Объяснение коэффициентов пожарных рукавов: значения потерь на трение и реальное давление насоса

Два оператора насоса приезжают в одно и то же трехэтажное здание и подают воду из одного и того же сопла при одинаковых настройках. У одного на манометре расхода давление примерно на 50 фунтов на квадратный дюйм больше, и никто не может объяснить, почему. В большинстве случаев ответ заключается не в насосе и не в двигателе. Речь идет о шланге, а конкретно о присвоенном ему коэффициенте.

Вот первый вывод. Коэффициент пожарного рукава — это одно число, которое описывает, какое давление потребляет 100-футовый участок шланга, когда вода движется по нему со скоростью 100 галлонов в минуту. Умножьте это число на площадь потока и длину в сотнях футов, и вы получите потери на трение. Каждая диаграмма, сокращение поля и спор о линиях атаки 1,75 дюйма против 2 дюймов вырастают из этого одного соотношения.

Практический вывод прост. Если вы не знаете коэффициент шланга, который вы на самом деле носите, вы предполагаете давление насоса. Это предположение остается в силе до тех пор, пока линия не станет длинной, поток не увеличится или шланг не устареет.

О чем на самом деле говорит коэффициент шланга

Формула потерь на трение, используемая в пожарных службах Северной Америки, достаточно коротка, чтобы ее можно было запомнить. FL равен C, умноженному на Q в квадрате, умноженному на L. FL — потери на трение в фунтах на квадратный дюйм. Q — расход в сотнях галлонов в минуту, поэтому 250 галлонов в минуту становятся 2,5. L — длина в сотнях футов, поэтому 200 футов становятся 2. C — это коэффициент, и это единственный член в уравнении, который описывает сам шланг, а не то, как вы его используете.

Это имеет значение, поскольку расход и длина определяются на панели насоса, а коэффициент является свойством шланга, находящегося в дне. Он учитывает внутренний диаметр, состояние гильзы, неровности рубашки, прижимающейся к воде, а также турбулентность, создаваемую на каждом изгибе и соединении лески.

Две линии, обе помеченные как 2,5 дюйма, могут иметь разные коэффициенты. Новый шланг с резиновым покрытием и шланг пятнадцатилетней давности того же номинального размера ведут себя по-разному, даже если надпись на оболочке идентична.

Стандартные значения коэффициентов в зависимости от размера шланга

В большинстве учебных материалов в США используются значения, опубликованные IFSTA и Национальной пожарной академией. Они являются разумной отправной точкой, и их цитируют достаточно широко, чтобы все участники пожара работали с одинаковыми номерами.

Последние два столбца показывают, что коэффициент делает на практике. Удвоение потока не удваивает потери, а умножает их в четыре, поскольку Q возведено в квадрат. Леска диаметром 2 дюйма при скорости 200 галлонов в минуту теряет 32 фунта на квадратный дюйм на сотню футов, тогда как та же леска при скорости 100 галлонов в минуту теряет только 8 фунтов на квадратный дюйм.

Рабочий пример, который можно повторить на костре

Возьмите 200 футов 2-дюймового шланга с расходом 250 галлонов в минуту. Q — 2,5, L — 2 и C — 8.

FL равен 8 x 2,5 x 2,5 x 2, что составляет 100 фунтов на квадратный дюйм.

Теперь добавьте остальную часть системы. Насадка для тумана, рассчитанная на давление 100 фунтов на квадратный дюйм, требует давления 100 фунтов на квадратный дюйм на кончике. Подъем на десять футов стоит примерно 4,3 фунта на квадратный дюйм, поэтому сопло третьего этажа добавляет около 13 фунтов на квадратный дюйм. Звездочка или распределитель добавляют еще от 10 до 25 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от устройства и расхода.

Давление нагнетания насоса равно 100 плюс 100 плюс 13 плюс 10 или 223 фунта на квадратный дюйм.

Переключитесь на шланг диаметром 2,5 дюйма, и арифметика полностью изменится. Те же 250 галлонов в минуту на тех же 200 футах теряют 2 x 6,25 x 2, или 25 фунтов на квадратный дюйм. Это экономия на 75 фунтов на квадратный дюйм на одной линии, и это весь случай для шланга большого диаметра в одном расчете.

Когда коэффициент начинает дрейфовать

В опубликованных таблицах предполагается использование нового, чистого шланга с полным покрытием. Полевой шланг отличается от других, и несколько факторов приводят к тому, что реальные потери превышают табличные значения.

• Возраст шланга и состояние вкладыша. Отделение гильзы, плесень и истирание повышают эффективную шероховатость. Двадцатипроцентный штраф на старой леске шириной 1,75 дюйма не является чем-то необычным.
• Фактический внутренний диаметр. Номинальные размеры являются приблизительными, а потеря давления примерно пропорциональна диаметру, обратному пятой степени, поэтому шланг немного меньшего размера стоит дороже, чем ожидает большинство операторов.
• Температура воды. Холодная вода более вязкая, и на длинной линии требуется несколько дополнительных фунтов на квадратный дюйм.
• Макет. Перегибы, резкие изгибы по углам и шланг, зажатый под дверью, ведут себя как дополнительная длина, которая никогда не проявляется в ваших измерениях.

Точки подключения заслуживают отдельного внимания. Правильно подобранная муфта добавляет небольшие местные потери, а соединение, собранное с перекрученной прокладкой или частично посаженной головкой, добавляет значительно больше. Сложенная прокладка отображается на манометре как проблема с коэффициентом, даже если сам шланг в порядке. Правильная сборка описана в этом руководстве по как следует соединить соединение пожарного шланга .

Как муфты, адаптеры и устройства добавляют скрытые потери

Каждое устройство между насосом и форсункой имеет свои потери, и метод коэффициентов их не учитывает. В таблице описан шланг. Ничего не говорится об оборудовании, прикрученном к концам.

Больше всего сюрпризов вызывают адаптеры. Переход от одного национального стандарта к другому, например подключение линии Storz к впускному отверстию Machino, требует адаптера с собственной внутренней геометрией. Хороший адаптер — короткий, гладкий и полнопроходной. Бедный человек спускается по поперечному сечению, и эта ступенька ведет себя как шланг меньшего размера. На линии подачи 500 галлонов в минуту адаптер, сужающий отверстие на четверть дюйма, может стоить большего давления, чем 50 футов шланга, к которому он прикреплен.

Практическое правило состоит в том, чтобы выбирать переходник, диаметр которого соответствует меньшему из двух шлангов, и избегать установки двух переходников там, где подойдет один.

Переходные муфты Storz – штыревая машина для преобразования стандартного интерфейса Муфты-переходники с наружной резьбой Machino соединяют или преобразуют фитинги разных стандартов; выберите отверстие для шланга меньшего размера и избегайте штабелирования переходников там, где их будет достаточно. Посмотреть продукт →

Полевые правила, которые сохраняют математику честной

Как только идея коэффициента будет ясна, несколько правил охватят большинство реальных ситуаций.

1. Выпишите сумму. Давление нагнетания насоса равно давлению в сопле плюс потери на трение плюс высота плюс потери в приборе. Отсутствующий термин является наиболее распространенной причиной слабого потока.
2. Уважайте площадь. Любое изменение потока увеличивает потери на трение в квадрате соотношения. Увеличение скорости линии со 150 до 200 галлонов в минуту увеличивает потери примерно на 78 процентов.
3. Прежде чем выполнять расчет, разделите параллельные линии. Каждая из двух равных сиамских линий несет половину общего потока и каждая теряет четверть давления, которое потеряла бы одна линия, несущая полный поток.
4. Держите в своем инвентаре рабочий коэффициент для каждого типа шлангов, а не только для каждого размера.
5. Перерасчет после любого изменения оборудования. Новый прибор, насадка или адаптер меняют систему, а не только шланг.

Выбор форсунки относится к этой арифметике, поскольку форсунка задает расход. Форсунка, которую легко перекачать или которая позволяет оператору изменять расход, не сообщая об этом никому за панелью, влияет на величину потерь на трение больше, чем любое другое отдельное решение. Регулируемые шаблоны с четко обозначенными настройками потока устраняют большую часть этой двусмысленности.

Регулируемая форсунка-Storz для пожаротушения с контролем расхода и формой распыления Регулируемая форсунка для пожаротушения предлагает несколько вариантов распыления, клапан быстрого включения/выключения, возможность использования без отдачи и совместимость с несколькими интерфейсами; отмеченные настройки потока помогают уменьшить неоднозначность панели. Посмотреть продукт →

Аппаратное обеспечение, которое делает математические вычисления коэффициентов предсказуемыми

Существует ограничение на то, сколько из этого вы можете исправить с панели насоса. Остальное должно быть встроено в аппаратное обеспечение, и именно здесь приносят пользу контроль отверстия и производственные допуски.

Муфта, которая удерживает настоящее полнопроходное соединение, имеет плавный внутренний переход и имеет прокладку, которая садится без сгибания, дает потери, близкие к теоретическому значению для ее диаметра. Муфта меньшего размера, некруглой формы или изготовленная из грубой отливки увеличивает падение давления, которое не может предсказать ни одна диаграмма.

Именно поэтому так важны стандартизированные семейства муфт. Головка Storz, муфта Machino, резьба NH или муфта John Morris имеют определенное отверстие и профиль, поэтому инженер может рассчитать систему и ожидать, что оборудование будет соответствовать расчетам. Смешивание стандартов иногда неизбежно, но это следует делать с помощью специально созданного адаптера, а не стопки импровизированных фитингов.

На линиях подачи и реле большого диаметра коэффициент доминирует при расчете давления насоса, поэтому разница между хорошо обработанной муфтой и предельной муфтой отображается непосредственно на манометре. Если падение давления в такой линии вызывает беспокойство, стоит обсуждение макета с поставщиком до заказа, а не после первой тренировки.

Большая муфта пожарного шланга Storz для линий подачи и реле Большая муфта Storz для линий питания и реле; зубчатое или ребристое крепление выхлопной трубы, размеры DIN до 12 дюймов, настраиваемые материалы и номинальное давление. Посмотреть продукт →

Коэффициенты пожарных рукавов не сложны. Это одно число для каждого типа шланга, применяемое с помощью формулы из трех членов. Что требует опыта, так это знать, когда это число перестает быть правдой, что обычно происходит, когда шланг старый, диаметр не соответствует заявленному на рубашке или оборудование между насосом и соплом незаметно ограничивает поток.

Получите правильный коэффициент для шланга, который вы на самом деле носите, честно добавьте характеристики сопла, высоты и прибора, и давление насоса перестанет быть догадкой. Манометр по-прежнему будет вас иногда удивлять, но он удивит вас по причине, которую вы можете найти.