射流状态可调的安全消防水枪及其调试方法和使用方法与流程

本发明涉及消防工具领域，尤其是一种消防水枪。

背景技术：

随着我国城市化进程加快，城市建筑越来越高大和密集。发生城市建筑火灾时，火势将短时间内增大且迅速蔓延，这给城市消防工作提出了新的挑战。

消防水枪是喷水灭火系统中的核心组成部分，火场灭火时，除了保证消防水枪的喷射水量，还应该确保一定的喷射压力，以获得更大的喷射距离，从而提高灭火的效能。

依据火场情况和属性，经常需要用到水和二氧化碳气液混合体灭火，但现有的消防水枪结构能够单纯提供水和二氧化碳气液混合体，却无法依据火场情况有效调节水枪的射流状态，亦或者能够调节射流状态却无法同时喷射水和二氧化碳的水气混合体。这种状况导致灭火作业时不仅浪费大量水资源和二氧化碳资源，且灭火效果不佳，造成二次水渍污染和二氧化碳污染。由于喷水方式单一，在某些场合使用中还需要更换枪头，影响灭火时机，降低灭火效率，甚至威胁消防战士的生命安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够调节射流状态的安全消防水枪。

为实现上述目的，本发明的射流状态可调的安全消防水枪包括筒形壳体，筒形壳体一端设有用于连接消防水管的进水接头，筒形壳体的另一端设有喷出口；筒形壳体向下设有壳体手柄，

以水流方向为下游方向，进水接头与喷出口之间的筒形壳体沿上游至下游的方向依次连接有进水用电磁阀、进气管、挡水板、金属网和电磁针阀；

进水用电磁阀用于调节水流量；

进气管用于连接外置的通气管并向筒形壳体内通入二氧化碳气体；

挡水板的周向外缘与筒形壳体内壁相连接，挡水板的中部设有通水口；

金属网周向外缘与筒形壳体内壁相连接；

电磁针阀设置于筒形壳体内且电磁针阀的出口作为所述喷出口；

筒形壳体外壁连接有电控装置，电控装置的外壳上嵌设有显示屏，电控装置连接有蓄电池；

进水用电磁阀上游方的筒形壳体连接有第一流量传感器，第一流量传感器用于检测进入筒形壳体的水的流量；

进气管上设有进气用电磁阀和第二流量传感器，第二流量传感器用于检测进入筒形壳体的二氧化碳气体的流量，进气用电磁阀用于调节进入筒形壳体的二氧化碳气体的流量；

筒形壳体的下游端设有激光测距传感器，激光测距传感器的测量方向朝向下游方向；筒形壳体的中部外壁设有倾角传感器；

电控装置通过信号线路连接第一流量传感器、第二流量传感器、电磁针阀、进水用电磁阀、进气用电磁阀、激光测距传感器和倾角传感器；电控装置中具有存储器，存储器中存储有数组表，数组表中存储有喷射距离与二氧化碳流量的对应关系数据以及不同倾角下喷射距离与电磁针阀开启度的对应关系数据。

进气管与筒形壳体的下表面相连接，金属网的目数为90±10目。

所述筒形壳体连接有照明装置，照明装置包括与筒形壳体上表面相连接的照明用壳体，照明用壳体内设有所述蓄电池，照明用壳体向前设有照明灯，照明灯通过导线与蓄电池相连接，导线上串联有照明开关，照明开关设置于照明用壳体上。

电磁针阀处的筒形壳体上嵌设有环形密封板。

本发明还公开了上述射流状态可调的安全消防水枪的调试方法，在出厂前，对射流状态可调的安全消防水枪进行调试；

第一步骤是连接步骤；使外置的高压二氧化碳气体源通过通气管与进气管相连接，外置的高压水源通过高压水管与进水接头相连接；高压二氧化碳气体源用于向进气管内通入压力恒定的高压二氧化碳气体，高压水源用于向筒形壳体内通入压力恒定的高压水；打开电控装置；

第二步骤是获取喷射距离与二氧化碳流量的对应关系；

第三步骤是获取喷射距离与电磁针阀开启度的对应关系；

第四步骤是录入步骤，将第二步骤和第三步骤中获得的喷射距离与二氧化碳流量的对应关系，以及电磁针阀开启度与喷射距离的对应关系录入数组表中，作为电控装置调节二氧化碳流量和电磁针阀的开启度的依据。

以射流状态可调的安全消防水枪的喷水方向为下游方向，第二步骤具体是：

在水平方向设置水平安装架，在水平安装架上沿上下游方向间隔1米设置一个雾化喷油嘴，各雾化喷油嘴均通过油管连接油罐，各雾化喷油嘴的喷油方向均朝向下游方向；射流状态可调的安全消防水枪的喷射最远距离大于等于x米并小于x+1米，x为整数；雾化喷油嘴设置有x个；使各雾化喷油嘴喷出油雾并点燃，形成火源；

调试人员手持射流状态可调的安全消防水枪朝向下游方向，使射流状态可调的安全消防水枪距离最上游的雾化喷油嘴的距离为1米；

从最上游的雾化喷油嘴形成的火源到最下游的雾化喷油嘴形成的火源，依次进行二氧化碳流量获取作业；

二氧化碳流量获取作业是：

通过电控装置打开进水用电磁阀和进气用电磁阀，使进水用电磁阀和进气用电磁阀的开启度均为最大开启度，调节电磁针阀的开启度为半开状态；对准火源处的火焰进行喷射灭火；

调试人员通过电控装置逐渐减小进气用电磁阀的开启度，并观察灭火效果，最后记录灭火效果最佳时第二流量传感器的流量数据。

以射流状态可调的安全消防水枪的喷水方向为下游方向，第三步骤具体是：

设置第一安装架、第二安装架和第三安装架，第一安装架的倾角为20度，第二安装架的倾角为45度，第三安装架的倾角为65度；将调试用射流状态可调的安全消防水枪设置在各安装架的底端，各安装架底端的射流状态可调的安全消防水枪的倾角与相应的安装架的倾角相同；

在第一安装架和第三安装架上，均沿上下游方向间隔1米设置一个雾化喷油嘴，各雾化喷油嘴均通过油管连接油罐，各雾化喷油嘴均水平设置且喷油方向均朝向下游方向；

第一安装架、第二安装架和第三安装架上的雾化喷油嘴分别设置有x个；

分别对于水平安装架、第一安装架、第二安装架和第三安装架进行调试作业，对一个安装架进行的调试作业是：

使该安装架上的各雾化喷油嘴喷出油雾并点燃，形成火源；

调试人员手持射流状态可调的安全消防水枪朝向下游方向，使射流状态可调的安全消防水枪距离最上游的雾化喷油嘴的距离为1米；

从最上游的雾化喷油嘴形成的火源到最下游的雾化喷油嘴形成的火源，依次进行电磁针阀开启度获取作业；

电磁针阀开启度获取作业是：

通过电控装置打开进水用电磁阀和进气用电磁阀，根据第二步骤中获取的喷射距离与二氧化碳流量的对应关系调节进气用电磁阀的开启度，使二氧化碳流量与喷射距离相匹配；

使电磁针阀的开启度为10%，对准火源处的火焰进行喷射灭火；

调试人员通过电控装置逐渐增大电磁针阀的开启度，并观察灭火效果，最后记录灭火效果最佳时电磁针阀的开启度以及相应的安装架的倾角数据；水平安装架的倾角为零。

本发明还公开了上述射流状态可调的安全消防水枪的使用方法，按以下步骤进行：

第一步骤是连接步骤；在灭火现场，使外置的高压二氧化碳气体源通过通气管与进气管相连接，外置的高压水源通过高压水管与进水接头相连接；高压二氧化碳气体源用于向进气管内通入压力恒定的高压二氧化碳气体，高压水源用于向筒形壳体内通入压力恒定的高压水；打开电控装置；

第二步骤是根据灭火现场的明暗程度，打开或关闭照明装置；

第三步骤是倾角和距离获取步骤；灭火人员手持射流状态可调的安全消防水枪对准火源，电控装置通过激光测距传感器获得喷射目标的距离值，同时通过倾角传感器获取当前射流状态可调的安全消防水枪的倾角；

第三步骤进行的同时，电控装置打开进气用电磁阀、进水用电磁阀和电磁针阀，使进气用电磁阀、进水用电磁阀和电磁针阀均处于半开状态，开始喷射水气混合物；

第四步骤是自动调节步骤；

电控装置根据喷射距离与二氧化碳流量的对应关系数据，控制进气用电磁阀的开启度，通过第二流量传感器监测二氧化碳流量，使二氧化碳流量与喷射距离相匹配；

同时，电控装置根据不同倾角下喷射距离与电磁针阀开启度的对应关系数据，控制电磁针阀的开启度，使电磁针阀的开启度与当前倾角与喷射距离相匹配。

第四步骤中，倾角为零时为水平喷射，倾角为90度时为垂直向上喷射；

当前倾角小于5度时，电控装置按倾角为零时相匹配的电磁针阀的开启度对电磁针阀进行控制；

当前倾角大于等于5度并小于20时，电控装置按倾角为20度时相匹配的电磁针阀的开启度对电磁针阀进行控制；

当前倾角大于等于20度并小于45时，电控装置按倾角为45度时相匹配的电磁针阀的开启度对电磁针阀进行控制；

当前倾角大于等于45度时，电控装置按倾角为65度时相匹配的电磁针阀的开启度对电磁针阀进行控制。

本发明具有如下的优点：

本发明通过对水气混合消防水枪的水力性能进行研究，结合消防水枪的喷射过程基本原理，对相应结构进行优化，针对现有技术存在的不足，设计出能够调节射流状态的安全消防水枪，既能够调节气水比例以优化灭火效果，又能够通过电磁针阀调节喷水速度，从而适应不同远近的火源灭火需要。电磁针阀的开启度较小时喷出的水的速度相对较高但水的压头损失较大，电磁针阀的开启度较大时喷出的水的速度相对较低同时水的压头损失较低。

挡水板上游侧的水在通水口以外挡水板的遮挡作用下形成紊流，有利于二氧化碳气体和水充分混合。气水混合物经过挡水板的通水口向下游流动。控制进气用电磁阀的开启度，能够调节气水比例。

进气管与筒形壳体的下表面相连接，这样二氧化碳气体通入筒形壳体的位置位于筒形壳体下部，在浮力的作用下，二氧化碳气体形成的气泡能够在筒形壳体的竖向截面上较为均匀地分布，有利于气水混合得更加均匀。

金属网的目数越高，二氧化碳气泡通过后就被切割得越细小、从而使二氧化碳气体在水流内分布得更加均匀，但同时金属网对水流的阻力也就越大。金属网的目数为90±10目，在二氧化碳气体分布均匀性和水流阻力之间取得平衡，经金属网切割后的二氧化碳气泡的大小既取得了较好的二氧化碳分布均匀性、从而取得较好的灭火效果，又不过多增加水流阻力。

照明装置的设置，便于照亮前方，有利于使用者开展灭火工作。环形密封板能够增强电磁针阀处的密封性能。

本发明的调试方法组织严谨，能够获取喷射距离与二氧化碳流量的对应关系数据以及不同倾角下喷射距离与电磁针阀开启度的对应关系数据，为实现自动调节并取得良好的灭火效果提供基础。

由于喷出的水在飞行途中，其内混合的二氧化碳气泡会部分进入大气，因此喷水距离不同会改变水中二氧化碳的含量。经过试验研究，对于同一型号的产品（射流状态可调的安全消防水枪），水中二氧化碳量的改变只与喷水距离有关，而与喷水倾角关系不大，因此只需要在水平方向上排列雾化喷油嘴即可得出距离与二氧化碳流量的对应关系；第二步骤剔除了喷水倾角的变化，简化了距离与水汽比例对应关系的获取方法。

第二步骤和第三步骤中，由于各雾化喷油嘴的喷油方向均朝向下游方向，因此气水混合物（即二氧化碳气体和水的混合物）不易直接将火喷灭，从而便于调试人员持续观察气水混合物对火的压制效果；

本发明的使用方法简洁高效，无须人工干预即可自动调节好电磁针阀和进气用电磁阀的开启度，使电磁针阀和进气用电磁阀的开启度与当前喷射角度以及火源距离相适应，缩短灭火准备时间，取得良好的灭火效果。

倾角的具体控制方法，保证了实际的喷射距离能够达到火源，一方面无须人工调节、方便了灭火工作并提高了灭火效率，另一方面也简化了控制过程和调试过程，无须对每种不同的倾角进行调试和控制。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的电控原理图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的射流状态可调的安全消防水枪包括筒形壳体1，筒形壳体1一端设有用于连接消防水管的进水接头2，筒形壳体1的另一端设有喷出口3；筒形壳体1向下设有壳体手柄4；

以水流方向为下游方向，进水接头2与喷出口3之间的筒形壳体1沿上游至下游的方向依次连接有进水用电磁阀5、进气管6、挡水板7、金属网8和电磁针阀9；

进水用电磁阀5用于调节水流量；

进气管6用于连接外置的通气管并向筒形壳体1内通入二氧化碳气体；

挡水板7的周向外缘与筒形壳体1内壁相连接，挡水板7的中部设有通水口；在板的中部开口以通过水是常规技术，图未示通水口。

金属网8周向外缘与筒形壳体1内壁相连接；

电磁针阀9设置于筒形壳体1内且电磁针阀9的出口作为所述喷出口3；

筒形壳体1外壁连接有电控装置15，电控装置15的外壳上嵌设有显示屏，电控装置15连接有蓄电池11；电控装置15为51单片机、52单片机或plc。

进水用电磁阀5上游方的筒形壳体1连接有第一流量传感器16，第一流量传感器16用于检测进入筒形壳体1的水的流量；

进气管6上设有进气用电磁阀17和第二流量传感器18，第二流量传感器18用于检测进入筒形壳体1的二氧化碳气体的流量，进气用电磁阀17用于调节进入筒形壳体1的二氧化碳气体的流量；

筒形壳体1的下游端设有激光测距传感器19，激光测距传感器19的测量方向朝向下游方向（即水流喷射方向）；筒形壳体1的中部外壁设有倾角传感器20；

电控装置15通过信号线路连接第一流量传感器16、第二流量传感器18、电磁针阀9、进水用电磁阀5、进气用电磁阀17、激光测距传感器19和倾角传感器20；电控装置15中具有存储器，存储器中存储有数组表，数组表中存储有喷射距离与二氧化碳流量的对应关系数据以及不同倾角下喷射距离与电磁针阀开启度的对应关系数据。

进气用电磁阀17、进水用电磁阀5和电磁针阀9等部件均为常规装置，具体结构不再详述。各数据中，喷射距离的单位为米、倾角的单位为度、水流量和二氧化碳流量的单位均为升/秒，电磁针阀9的开启度值为百分比，100%即电磁针阀9全开，0%即关闭电磁针阀9。

挡水板7上游侧的水在通水口以外挡水板7的遮挡作用下形成紊流，有利于二氧化碳气体和水充分混合。气水混合物经过挡水板7的通水口向下游流动。控制进气用电磁阀17的开启度能够调节气水比例。

进气管6与筒形壳体1的下表面相连接，金属网8的目数为90±10目。

进气管6与筒形壳体1的下表面相连接，这样二氧化碳气体通入筒形壳体1的位置位于筒形壳体1下部，在浮力的作用下，二氧化碳气体形成的气泡能够在筒形壳体1的竖向截面上较为均匀地分布，有利于气水混合得更加均匀。

金属网8的目数越高，二氧化碳气泡通过后就被切割得越细小、从而使二氧化碳气体在水流内分布得更加均匀，但同时金属网8对水流的阻力也就越大。金属网8的目数为90±10目，在二氧化碳气体分布均匀性和水流阻力之间取得平衡，经金属网8切割后的二氧化碳气泡的大小既取得了较好的二氧化碳分布均匀性、从而取得较好的灭火效果，又不过多增加水流阻力。

所述筒形壳体1连接有照明装置，照明装置包括与筒形壳体1上表面相连接的照明用壳体，照明用壳体内设有所述蓄电池11，照明用壳体向前设有照明灯12，照明灯12通过导线与蓄电池11相连接，该处导线上串联有照明开关13，照明开关13设置于照明用壳体10上。

电磁针阀9处的筒形壳体1上嵌设有橡胶制成的环形密封板。

本发明还公开了上述射流状态可调的安全消防水枪的调试方法，在出厂前，对射流状态可调的安全消防水枪进行调试；

其特征在于：

第一步骤是连接步骤；使外置的高压二氧化碳气体源通过通气管与进气管6相连接，外置的高压水源通过高压水管与进水接头2相连接；高压二氧化碳气体源用于向进气管6内通入压力恒定的高压二氧化碳气体，高压水源用于向筒形壳体1内通入压力恒定的高压水；打开电控装置15；

高压二氧化碳气体源和高压水源以及恒压供气、恒压供水均为现有技术，如通过高压气罐或气泵提供高压二氧化碳气体，通过高压水箱或水泵提供高压水，通过调压阀或稳压阀稳定供气压力和供水压力，进行恒压供气和恒压供水，具体不再详述。

第二步骤是获取喷射距离与二氧化碳流量的对应关系；

由于喷出的水在飞行途中，其内混合的二氧化碳气泡会部分进入大气，因此喷水距离不同会改变水中二氧化碳的含量。经过试验研究，对于同一型号的产品（射流状态可调的安全消防水枪），水中二氧化碳量的改变只与喷水距离有关，而与喷水倾角关系不大，因此只需要在水平方向上排列雾化喷油嘴即可得出距离与二氧化碳流量的对应关系；第二步骤剔除了喷水倾角的变化，简化了距离与水汽比例对应关系的获取方法。水中混入合适量的二氧化碳气体，能够提高灭火效果。

第三步骤是获取喷射距离与电磁针阀开启度的对应关系；

第四步骤是录入步骤，将第二步骤和第三步骤中获得的喷射距离与二氧化碳流量的对应关系，以及电磁针阀开启度与喷射距离的对应关系录入数组表中，作为电控装置15调节二氧化碳流量和电磁针阀9的开启度的依据。

以射流状态可调的安全消防水枪的喷水方向为下游方向，第二步骤具体是：

在水平方向设置水平安装架，在水平安装架上沿上下游方向间隔1米设置一个雾化喷油嘴，各雾化喷油嘴均通过油管连接油罐，各雾化喷油嘴的喷油方向均朝向下游方向；射流状态可调的安全消防水枪的喷射最远距离大于等于x米并小于x+1米，x为整数；雾化喷油嘴设置有x个；使各雾化喷油嘴喷出油雾并点燃，形成火源；

调试人员手持射流状态可调的安全消防水枪朝向下游方向，使射流状态可调的安全消防水枪距离最上游的雾化喷油嘴的距离为1米；

从最上游的雾化喷油嘴形成的火源到最下游的雾化喷油嘴形成的火源，依次进行二氧化碳流量获取作业；

二氧化碳流量获取作业是：

通过电控装置15打开进水用电磁阀5和进气用电磁阀17，使进水用电磁阀5和进气用电磁阀17的开启度均为最大开启度（即开启度为100%），调节电磁针阀9的开启度为半开状态（即开启度为50%）；对准火源处的火焰进行喷射灭火；

第二步骤和第三步骤中，由于各雾化喷油嘴的喷油方向均朝向下游方向，因此气水混合物（即二氧化碳气体和水的混合物）不易直接将火喷灭，从而便于调试人员持续观察气水混合物对火的压制效果；

调试人员通过电控装置15逐渐减小进气用电磁阀17的开启度，并观察灭火效果，最后记录灭火效果最佳时第二流量传感器18的流量数据。

以射流状态可调的安全消防水枪的喷水方向为下游方向，第三步骤具体是：

设置第一安装架、第二安装架和第三安装架，第一安装架的倾角为20度，第二安装架的倾角为45度，第三安装架的倾角为65度；将调试用射流状态可调的安全消防水枪设置在各安装架的底端，各安装架底端的射流状态可调的安全消防水枪的倾角与相应的安装架的倾角相同；

在第一安装架和第三安装架上，均沿上下游方向间隔1米设置一个雾化喷油嘴，各雾化喷油嘴均通过油管连接油罐，各雾化喷油嘴均水平设置且喷油方向均朝向下游方向；

第一安装架、第二安装架和第三安装架上的雾化喷油嘴分别设置有x个；

分别对于水平安装架、第一安装架、第二安装架和第三安装架进行调试作业，对一个安装架进行的调试作业是：

使该安装架上的各雾化喷油嘴喷出油雾并点燃，形成火源；

调试人员手持射流状态可调的安全消防水枪朝向下游方向，使射流状态可调的安全消防水枪距离最上游的雾化喷油嘴的距离为1米；

从最上游的雾化喷油嘴形成的火源到最下游的雾化喷油嘴形成的火源，依次进行电磁针阀开启度获取作业；

电磁针阀开启度获取作业是：

通过电控装置15打开进水用电磁阀5和进气用电磁阀17，根据第二步骤中获取的喷射距离与二氧化碳流量的对应关系调节进气用电磁阀17的开启度，使二氧化碳流量与喷射距离相匹配；

使电磁针阀9的开启度为10%，对准火源处的火焰进行喷射灭火；

调试人员通过电控装置15逐渐增大电磁针阀9的开启度，并观察灭火效果，最后记录灭火效果最佳时电磁针阀9的开启度以及相应的安装架的倾角数据；水平安装架的倾角为零。

本发明的调试方法组织严谨，能够获取喷射距离与二氧化碳流量的对应关系数据以及不同倾角下喷射距离与电磁针阀开启度的对应关系数据，为实现自动调节并取得良好的灭火效果提供基础。

本发明还公开了上述射流状态可调的安全消防水枪的使用方法，按以下步骤进行：

第一步骤是连接步骤；在灭火现场，使外置的高压二氧化碳气体源通过通气管与进气管6相连接，外置的高压水源通过高压水管与进水接头2相连接；高压二氧化碳气体源用于向进气管6内通入压力恒定的高压二氧化碳气体，高压水源用于向筒形壳体1内通入压力恒定的高压水；打开电控装置15；

第二步骤是根据灭火现场的明暗程度，打开或关闭照明装置；灭火人员视线清晰时关闭照明装置，否则打开照明装置；

第三步骤是倾角和距离获取步骤；灭火人员手持射流状态可调的安全消防水枪对准火源，电控装置15通过激光测距传感器19获得喷射目标的距离值，同时通过倾角传感器20获取当前射流状态可调的安全消防水枪的倾角；

第三步骤进行的同时，电控装置15打开进气用电磁阀17、进水用电磁阀5和电磁针阀9，使进气用电磁阀17、进水用电磁阀5和电磁针阀9均处于半开状态（即开启度均为50%），开始喷射水气混合物；

第四步骤是自动调节步骤；

电控装置15根据喷射距离与二氧化碳流量的对应关系数据，控制进气用电磁阀17的开启度，通过第二流量传感器18监测二氧化碳流量，使二氧化碳流量与喷射距离相匹配；具体地，监测到的二氧化碳流量数据小于与当前喷射距离相匹配的流量数据时，调大进气用电磁阀17的开启度，反之调小进气用电磁阀17的开启度，直到二氧化碳流量与喷射距离相匹配。

同时，电控装置15根据不同倾角下喷射距离与电磁针阀开启度的对应关系数据，控制电磁针阀9的开启度，使电磁针阀9的开启度与当前倾角与喷射距离相匹配。

本发明的使用方法简洁高效，无须人工干预即可自动调节好电磁针阀9和进气用电磁阀17的开启度，使电磁针阀9和进气用电磁阀17的开启度与当前喷射角度以及火源距离相适应，缩短灭火准备时间，取得良好的灭火效果。

第四步骤中，倾角为零时为水平喷射，倾角为90度时为垂直向上喷射；

当前倾角小于5度时，电控装置15按倾角为零时相匹配的电磁针阀9的开启度对电磁针阀9进行控制；

当前倾角大于等于5度并小于20时，电控装置15按倾角为20度时相匹配的电磁针阀9的开启度对电磁针阀9进行控制；

当前倾角大于等于20度并小于45时，电控装置15按倾角为45度时相匹配的电磁针阀9的开启度对电磁针阀9进行控制；

当前倾角大于等于45度时，电控装置15按倾角为65度时相匹配的电磁针阀9的开启度对电磁针阀9进行控制。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。