Формула потерь на трение в пожарных рукавах: коэффициенты, примеры и давление насоса

Линия атаки длиной 200 футов из 1,75-дюймового шланга, текущая со скоростью 150 галлонов в минуту, сгорает под давлением около 70 фунтов на квадратный дюйм прежде, чем вода достигнет сопла. Операторы насосов, которые пропускают это число, обычно узнают об этом из-за короткого и слабого потока и долгих размышлений о дроссельной заслонке. Инструмент, который предсказывает это, представляет собой одно умножение: FL = C x Q^2 x L, где FL — потери на трение в фунтах на квадратный дюйм, C — коэффициент, зависящий от диаметра шланга и футеровки, Q — расход в сотнях галлонов в минуту, а L — длина шланга в сотнях футов.

Далее следует, как формула ведет себя по единицам, какие коэффициенты применяются к обычным размерам шлангов, как результат становится давлением нагнетания насоса и где адаптеры, переходники и распределители незаметно меняют ответ.

Формула потерь на трение в пожарном шланге, единица за единицей

Потери на трение — это давление, затрачиваемое на турбулентность и сопротивление, когда вода скользит по внутренней оболочке шланга. Он поднимается прямолинейно с длиной и площадью потока, поэтому небольшое увеличение количества галлонов в минуту может потреблять большую часть производительности насоса.

• FL — потери на трение в фунтах на квадратный дюйм для рассчитываемой секции шланга.
• C — коэффициент потерь на трение, опубликованное значение, привязанное к диаметру и конструкции шланга.
• Q — расход в сотнях галлонов в минуту, поэтому 150 галлонов в минуту становится 1,5, а 250 галлонов в минуту становится 2,5.
• L — длина в сотнях футов, поэтому 200 футов становятся 2.

Рабочий пример: 200 футов шланга диаметром 1,75 дюйма при скорости 150 галлонов в минуту. Q равен 1,5, поэтому Q в квадрате равен 2,25, а L равен 2. FL = 15,5 x 2,25 x 2, что составляет 69,75 фунтов на квадратный дюйм или примерно 70 фунтов на квадратный дюйм.

Два поведения выпадают из этой арифметики. Удвойте длину шланга, и потери увеличатся вдвое. Удвойте поток, и потери возрастут в четыре раза, потому что член потока возведен в квадрат.

Коэффициенты потерь на трение для шлангов обычных размеров

Опубликованные значения C получены в результате испытаний на текучесть шлангов конкретной конструкции. На рисунках ниже представлены широко используемые плановые значения для пожарных рукавов с футеровкой, и они хорошо подходят в качестве отправной точки для расчетов компоновки.

Таблица объясняет, почему в сфере водоснабжения преобладают шланги большого диаметра. Перемещение 200 галлонов в минуту через 1,75-дюймовый шланг стоит около 62 фунтов на квадратный дюйм на 100 футов. Перемещение того же потока через 4-дюймовый шланг стоит менее 1 фунта на квадратный дюйм.

Преобразование потерь на трение в давление нагнетания насоса

Цифра на панели насоса представляет собой простую сумму: давление нагнетания равно давлению в сопле плюс потери на трение плюс прирост высоты плюс потери в приборе.

1. Давление сопла: обычно 50 фунтов на квадратный дюйм для гладкого ствола и 100 фунтов на квадратный дюйм для туманного или регулируемого сопла.
2. Потери на трение: приведенная выше формула применяется к каждой секции шланга на схеме.
3. Высота над уровнем моря: около 0,5 фунтов на квадратный дюйм на фут высоты или примерно 5 фунтов на квадратный дюйм на этаж типичного здания.
4. Потери в приборе: около 10 фунтов на квадратный дюйм на звезду или распределитель и часто 25 фунтов на квадратный дюйм для соединения с стояком.

Пример первый: 200 футов шланга диаметром 1,75 дюйма при расходе 150 галлонов в минуту с насадкой для тумана при давлении 100 фунтов на квадратный дюйм на ровной земле дают давление 100,70 или 170 фунтов на квадратный дюйм на панели.

Пример второй: тот же расход через 200-футовый шланг диаметром 2,5 дюйма. FL = 2 x 2,25 x 2 = 9 фунтов на квадратный дюйм, поэтому панельное значение равно 100 9 или 109 фунтов на квадратный дюйм.

Тот же поток, на насосе на 61 фунт на квадратный дюйм меньше. Разница не в форсунке и не в насосе; это отверстие шланга, по которому течет вода.

Переходники, переходники и муфты меняют ответ

Потери на трение присутствуют внутри шланга, но они контролируются в соединениях. Любой компонент, который сужает водный путь, приводит к локальному перепаду давления, а любой компонент, который уменьшает эффективный диаметр секции шланга, изменяет значение C, используемое для этой секции.

Шаг вниз с 1 3/4 дюйма до 1 1/2 дюйма увеличивает коэффициент с 15,5 до 24, что примерно на 55 процентов больше потерь при том же расходе. Таким образом, переходник на выходе из панели насоса или на входе сопла не является нейтральным по давлению оборудованием. Это преднамеренное давление на совместимость интерфейса.

Многозубый переходник для соединений пожарных шлангов различного размера Соединяет многозубые пожарные рукава или оборудование разного размера; практичный выбор, когда интерфейсы шлангов и оборудования требуют изменения размера, с настраиваемыми размерами. Посмотреть продукт →

Что касается предложения, то арифметическое вознаграждение имело смысл. Муфта большого диаметра, которая сохраняет весь водный путь открытым через соединение, сохраняет низкое значение C в шланге за ним, а это именно то, что требуется при длительной прокладке и большом расходе.

Большая муфта пожарного шланга Storz для соединений подачи Муфта пожарного рукава Storz большого размера с зубчатыми или ребристыми концами и размерами до 300 мм для подсоединения к подводу воды большого диаметра. Посмотреть продукт →

Когда дистрибьютор разделяет поток

Двусторонний распределитель не уменьшает потери на трение вдвое. Выше разделения линия подачи несет сумму обоих потоков, и эта сумма входит в формулу. Две линии атаки по 150 галлонов в минуту, питаемые от одной линии снабжения, означают 300 галлонов в минуту, или Q, равный 3, при расчете запаса. Для 200-футового 2,5-дюймового шланга подачи потери составляют 2 x 9 x 2, или 36 фунтов на квадратный дюйм, даже до того, как будет рассмотрена какая-либо линия атаки. Добавьте потери в распределительном устройстве, и давление в панели повысится еще больше.

Пять ошибок потерь на трение, которые проявляются на пожаре

1. Использование галлонов в минуту вместо сотен галлонов в минуту. Ввод 150 вместо 1,5 увеличивает результат в сто раз и сводит давление панели к бессмысленной цифре.
2. Забывая о высоте. Подъем на 40 футов добавляет примерно 20 фунтов на квадратный дюйм, а расположение стояка или ниже уровня земли меняет знак этого термина.
3. Считаем опубликованный коэффициент точным. Старый шланг, перегнутый шланг, поврежденная футеровка и затруднительные соединения приводят к тому, что реальные потери превышают расчетное значение, поэтому многие отделы добавляют от 10 до 15 процентов прибыли при длительной прокладке.
4. Игнорирование потери прибора. Каждое устройство между насосом и форсункой потребляет давление, которое не учитывает формула трения.
5. Повторное использование настройки насоса из другой компоновки. Настройка, которая работает для 200 футов шланга диаметром 1,75 дюйма, неверна для 300 футов и снова неверна, если насадка заменяется.

Давление сопла находится в том же бюджете

Давление в форсунке не является потерей на трение, но они конкурируют за одинаковую производительность насоса. Форсунка, рассчитанная на давление 100 фунтов на квадратный дюйм, требует давления 100 фунтов на квадратный дюйм на входе, и каждый фунт на квадратный дюйм, потерянный в шланге, уходит за пределы досягаемости и проникновения потока.

Регулируемые форсунки обычно работают при давлении 100 фунтов на квадратный дюйм и переключаются между прямым потоком, узким туманом и широким узором тумана. Каждая схема меняет эффективный поток и, следовательно, потери на трение вверх по потоку, поэтому настройка насоса, скопированная с буровой установки с прямым потоком, может разочаровать, как только схема будет открыта. Дополнительную информацию о том, как ведут себя эти шаблоны, см. режимы распыления регулируемой насадки .

Прямоструйное сопло для пожаротушения на больших расстояниях Обеспечивает плотную, плотную столбчатую струю для подавления на большом расстоянии; некоторые модели оснащены шаровым клапаном для быстрого регулирования расхода и предотвращения скачков давления. Посмотреть продукт →

Прямоточные и гладкоствольные устройства менее чувствительны к этому эффекту, поскольку их расход регулируется диаметром сопла и давлением на входе, а не регулируемой схемой.

Ярлыки полей и способы проверки номера

Операторы насосов редко множат в голове в три часа ночи. Стоит запомнить полезное сокращение для 1,75-дюймового шланга: около 15 фунтов на квадратный дюйм на 100 футов при скорости 100 галлонов в минуту, 35 фунтов на квадратный дюйм при 150 галлонах в минуту и ​​62 фунта на квадратный дюйм при скорости 200 галлонов в минуту. Для 2,5-дюймового шланга те же расходы стоят примерно 2, 4,5 и 8 фунтов на квадратный дюйм на 100 футов.

Проверка осуществляется на полигоне. Установите известный расход с помощью встроенного расходомера, измерьте давление на насосе и на входе в сопло и вычтите его. После поправки на высоту разница представляет собой реальные потери на трение этого шланга при данном расходе. Сравнение его с расчетным значением показывает, соответствует ли опубликованный коэффициент действующему шлангу.

Выполнение этой проверки раз в год выявляет износ накладок, изменение длины соединений и любые ограничения, возникающие из-за муфты или адаптера, которые были заменены без проверки.

Выбор шлангов, муфт и переходников с учетом давления

Формула вознаграждает три привычки к уточнениям. Сохраняйте рабочее отверстие настолько большим, насколько это позволяет операция, избегайте ненужных сокращений между насосом и насадкой и убедитесь, что каждая муфта и переходник соответствуют как шлангу, так и используемому стандарту резьбы или фиксации.

Этот последний пункт имеет наибольшее значение в международных проектах, где Шторц, Машино, НХ и другие модели появляются бок о бок. Переходник, соответствующий стандартам, полезен только в том случае, если его водный путь соответствует шлангу, к которому он присоединяется, поскольку в расчетах ограниченное отверстие ведет себя точно так же, как шланг меньшего размера.

Если баланс давления должен выдерживаться в полевых условиях, перед заказом оборудования стоит подтвердить размеры и требования к расходу. Поделитесь условиями эксплуатации с командой инженеров и сверяйте цифры с реальными компонентами, а не с общей таблицей. Формула остается прежней; меняются только входные данные.