消防直流水枪的有关计算
出处：按学科分类—政治、法律 中国商业出版社《最新单位消防工作实务全书第一卷》第370页（4082字）
(一)水枪喷嘴流量和压力
水枪要产生密集射流，水流必须具有很大的速度。而水流速度的产生是由于水枪喷嘴前有一定的压力，这个压力称为水枪压力。在理想情况下，
。设水枪出口(喷嘴)面积为W时，则：
式中：hq——水枪压力，kPa；
Sq——水枪阻抗，S2／m5；
Q——水枪流量，1／s；
W——水出口面积，m2。
表2－6－2将几种不同口径水枪的Sq值列出，供计算时查阅。
表2－6－2 水枪阻抗Sq值表
式(1)是一种理想情况，实际上，水流通过水枪仍要产生水头损失，但由于在灭火中精度要求不是很高，故可按式(1)近似计算。
将式(1)变换一下形式，则有：
式中：Q——水枪出流量，
；
hg——水枪压力或水枪喷嘴前水压，MPa；
ρ——水枪喷嘴出流系数。
表2－6－3给出不同口径水枪喷嘴出流系数ρ值表，以方便查阅。
表2－6－3 不同口径水枪喷嘴出流系数ρ值表
(二)密集射流的计算
1．影响密集射流质量的因素
密集射流的质量与水压大小、水枪构造和喷嘴角度有关。一般受下列因素的影响：
(1)水枪喷嘴越光滑，水力条件越好(越接近流线型)，在同一喷嘴压力下，充实水柱也越长。
(2)喷嘴压力越大，同一水枪充实水柱和流量也越大，但一般情况下，手提式水枪喷嘴压力不要超过6kgf／cm2。
(3)同样喷嘴压力下，水枪口径越大，流量也越大。
(4)枪筒结构的水力条件越好，在同样水压下，同一水枪的射流越密集，充实水柱越大。
(5)密集射流最大射程与枪弹不同。枪弹的发射角度与水平面成45°时射程最大，枪弹接近抛物线的弹道旋转前进，受空气阻力很小。水枪密集射流则不同，它受空气阻力影响很大，试验证明，当水枪的水流喷射角度与水平面成30～32°角时，射程最远，成90°角时，射程最高。注意带架水枪角度不能超过60°角。
2．水枪压力和密集射流高度
设水流在临近水枪喷嘴处水压为hq，垂直射出后能达到的高度为hf，hq－hf=△h即为在空气中的水头损失，这一损失类似于管路中的水头损失，如图2－6－18所示。
图2－6－18 垂直射流
式中 hf——密集射流的垂直高度，m；
hq——直流水枪喷嘴处的压力，MPa；
Φ——系数，由实验可知Φ与喷嘴口径d有关，可按下经验公式计算：
d——喷嘴口径，m。
表2－6－4是Φ值表。
表2－6－4 Φ值表
3．充实水柱的计算
在消防给水设计和火场上，不采用密集射流的高度和长度来计算，而是采用密集射流的有效射程即充实水柱长度进行计算。因为充实水柱的水量集中，便于瞄准火点，并有一定的冲击力，能有效地扑救火灾。
(1)充实水柱定义
手提式直流水枪，由喷嘴起至射流90%的水量穿过38厘米圆圈止的一段长度。
带架式直流水枪，由喷嘴起至射流90%的水量穿过125厘米圆圈止的一段长度。
(2)充实水柱的长度计算
充实水柱长度Sk可用下式来计算
Sk=Qfhf (6)
式中：Sk——充实水柱长度，m；
hf——密集射流的垂直高度，m；
Qf——实验系数，Qf=1．19+80(0．01Sk)
将式(5)代入式(6)，得到水枪喷嘴压力和充实水柱长度的关系，即
按(7)式，在已知确定的充实水柱Sk值之后，便可求出产生Sk的水枪喷嘴压力值的hq。
上述消防射流是垂直的，实际上，水枪常和水平面呈45°～60°角，试验得知充实水柱长度与倾角几乎无关，所以计算时，充实水柱长度在水平时和垂直时是相同的。
4．直流水枪的密集射流的技术数据表
在消防给水设计和火场供水中，要求一定的充实水柱长度。如果知道了要求的充实水柱长度之后，可用式(7)和式(3)计算出水枪喷嘴压力和流量。为了方便使用，由式(3)和式(7)制成了一张SK－hq－Q技术数据换算表，见表2－6－5。
表2－6－5 直流水枪的密集射流技术数据表
5．不同火灾要求充实水柱的长度
(1)低层建筑室内火灾
火灾危险性类别较低，火灾辐射热较小的一般工业和民用建筑，
米；对于其它室内火灾，如超过四层的库房和五层的民用建筑，
米。
(2)高层建筑室内火灾
对于重要的高层建筑
米；对于一般性高层建筑
米。
(3)扑救室外火灾时，
米之间。
4．扑救石油化工火灾时，
米。
(三)直流水枪反作用力
水枪射流时产生反作用力。水枪射流的反作用力通过枪轴线，与射流方向相反，力的大小与射流喷出的作用力相等，射流量的能量越大，产生的反作用力也越大。
如图2－6－19所示，列1－1－2－2－1控制面的动量方程，则有：
图2－6－19 水枪反作用力
由能量方程得(忽略水头损失)
则 F′=－2P1w2
水流对水枪的反作用力F与水枪对水流的作用力F′大小相等，方向相反，并令p=p1，w=w2，则上式可写成
F=2pw
式中：F－水枪反作用力，N；
p－水枪喷嘴压力，MPa；
w－水枪喷嘴面积，mm2。
式(8)就是计算水枪反作用力的公式。
当水枪与水带夹角＜90°时，F＜2pw；
当水枪与水带夹角＞90°时，F＞2pw。
在实际火场上，由于很多情况是水枪与水带夹角小于90°，故反作用力也可采用F=1．5pw来计算。但在计算云梯车上的作用力时，仍要采用F=2pw来计算。
根据F1=2pw计算各种喷嘴口径的水枪在不同喷嘴压力下的反作用力见表2－6－6。
表2－6－6 直流水枪密集射流反作用力(10N)
