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消火栓 保护半径的探讨

文章来源:济南鼎 盛消防设备有限公司 作者:鼎盛消防编辑 发布时间:2018-09-16

  为了充 分发挥消火栓的充实水柱有效长度,从计算公式入手,结合消火栓栓口的动压值,根据水 力计算得出水枪充实水柱的长度,形成水 枪的射流量和压力值的对照表。其次,从消火 栓的保护半径公式着手,结合实际情况,在满足 消防安全的情况下,给出2种计算依据和公式。

消火栓

  城市管 理水平体现着一个国家管理的先进程度,而消防 作为城市公共安全和公众服务在各个时期都是城市管理的重中之重,从我国 国情来看更是这样[1]。根据我国的国情,消防灭 火系统目前主要有消火栓灭火系统、自动喷 水灭火系统以及其他非水灭火剂的固定灭火系统,其中消 火栓灭火系统普及率最高。此外,合理的 布置消防水泵房内的消防泵和选择合理的消防管道管径也很重要,符合经济流速,利于消防灭火。工程设计中,数量多固然更安全,但造价相对高,所以如 何计算和布置消火栓是关键,本文以 消火栓保护半径为基础,对消火 栓的布置距离进行探讨。

  1 基本概念及水力计算

  1.1 基本概念

  (1)水枪充实水柱长度(Hm):如图1所示,水枪射流中在26~38 cm直径圆断面内、包含全部水量75%~90%的密实水柱长度。

  

 

  图1 垂直射流组成

  (2)灭火时 水枪充实水柱如图2所示。

  

 

  图2 水枪灭火时充实水柱

  1.2 消防规范相关规定

  《消防给 水及消火栓系统技术规范》(GB50974-2014,以下简称消规),消火栓 栓口动压力不应大于0.50 MPa;当大于0.70 MPa时必须设置减压装置。高层建筑、厂房、库房和 室内净空高度超过8 m的民用建筑等场所,消火栓 栓口动压不应小于0.35 MPa,且消防 水枪充实水柱应按13 m计算;其他场所,消火栓 栓口动压不应小雨0.25 MPa,且消防 水枪充实水柱应按10 m计算。

  1.3 消火栓 给水系统水力计算

  1.3.1 消火栓 口所需的水压计算公式:

  

 

  式(1)中Hxh:消火栓口的水压,kPa;

  Hq:水枪喷嘴处压力,kPa;

  hd:水带的水头损失,kPa;

  Hk:消火栓 栓口的水头损失,按20 kPa计算。

  

 

  式(2)中实验系数αf:

  αf=1.19+80(0.01·Hm)4

  Hm:水枪充实水柱长度,m;

  φ:与水枪 喷嘴口径有关的阻力系数,

  

 

  (1.4),可按查表1;

  df:水枪喷嘴口径,m;

  表1 系数φ值

  

 

  式(3)中B:水枪水流特性系数,与水枪喷嘴口径有关,可查表2;

  

 

  式(4)中Ld:水带长度,m;

  Az:水带阻力系数,见表3。

  表2 水枪水流特性系数B

  

 

  表3 水带阻力系数Az值

  

 

  实际工程中,消火栓系统一般选取:DN65室内消火栓,水枪喷口直径为19 mm,有内衬里的消防水带,长度为25 m,故 φ=0.009 7,B= 1.577,其次,由公式(1.2)~公式(1.3)可知,Hq与Hm有关,由公式(1.5)可知,qxh与Hq有关,即与Hm有关。为方面对比,根据公式(1)~公式(6),通过假 设充实水柱长度,将水枪 的射流量和压力值绘制成表4。

  由表4可知,Hq和Hxh与Hm成正比关系;Hq和Hxh与q成正比关系;当Hxh≥0.25 MPa时,Hm= 13.5 m>10 m,当Hxh≥0.35 MPa时,Hm=17.5 m>13 m。根据现行的《消防给 水及消火栓系统技术规范》(GB50974-2014)相关规定,依据建 筑物的性质而定,消火栓的动压P≥0.25 MPa或P≥0.35 MPa,而充实 水柱的计算取值大于规范规定取值。由此看出,规范取值偏小。

  1.3.2 消火栓 的保护半径计算公式:

  

 

  式(5)中R:消火栓保护半径,m;

  k:消防水 带弯曲折减系数,宜取0.8~0.9;

  Ld:消防水带长度,m;

  Ls:水枪充 实水柱长度在平面上的投影长度,按倾角为45°时计算,取0.71 Sk,m;

  表4 Hm-Hq-qxh关系

  

 

  Sk:水枪充实水柱长度。

  

 

  式(6)中α:水枪的倾角,度;

  由公式(7)~公式(9)可以得出:R和α、H1以及Sk有关,其中,R和Sk成正比关系,R和α(0°<α<90°)成反比关系。

  

 

  式(7)中:H1为建筑物的层高,m;H2为水枪离地面的高度,m;

  2 案例分析

  根据《消规》相关规定,消火栓栓口动压P≥0.25 MPa,由表1.4可知,Sk=13.5 m,取α= 45°,则H1=Sk·sinα+H2=13.5×sin45°+1=10.6 m。在水枪倾角为45°的情况下,层高H1=10.6 m时,充实水 柱才能充分发挥水柱的长度,但在实际中,建筑物的层高大于10.6 m,并不多见,为了能 充分发挥充实水柱的长度,可将α适当降低,采用公式(8)的计算方法。

  假设1:某一建筑物层高为4 m,消火栓栓口动压P取0.25 MPa,消防水带长度Ld取25 m,按公式(7)、公式(8)计算,R1=kLd+Ls=0.8×25+ 0.71×(4-1)/sin45°=23 m。

  假设2:某一建筑物层高为10 m,消火栓栓口动压P取0.25 MPa,消防水带长度Ld取25 m,按公式(7)、公式(8)计算,R2=kLd+Ls=0.8×25+ 0.71×(10-1)/sin45°=29 m。

  假设3:某一建筑物层高为4 m,消火栓栓口动压P取0.25 MPa,消防水带长度Ld取25 m,按公式(9)计算,

  

 

  由假设1和假设2看出,R1<R2,假设2充分发 挥了充实水柱的长度,由此,当建筑物层高H>10 m时,充实水 柱计算值大于规范规定的压力下的充实水柱值时,Sk取计算值,水枪倾角α可按45°取。由假设1和假设3看出,R1<R3,假设3充分发 挥了充实水柱的长度,由此,当建筑物层高H<10 m时,充实水 柱计算值小于规范规定的压力下的充实水柱值时,Sk取规范值,R的计算值可按公式(9)。

  3 结语

  有以上分析可看出,当建筑物的层高大于10 m时,水枪的仰角取45°,计算消 火栓的保护半径公式宜为:R=kLd+Ls=Ld+0.71 Sk;当建筑物的层高小于10 m时,计算消 火栓的保护半径公式宜为:

  

 

  按照上 述方法计算消火栓保护半径,可充分 发挥消火栓的作用,在消防 安全和合理的范围内降低工程投资。

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