Giải thích các hệ số vòi chữa cháy: Giá trị tổn thất ma sát và áp suất bơm thực

Hai người vận hành máy bơm đến cùng một tòa nhà ba tầng và vận hành cùng một vòi phun ở cùng một chế độ. Một người giữ thêm khoảng 50 psi trên máy đo phóng điện và không thể giải thích tại sao. Hầu hết câu trả lời không phải là máy bơm hay động cơ. Đó là ống mềm, và cụ thể là hệ số được gán cho nó.

Đây là kết luận đầu tiên. Hệ số vòi cứu hỏa là một con số mô tả áp suất mà một đoạn vòi dài 100 feet tiêu thụ khi nước di chuyển qua nó với tốc độ 100 gallon mỗi phút. Nhân số đó với bình phương của dòng chảy và với chiều dài tính bằng hàng trăm feet, bạn sẽ có tổn thất ma sát. Mọi biểu đồ, lối tắt trường và lập luận về các đường tấn công 1,75 inch so với 2 inch đều phát triển từ mối quan hệ đó.

Hậu quả thực tế rất đơn giản. Nếu bạn không biết hệ số của ống bạn thực sự mang theo thì bạn đang đoán áp suất bơm. Dự đoán đó được giữ nguyên cho đến khi đường dây dài hơn, dòng chảy tăng lên hoặc ống mềm bị cũ.

Hệ số vòi thực sự cho bạn biết điều gì

Công thức tổn thất do ma sát được các cơ quan cứu hỏa Bắc Mỹ sử dụng đủ ngắn gọn để ghi nhớ. FL bằng C nhân với Q bình phương nhân với L. FL là tổn thất ma sát tính bằng psi. Q là dòng chảy tính bằng hàng trăm gallon mỗi phút, vì vậy 250 gpm trở thành 2,5. L là chiều dài tính bằng hàng trăm feet, do đó 200 feet trở thành 2. C là hệ số và đây là số hạng duy nhất trong phương trình mô tả bản thân ống mềm chứ không phải cách bạn sử dụng nó.

Điều đó quan trọng vì lưu lượng và chiều dài được quyết định tại bảng điều khiển máy bơm, trong khi hệ số là đặc tính của ống nằm trên bệ. Nó mang đường kính bên trong, tình trạng của lớp lót, độ nhám của áo khoác ép vào nước và sự nhiễu loạn được tạo ra ở mỗi lần uốn cong và khớp nối dọc theo đường.

Hai dòng đều có nhãn 2,5 inch có thể mang các hệ số khác nhau. Ống lót cao su mới và ống mềm 15 năm tuổi có cùng kích thước danh nghĩa không hoạt động giống nhau, ngay cả khi hình in trên áo khoác giống hệt nhau.

Giá trị hệ số tiêu chuẩn theo kích thước ống

Hầu hết tài liệu đào tạo tại Hoa Kỳ sử dụng các giá trị do IFSTA và Học viện Cứu hỏa Quốc gia công bố. Chúng là một điểm khởi đầu hợp lý và chúng được trích dẫn đủ rộng rãi để mọi người trong lò sưởi đều làm việc dựa trên những con số giống nhau.

Hai cột cuối cùng cho biết hệ số này có tác dụng gì trong thực tế. Lưu lượng nhân đôi không nhân đôi tổn thất mà nhân nó với bốn, vì Q bình phương. Một vạch 2 inch ở tốc độ 200 gpm mất 32 psi trên một trăm feet, trong khi vạch tương tự ở tốc độ 100 gpm chỉ mất 8 psi.

Một ví dụ đã hoạt động mà bạn có thể lặp lại trên Fireground

Lấy 200 feet vòi 2 inch chảy 250 gpm. Q là 2,5, L là 2 và C là 8.

FL bằng 8 x 2,5 x 2,5 x 2, tương ứng với 100 psi.

Bây giờ thêm phần còn lại của hệ thống. Một vòi phun sương có áp suất 100 psi cần 100 psi ở đầu. Độ cao 10 feet tốn khoảng 4,3 psi, vì vậy vòi phun ở tầng thứ ba sẽ tăng thêm khoảng 13 psi. Wye hoặc nhà phân phối bổ sung thêm 10 đến 25 psi tùy thuộc vào thiết bị và lưu lượng.

Áp suất xả của bơm bằng 100 cộng 100 cộng 13 cộng 10, hoặc 223 psi.

Chuyển sang ống 2,5 inch và số học thay đổi hoàn toàn. Cùng 250 gpm trên cùng 200 feet sẽ mất 2 x 6,25 x 2 hoặc 25 psi. Đó là mức tiết kiệm 75 psi trên một dây chuyền và đó là toàn bộ trường hợp đối với ống có đường kính lớn chỉ trong một phép tính.

Nơi hệ số bắt đầu trôi dạt

Các bảng đã xuất bản giả định ống mới, sạch sẽ, được lót đầy đủ. Ống dẫn hiện trường thì khác, và một số yếu tố đã đẩy tổn thất thực tế lên trên giá trị trên bảng.

• Tuổi ống và tình trạng ống lót. Sự tách lớp lót, nấm mốc và mài mòn đều làm tăng độ nhám hiệu quả. Hình phạt 20% đối với đường 1,75 inch cũ hơn không phải là điều bất thường.
• Đường kính bên trong thực tế. Kích thước danh nghĩa là gần đúng và tỷ lệ tổn thất áp suất gần như nghịch đảo với lũy thừa thứ năm của đường kính, do đó, một ống mềm có kích thước hơi nhỏ sẽ đắt hơn hầu hết những người vận hành mong đợi.
• Nhiệt độ nước. Nước lạnh nhớt hơn và tốn thêm vài psi trên một đường dài.
• Cách trình bày. Những chỗ gấp khúc, những khúc cua chật quanh các góc và ống mềm bị kẹp dưới cửa giống như chiều dài tăng thêm không bao giờ xuất hiện trong phép đo của bạn.

Điểm kết nối xứng đáng được lưu ý riêng. Khớp nối được khớp chính xác sẽ gây ra tổn thất cục bộ nhỏ và khớp nối được lắp ráp bằng miếng đệm xoắn hoặc đầu ngồi một phần sẽ gây ra tổn hao cục bộ nhỏ hơn đáng kể. Một miếng đệm gấp lại đọc trên đồng hồ đo giống như một vấn đề về hệ số ngay cả khi bản thân ống mềm vẫn ổn. Việc lắp ráp đúng cách được đề cập trong hướng dẫn này để mối nối vòi chữa cháy nên được kết nối như thế nào .

Cách các khớp nối, bộ điều hợp và thiết bị gia tăng tổn thất tiềm ẩn

Mọi thiết bị giữa máy bơm và vòi phun đều có tổn thất riêng và phương pháp hệ số không bao gồm nó. Bảng mô tả ống. Nó không nói gì về phần cứng được vặn vào đầu.

Bộ điều hợp gây ra nhiều bất ngờ nhất. Việc chuyển từ tiêu chuẩn quốc gia này sang tiêu chuẩn quốc gia khác, chẳng hạn như chạy đường dây Storz vào đầu vào Machino, cần có một bộ chuyển đổi có hình học bên trong riêng. Một bộ chuyển đổi tốt là bộ chuyển đổi ngắn, mượt và đầy đủ lỗ khoan. Người nghèo bước xuống mặt cắt ngang và bước đó hoạt động giống như một đoạn ống dài nhỏ hơn. Trên đường dây cung cấp 500 gpm, một bộ chuyển đổi thu hẹp lỗ khoan 1/4 inch có thể gây áp lực lớn hơn 50 feet của ống mà nó được gắn vào.

Nguyên tắc thực tế là chọn một bộ chuyển đổi có lỗ khoan phù hợp với ống nhỏ hơn trong hai ống và tránh xếp chồng hai bộ chuyển đổi vào vị trí một bộ chuyển đổi sẽ hoạt động.

Khớp nối bộ chuyển đổi Storz – Machino đực để chuyển đổi giao diện tiêu chuẩn Khớp nối bộ chuyển đổi Machino nam kết nối hoặc chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn lắp đặt; chọn lỗ khoan cho ống nhỏ hơn và tránh xếp chồng các bộ điều hợp ở nơi chỉ cần một bộ điều hợp là đủ. Xem sản phẩm →

Các quy tắc thực địa giúp tính trung thực của toán học

Một khi ý tưởng về hệ số đã rõ ràng, một số quy tắc sẽ bao trùm hầu hết các tình huống thực tế.

1. Viết tổng ra. Áp suất xả của bơm bằng áp suất vòi phun cộng với tổn thất ma sát cộng với độ cao cộng với tổn thất thiết bị. Thiếu thuật ngữ là nguyên nhân phổ biến nhất khiến luồng yếu.
2. Tôn trọng hình vuông. Bất kỳ sự thay đổi nào về dòng chảy sẽ làm tổn thất ma sát theo bình phương của tỷ số. Tăng tốc độ đường truyền từ 150 lên 200 gpm sẽ làm tăng tổn thất khoảng 78%.
3. Tách các đường thẳng song song trước khi tính toán. Hai đường dây bằng nhau, mỗi đường mang một nửa tổng lưu lượng và mỗi đường mất một phần tư áp suất mà một đường truyền toàn bộ dòng sẽ mất.
4. Giữ hệ số làm việc cho từng loại ống trong kho của bạn, không chỉ cho từng kích cỡ.
5. Tính toán lại sau bất kỳ thay đổi phần cứng nào. Một thiết bị, vòi phun hoặc bộ chuyển đổi mới sẽ thay đổi hệ thống chứ không chỉ ống mềm.

Lựa chọn vòi phun thuộc về số học này vì vòi phun thiết lập dòng chảy. Một vòi phun dễ bơm quá mức hoặc một vòi cho phép người vận hành thay đổi dòng chảy mà không cần thông báo cho bất kỳ ai trong bảng điều khiển sẽ làm thay đổi thuật ngữ tổn thất ma sát nhiều hơn bất kỳ quyết định đơn lẻ nào khác. Các mẫu có thể điều chỉnh với cài đặt luồng được đánh dấu rõ ràng sẽ loại bỏ hầu hết sự mơ hồ đó.

Vòi phun chữa cháy-Storz có thể điều chỉnh được với kiểu phun và kiểm soát dòng chảy Vòi phun có thể điều chỉnh chữa cháy cung cấp nhiều kiểu phun, van bật/tắt nhanh, sử dụng không bị giật và khả năng tương thích đa giao diện; cài đặt luồng được đánh dấu giúp giảm sự mơ hồ của bảng điều khiển. Xem sản phẩm →

Phần cứng giúp dự đoán hệ số toán học

Có giới hạn về mức độ bạn có thể khắc phục vấn đề này từ bảng điều khiển máy bơm. Phần còn lại phải được tích hợp vào phần cứng và đó là nơi mà khả năng kiểm soát lỗ khoan và dung sai sản xuất có thể tồn tại được.

Một khớp nối có lỗ khoan thực sự đầy đủ, có quá trình chuyển tiếp bên trong trơn tru và có một miếng đệm đặt vào không bị gập sẽ gây ra tổn thất gần với giá trị lý thuyết cho đường kính của nó. Một khớp nối có kích thước nhỏ, không tròn hoặc được đúc thô sẽ làm tăng thêm độ sụt áp mà không có biểu đồ nào có thể dự đoán được.

Đây cũng là lý do tại sao các họ khớp nối được tiêu chuẩn hóa lại quan trọng. Mỗi đầu Storz, khớp nối Machino, ren NH hoặc khớp nối John Morris đều có lỗ khoan và biên dạng xác định, do đó, kỹ sư có thể tính toán hệ thống và mong đợi phần cứng khớp với phép tính. Việc trộn lẫn các tiêu chuẩn đôi khi là điều không thể tránh khỏi, nhưng nó nên được thực hiện bằng một bộ chuyển đổi được thiết kế có mục đích thay vì một đống phụ kiện ngẫu hứng.

Trên các đường dây cung cấp và rơle có đường kính lớn, thuật ngữ hệ số chiếm ưu thế trong toàn bộ tính toán áp suất bơm, do đó, sự khác biệt giữa khớp nối được gia công tốt và khớp nối cận biên hiển thị trực tiếp trên đồng hồ đo. Nếu mối lo ngại về sự sụt giảm áp suất trên đường dây đó là đáng quan tâm. trao đổi về cách bố trí với nhà cung cấp trước lệnh thay vì sau lần tập đầu tiên.

Khớp nối vòi cứu hỏa Storz lớn cho đường dây cung cấp và rơle Khớp nối Storz lớn cho đường dây cung cấp và rơle; Phụ kiện ống xả có răng cưa hoặc có gân, kích thước DIN đến 12 inch, vật liệu có thể tùy chỉnh và mức áp suất. Xem sản phẩm →

Hệ số vòi chữa cháy không phức tạp. Chúng là một số cho mỗi loại ống, được áp dụng thông qua công thức có ba số hạng. Điều cần có kinh nghiệm là biết khi nào con số đó không còn đúng, thường là khi ống đã cũ, đường kính không như yêu cầu của áo khoác hoặc phần cứng giữa máy bơm và vòi phun đang âm thầm hạn chế dòng chảy.

Nhận hệ số phù hợp cho ống bạn thực sự mang theo, thêm các thuật ngữ về vòi phun, độ cao và thiết bị một cách trung thực và áp suất bơm không còn là phỏng đoán. Máy đo đôi khi vẫn làm bạn ngạc nhiên, nhưng nó sẽ làm bạn ngạc nhiên vì một lý do mà bạn có thể tìm thấy.