C 的高温烟气中只有短时的忍耐时间。近二、三十年来, 防排烟问题已成为国际消防界和建筑设计领域重点关注的问题。
《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-2005)的规定:
一类建筑和高度超过32m的二类建筑的下列走道和房间应设置机械排烟设施。
排烟防火阀作为建筑防火、防排烟系统的一个重要组成部分，其质量的好坏直接关系着上述系统设置的成败，关系着建筑防火的安全及人员疏散的安全。无论对于供应厂商、用户，还是消防监督部门，都对其质量的好坏极为关注。由此，
设计一种高质量、高可靠性的排烟防火阀对消防具有重要意义。
1.2 排烟防火技术发展现状
防排烟工程的目的是要防止火灾产生大量的烟气, 阻止烟气的迅速蔓延, 确保人员的安全疏散和改善扑救条件。为达上述目的, 现代防排烟技术及方法主要有: 设置机械排烟、送风系统, 进行机械排烟或正压送风防烟; 对建筑进行防烟分隔或建立防烟封闭避难区;设计自然通风口, 利用烟气的热浮力特性采用自然排烟; 对建材和家具进行阻燃、消烟处理; 利用喷洒化学消烟剂或水雾等进行消除烟气中有毒成份及烟尘粒子, 提高能见度。
1.2.1机械防排烟系统现状
机械排烟方法是用风机将起火建筑内的烟气通过排风风机和管道抽送出建筑外, 以减少或消除建筑内的烟气, 阻止烟气蔓延。机械正压送风则是对建筑物内的防烟保护区(封闭空间) , 如安全疏散防烟楼梯间、避难间等, 进行加压送风, 使保护区的空气压力高于其它区域(有烟气的区域) , 形成一个正压差, 以此抵御火灾烟气因热浮力特性产生的压力, 使烟气不能流向保护区。
机械防排烟技术最早起源于20 世纪50 年代的英国, 国际上是从20 世纪60 年代开始研究, 70 年代采用, 80 年代开始广泛应用, 80 年代初加拿大国家研究院建造了世界上首座高层建筑火灾试验塔, 主要进行高层建筑的机械防排烟的研究, 因而, 北美成为全世界机械防排烟的研究中心之一。机械防排烟技术非常适用于多层大型建筑(如购物中心)、高层建筑、地下建筑、无窗建筑, 如世界最高建筑马来西亚吉隆坡的双塔采用了机械正压送风和排烟的烟控方式。它可以不受建筑结构形式的限制和环境、气象条件的影响。该系统需要配备与其功能相适应的风口、风阀、送风排烟管道、风机和启闭联动系统等, 试验研究和实际火灾证明其防排烟效果是非常好的, 对保证疏散通道安全, 协助消防队员扑灭火灾起到了非常重要的作用, 虽然该方法费用较高, 占用建筑空间较多, 目前还无其它方法可以完全代替, 是目前公认的最为安全有效的控烟方法。
现在绝大部分高层建筑、地下商业建筑都采用机械防排烟技术作为主要的消防安全措施。由于中庭式建筑在20 世纪80 年代被建筑师们越来越多的采用, 20 世纪90 年代中庭及大空间建筑的防排烟问题受到重视,在这些建筑中专家们开始倾向采用机械防排烟技术。
从美国暖通工程师协会(A SHRA E ) 的在研究项目2000年—2001年计划研究项目看, 中庭及大空间建筑的防排烟是其工作的重点。
近年来国际上在机械防排烟技术方面主要的工作有: (1) 火灾烟气运动规律及其数学模块化研究, 美国、加拿大、日本、英国、澳大利亚以及北欧等国都在广泛开展火灾烟气运动规律的研究。烟气流动特性和规律是防排烟的理论基础, 根据流体力学的原理, 烟气运动的计算机数学模化研究也正在深入, 以前是以区域和网络模型为主, 国外已开发出十几个模型或程序, 如加拿大的IRC, 日本的BR I, 并不断改进其程序或更新版本。随着计算机技术的飞速发展, 今后将更多开发以场模化, 虚拟现实技术, 三维动态仿真的模化软件。(2) 防排烟系统的性能化设计和评估, 传统的机械防排烟设计方法只是为了满足现有规范的要求, 各国规范采用技术指标又很不一致, 实际工程中很难达到某些要求。
目前国外有些国家已开始对防排烟系统按性能化的原理进行设计, 如考虑安全目标, 设计火灾场景, 疏散分析等, 防排烟的性能化设计研究为性能化规范的研究打好基础。(3) 防排烟系统技术参数和设备, 对高层建筑、地下建筑、大空间建筑的防排烟系统技术参数的研究还有许多空白点, 或现有些参数的试验研究根据不足, 主要围绕送风压力, 排烟量, 风口设置, 防排烟区域, 开口与泄漏特征进行研究。防排烟设备主要是研制新型风阀, 新型管道材料及管道防火保护材料, 高温风机。
我国的机械防排烟技术研究虽然在20 世纪80 年代中期才开始起步, 但近年来发展很快, 特别是在“八五”、“九五”期间对高层建筑楼梯间和地下商业街的控烟技术及烟气流动特性进行了大量的研究, 取得了一些重大成果, 为有关规范的制修订和工程防排烟设计提供了可靠的技术依据, 建立了有较高水平的一些大型实验设施, 如世界上规模最大的高层建筑火灾试验塔(在四川所) , 地下商业街和商场火灾试验室(在四川所、天津所) , 大空间火灾试验馆(在中国科技大学) 等,而且也使我们比较深刻地了解和认识了火灾中烟气的运动特性及其可能产生的危害。我国的火灾烟气运动和防排烟的数学模化还处于起步阶段, 正在开发少量的高层、地下、大空间建筑的火灾烟气运动数学模化。我国在防排烟技术领域目前存在的主要问题是:
由于我们的起步较晚,“八五”、“九五”期间主要是开展一些工程上急需解决的防排烟设计问题的课题研究,缺乏系统全面的研究和基础试验、基础理论研究。而国内外广泛关注的性能化防火规范研究, 需要大量的基础试验数据和试验、理论模型作支撑, 国外发达国家在过去的二十年时间里在这方面曾作了大量工作, 我们与之相比还相当薄弱, 这直接影响到我国的性能化防火规范研究。
1.2.2 其它防排烟技术现状
（1）防烟分隔或建立防烟封闭避难区建立防烟分区是规范最常使用的手段, 使各种挡烟垂壁相继出现, 如软质活动挡烟垂壁, 玻璃挡烟垂壁。但目前建筑空间越来越大, 防烟分隔或防烟封闭避难区对建筑的限制使建筑设计受到影响, 有些大空间无法进行分隔, 如机场候机楼, 对此国际上提出了Cab in 设计概念(安全岛)。
（2）自然通风排烟技术
该技术简便易行且较经济, 无需较多的维护管理,也是目前较广泛采用的控烟技术之一, 但易受外界环境的影响和建筑本身的限制, 因而设计要合理, 外界风压的影响要给予充分的考虑, 因此国外开发出了能自动开启和能减小外界风力影响的风阀。
（3）建筑材料和家具的阻燃、消烟处理
目前对建筑材料的消烟处理主要是针对塑料材料, 众所周知由于塑料为有机物, 并含有各种有机、无机物助剂, 燃烧时会产生大量的有毒成份, 如HCl, HCN 等, 塑料燃烧产生的烟气的刺激性和减光性都非常强, 目前常用抑烟剂主要有金属氧化物、无机盐, 如Al(OH)3,,B2O3。世界上主要工业国家都对消烟机理和新型消烟助剂的研究非常重视。
我国目前已发布《建筑材料燃烧或分解烟密度试验方法》GB8627- 88,《建筑材料燃烧或热解发烟量的测定方法双室法》GB/T16173- 1996,《材料产烟毒性分级》GA 132- 1996,《电线电缆燃烧试验方法- -烟浓度试验方法》GB1765. 1- 1999 等标准, 这些标准方法与国际标准或美国标准基本等同。这些标准的实施对控制建筑材料的烟气生成量和毒性起到了巨大的推动作用。
(4)化学消烟技术
理论上火灾烟气中有毒成份为一些酸性物质或可溶于水的物质, 烟雾的本质是一种气溶胶, 因此向烟气喷洒能中和酸性物质的化学药剂或水, 以消除烟气中的大量有毒物质, 或使气溶胶凝聚消除烟气的减光性。
国内外都已研究出一些消烟剂, 但受效果、喷洒技术和成本的限制还未能真正进入实用阶段。
