1、    室內(nèi)消火栓與孔板組合局部阻力系數(shù)的測定            作者：賈葦車愛晶時間：2007-11-24 16:25:00                     摘要：近年來出現(xiàn)了一種新的消火栓減壓孔板安裝方式，即將孔板安裝在與消

2、火栓出水端相連接的固定接口內(nèi)。為準確獲取消火栓與孔板組合局部阻力系數(shù)做了試驗，并就其應用進行了討論。 關鍵詞：室內(nèi)消火栓 減壓孔板  Measurement of Local Resistance Coefficient of Indoor Water Hydrant and Orifice ComponentAbstract: A new installation of orifice pressure reducer for indoor fire hydrant, which the orifice has to be located at a fixed joint atta

3、ched to the outlet of hydrant, has appeared recently. The experiment to determine the exact value of the local resistance coefficient of the hydrant and orifice component has been presented and the application of the results discussed.1試驗目的為了保證各層室內(nèi)消火栓的出水量不超過規(guī)定的流量，以使水槍的反作用力不至于引起消防人員操作困難，按照有關室內(nèi)消火栓系統(tǒng)設計

4、規(guī)范的要求，在消火栓栓口的出水壓力超過0.5MPa的消火栓處應設置減壓設施。目前主要的減壓設施是采用減壓孔板。以往的減壓孔板是設置在消火栓前的直管段上，近年來出現(xiàn)了一種新的孔板安裝方式，即將孔板安裝在與消火栓出水端相連接的固定接口內(nèi)(見圖1)。這種安裝方式已得到了消防主管部門的認可，并通過幾年的工程實踐證明是可行的。這種安裝方式較直管段上法蘭夾孔板的安裝方式有以下幾個優(yōu)點：第一、不必為孔板單獨配置法蘭及其它緊固件，安裝十分簡便；第二、在消火栓口可直接測量孔板的孔徑，給工程驗收和定期檢測帶來極大方便；第三、孔板不再長期浸泡于水中，減輕了水對孔板的銹蝕。眾所周知，現(xiàn)在使用的孔板水頭損失計算公式是直

5、管段上的孔板公式。它是1984年規(guī)范組在眾多的公式中經(jīng)過反復計算和比較最終確定選用的，并沒有做過專門的試驗加以驗證，多少顯得根據(jù)不足。另外，根據(jù)水力學的理論，兩個局部阻力件的安裝間距小于其局部阻力影響長度時，兩件間將出現(xiàn)水流狀態(tài)的相互影響。其組合后的水頭損失不再等于它們分別水頭損失之和，一般是0.53倍的分水頭損失之和。因此不能簡單地將消火栓與孔板組合局部阻力系數(shù)取值為消火栓局部阻力系數(shù)栓和孔板局部阻力系數(shù)孔之和。圖1減壓孔板安裝圖 在消防給水系統(tǒng)中所用的減壓孔板均為標準孔板，這種孔板單側(cè)倒角，即孔口在水流進口方向是圓柱形，在水流出口方向是擴散圓錐形。這樣的孔板要求加工精度高，安裝又有方向性，

6、容易裝錯。為了使加工、安裝簡便易行，我們此次試驗所用孔板改成直通孔、不倒角，用4mm厚的銅板加工而成(如圖2所示)，并將在國標圖中推薦使用此類孔板。 圖2減壓孔板綜合上述情況，為了準確地獲取消火栓與孔板組合局部阻力系數(shù)，以備編入國家建筑標準設計圖集，方便設計人員正確選用，我們決定采用試驗的手段直接測定，并委托中國水利水電科學研究院冷卻水所對此進行了測定。2試驗的原理、裝置及內(nèi)容2.1試驗原理本次試驗參照室內(nèi)消火栓國家標準(GB3445-93)中第5.8條的規(guī)定進行，受試件(消火栓)前后測壓斷面距其中心均應為5D(D為直管內(nèi)徑)，如圖3，采用壓差計測量受試件前后的壓力差(即水頭損失)。但加上孔板

7、后水頭損失很大，因而沒有現(xiàn)成的量程合適的壓差計。在經(jīng)過仔細分析后，決定在消火栓出口后不設噴槍，將出水管在距消火栓中心5D處截斷，讓水自由出流，如圖4所示。這樣就將試驗裝置由測壓差改成測閥前水壓。下面對圖4中1-1，2-2斷面列伯努力方程，得到：圖3消火栓檢測裝置示意圖圖4試驗裝置示意圖Z1+P1/+v12/2g=Z2+P2/+v22/2g+HW忽略位置高差，即Z1=Z2；又因v1=v2=v,P2=Pat（Pat為大氣壓力），則上式為：(P1-Pat)/=HW式中代表水的重度；(P1-Pat)即為1-1斷面上壓力表指示壓力值，即表壓力P表。則P表/=HW其中HW=H(H為消火栓與孔板組合局部水頭

8、損失)。又知，局部水頭損失計算公式：H=×(v2/2g)可導出局部阻力系數(shù)：=H/(v2/2g)對本試驗，則=(P表)/(v2/2g)2.2試驗裝置 試驗設備及管路系統(tǒng)如圖5所示。圖5試驗裝置系統(tǒng)圖(1)水泵：采用50DL15-2×8型清水離心泵，揚程98m、流量15m3/h、輸入功率11kW。 (2)調(diào)節(jié)閥：調(diào)節(jié)試驗流量。 (3)電磁流量計：K300型、附GTF300選擇件，DN40mm，最大測量值25m3/h。 (4)穩(wěn)壓筒：起穩(wěn)壓及整流作用。為減小管內(nèi)水壓的波動，筒內(nèi)放置氣球及整流蜂窩體，筒徑150mm。 (5)測壓孔：距消火栓中心5D(D為受試管內(nèi)徑)處設置測壓斷面

9、。在該斷面上沿管壁圓周相距90°設測壓孔4個，孔徑1.5mm。4個測壓孔與測壓管聯(lián)箱相通，使4孔靜壓得以均衡。測壓管聯(lián)箱再與壓力計聯(lián)箱相接，可用于4種量程的壓力計。 (6)放水箱：0.6m×0.6m×0.55m。箱內(nèi)擺放消能塑料填料及防濺格柵，使水泵吸水箱與消火栓高速沖擊出流隔離，有利于水泵入口水壓穩(wěn)定，最終穩(wěn)定試驗管件內(nèi)水壓。 (7)吸水箱：0.6m×0.6m×0.55m。該箱接受放水箱來水 ，為水泵提供水源。 (8)水柱測壓管：長1.2m，讀數(shù)分辨率1mm。 (9)水銀柱U型測壓管：長1.0m，讀數(shù)分辨率1mm。 (10)精密壓力表：0.4

10、級，外徑150mm，最大量程0.4MPa、1.0MPa兩種。2.3試驗內(nèi)容 受試消火栓為SN50和SN65的直角單閥單出口型室內(nèi)消火栓。選取受試孔板共13塊，為尋求局部阻力系數(shù)與相對孔徑(相對孔徑=d/D,d為孔板孔徑，D為消火栓管內(nèi)徑)的關系，對SN50和SN65兩種口徑的消火栓配置值相近的孔板。值具體取為：0.24、0.27、0.30、0.34、0.43、0.50、0.58，因此共進行13個不同組次試驗，以每組平均7個雷諾數(shù)(Re)的不同工況計，共需完成近100個不同工況試驗。為了考查試驗的重復性和糾正個別不妥的數(shù)據(jù)，研究中還進行了多次重復試驗。全部試驗實際完成約30組次，210個工況，共

11、采集數(shù)據(jù)700余個。 另外，因分析試驗成果需要，對SN50及SN65消火栓做了局部阻力系數(shù)栓的測試。3試驗數(shù)據(jù)分析3.1數(shù)據(jù)整理過程試驗中實測數(shù)據(jù)共5種：管道實際內(nèi)徑D；孔板孔徑d；流量Q；閥前壓力P表和水溫t。 推算過程如下：(1)用分辨率0.02mm的游標卡尺對一個斷面的不同角度測35次，取算術平均值得出D和d，然后算出相對孔徑=d/D。(2)根據(jù)實測Q和D算出管內(nèi)實際流速v=4Q/D2。(3)根據(jù)實測t查出相應的運動粘度，然后算出雷諾數(shù)Re=v*D/。(4)根據(jù)實測t查出相應的水的重度，然后算出該工況下的消火栓與孔板組合局部阻力系數(shù)i=(P表/)/(v2/2g)。(5)以同一管徑D和孔徑

12、d為一組，繪出iRe關系曲線。找出不少于3個處于阻力平方區(qū)的i值進行統(tǒng)計計算，得出該組的消火栓與孔板組合局部阻力系數(shù)值(詳見圖6)。(6)用13組不同的值，通過數(shù)理統(tǒng)計方法找出與間的關系式(見圖7)。圖6Re關系曲線圖7關系曲線3.2消火栓的水頭損失及局部阻力系數(shù)栓 (1)部分實測數(shù)據(jù)見表1。 (2)對于SN65消火栓，當v=2.5m/s時推算流量Q=8.3L/s，水頭損失h栓=9.6kPa。 (3)對于SN50和SN65型消火栓，當v=2.5m/s時，水頭損失約為10kPa。這與消防部門的檢測結果基本一致。說明本試驗方法與(GB3445-93)等效。表1部分實測數(shù)據(jù)型號流量/L/s流速/m/s水頭損失/kPa栓SN50SN65 (4)對于SN50和SN65型消火栓，在常用范圍(S    N50，Q2.5L/s；SN65，Q5L/s)水頭損失約為5kPa。3.3局部阻力系數(shù)與雷諾數(shù)Re的關系 圖6為部分組次試驗的iRe關系曲線以及實測消火栓栓Re曲線。從各曲線可明顯看出當Re>5×104時，局部阻力系數(shù)不再隨Re而改變，可視為不變量。對于SN50型消火栓流量2.5L/s時，管內(nèi)水流雷諾數(shù)為6×104；SN65型消火栓流量5L/s時，管內(nèi)水流雷諾數(shù)為9.5×104。可見，消火栓正常工