自动消防水炮的使用压力范围广，射程远并可实施直流至90°开花、水雾射流的无极调节。其重量轻、体积小、功能全、灭火效果好，是该炮的最大特点。

自动消防水炮的炮应在使用压力范围内使用。应经常检查炮的完好性和操作灵活性，发现紧固件松动，应及时修理，使炮一直处于良好的使用状态。射水操作时，松开锁紧螺钉，调整好炮的喷射方向和角度，然后提高至所使用的压力。转动射流调节环即可实现水的支流变换为开花，或将开花变换为直流。每次使用后，应喷射一段时间的清水，然后将炮内水放净。

二、消防水炮是消防作战中常用的主要装备之一，可用于灭火、冷却、隔热和排烟等消防作业。当前消防作战中使用的常规水炮体积大、后座力大、不便于移动，导致对火灾的反应能力较差。消防水炮还包括便携式可折叠移动消防水炮、自动扫描射水高空水炮、固体消防水炮。

三、遥控消防水炮是一种带有机械驱动机构，允许消防人员通过电子仪器进行远距离遥控的消防设备。它能够根据消防需要对消防水喷射的方向进行调整，也可以改变消防水喷射的样式。作为一种遥控消防设备，消防水炮应用场所广泛。它可以安装在消防车辆上用于大型火灾的扑灭。其优点是允许消防人员进行远距离遥控消防作业，降低了危险的火灾现场对他们的安全威胁。也可以安装于港口、码头、油库等场所，与火灾探测设备联动，达到快速灭火的目的。同时近些年不断增多的大型空间建筑也为遥控水炮提供了用武之地。 本文首先综述了消防水炮的发展情况，在此基础上确定了遥控消防水炮的基本参数;针对遥控消防水炮的功能要求，确定遥控消防水炮的本体结构方案，并对各功能部分如雾化机构、变流机构、定位机构、驱动机构进行设计;对各运动机构的运动受力展开分析、计算;在受力分析计算基础上，计算各运动机构所需要的驱动力矩，根据力矩的计算结果选择合适的变速装置;综合考虑遥控消防水炮的控制要求，设计了遥控水炮控制电路，确定了水炮的控制结构为上位机-下位机式，两者之间的通讯采用无线方式;对硬件电路的各部分(按键电路、无线发射/接收电路、电机控制电路)进行设计，在硬件基础上开发了遥控消防水炮的控制软件。

四、泡沫式自动消防水泡系统的工作原理是通过压力式泡沫比例混合装置使泡沫灭火剂与水按一定比例混合，通过泡沫产生（喷射、喷洒）装置，产生一种可漂浮，粘附在可燃、易燃液体或固体表面，或者堆积充满某一着火物质空间的空气泡沫，起到隔绝、冷却、窒息的作用，使燃烧物质熄灭。

泡沫式自动消防水泡灭火系统按其使用方式可分为固定式、半固定式和移动式；按泡沫喷射方式有液上喷射、液下喷射和喷淋方式之分，当然自动式也是必不可少的；泡沫式自动消防水泡按泡沫发泡倍数有低倍、中倍和高倍之分。泡沫式自动消防水泡灭火系统是扑救石油、化工企业、油库、地下车库场所B类大面积液体火灾最有效的灭火系统。完整的泡沫灭火系统由消防泵、泡沫液储罐、比例混合器、泡沫产生装置、阀门及管道、电气控制装置组成。

喷嘴的功能及性能指标

喷嘴是消防水炮和消防水枪产生射流的核心部件，灭火剂通过喷嘴时，将灭火剂的静压能转化为动能，约束加快灭火剂流速，射出一股密实的高流速水柱。喷射出喷嘴后，射流吸人大量空气，全部变成小水滴，小水滴之间被空气所隔离，从而达到灭火的效果。“GB19156-2003消防炮通用技术条件”对水炮的流量、射程有着明确的规定表1)，因此流量、射程是喷嘴最关键的性能指标。

除此之外，喷水强度是决定灭火效率的一个重要因素。对于某一火灾场景，存在着临界喷水强度。当喷水强度低于此值时，火灾不能得到有效控制。我国的“GB50084-2001 自动喷水灭火系统设计规范”对于不同火灾危险等级所需的喷水强度也给出一个最小值，例如：对于中危险等级Ⅱ级，其喷水强度不应小于8 l⋅min-1⋅m-2。消防水炮射水覆盖区域过大会降低其喷水强度，对于灭火是非常不利的，因此消防水炮射水覆盖区域也是消防水炮的关键性能指标之一。

喷嘴出口直径对喷射性能的影响

消防水炮喷嘴出口直径对喷嘴的喷射性能有很大的影响。如图1 所示为应用最广泛的喷嘴，其出口处结构决定水从喷嘴喷出前在出口处有一个反射过程。水从喉管经喷芯和喷嘴体间的环隙喷出，射流形式为空心锥形。该放射锥形射流如果不经喷嘴外套反射，即为空心锥形喷雾形态；喷嘴在直流状态时，从环隙喷出的放射锥形射流经喷嘴外套反射成汇聚形态。

根据连续性方程

(1)

(2)

式中，Si 为喷嘴进口面积；Vi 为进口速度；Soδ为出口水膜截面积；δ 为出口水膜厚度；Vo 为出口速度；Do 为喷嘴出口直径。在该反射过程中存在反射损失ξR。由流体力学相关理论可知，ξR 与水膜厚度δ 成正相关，即水膜愈厚，反射损失愈大。在喷嘴出口喷出的射流为汇聚空心锥形。在该汇聚过程中射流水膜与空气间存在剧烈的能量物质交换，定义为摩擦型能量损失ξM。该损失与水膜厚度δ 成负相关，即水膜愈厚，摩擦损失愈小。由方程(1)、(2)可得，在进口流量及出口速度均为定值的情况下，喷嘴出口直径与水膜厚度成负相关。因此对应每一个流量，都应该存在一个最佳出口直径Do 使得反射损失ξR 和摩擦型能量损失ξM之和最小。

2 消防水炮喷嘴导流板对喷射性能的影响

消防水炮喷嘴导流板在喷嘴的整体结构中有两大功能：① 作为载体为喷芯提供支撑；② 引导水流，使其速度方向一致，提高水炮射程；但同时也带来负面影响，就是水流流过导流板时会有附加的阻力损失。为了降低附加的阻力损失，导流板沿喷嘴轴向的截面形状宜做成流线型，如图2 所示。与方案A 相比，方案B 能明显降低局部阻力损失和水流的湍动程度。在满足支撑强度及刚度需要的前提下，沿喷嘴径向的截面积越小越好。导流板对水流的引导作用需要分为两种使用环境讨论，即：径向湍动严重的场合及轴向速度分布不均匀的场合。在径向湍动严重的场合，径向湍动的水流在导流板的引导下湍动程度下降明显，对于提高喷嘴的射程非常有帮助；在轴向速度分布不均匀的场合，因导流板的设置方向与水流方向基本一致，导流效果不明显。在轴向速度分布极不均匀的场合，设置导流板会得到更为不理想的结果。在实际应用中，导流板不宜安置在弯头下游附近，喷嘴若设置于90°弯头下游，在弯头出口和喷嘴之间可设置一直段让经过弯头变得速度不均匀的水流先缓冲一下在通过导流板时效果比较好，并且无论在什么场合设置导流板，导流板下游都应有足够的距离使通过导流板的水流得到缓冲。

3 喷芯结构形式对喷射性能的影响

喷芯与喷嘴体、喷嘴外套共同组成了喷嘴的流道。在整个水炮的内流场中，速度最高、压力最低的位置就出现在喷嘴出口的喷芯边缘处，并且喷芯的边缘是水炮内流场和外流场的分界。该处射流状态与孔口出流十分相似，应该存在颈缩现象，如图3。从数值模拟的相关结果(如图4)中明显可见，在喷芯外围存在一个明显的负压区；如果喷芯厚度足够，则该负压区的存在对于射流会有积极影响，直接表现是射流出口速度增大，且出口界面上速度分布更加均匀。

4 进口流场状况对喷射性能的影响

进口流场速度分布情况对出口射流状态的影响直接表现为出口速度和敛角度周向分布不均匀。这会导致本应锥形收敛的射流无法收敛于理论汇聚点，造成射流截面畸形甚至于理论汇聚中心便出现小股射流分叉(如图5)，射流形态恶化，导致射程减小，落水点不集中。(a) 完美射流 (b) 带缺陷的射流

5 喉管通径及收敛角度对喷射性能的影响

喉管直径D2 及收敛角度θ1 是直流喷雾消防水炮喷嘴的重要结构参数。其作用是利用喷管的原理将水流的压力能转变为动能，在收口到喉管的过程中通径逐渐减小，压力能逐渐转化为水流的动能，为最后从环隙喷出做准备。在该结构中，喉管的通径决定了上游来流所能达到的最大速度及所造成的压力损失，对整个喷嘴的性能有相当大的影响，喷嘴喉径过小会出现喷嘴流量系数变小，且无论怎么加大出口间隙流量系数都不会有明显变化的状况。喉径过大则会限制压力能向速度能的转化，造成出口射流发散。收口角度不仅与压力能转化为速度能过程中的压力损失有关，还对喉管内水流的湍动程度有不小的影响。总体来说，收敛角度θ1 越大，压力损失和喉管由水流湍动越厉害；收敛角度θ1 越小，压力损失和喉管内湍动越轻。但是喷嘴总长度有限制，收敛角度不能取得太小。为了避免喉管内湍动过于厉害的水流造成出口射流发散，可以适当加长喉管的长度L2，使喉管内湍动厉害的水流有充分的时间缓冲。

6 喷嘴内润湿表面粗糙度对喷射性能的影响

水在喷嘴内部流道中高速流动，流动处于完全水力粗糙状态，沿程阻力系数可由莫迪图或尼古拉斯粗糙管式求得，即

λ (3)

式中， λ为壁面摩擦系数；δ/d 为相对粗糙度。

由式(3)可得壁面摩擦力的大小与相对粗糙度正相关。该摩擦力的存在不仅仅导致了压力损失，而且加剧了水流的湍动程度，会造成射流不集中，边界层易剥离分叉，影响射流性能。因此，应尽可能提高喷嘴内润湿表面的加工精度，把壁面摩擦系数降到最低。