一种适用于超高层建筑灭火的多级加压自平衡水炮系统及控制方法

本发明属于超高层建筑消防灭火，具体涉及一种适用于超高层建筑灭火的多级加压自平衡水炮系统及控制方法。

背景技术：

1、随着城市建设进程加快，超高层建筑数量持续增长，此类建筑的火灾扑救已成为消防领域的重要技术课题。超高层建筑竖向高度大、火灾蔓延速度快，现有消防装备在应对百米以上火情时存在诸多技术局限。目前，地面举高消防车的有效作业高度普遍受限，难以覆盖超高层建筑的中上部楼层，高空火情处置存在明显的作业盲区；

2、在供水系统方面，常规消防供水多采用单级加压模式，消防水泵需同时克服水体自重与长距离管路沿程阻力，随着作业高度增加，末端水压衰减显著，难以保证高空水炮的射流压力与灭火效果；若单纯提高泵组出口压力，又易造成低压段管路超压，增加管路爆裂风险，供水稳定性不足；

3、在空中灭火装备方面，机载储水式无人机载水量有限，续航时间短，无法满足持续灭火作业需求；全系留式灭火无人机需全程承载供水管路与供电线缆重量，叠加管内水体自重、水流冲击动压以及高空风载荷，无人机载荷负担过重，姿态稳定性差，易出现机身失衡、偏移等问题，难以持续稳定对准着火点喷射，此外，现有超高层灭火系统的现场布设多为分步串行作业，设备架设耗时长，易延误火情处置的最佳时机；水泵启停缺乏分级时序控制，易出现高空泵组无水空转或管路水锤冲击，影响设备使用寿命与作业安全性。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用于超高层建筑灭火的多级加压自平衡水炮系统及控制方法，能够逐级抵消水体自重与管路阻力，稳定供给超高层灭火水压，单级泵压力适中，规避低压管路超压，并能够减小无人机载荷。无人机动态调节旋翼抵消风载、出水动压以稳定姿态，防止泵体空转并消除管路水锤，提升整套系统作业可靠性。

2、本发明采取的技术方案具体如下：

3、一种适用于超高层建筑灭火的多级加压自平衡水炮系统，包括：

4、多级加压泵组，所述多级加压泵组分段分散布置，包括一级加压泵、二级加压泵和三级加压泵；

5、水炮系统，所述水炮系统包括高压灭火水炮和搭载水炮的半系留无人机；

6、管路系统，所述管路系统为连通水源、一级加压泵、二级加压泵、三级加压泵和半系留无人机上水炮的高压管路；

7、控制系统，所述控制系统包括部署于半系留无人机端的摄像传感器、力和力矩传感器，分别部署于一级加压泵、二级加压泵和三级加压泵出口的压力传感器和流量传感器，以及设置于消防车控制室的集中控制器；

8、供电系统包括车载柴油发电机、储能电池和分段供电线缆。

9、所述一级加压泵与所述二级加压泵之间的所述高压管路以及所述分段供电线缆的重量由云梯承载；所述二级加压泵与所述三级加压泵之间的所述高压管路以及所述分段供电线缆的重量由相邻建筑安全楼层承载；所述三级加压泵至半系留无人机的所述高压管路、所述分段供电线缆以及水炮重量由半系留无人机承担。

10、所述一级加压泵搭载在消防车上，所述二级加压泵搭载在云梯上、所述三级加压泵布设在相邻未着火建筑安全楼层。

11、所述摄像传感器设置于半系留无人机机头，用于实时监测着火点；

12、所述力和力矩传感器安装于半系留无人机机身，用于实时感知风载、出流动载荷和重力。

13、所述柴油发电机和所述储能电池均安装于所述消防车上，所述柴油发电机作为主供电源，所述储能电池作为应急备用电源。

14、一种适用于超高层建筑灭火的多级加压自平衡水炮系统的控制方法，该控制方法应用于上述的多级加压自平衡水炮系统，所述控制方法包括以下步骤：

15、s1：火情前置勘察，消防车辆抵达现场后，释放半系留无人机升空，机载摄像传感器实时回传现场数据，为设备布设提供依据；

16、s2：分级管路同步布设，地面消防员操作云梯举升至预设高度并固定二级加压泵，相邻建筑消防员乘坐电梯携带三级加压泵、高压管路、分段供电线缆抵达安全楼层并固定三级加压泵，同步完成半系留无人机升空；分段连接各级高压管路和分段供电线缆，并将各级高压管路和分段供电线缆分别固定在云梯和安全楼层结构上，所述分段供电线缆半固定于三级加压泵所在楼层；

17、s3：分段管路连通，水源接入消防车一级加压泵，一级加压泵通过高压管路连通二级加压泵，二级加压泵通过高压管路连接楼层三级加压泵，三级加压泵通过高压管路连通半系留无人机搭载的水炮；

18、s4：半系留无人机动态自平衡调控，半系留无人机上的力和力矩传感器实时采集整机自重、出水动压、高空风载载荷数据，传输至消防车的集中控制器，集中控制器实时输出调节指令，调整半系留无人机各旋翼倾角与转速，输出竖直升力与侧向平衡力，保持水炮稳定对准着火点持续喷射灭火。

19、按照由低到高的顺序，依次启动所述一级加压泵、二级加压泵、三级加压泵，所述一级加压泵、二级加压泵、三级加压泵启动间隔时长根据高压管路总长与预设供水流量设定，避免三级加压泵无水空转；灭火作业完成后，反向顺序关停水泵，依次关闭三级加压泵、二级加压泵、一级加压泵，消除管路水锤冲击。

20、所述高压管路长度每增加50米，各级水泵启动间隔延长5秒。

21、本发明取得的技术效果为：

22、本发明通过一级加压泵、二级加压泵、三级加压泵的三级分段加压结构，逐级抵消对应高度段的水体自重与管路阻力，可实现超高层位置的稳定高压供水，同时单级泵出口压力处于合理范围，降低低压段管路超压风险，且采用管路与分段供电线缆的分段承载设计，将大部分管线自重分摊至云梯与建筑安全楼层，半系留无人机仅承担末端短管与水炮重量，减轻无人机载荷负担，通过半系留无人机通过旋翼倾角与转速的动态调节，可实时抵消出水动压、高空风载与自重，维持飞行姿态稳定，提升水炮瞄准精度与喷射持续性，并通过云梯架设、楼层设备布设与无人机升空同步并行作业，缩短现场设备搭建时长；水泵按分级时序启停，可避免高空泵组无水空转，同时消除管路水锤冲击，提升设备运行可靠性。

1.一种适用于超高层建筑灭火的多级加压自平衡水炮系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多级加压自平衡水炮系统，其特征在于：所述一级加压泵（1）与所述二级加压泵（2）之间的所述高压管路以及所述分段供电线缆（5）的重量由云梯承载；所述二级加压泵（2）与所述三级加压泵（3）之间的所述高压管路以及所述分段供电线缆（5）的重量由相邻建筑安全楼层承载；所述三级加压泵（3）至半系留无人机（4）的所述高压管路、所述分段供电线缆（5）以及水炮重量由半系留无人机（4）承担。

3.根据权利要求1所述的多级加压自平衡水炮系统，其特征在于：所述一级加压泵（1）搭载在消防车上，所述二级加压泵（2）搭载在云梯上、所述三级加压泵（3）布设在相邻未着火建筑安全楼层。

4.根据权利要求2所述的多级加压自平衡水炮系统，其特征在于：所述摄像传感器设置于半系留无人机（4）机头，用于实时监测着火点；

5.根据权利要求1所述的多级加压自平衡水炮系统，其特征在于：所述柴油发电机和所述储能电池均安装于所述消防车上，所述柴油发电机作为主供电源，所述储能电池作为应急备用电源。

6.一种适用于超高层建筑灭火的多级加压自平衡水炮系统的控制方法，其特征在于：该控制方法应用于如权利要求1-5任意一项所述的多级加压自平衡水炮系统，所述控制方法包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：按照由低到高的顺序，依次启动所述一级加压泵（1）、二级加压泵（2）、三级加压泵（3），所述一级加压泵（1）、二级加压泵（2）、三级加压泵（3）启动间隔时长根据高压管路总长与预设供水流量设定，避免三级加压泵（3）无水空转；灭火作业完成后，反向顺序关停水泵，依次关闭三级加压泵（3）、二级加压泵（2）、一级加压泵（1），消除管路水锤冲击。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：所述高压管路长度每增加50米，各级水泵启动间隔延长5秒。