Công thức tổn thất do ma sát của vòi chữa cháy: Hệ số, ví dụ và áp suất bơm

Một đường tấn công dài 200 feet gồm vòi 1,75 inch chảy 150 gallon mỗi phút sẽ đốt cháy khoảng 70 psi trước khi nước chạm tới vòi phun. Người vận hành máy bơm bỏ qua con số đó thường phát hiện ra qua dòng ngắn, yếu và phải đoán nhiều ở ga. Công cụ dự đoán nó là một phép nhân: FL = C x Q^2 x L, trong đó FL là tổn thất ma sát tính bằng psi, C là hệ số được đặt theo đường kính ống và lớp lót, Q là lưu lượng tính bằng hàng trăm gallon mỗi phút và L là chiều dài ống tính bằng hàng trăm feet.

Phần tiếp theo là cách thức hoạt động của công thức theo từng đơn vị, hệ số nào áp dụng cho các kích thước ống thông thường, kết quả trở thành áp suất xả của máy bơm như thế nào và nơi các bộ điều hợp, bộ giảm tốc và nhà phân phối lặng lẽ thay đổi câu trả lời.

Công thức tổn thất do ma sát của vòi cứu hỏa, theo đơn vị

Tổn thất do ma sát là áp lực gây ra sự chuyển động rối và lực cản khi nước trượt dọc theo lớp lót ống. Nó tăng theo đường thẳng theo chiều dài và bình phương lưu lượng, đó là lý do tại sao mức tăng khiêm tốn về gallon mỗi phút có thể tiêu thụ một phần lớn công suất bơm.

• FL là tổn thất do ma sát tính bằng psi đối với tiết diện ống đang được tính toán.
• C là hệ số tổn thất ma sát, giá trị được công bố gắn liền với đường kính ống và kết cấu.
• Q là dòng chảy tính bằng hàng trăm gallon mỗi phút, vì vậy 150 gpm trở thành 1,5 và 250 gpm trở thành 2,5.
• L là chiều dài tính bằng hàng trăm feet, vì vậy 200 feet trở thành 2.

Ví dụ hoạt động: 200 feet ống 1,75 inch ở tốc độ 150 gpm. Q là 1,5, vậy Q bình phương là 2,25 và L là 2. FL = 15,5 x 2,25 x 2, tương đương 69,75 psi, hay khoảng 70 psi.

Hai hành vi rơi thẳng ra khỏi số học đó. Tăng gấp đôi chiều dài ống và tổn thất tăng gấp đôi. Tăng gấp đôi lưu lượng và tổn thất tăng gấp bốn lần, vì số hạng lưu lượng là bình phương.

Hệ số tổn thất ma sát cho các kích cỡ ống thông thường

Giá trị C được công bố đến từ các thử nghiệm dòng chảy trên các cấu trúc ống cụ thể. Các số liệu dưới đây là các giá trị lập kế hoạch được sử dụng rộng rãi cho vòi chữa cháy có lót và chúng hoạt động tốt như điểm khởi đầu cho việc tính toán bố trí.

Bảng giải thích tại sao ống có đường kính lớn lại chiếm ưu thế trong công việc cung cấp. Di chuyển 200 gpm qua ống 1,75 inch tốn khoảng 62 psi trên 100 feet. Di chuyển dòng chảy tương tự qua ống 4 inch tốn ít hơn 1 psi.

Biến tổn thất ma sát thành áp suất xả của bơm

Bảng điều khiển máy bơm được tính theo một phép tính đơn giản: áp suất xả bằng áp suất vòi phun cộng với tổn thất ma sát cộng với độ cao cộng với tổn thất thiết bị.

1. Áp suất vòi phun: thường là 50 psi cho lỗ khoan trơn và 100 psi cho vòi phun sương hoặc có thể điều chỉnh.
2. Tổn thất do ma sát: công thức trên, áp dụng cho từng đoạn ống trong sơ đồ.
3. Độ cao: khoảng 0,5 psi trên mỗi foot độ cao, hoặc khoảng 5 psi trên mỗi tầng của một tòa nhà thông thường.
4. Tổn thất thiết bị: khoảng 10 psi cho mỗi wye hoặc nhà phân phối và thường là 25 psi cho kết nối ống đứng.

Ví dụ một: 200 feet ống 1,75 inch ở tốc độ 150 gpm với vòi phun sương ở 100 psi trên mặt đất bằng phẳng sẽ tạo ra 100 x 70 hoặc 170 psi trên bảng điều khiển.

Ví dụ hai: cùng một dòng chảy qua ống 2,5 inch dài 200 feet. FL = 2 x 2,25 x 2 = 9 psi, vậy số trên bảng là 100 9, hay 109 psi.

Cùng một luồng, ít hơn 61 psi ở máy bơm. Sự khác biệt không phải là vòi phun hay máy bơm; đó là lỗ khoan của ống dẫn nước.

Bộ điều hợp, bộ giảm tốc và khớp nối thay đổi câu trả lời

Tổn thất do ma sát tồn tại bên trong ống nhưng được kiểm soát tại các điểm nối. Bất kỳ bộ phận nào thu hẹp đường thủy đều làm giảm áp suất cục bộ và bất kỳ bộ phận nào làm giảm đường kính hiệu dụng trên một đoạn ống sẽ thay đổi giá trị C được sử dụng cho đoạn đó.

Một bước giảm từ 1 3/4 inch xuống 1 1/2 inch sẽ làm tăng hệ số từ 15,5 lên 24, tổn thất nhiều hơn khoảng 55% ở cùng một luồng. Do đó, bộ chuyển đổi giảm áp ở đầu ra của bảng bơm hoặc ở đầu vào vòi phun không phải là phần cứng trung hòa áp suất. Đó là sự đánh đổi áp lực có chủ ý để có được khả năng tương thích giao diện.

Bộ giảm tốc nhiều răng cho các kết nối vòi chữa cháy có kích thước khác nhau Kết nối các ống hoặc thiết bị chữa cháy nhiều răng có kích thước khác nhau; một lựa chọn thiết thực khi giao diện ống và thiết bị yêu cầu thay đổi kích thước, với kích thước có thể tùy chỉnh. Xem sản phẩm →

Về phía cung, phần thưởng số học thật nhàm chán. Một khớp nối có đường kính lớn giúp giữ cho toàn bộ đường thủy được mở thông qua kết nối duy trì giá trị C thấp của ống phía sau nó, đây chính xác là những gì yêu cầu về lưu lượng cao và kéo dài.

Khớp nối vòi cứu hỏa Storz lớn để kết nối nguồn cung cấp Khớp nối vòi chữa cháy Storz cỡ lớn có đầu đuôi có răng cưa hoặc có gân và kích thước lên tới 300 mm dành cho kết nối nguồn có đường kính lớn. Xem sản phẩm →

Khi nhà phân phối chia dòng

Bộ phân phối hai chiều không giảm được một nửa tổn thất ma sát. Ngược dòng của sự phân chia, đường cung cấp mang tổng của cả hai luồng và tổng đó là những gì được đưa vào công thức. Hai đường tấn công 150 gpm được cung cấp từ một đường cung cấp có nghĩa là 300 gpm hoặc Q là 3 trong tính toán nguồn cung. Đối với ống cấp 2,5 inch dài 200 feet, tổn thất là 2 x 9 x 2 hoặc 36 psi, trước khi một trong hai đường tấn công được xem xét. Thêm tổn thất thiết bị của nhà phân phối và áp suất bảng điều khiển tăng cao hơn nữa.

Năm lỗi mất ma sát xuất hiện trên lò sưởi

1. Sử dụng gpm thay vì hàng trăm gpm. Nhập 150 thay vì 1,5 sẽ làm tăng kết quả lên gấp trăm lần và gửi áp suất lên bảng đến một con số vô nghĩa.
2. Quên độ cao. Độ cao 40 feet sẽ tăng thêm khoảng 20 psi và cách bố trí ống đứng hoặc mặt dưới sẽ thay đổi dấu hiệu của thuật ngữ đó.
3. Xử lý hệ số được công bố một cách chính xác. Ống mềm cũ hơn, ống mềm bị xoắn, lớp lót bị hư hỏng và các khớp nối bị hạn chế đều đẩy tổn thất thực tế lên trên giá trị tính toán, đó là lý do tại sao nhiều bộ phận cộng thêm biên lợi nhuận từ 10 đến 15% cho các sản phẩm dài hạn.
4. Bỏ qua việc mất thiết bị. Mọi thiết bị giữa máy bơm và vòi phun đều tiêu thụ áp suất mà công thức ma sát không bao gồm.
5. Sử dụng lại cài đặt máy bơm từ một bố cục khác. Cài đặt phù hợp với ống 1,75 inch dài 200 feet sẽ sai đối với ống dài 300 feet và lại sai nếu thay đổi vòi phun.

Áp suất vòi phun nằm trong cùng một ngân sách

Áp suất vòi phun không phải là tổn thất do ma sát mà cả hai cạnh tranh nhau để có cùng một công suất bơm. Một vòi phun được định mức ở mức 100 psi cần 100 psi ở đầu vào của nó và mọi psi bị mất trong ống đều nằm ngoài khả năng tiếp cận và thâm nhập của luồng.

Các vòi phun có thể điều chỉnh thường chạy ở tốc độ 100 psi và chuyển đổi giữa dòng thẳng, sương mù hẹp và sương mù rộng. Mỗi mẫu thay đổi dòng chảy hiệu quả và do đó tổn thất ma sát ở thượng nguồn, đó là lý do tại sao cài đặt máy bơm được sao chép từ máy khoan dòng thẳng có thể gây thất vọng khi mẫu được mở ra. Để biết thông tin cơ bản về cách các mẫu đó hoạt động, hãy xem các chế độ phun của vòi phun có thể điều chỉnh .

Vòi phun thẳng để chữa cháy khoảng cách xa Cung cấp một luồng phản lực dạng cột dày đặc, rắn chắc để triệt tiêu ở khoảng cách xa; một số kiểu máy có van bi để kiểm soát dòng chảy nhanh chóng và giúp ngăn ngừa áp suất tăng cao. Xem sản phẩm →

Dòng thẳng và thiết bị có lỗ khoan trơn ít nhạy cảm hơn với hiệu ứng này vì dòng chảy của chúng được thiết lập bởi đường kính vòi phun và áp suất đầu vào thay vì theo mô hình có thể điều chỉnh được.

Phím tắt trường và cách xác minh số

Những người vận hành máy bơm hiếm khi nhẩm tính trong đầu lúc ba giờ sáng. Bạn nên ghi nhớ một phím tắt hữu ích cho ống 1,75 inch: khoảng 15 psi trên 100 feet ở tốc độ 100 gpm, 35 psi ở tốc độ 150 gpm và 62 psi ở tốc độ 200 gpm. Đối với ống 2,5 inch, dòng chảy tương tự có giá khoảng 2, 4,5 và 8 psi trên 100 feet.

Việc xác minh rất đơn giản trên sân tập. Thiết lập lưu lượng đã biết bằng lưu lượng kế nội tuyến, đọc áp suất tại máy bơm và tại đầu vào vòi phun rồi trừ đi. Sau khi điều chỉnh độ cao, sự khác biệt là tổn thất ma sát thực sự của ống đó ở dòng chảy đó. So sánh nó với giá trị tính toán cho thấy liệu hệ số được công bố có còn phù hợp với ống mềm đang sử dụng hay không.

Việc kiểm tra đó mỗi năm một lần sẽ phát hiện độ mòn của lớp lót, độ dài khớp nối thay đổi và bất kỳ hạn chế nào do khớp nối hoặc bộ chuyển đổi được hoán đổi mà không được xem xét.

Chỉ định ống, khớp nối và bộ điều hợp có lưu ý đến áp suất

Công thức thưởng cho ba thói quen đặc tả. Giữ cho lỗ làm việc lớn nhất khi hoạt động cho phép, tránh những sụt giảm không cần thiết giữa máy bơm và vòi phun, đồng thời xác nhận rằng mọi khớp nối và bộ chuyển đổi đều phù hợp với cả ống mềm và ren hoặc tiêu chuẩn khóa đang sử dụng.

Điểm cuối cùng quan trọng nhất đối với các dự án quốc tế, nơi Storz, Machino, NH và các mô hình khác xuất hiện cạnh nhau. Một bộ chuyển đổi đáp ứng các tiêu chuẩn chỉ hữu ích nếu đường dẫn nước của nó khớp với ống mà nó nối vào, vì lỗ khoan bị hạn chế hoạt động giống hệt như một ống nhỏ hơn trong tính toán.

Nếu áp lực phải được duy trì tại hiện trường thì cần phải xác nhận các yêu cầu về kích thước và dòng chảy trước khi đặt hàng phần cứng. Chia sẻ điều kiện vận hành với đội ngũ kỹ thuật và kiểm tra các con số dựa trên các thành phần thực tế thay vì dựa vào bảng chung. Công thức vẫn giữ nguyên; chỉ có đầu vào thay đổi.