水带的技术性能及水头损失1.ppt

1、技 术 装 备 教 研 室 主 讲: 王 忠 波,火场供水,Tel: 2068569(O); Email: ,火场供水的要求 1、作业 2、实验报告 （前两项占总成绩10%） 3、期末考试占总成绩90%,火场供水解决的问题 1、制定灭火预案 2、火灾现场供水指挥 3、灭火总结,本书讲解共有六章 第一章 压力损失计算 第二章 火场供灭火剂器材常用技术数据 第三章 火场供水方法 第四章 火场供灭火剂力量的计算 第五章 火场供水组织指挥 第六章 信息技术在火场供水中的应用,实际主要解决 1 火场消防车数量 火场战斗车数量 火场供水车数量 2 火场供水计划,火场供水课程地位 消防技术装备 火场供水 战

2、术,火场供水课程的学习方法 1.火场供水课程的特点 (1) 实践性强 (2) 理论性强 (3) 专业性强 2.学习方法 (1) 掌握基本概念、公式 (2) 理论与实践相结合,一、流动形态的判别标准雷诺数,1-1 管道、水带水头损失计算,二、能量损失的两种形式,三、能量损失的计算公式,四、水带系统水头损失计算,水在管道内流动，由于水分子之间、水分子与管壁之间有摩擦，造成水的能量损失。在层状态下，水的摩擦损失（水头损失）较小，水头损失与流速的一次方成正比。当水流的流速超过临界流速，处于紊流状态时，水头损失大大增加，此时水头损失与流速的二次方成正比。雷诺通过试验得知，由层流变成紊流的原因，同管内的流

3、速、管道（水带）的直径和液体的粘滞系数有关。,一、流动形态的判别标准雷诺数,一、流动形态的判别标准雷诺数,式中：Re雷诺数，由层流变紊流时的雷诺数 称为临界雷诺数，其值为2300； v流速，m/s； d管道直径，m； V液体的粘滞系数（见表1-1-1）。,二、能量损失的两种形式,把液体的能量损失分为沿程能量损失和局部能量损失两种形式。 1、沿程能量损失 液体在过水断面的大小、形状、方向都不改变的管道中作均匀流动时，液体所受的阻力只有沿程不变的切应力，克服这种阻力做功而产生的能量损失为沿程能量损失，用hf表示。 2、局部能量损失 液体流动的固体边界如果在局部发生急剧的变化（大小、形状、方向等），

4、 将产生相对集中的能量损失，称之为局部能量损失，用hj表示。,恒定流能量方程(伯努利方程),z是对基准面的位置高程，称为位置水头,p/表示测压管高度，习惯上称为压强水头,v2/2g 称为流速水头,z+(p/)（v2/2g）称为总水头,h12称为水头损失,三、能量损失的计算公式,三、能量损失的计算公式,1、沿程能量损失的计算公式 消防管道、水带内的水头损失与下述因素有关。,设水在截面积相等的管道内作稳定流动；如图所示 。 假定： v水的平均流速，m/s; F截面积，m2，常数; S截面上湿周长度，m；,L管段长度，m（即I、II两断面间的距离）； R水的容重，Kg /m3 管轴与水平面成的角度，

5、度； Z1截面I重心的高度，m； Z2截面II重心的高度，m；,三、能量损失的计算公式,由于截面面积为恒定，同时水流是连续的，即：v常数 按力学分析可知，当一物体在静止时或作等速运动时，作用在这物体上的力处于平衡状态。 取截面I至II间的管段，设作用于截面I上的平均压力为p1，则作用于截面I左方的总压力为： P1p1F P1与截面I垂直，即与管轴平行，方向与水流方向相反。,三、能量损失的计算公式,设作用于截面II上的平均压力为p2，则作用于截面II右方的总压力为： P2p2F P2与管轴平行，但方向与水流方向相同。 水流的体积等于FL，其重量W（Kg）为： W=rFL 力作用于液柱的重心，方向

6、系垂直向下。,三、能量损失的计算公式,当水流动时，由于水的粘滞性及管壁的粗糙度，而有阻力产生。以0代表水与管壁每单位接触面上的阻力（Kg /cm2）。接触表面等于周长与长度的乘积。以T表示阻力（Kg），则 T=0SL 式中S为周长。 此力与管轴平行，但与流动方向相反。,三、能量损失的计算公式,上述作用于水柱上所有的力均处于平衡状态，即沿管轴方向所有的力的投影等于零。 P1-P2-T-Wsin=0 （p1-p2）F=0SL-rFLsin=0,三、能量损失的计算公式,但sin ，代入上式，则得： （p1-p2）F+rF(Z1-Z2)= 0SL,两边除以rF，则 对I、II两断面作伯诺里方程式，得：

7、 由于两断面是等断面，故，v1=v2，则： 将公式（1）与（2）比较，并将hf代入公式（1），得：,三、能量损失的计算公式,水流截面积与湿周之比为水力半径R， 即： ，由此得 ，代入公式(3)。 消防管道为圆形截面，则 圆形管的水头损失：,三、能量损失的计算公式,试验证明： 而 ，则 代入公式（4）。 则得管道和水带（圆形截面）的水头损失为：,式中：摩擦系数，取决于管道、水带壁的粗糙度； D管道和水带的直径，米；,三、能量损失的计算公式,三、能量损失的计算公式,公式（5）指出，水带和管道的压力损失与管道、水带的粗糙度、长度、直径以及水的流速有关。与管道、水带内的水压大小无关。,式中：摩擦系数，

8、取决于管道、水带壁的粗糙度； D管道和水带的直径，米； v平均流速，米/秒； g重力加速度，米/秒； L水带长度，米； 流速水头，米水柱。,2、局部能量损失的计算公式 局部能量损失的计算公式在这里不做推导，但为计算方便，人们把局部能量损失的计算公式也写成了流速水头倍数的形式，即,三、能量损失的计算公式,3、能量损失的计算公式 一个恒定流动的总机械能损失应等于各流段沿程能量损失和所有局部能量损失之河，即,三、能量损失的计算公式,（一） 水带水头损失 若在消防水带两端安上压力表，当水流过水带时，可以观测到进口处压力表上指示的压力大，末端压力表上指示的压力小，可见水流过水带有水头损失（压力损失）。实

9、验说明，水带的压力损失大小与水带的内壁光滑程度、长度、直径以及流量有密切关系。 水带压力损失可按公式（8）计算。 水带内的流速为,四、水带系统水头损失计算,式中：v水在水带内的流速，米/秒； Q水在水带内的流量，米3/秒； 水带截面积，米2。 将上式v和代入公式 得,四、水带系统水头损失计算,四、水带系统水头损失计算,从公式（9）中可以看出，水带的压力损失与水带的粗度、水带长度成正比例，与流量平方成正比例，水带直径的5次方成正比例。,设 ，则公式（9）成为 以代替 ，则 若L =S，则水带水头损失公式为,四、水带系统水头损失计算,水头损失 水流流过水带的能量变化。,1、单条水带水头损失的计算公

10、式, 水平铺设,Pdx = Pd + Px,Pdx 每条水平铺设的水带的水头损失，104Pa,四、水带系统水头损失计算,1、Pdx = Pd + Px,Pd = SQ2,S是水带的阻抗系数,Q是水带内的流量，单位 L/s,Px 是水平铺设水带的修正系数。,中压时取 0.5104 Pa,常压时取 0,四、水带系统水头损失计算,四、水带系统水头损失计算,例：D65mm胶里水带，流量6.5L/s，水带阻抗系数0.035，计算其水头损失？ 解：Pdx=Pd+Px =0.0356.52+0=1.48(104pa),四、水带系统水头损失计算,垂直铺设低压水带，每条水带的，可按下式计算。, 垂直铺设,Pdy

11、 = Pd + Py,式中：Pdy是每条水带的压力损失104pa ； Py 是垂直铺设水带修正系数。仅适于中低压消防车，一般取值为1104pa。,四、水带系统水头损失计算,例：沿窗口垂直铺设D65mm胶里水带，铺设水带系数0.8，流量6.5L/s，水带阻抗系数0.035，计算其水头损失。 解： Pdy= Pd+Py = 0.00356.52+0 =1.48(104pa),四、水带系统水头损失计算,水带系统的水头损失,串联系统,并联系统,水平铺设,垂直铺设,水平铺设,垂直铺设,压力损失叠加法,阻力系数叠加法,混联系统,四、水带系统水头损失计算,2、水带串联系统水头损失的计算方法,PD = Pdx

12、1 + Pdx2 + +Pdxn, 水平铺设的串联系统,四、水带系统水头损失计算,= Pdx1 + Pdx2 + +Pdxn,四、水带系统水头损失计算,= nkQ2 +npx,阻力系数叠加法,压力损失叠加法,=npdx,= k总Q2 +npx,四、水带系统水头损失计算, 水平铺设的串联系统,四、水带系统水头损失计算,水平铺设 1盘 D65胶里水带，1 盘D80胶里水带，水带过水流量6.5 L/s，计算其水头损失。,D65 胶里,D80胶里,= K1Q2+Px+K2Q2+Px,= 0.0356.52+0+0.0156.52+0,= 2.11 (104Pa),（K1+K2）Q2, 垂直铺设的串联系

13、统,四、水带系统水头损失计算,=K1Q2+Py+K2Q2+Py+ +KnQ2+Py,四、水带系统水头损失计算,沿窗口垂直串联铺设1盘 D65 胶里水带，1盘D65 麻质水带，过水流量 6.5L/s，计算其水头损失。,D65胶里,D65麻质,=K1Q2+Py+K2Q2+Py,=0.0356.52+0+0.0866.52+0,= 5.11 (104Pa),3、水带并联系统水头损失的计算方法, 水平并联铺设,四、水带系统水头损失计算,3、水带并联系统水头损失的计算方法, 水平并联铺设, 各支线铺设情况完全相同,各支线铺设的是同型、同材质、等长的水带,ql支 = Q / n,此时，整个并联系统的水头损

14、失等于任意一条支线的水头损失。, 各支线铺设情况完全相同,此时，整个并联系统的水头损失等于任意一条支线的水头损失。,K支1 = K支2 = K支3,PD= PD支1= PD支2= PD支3,ql支 = Q / n,四、水带系统水头损失计算,消防车两侧水泵出口各水平铺设 1 条 3D65 胶里水带支线，合并后接 QJ32 移动式带架水枪，水枪工作压力 55104 Pa，流量 26L/s，计算并联系统的水头损失。,3D65 胶里,3D65 胶里,PD= PD支1= PD支2,K支1 = K支2,= K支1ql支2+Px1,3D65 胶里,3D65 胶里,PD= PD支1= PD支2,K支1 = K

15、支2,ql支 = Q / n,= 26 / 2,= 13 (L/s),PD= PD支1,= 17.745 (104Pa),四、水带系统水头损失计算, 各支线铺设情况不完全相同,把各支路组成的整个并联系统看作一个整体来计算,KD是整个并联系统总的阻抗系数,KD是整个并联系统总的阻抗系数,?,K支 支线的阻抗系数,n 支线的数量, 各支线铺设情况不完全相同,消防车两侧水泵出口，一出口铺设 2D65 胶里水带，另一出口铺设 2D65 麻质水带，合并后接 QJ32 移动式带架水枪，水枪的工作压力为 55104Pa，流量26L/s，计算并联系统的水头损失。,2D65 胶里,2D65 麻质,KD,= 6.

16、19,KD = 0.026,= 0.026262 + 0,= 17.58 (104Pa),四、水带系统水头损失计算, 垂直并联铺设, 各支线铺设情况不完全相同, 各支线铺设情况完全相同,4、水带混联系统水头损失的计算,干线接分水器,PD=PD干+PD支,式中： PD是串、并联混合系统的压 力损失，104pa ； PD干是每条干线水带的压力损 失，104pa ； PD支是任一支线每条水带的压 力损失，104pa。,四、水带系统水头损失计算,4、水带混联系统水头损失的计算,双干线接集水器 PD=PD干+PD支 = k总Q2 =(k支+k干)Q2 =(k1/n2+k干)Q2 =(k2/n2+k干)Q

17、2,式中：PD是串、并联混合系统的压力损失， 104pa ； K总是串、并联混合系统的总阻抗系数； Q是串、并联混合系统的流量，L/s; K支是支线并联系统（任一条）的阻抗系 数； K干是干线串联系统的阻抗系数； K1 、K2是支线各线的阻抗系数。,四、水带系统水头损失计算,水泵出口接 3D65 胶里水带干线，利用 2 分水，出 2 条 2D65 胶里水带支线，出 2 支SK15 m的19 水枪，水枪流量6.5 L/s，计算混联系统的水头损失。,3D65 胶里,2D65 胶里,2D65 胶里,19,19,PD = PD干 + PD支,3D65 胶里,2D65 胶里,2D65 胶里,19,19,

18、PD = PD干 + PD支,= 30.035(6.52)2+0 ,= 17.745 (104Pa),四、水带系统水头损失计算,PD支= 2(0.0356.52+0),= 2.958 (104Pa),PD = PD干 + PD支,= 17.745 + 2.958,= 20.7 (104Pa),例：消防车接2条支线，每条支线为5条直径65mm胶里水带,集水器前接1条直径65mm胶里水带,出1支口径25mm水枪，流量15.2L/s,计算水带系统压力损失是多少？,解：k1 =k2=0.0355=0.175 k干=0.035 k支= k1/n2= k2/n2=0.175/22=0.044 PD= (k

19、支+k干)Q2 =(0.044+0.035)15.22=18.25(104pa),火场供水时，由于消防车型号各不相同，消防车配备水带也各不相同，水带干线最好铺设大口径水带，这样就会使系统水头损失为最小。 不同型、不同径水带混联系统的压力损失也可以用压力损失叠加法和阻力系数计算法。,四、水带系统水头损失计算,例：消防车接2条支线，一条支线为5条D65胶里水带,另一条支线为5条D65麻质水带，集水器前接1条D80胶里水带,出1支口径25mm水枪，流量15.2L/s,计算水带系统压力损失是多少？,解：k1 =0.0355=0.175 k2= 0.0865=0.43 k干=0.015,PD= (k支+

20、k干)Q2 =(0.065+0.015) 15.22=18.48(104pa),k支=0.065,橡胶吸水管的水头损失,hfkQ2 式中hf每2米长吸水管水头损失，（104Pa）米水柱； Q流过吸水管的水量，L/s； K橡胶吸水管的阻抗系数，,橡胶吸水管阻抗系数表,第二节 水锤作用,1.定义：有压力的水，在管道、水带内流动时，由于消防阀门、消火栓、水枪等的迅速关闭或消防车轮跨压水带等作用，使管道、水带内的水流瞬时停止流动，造成在管道、水带内的水压瞬时升高。升高的压力对管道、水带或单向阀等的作用，如锤击一样，这种现象称为水锤作用。 2.危害：由于水锤作用，管道或水带内增加的压力可达几个或至几百个

21、大气压力，导致管道、水带的破裂，影响火场供水。,水锤作用,3、分类：完全水锤 ；不完全水锤,式中：L为管道、水带长度，米； 为冲击波传递速度，米/秒）,称为不完全水锤，又称间接水锤。,称为完全水锤。,完全水锤 H水锤瞬时升高的压力，米水柱； 冲击波传递速度，米/秒，直径在200毫米以下的钢管、铸铁管1200米/秒；直径超过200毫米的钢管、铸铁管1435米/秒；新的水带80米/秒；旧的水带120米/秒； v水锤前管道、水带内平均流速，米/秒； g重力加速度，g9.81米/秒2,水锤作用,水锤作用,不完全水锤 H水锤升高压力，米水柱； 冲击波传递速度，米/秒； v水在管道内的流速，米/秒； L管道、水带长度，米； t关闭时间，秒；,例题：有一消防给水铸