第二节 消防水带的技战术性能
【学习目标】
1.了解水带的构造、径向拉应力和纵向拉应力。
2.熟悉水带的分类、主要技术要求。
3.掌握水带的耐压强度、常用的胶里水带、PU水带水头损失的计算及估算。
消防水带是一种用于输送水或其他液态灭火剂的软管，应执行国家标准GB 6246—2011《消防水带》。
一、消防水带的分类
消防水带的种类很多，见表2-2-1。目前在灭火救援工作中广泛使用聚氨酯（PU）衬里消防水带，室内消火栓多用聚氯乙烯（PVC）衬里消防水带。
表2-2-1 消防水带的种类
（一）按衬里材料分类
消防水带按衬里材料的不同，可分为：
（1）橡胶衬里水带，具有耐压高、流阻低、耐气候性优良、应用广泛等特点；
（2）乳胶衬里水带，具有柔软性好、耐气候性优良等特点；
（3）聚氨酯（PU）衬里水带，具有耐压高、重量轻、耐寒性优异、使用方便等特点；
（4）聚氯乙烯（PVC）衬里水带，具有重量轻、使用方便等特点。
（二）按工作压力分类
消防水带按工作压力的不同，可分为：
（1）低压水带，如8型、10型、13型水带；
（2）中压水带，如16型、20型、25型水带；
（3）高压水带，如30型、40型水带。
（三）按内径分类
消防水带按内径的不同，可分为：D25～D300mm的水带，其中工作水带常用D65mm水带，干线水带常用D80mm或D90mm水带，拖车炮常用D100mm或D150mm水带，远程供水系统常用D300mm或D200mm水带。
（四）按用途和功能分类
消防水带按用途和功能的不同，可分为通用水带和特殊性能水带，其中特殊性能水带有表面包覆水带、双编织层水带、湿水带、水幕水带、浮式水带、A类泡沫专用水带、抗静电水带等。
（五）按结构分类
消防水带按结构的不同，可分为单层编织层水带、双层编织层水带、内外涂层水带。
（六）按编织方式分类
消防水带按编织层编织方式的不同，可分为平纹水带和斜纹水带。
二、消防水带的技术性能
消防水带应严格按照国家标准制造、检验。
（1）消防水带的内径及质量见表2-2-2。
表2-2-2 消防水带的内径及质量
（2）消防水带的长度见表2-2-3。
表2-2-3 消防水带的长度
（3）消防水带的设计工作压力见表2-2-4。
表2-2-4 消防水带的设计工作压力
三、消防水带的耐压强度
在消防供水中，需要掌握水带的耐压强度，以保证供水安全。水带充水后承受径向压力和纵向压力，因此，水带产生径向拉应力和纵向拉应力。
（一）径向拉应力
一水带中充满水，水带受到均匀水压力的作用，任取一段水带，沿径向AB将水带分成两半，取其中一半来研究，如图2-2-1所示。
图2-2-1 水带径向受力分析
长度为L、直径为D、压强为p的半边水带（即ABB'A'面上）承受的径向压力为：P1=LDp。
长度为L、厚度为d的水带产生的径向拉力为：F1=2dσL，σ为水带产生的径向拉应力（kgf/cm2）。
水带不破裂，P1=F1，则水带产生的径向拉应力为：
（二）纵向拉应力
一水带中充满水，水带受到均匀水压力的作用，沿纵向将水带分成两截，取其中一截面来研究，如图2-2-2所示。
图2-2-2 水带纵向受力分析
直径为D、压强为p的水带截面承受的纵向压力为：
。
直径为D、厚度为d的水带产生的纵向拉力为：F2=πDdσ，σ为水带产生的纵向拉应力（kgf/cm2）。
水带不被拉断，P2=F2，则水带产生的纵向拉应力为：
由此可见，在相同水压作用下，水带产生的径向拉应力比纵向拉应力大一倍，水带充满水后，径向是薄弱环节，也就是说，水带易爆破，而不易被拉断。因此，水带的耐压强度，应按径向考虑，故水带的耐压强度为：
，设dσ=k，则：
（2-2-1）
式中 p——水带的耐压强度，kgf/cm2；
D——水带直径，cm；
k——试验值，kgf/cm，即1cm长的水带壁所能承受的最大拉应力。
国产消防水带的出厂耐压强度，一般不小于10kgf/cm2，经计算，常见消防水带的k值见表2-2-5。
表2-2-5 消防水带的k值
例2-2-1 13型D65mm消防水带，试计算其k值。
解：由题意可知，13型D65mm水带，p=13kgf/cm2，D=6.5cm。则：
答：k值为42.3kgf/cm。
例2-2-2 D80mm消防水带，其k值为64kgf/cm，试计算水带的耐压强度。
解：由题意可知，D=8cm。则：
答：水带的耐压强度为16kgf/cm2，为16型消防水带。
四、消防水带的水头损失
水带的水头损失主要与水带内壁的粗糙度、水带长度、水带直径、水带铺设以及水在水带内的流速有关。水带的水头损失直接影响消防水泵的供水高度和距离，因此在选择水带时应尽量采用大口径水带，铺设时应尽量避免骤然打弯，供水量大时应采用双干线供水，以减少水头损失。
我国消防车上配备的水带标准长度为20m。根据式（1-5-4）：hf=ALQ2，令AL=Sd，则1条水带的水头损失可用式（2-2-2）计算：
hd=SdQ2 （2-2-2）
式中 hd——1条水带的水头损失，mH2O；
Q——水带的流量，L/s；
Sd——水带的阻抗系数。
不同类型的水带，阻抗系数不同，见表2-2-6。
表2-2-6 水带的阻抗系数
目前在灭火救援工作中广泛使用的PU水带和室内消火栓用的PVC水带，衬里较薄，表面比较粗糙，阻抗系数较大。
例2-2-3 1条D65mm胶里水带，流量为6.5L/s，试计算其水头损失。
解：由题意可知，D65mm胶里水带的阻抗系数Sd=0.035。则：
答：水头损失约为1.48mH2O。
例2-2-4 1条D65mm PU水带，流量为6.5L/s，试计算其水头损失。
解：由题意可知，D65mm PU水带的阻抗系数Sd=0.046。则：
答：水头损失约为1.94mH2O。
例2-2-5 1条D65mm PU水带，流量为8L/s，试计算其水头损失。
解：由题意可知，D65mm PU水带的阻抗系数Sd=0.046。则：
答：水头损失约为2.94mH2O。
为应用方便，经计算，将常用的长度为20m的胶里水带和PU水带的水头损失和流量关系，列成表2-2-7和表2-2-8，以供参考使用。
表2-2-7 单条胶里水带水头损失 mH2O
表2-2-8 单条PU水带水头损失 mH2O
表2-2-7和表2-2-8中列出的单条水带的水头损失为新水带的水头损失。水带与管道不同，水带必须在一定压力下才能形成圆形，水带内压力增大，水带的直径和长度亦随之增大，则水带的阻力也随之发生变化。
经试验证明，水带内压力增大时，水带直径的增大情况是：中等新度的D65mm水带，水带的压力为3kgf/cm2时，测出水带直径为68mm；当压力增到7kgf/cm2时，水带直径增到70mm；在不同压力下，水带直径增大幅度在2%～5%之间。水带内压力增大时，水带长度的增长情况是：中等新度的D65mm水带，水带的压力为4kgf/cm2时，测出长20m的水带伸长5cm；在不同压力下，水带长度增长幅度在1.5%～2.0%之间。水带在压力作用下，长度增长，增加了水带的水头损失，但由于直径增大减少了水头损失，两者相互抵消，因此，在消防供水中，可不考虑因水带长度和直径变化引起的水头损失变化。
五、消防水带的水头损失估算
为便于在灭火救援工作中快速估算，可根据水带水头损失的计算方法，得到相应的水带水头损失估算值。
（一）胶里水带的水头损失估算
胶里水带可用于工作水带和干线水带，其水头损失估算值与水带规格、充实水柱、出枪数量有关。
1.胶里工作水带的水头损失估算
（1）当水枪充实水柱为15m时，水带内的流量为6.5L/s，根据hd=SdQ2，可得到不同规格的胶里工作水带的水头损失估算值。
D65mm胶里工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.035×6.52≈1.48mH2O，可按1.5mH2O估算。
D80mm胶里工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.015×6.52≈0.63mH2O，可按0.8mH2O估算。
D90mm胶里工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.008×6.52≈0.34mH2O，可按0.4mH2O估算。
（2）当水枪充实水柱为10m时，水带内的流量为4.6L/s，根据hd=SdQ2，可得到不同规格的胶里工作水带的水头损失估算值。
D65mm胶里工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.035×4.62≈0.74mH2O，可按0.8mH2O估算。
D80mm胶里工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.015×4.62≈0.32mH2O，可按0.4mH2O估算。
D90mm胶里工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.008×4.62≈0.17mH2O，可按0.2mH2O估算。
2.胶里干线水带的水头损失估算
干线水带采用D65mm胶里水带，前方可出2支水枪；若采用D80mm胶里水带，可出3支水枪；若采用D90mm胶里水带，则可出4支水枪。
（1）D65mm胶里干线水带的水头损失估算值
出2支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.035×（6.5×2）2≈5.92mH2O，可按6mH2O估算。
（2）D80mm胶里干线水带的水头损失估算值
出3支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.015×（6.5×3）2≈5.70mH2O，可按6mH2O估算。
出2支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.015×（6.5×2）2≈2.54mH2O，可按3mH2O估算。
（3）D90mm胶里干线水带的水头损失估算值
出4支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.008×（6.5×4）2≈5.41mH2O，可按6mH2O估算。
出3支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.008×（6.5×3）2≈3.04mH2O，可按3mH2O估算。
出2支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.008×（6.5×2）2≈1.35mH2O，可按1.5mH2O估算。
（二）PU水带的水头损失估算
PU水带可用于工作水带和干线水带，其水头损失估算值与水带规格、充实水柱、出枪数量有关。
1. PU工作水带的水头损失估算
（1）当水枪充实水柱为15m时，水带内的流量为6.5L/s，根据hd=SdQ2，可得到不同规格的PU工作水带的水头损失估算值。
D65mm PU工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.046×6.52≈1.94mH2O，可按2mH2O估算。
D80mm PU工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.019×6.52≈0.80mH2O，可按1mH2O估算。
D90mm PU工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.012×6.52≈0.51mH2O，可按0.5mH2O估算。
（2）当水枪充实水柱为10m时，水带内的流量为4.6L/s，根据hd=SdQ2，可得到不同规格的PU工作水带的水头损失估算值。
D65mm PU工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.046×4.62≈0.97mH2O，可按1mH2O估算。
D80mm PU工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.019×4.62≈0.40mH2O，可按0.5mH2O估算。
D90mm PU工作水带水头损失：hd=SdQ2=0.012×4.62≈0.25mH2O，可按0.3mH2O估算。
2. PU干线水带的水头损失估算
干线水带采用D65mm PU水带，前方可出2支水枪；若采用D80mm PU水带，可出3支水枪；若采用D90mm PU水带，则可出4支水枪。
（1）D65mm PU干线水带的水头损失估算值
出2支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.046×（6.5×2）2≈7.77mH2O，可按8mH2O估算。
（2）D80mm PU干线水带的水头损失估算值
出3支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.019×（6.5×3）2≈7.22mH2O，可按8mH2O估算。
出2支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.019×（6.5×2）2≈3.21mH2O，可按4mH2O估算。
（3）D90mm PU干线水带的水头损失估算值
出4支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.012×（6.5×4）2≈8.11mH2O，可按8mH2O估算。
出3支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.012×（6.5×3）2≈4.56mH2O，可按4mH2O估算。
出2支水枪，充实水柱为15m时，hd=SdQ2=0.012×（6.5×2）2≈2.03mH2O，可按2mH2O估算。
根据计算结果，工作水带的水头损失估算值见表2-2-9；干线水带的水头损失估算值见表2-2-10。
表2-2-9 工作水带的水头损失估算值 mH2O
表2-2-10 干线水带的水头损失估算值 mH2O
思考与练习
1.试计算D65mm、D80mm水带耐压强度为20kgf/cm2时的k值。
2. 1条D80mm的水带，其k值为100kgf/cm，试计算水带的耐压强度。
3.试归纳工作水带和干线水带水头损失估算值的规律。