四通阀与分水器在美国消防供水中的应用
黄晓哲1，傅智敏2
(1.厦门市消防救援支队，福建 厦门 361000； 2.中国人民警察大学，河北 廊坊 065000)
摘 要： 四通阀和分水器的恰当运用能够更好地满足消防供水的需要。在消火栓处使用四通阀以及远距离供水时在供水线上接入四通阀都能实现后续到场消防车直接为供水线加压而不中断供水；在消火栓处使用四通阀还能够方便地接入第二辆消防车实现消防车串联供水，可大大提高水泵接合器的进水压力；特定情况下，四通阀可作为闸阀、L形弯头或Y形分水器使用。在供水线上接入分水器，不仅能够节省人力，方便接入后续到场消防车，便于调整消防车位置，提高供水可靠性，还能实现消防车串联加压或延长供水线；利用分水器反向铺设供水线可将消防车分散在不同的消火栓处，有效避免大型火灾中消防车过于拥堵等方面的问题；在使用大口径分水器时应注意供水线连接的可靠性以及消防员的人身安全。
关键词： 消防供水；四通阀；分水器；供水线；大口径水带；供水压力
0引言
大口径水带(large-diameter hose，以下简称LDH)，通常口径为5 in(127.0 mm)，在美国有相当多的消防队只是将其当作长吸水管使用，水带从消火栓处一直铺设到火场。水带一端在消火栓主出水口处用4.5 in(114.3 mm)螺纹—卡槽接口转接器连接，另一端用类似的卡槽—螺纹接口转接器连接到消防车进水口，或连接到与消防车泵的螺纹接口相连的LDH进水口。当用水量不超过供水线的最大流量时，通常这种方案是可行的，但供水线内的压力损失使得这种方法的应用受到限制[1]。一些地区的供水系统能够满足大口径水带供水的水量要求，但较低的水压却会导致虽然有水但不足以克服水带压力损失。水带压力损失是消防队判断是否需要在消火栓处布置水罐车为LDH供水线加压的依据之一，压力损失大小与流量、供水距离和消火栓压力等因素有关。需要大量消防用水的商业场所火灾或供水线过长时都需要在消火栓处布置水罐车为LDH供水线加压。四通阀和分水器的恰当使用能够更好地满足消防供水的需求，表1所示为美国常用消防水带、消火栓、四通阀和分水器的尺寸[2]。
1利用四通阀为供水线加压
1.1 在消火栓处使用四通阀
在消火栓处使用四通阀不仅可以从消火栓处铺设供水线，还能够为消防车自身供水。如果用水量过大或铺设较长水带的压力损失造成流量不足，则后续到场的消防车可以在不中断供水的情况下通过四通阀为供水线加压。由图1所示为四通阀凸出的4.5 in(114.3 mm)螺纹进水口与消火栓主出水口连接，四通阀出水口A连接铺设向火场的5 in(127.0 mm) LDH(水压为消火栓压力，此时四通阀手柄为关闭位置)；后续到场水罐车用15 ft(4.6 m)或25 ft(7.6 m)的5 in(127.0 mm)LDH把四通阀出水口B与水罐车泵吸水口连接后，另一根5 in(127.0 mm)大口径短水带连接水罐车泵出水口和四通阀入水口C，将四通阀手柄转向开启位置，水流从消火栓进入后续到场加压水罐车入水口，然后通过四通阀入水口C再从四通阀出水口A流出实现为供水线加压。
表 1美国常用消防水带、消火栓、四通阀和分水器的尺寸
图 1 消火栓处连接四通阀经消防车加压
四通阀本身并不会促使消火栓内的水流动，但后续到场水罐车可以利用四通阀为供水线增压，使供水线内压力远大于消火栓的出水压力。利用四通阀为供水线增压的方式适用于小型消防队在后续车辆到达火场前只有一辆消防车短时间供水的情况，其最大的优点是可以使用比5 in(127.0 mm)口径小的水带，因而无需克服较高的压力损失。
1.2 远距离供水时使用四通阀串联消防车加压
四通阀在远距离供水情况下使用时，后续到场水罐车可以“在线”连接后接力加压而不会中断供水(如图2所示)。在2个水罐车编组用5 in(127.0 mm)水带铺设2 000 ft(609.6 m)长的供水线时，就可以在1 000 ft(304.8 m)处用卡槽(5 in，127.0 mm)—外螺纹(4.5 in，114.3 mm)接口转接器接入四通阀。后续串联加压消防车接入前，四通阀手柄为关闭状态，只有A、D为通路供水状态；加压消防车连接四通阀后，开启四通阀，水流通过四通阀出水口B经消防车加压后从四通阀进水口C重新进入供水线[3]。
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图 2 远距离供水线接入四通阀经消防车加压方式
2利用四通阀提高水泵接合器的进水压力
当消防车铺设5 in(127.0 mm)供水线为其自身供水，或靠其自身增压水罐为第一到场消防队供水展开灭火作业时，铺设供水线的消防员可以在离消防车最近的100 ft(30.5 m)供水线连接处接入分水器，此时需要使用到15 ft(4.6 m)、25 ft(7.6 m)和50 ft(15.2 m)等长度较短的LDH。分水器发挥了供水线开关的作用，在消火栓处供水的消防员不必在水罐车边等待其他消防员把供水线连接到消防车进水口。例如，当第一到场消防车是水罐车，并且火灾扑救显然需要采取举高水炮的防御型战术时，从消火栓处铺设5 in(127.0 mm)供水线并在供水线中接入分水器，用3 in(76.2 mm)水带连接分水器和水罐车进水口。这样既可以为用于冷却火场的小口径水带提供充足的消防用水，还能够留下分水器5 in(127.0 mm)出水口供后续到场的高喷车使用。消防员通过分水器控制供水线的水流，无需在接入高喷车时跑数百英尺回到消火栓处将其关闭。
在消火栓至火场方向的正向铺设供水线上使用分水器，不仅能够节省人力，方便接入后续到场消防车，便于调整消防车位置，提高供水可靠性，还能实现消防车串联加压或延长供水线。
(a) 1#水罐车通过四通阀与消火栓连接
(b) 2#水罐车通过四通阀接入供水线为水泵接合器加压供水
图 3 使用四通阀接入第2辆水罐车为水泵接合器加压供水示意图
3将四通阀作为闸阀、 L形弯头或 Y形分水器使用
3.1 把四通阀作为闸阀使用
在存在建筑倒塌危险、直接受到火焰辐射或需设置在更有利的位置等情形而需要重新布置消防车时，消防员可以直接关闭供水线上的分水器，移动消防车后再重新连接水带供水。图6所示为在1#消防车通过分水器与消火栓连接的前提下，使用分水器接入2#消防车实现串联供水的示意图。接入2#消防车时，需要先关闭供水线上的分水器，把连接1#消防车的供水线接入2#消防车，同时连接2#车出水口和1#车进水口，从而实现2辆消防车的串联加压供水。此时图6(b)中1#车泵进水口的减压阀应保持关闭状态，以确保足够的供水线出口压力。当图6(a)所示的1#消防车泵在加压供水过程中突然损坏时，可以采用相同的方式，通过接入2#消防车为1#车供水加压恢复火场供水。
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图 4 四通阀连接消火栓作为闸阀使用
3.2 把四通阀作为L形弯头或Y形分水器使用
正向铺设供水线的消防车可以使用提前连接好的水带，并将其他装备准备就绪，而且多功能高喷车可以直接使用举高水炮进行冷却灭火作业。但正向铺设供水线的方式也会有不良后果：一是消防员容易在消火栓本身压力可以满足利用LDH为消防车供水情况下产生懈怠心理；二是正向铺设供水线时，消防车大多布置在火场附近，过多的消防车会造成火场过于拥挤，大型火灾中水罐车很可能会占据后续到场高喷车的最佳位置；三是随着用水量的增加，只靠消火栓难以为供水线提供足够的压力。
水罐车配有1 000 ft(304.8 m)、5 in(127.0 mm)大口径和600 ft(182.9m)、3 in(76.2 mm)等不同规格的水带时，如果从消火栓到火场铺设5 in(127.0 mm)供水线时水带不够长，则可在供水线中接入分水器，用双头内螺纹转接器连接分水器的2.5 in(63.5 mm)接口与3 in(76.2 mm)水带，使供水线延长。后续到场车辆再在分水器处接入或接出5 in(127.0 mm)水带，从而在不中断供水的情况下提高供水能力。
图 5 利用四通阀作为Y型分水器使用
4利用分水器铺设供水线
4.1 正向铺设供水线
为了提高与水泵接合器相连的水罐车的进水压力，使用四通阀和LDH的方法使得在消火栓处接入另一台水罐车更为方便。要注意与供水线连接的水泵接合器加压水罐车的进水压力最大值为185 psi(1.28 MPa)，因为这是LDH供水线的最大允许压力。图3(a)所示为通过四通阀从消火栓为1#水罐车供水，1#车泵的进水压力为50 psi(0.35 MPa)，出水压力为250 psi(1.73 MPa)；图3(b)所示为通过四通阀与消火栓连接的2#水罐车将供水线压力增加到185 psi(1.28 MPa)，这使得为水泵接合器供水的1#车的进水压力增加至170 psi(1.17 MPa)，1#车加压后又把出水压力增加到了400 psi(2.76 MPa)，而且压力的增加并未提高发动机的转速[4]。如果为水泵接合器加压的水罐车泵的进水压力为150 psi(1.04 MPa)，为使泵的出水压力达到所需要的500 psi(3.45 MPa)，需要泵净增压350 psi(2.42 MPa)；此时应注意1#车泵进水口减压阀的设置情况，若减压阀开启，则水压下降，无法达到所希望的进水压力。
使用配有单级泵的水罐车为竖管水泵接合器供水时可能要2台泵串联才能形成所需压力。若一栋70层建筑内的消防泵失效，水泵接合器处必须要有500 psi(3.45 MPa)以上的压力克服因高度产生的压力损失，才能为水带提供足够的压力。为了保证这样的高压，需要一台与消火栓相连接的水罐车为另一台与水泵接合器进水口相连的水罐车加压，以便提高后者的进水压力和出水压力。虽然串联加压有不同的方式，但由于2台水罐车距离不能超过100 ft(30.5 m)，因而其实质就是近距离接力供水。
四通阀作为闸阀使用的情况主要有2种。一种是水罐车编组到达小规模住宅火场时，距所使用的消火栓距离不超过2条3 in(76.2 mm)水带的长度(1 200 ft，365.8 m)，此时水罐车编组可选择3 in(76.2 mm)水带作为水罐车的进水线，水带另一端连接消火栓的2.5 in(63.5 mm)出水口(如图4所示，需要使用变径转换接口)；另一种情况是只有水罐车驾驶员一个人，他无法独自将5 in(127.0 mm)的水带铺设到距离较远的消火栓处，此时该消防员可铺设口径为2.5 in(63.5 mm)或3 in(76.2 mm)水带至消火栓处，将水带与2.5 in(63.5 mm)的消火栓出水口连接(口径不同时需要使用变径转换接口)。这2种情况都要求在消火栓的4.5 in(114.3 mm)主出水口处接入四通阀，并使四通阀处于关闭状态，这样即使出现了突发情况，也能在不关闭消火栓的情况下连接消火栓的主出水口。
(a) 1#消防车通过分水器与消火栓连接
(b) 2#消防车通过分水器与1#车串联供水
图 6 使用分水器接入第2辆消防车实现串联供水示意图
开放型实验课是近年来发展起来的一种新型教学模式。科学、合理的应用这种教学模式，可有效的改善传统教学中存在的不足。长期以来，传统的实验课都是由教师负责操作，学生不能自由地参与到实验课程的制定当中，应面向全校师生开放实验室，在时间、空间、内容，以及教学方法上都进行改革，改变只有专业的实验技术人员才能进行教学的现象，给学生创造一个良好的学习环境，以便学生进行自主学习和个性化发展，为培养学生的实践能力提供良好的实验条件。
4.2 反向铺设供水线
当消火栓周围车辆妨碍了消火栓的使用又无法及时挪动时，可以把四通阀可作为L形弯头使用，以改变供水线的铺设方向。四通阀也可作为Y形分水器同时为2台水罐车供水，图5所示为消火栓同时为2辆水罐车水炮供水，口径为1.5 in(38.1 mm)水炮喷嘴的流量均为600 gpm(37.8 L·s-1)。虽然这种做法会限制这2辆消防车的流量，但在不能从消火栓2.5 in(63.5 mm)出水口连接水带为第二辆水罐车供水的情况下可作为应急的权宜措施使用。在扑救大面积废料场火灾或拖车停车场火灾时，若每条供水线流量不超过500 gpm(31.5 L·s-1)，且只有一个消火栓可供使用，利用这种方法可以为2台相距很远的水罐车供水[5]。该方案成功的关键在于要有相对较高的消火栓压力以克服四通阀和供水线的压力损失。
要使LDH供水压力大于消火栓压力，还可以采取反向铺设供水线的方法(由火场向消火栓方向铺设水带)，即用一条LDH或多条短LDH相连，在消火栓大口径出水口处为供水线加压。反向铺设供水线通常在消火栓数量充足并且有增援车辆能够快速建立水源时使用。与正向铺设供水线消防车(通常消防车头朝向火场、水带箱朝向消火栓，分水器位于消火栓处)集中在火场附近布置不同，反向铺设供水线时消防车靠近消火栓布置(分水器靠近火场布置)，因而消防车布置相对较为分散。大型火灾中，特勤队的消防车应布置在消火栓处(最好是大口径供水主干管道上的消火栓)，打开消火栓确认其是否能用，排放杂质后再反向铺设水带(此时消防车水带箱朝向火场，消防车头朝向消火栓)。如果火场距离消火栓很远，1条水带无法满足要求，则可以让其他中队继续向消火栓铺设供水线。图7所示为1个水罐车编组利用1个分水器架设2台移动水炮的情形。在反向铺设供水线前，所有装备都已在火场准备就绪，先在火场通过分水器连接LDH供水线和移动水炮水带，LDH供水线另一端与水罐车出水口连接，水罐车进水口通过1条5 in(127.0 mm)的短LDH直接与消火栓相连(消火栓处的四通阀实际上作为卡槽接口转接器使用)，水罐车通过大口径出水口为LDH加压[6]。图8所示为美国内华达州克拉克县(Clark county, NV)消防局水罐车配备的带压力表的分水器(2个127.0 mm主接口)，用于消防员反向铺设供水线时的供水和流量控制。在公寓楼火灾中，水罐车可能停在路边或停车场内，距离火场几百英尺。此时可将分水器置于公寓庭院中使用，相当于将水罐车的控制板前移到了庭院中。
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图 7 利用分水器架设2台移动水炮
图 8 带有在线压力表的分水器
在使用大口径分水器时要多加小心，水带既不能松弛，也不能弯曲或扭转，尤其是在分水器连接处更要注意。虽然分水器设有减压阀，但若快速充水仍会突然摆动。消防员在LDH充水时要远离分水器，以免伤到脚踝。为使用非旋转卡槽接口连接分水器的LDH充水时特别要注意，水带扭转不仅可能导致器材上下蹿动，甚至还会导致接口松开，水带脱扣。考虑到LDH在充水时会变长伸直，分水器会移动位置，因而至少要在消防车后预留10 ft(3.0 m)长度的水带。
5结束语
恰当地运用四通阀和分水器能更好地满足消防供水的需要。使用四通阀不仅可以在不中断供水的前提下方便地把后续到场消防车接入供水线加压，还能实现消防车串联供水，大大提高水泵接合器的进水压力。特定情况下，四通阀可作为闸阀、L形弯头或Y形分水器使用。在正向铺设的供水线上使用分水器，能够节省人力,方便接入后续到场消防车,优化消防车位置,提高供水可靠性，还能实现消防车串联加压或延长供水线。利用分水器反向铺设供水线可将消防车分散在不同的消火栓处，有效避免大型火灾中消防车过于拥堵等方面的问题。
参考文献：
[1] GUSTIN Bill.Appliances increase versatility of large-diameter hose[J].Fire Engineering,2016(5):49-58.
[2] National Fire Protection Association, International Association of Fire Chiefs.Fundamentals of fire fighter skills[M].4th ed.Burlington,MA:Jones & Bartlett Learning,2019.
[3] National Fire Protection Association.Standard on training for emergency scene operation: NFPA 1410—2015[S].2015.
[4] National Fire Protection Association.Standard for the care, use, inspection, service testing, and replacement of fire hose, couplings, nozzles, and fire hose appliances: NFPA 1962—2018[S].2018.
[5] National Fire Protection Association.Standard for fire hose connections: NFPA 1963—2019[S].2019.
[6] National Fire Protection Association.Standard for fire hose appliances: NFPA 1965—2014[S].2014.
Application of Four -way Valve and Water Distributor in Fire Water Supply in the United States
HUANG Xiaozhe1, FU Zhimin2
(1.Xiamen Municipal Fire and Rescue Brigade ,Fujian Province 361000,China ；2.China People ’s Police University ,Langfang ,Hebei Province 065000,China )
Abstract : The needs of fire water supply can be better met by the proper use of four-way valve and water distributor. Installing four-way valve in fire hydrant and water supply hose covering long distance enables the following-up fire trucks to pressurize the water supply hose directly without interruption. Installing four-way valve in fire hydrant also enables the second following-up fire truck to easily get serially connected so as to greatly increase the access pressure of water pump adapter. Under specific circumstances, four-way valve can play the role of gate valve, L-shaped elbow or Y-shaped water distributor. Installing water distributor in water supply hose can not only save manpower, facilitate access to follow-up fire engines, adjust the position of fire trucks and improve the reliability of water supply, but also realize series pressurization of fire trucks or prolong water supply hose. Using water distributor to lay water supply hose in reverse direction can place fire engines in different locations of fire hydrants and effectively avoid the jam of fire engines in large-scale fire. It is necessary to pay attention to the reliability of water supply hose connection and the personal safety of firefighters when using large-caliber water distributor.
Key words : fire water supply; four-way valve; water distributor; water supply hose; large-caliber hose; water supply pressure
中图分类号： D631.6
文献标志码： A
文章编号： 1008-2077(2019)06-0033-05
收稿日期： 2019-04-25
作者简介： 黄晓哲(1992— )，女，山东菏泽人，硕士； 傅智敏(1968— )，女，河南开封人，教授，博士。
(责任编辑陈 华 )
标签：消防供水论文; 四通阀论文; 分水器论文; 供水线论文; 大口径水带论文; 供水压力论文; 厦门市消防救援支队论文; 中国人民警察大学论文;