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:归纳了消火栓喷头、开式、闭式和水幕喷头4种消防器材的流量计算公式,并提出了统一的计算公式。对射流在喷嘴和空气
中的水头损失和充实水柱所需水压的计算提出了更为简便的方法。
:喷头;流量系数;充实水柱;水头损失
:TU882
:C
:1000-4602(2002)02-0056-04
表1列出了4种喷头计算公式的表达式、相应系数的量纲、单位
和数值。
1
H或
名特性系数量P的K或B
表达式μ值d(mm)
称纲(K或B)单值
位
消
Q=(BH)
火
[]1/-2B[LT]
栓
喷
头
消
火
=(BH)[]1/-2B[LT]
头
消
火
=(BH)[]1/-1B[LT]
头
闭
式
q=k(P)[]1/-1K[LT]
头
闭
=k(P)[]1/234--1K[LFT]
[]1/-=k(P)K[LF]
头
开
式q=μF(2gH)1/21/2=K(H)-][L喷[]
头
开
=K(H)[]1/-[LF]
水
=(BH)[]1/-1K[LF]
水
幕
q=K(P)[]1/-1K[LT]
头
水
=(BH)[]1/-2K[LT]
头
由表1可以看出,在使用中存在计算公式不统一、流量系数差异
大等问题。
喷头流量计算公式是按能量方程推导圆柱形外管嘴求得。
q=εφF(2gH)1/21/221/2=μF(2gH)=μ(π/4)(d/1000)[(2gH)]
(1)
2式中——管嘴出口面积,m
——管嘴中心作用水头,(m或
q——喷头流量,L/s
由试验得知,对于消防用圆锥形收敛管嘴,当收敛角
θ=13?24′、断面收缩系数ε=,流速系数φ=,流量系数(μ)[5]。
由于喷头压力使用单位不同,公式的表达式不同,使特性系数K、B的量纲、数值混乱,使用不便,实际上式(1)可以规纳为以下2种类型:
q=K(P)1/221/2=(P)
1/221/2或=(P)(2b)
1/22q=K(BH)=
1/22(或=
式中——喷头流量,
μ——流量系数
d——喷口直径,
P或H——喷头压力,以m表示时按式(2a)、(3a)计算;以kPa表示时则按式(2b)、(3b)计算,K=B。
表1中P的单位为kg/cm222()时g=981cm/s,K=,这样就统一了4种喷头的流量计算公式。
μ
从表1可以看出,各式中μ值相差很大(μ值大小反映了喷口水流和射流在喷嘴壁、空气中的阻力以及出口断面的收缩情况)。即使在最理想的情况下(即圆锥形管嘴收敛角为13?24′),,因此μ值的误差(Δμ)至少为+%(何况喷头溅水盘至配水支管垂直距离往往长达300mm,该段沿程和局部阻力损失
在管道水头损失计算中并未考虑),;,而表1中μ=,表明管嘴提高流
量的优势在此未能反映,且该值又偏小。如从最不利喷头起依次计算
后续喷头流量q及管道流量Q,则将严重影响喷水强度,从而降低灭
火效果。在配水支、干管内流速较大,水流处于阻力平方区,管道水
头损失和流速平方成比例,从中可以看出流量q、Q的大小对水泵供水能力、扬程的影响,因此有必要对喷口的μ值进行进一步的论证,建议根据不同的喷口类型,提供相应的μ值。
消防设计中对最不利点消火栓栓口所需流量和喷射压力往往需
要进行试算,即先假设水枪喷嘴直径d和充实水柱长度Sk(或Hm),
然后通过反复试算求得实际的q、hg和hs,这给设计带来不便。现推荐以下方法,即按实际需要选定d和按规范确定Sk,查表就可直接得到满足规范要求的水枪喷射流量q(?5L/s)和充实水柱所需压力
hg、hs,如图1所示。
水枪喷嘴造成一定长度的充实水柱所需水压hg为:
hg=υ
22/2gφ(4)
式中v——喷嘴出口流速
而水枪的实际射流长度S应为:
-hs
射流高度损失:hs=K1Sv2/d2g
将式(4)、(6)代入式(5),可得:
2hg=S/[1-φK(S/d)](7)1
2令ф=φK1(1/d)
则hg=S/1-фS(8)
式中——阻力系数
ф——与喷嘴阻力、空气阻力、喷嘴直径有关的系数
当流速系数φ=,
3ф=+()
水枪充实水柱长度Sk与实际射流长度S的关系为:
S=αfSk
则/1-фS=αfSk/1-фαfSk
式中αf——试验系数,经试验αf=+80()4
已知d、μ,按式(3a)及式(9)即可列出表2,求得B、ф。
2Bф
喷嘴直
9316192225
径(mm)
已知Sk,按式(12)可求得αf、由式(10)可求S、由式(11)可求hg,按q=(Bhg)
1/2,从而获得喷嘴流量q,见表3。
从表3可以归纳出:
?喷嘴直径愈小、喷出流量亦愈小,水枪喷嘴所需水压要求就愈
大。
?要满足q?5L/s,则充实水柱Sk愈小时,要求d愈大。例如
Sk=6m时,d=25mm;当Sk=7~11m时,d=22mm;当Sk=12~17m时。
?当喷嘴直径相同、实际射流长度和喷嘴流量值较小时,射流在
水枪喷嘴和空气中的水头损失hs值较小;实际射流长度不变,喷嘴
直径增大,hs降低;此外hs变幅值较大,当Sk=6~8m、d=22mm、q=~,hs=~;当Sk=9~11m、d=19或22mm、q=~,hs=~;当Sk=12~14m、d=19mm、q=~,hs=~;当Sk=15~17m、d=16或19mm、q=~,hs=~,因此实际采用hs时应慎重选择。
q
Sk=6m,αf=,Sk=7m,αf=,Sk=8m,αf=,
S===(mm)
hg(m)q(L/s)hs(m)hg(m)q(L/s)hs(m)hg(m)q(L/s)hs(m)
Sk=9m,αf=,Sk=10m,αf=,Sk=11m,αf=,d(mm)
S===
hg(m)q(L/s)hs(m)hg(m)q(L/s)hs(m)hg(m)q(L/s)hs(m)
Sk=12m,αf=,Sk=13m,αf=,Sk=14m,αf=,
S===(mm)
hg(m)q(L/s)hs(m)hg(m)q(L/s)hs(m)hg(m)q(L/s)hs(m)
Sk=15m,αf=,Sk=16m,αf=,Sk=17m,αf=,
S===(mm)
hg(m)q(L/s)hs(m)hg(m)q(L/s)hs(m)hg(m)q(L/s)hs(m)
文献[3]提出的消火栓栓口所需水压Hxh为:
式中——消火栓栓口处所需水压,