Erklärte Feuerwehrschlauchkoeffizienten: Reibungsverlustwerte und tatsächlicher Pumpendruck

Zwei Pumpenbediener kommen am selben dreistöckigen Gebäude an und strömen in derselben Einstellung aus derselben Düse. Man hält etwa 50 psi mehr auf dem Entladungsmesser, und keiner kann erklären, warum. Meistens liegt die Antwort nicht an der Pumpe und nicht am Motor. Es ist der Schlauch und insbesondere der ihm zugewiesene Koeffizient.

Hier zunächst das Fazit. Ein Feuerwehrschlauchkoeffizient ist eine einzelne Zahl, die beschreibt, wie viel Druck ein 100 Fuß langer Schlauchabschnitt verbraucht, wenn Wasser mit einer Geschwindigkeit von 100 Gallonen pro Minute durch ihn fließt. Multiplizieren Sie diese Zahl mit dem Quadrat der Strömung und der Länge in Hunderten von Fuß, und Sie erhalten den Reibungsverlust. Jedes Diagramm, jede Feldverknüpfung und jedes Argument über 1,75-Zoll- gegenüber 2-Zoll-Angriffslinien erwächst aus dieser einen Beziehung.

Die praktische Konsequenz ist einfach. Wenn Sie den Koeffizienten des Schlauchs, den Sie tatsächlich transportieren, nicht kennen, vermuten Sie den Pumpendruck. Diese Vermutung gilt so lange, bis die Leitung lang wird, der Durchfluss steigt oder der Schlauch alt wird.

Was Ihnen ein Schlauchkoeffizient tatsächlich sagt

Die Reibungsverlustformel, die bei den nordamerikanischen Feuerwehren verwendet wird, ist kurz genug, um sie auswendig zu lernen. FL ist gleich C multipliziert mit Q im Quadrat multipliziert mit L. FL ist der Reibungsverlust in psi. Q ist der Durchfluss in Hunderten von Gallonen pro Minute, sodass aus 250 Gallonen pro Minute 2,5 werden. L ist die Länge in Hunderten von Fuß, also wird 200 Fuß zu 2. C ist der Koeffizient und der einzige Term in der Gleichung, der den Schlauch selbst beschreibt und nicht, wie Sie ihn verwenden.

Das ist wichtig, weil Durchfluss und Länge am Pumpenpanel bestimmt werden, während der Koeffizient eine Eigenschaft des im Bett befindlichen Schlauchs ist. Es trägt den Innendurchmesser, den Zustand des Liners, die Rauheit des Mantels, der gegen das Wasser drückt, und die Turbulenzen, die an jeder Biegung und Verbindung entlang der Leitung entstehen.

Zwei Linien mit der Bezeichnung 2,5 Zoll können unterschiedliche Koeffizienten enthalten. Ein neuer Gummischlauch und ein fünfzehn Jahre alter Schlauch derselben Nenngröße verhalten sich nicht gleich, selbst wenn der Aufdruck auf der Ummantelung identisch ist.

Standardkoeffizientenwerte nach Schlauchgröße

In den meisten Schulungsmaterialien in den Vereinigten Staaten werden die von IFSTA und der National Fire Academy veröffentlichten Werte verwendet. Sie sind ein vernünftiger Ausgangspunkt und werden weit genug zitiert, dass alle Beteiligten mit den gleichen Zahlen arbeiten.

Die letzten beiden Spalten zeigen, was der Koeffizient in der Praxis bewirkt. Eine Verdoppelung des Durchflusses verdoppelt den Verlust nicht, sondern vervierfacht ihn, da Q quadriert wird. Eine 2-Zoll-Leitung bei 200 gpm verliert 32 psi pro hundert Fuß, während dieselbe Leitung bei 100 gpm nur 8 psi verliert.

Ein ausgearbeitetes Beispiel, das Sie auf dem Fireground wiederholen können

Nehmen Sie einen 200 Fuß langen 2-Zoll-Schlauch mit einem Durchfluss von 250 gpm. Q ist 2,5, L ist 2 und C ist 8.

FL entspricht 8 x 2,5 x 2,5 x 2, was 100 psi entspricht.

Fügen Sie nun den Rest des Systems hinzu. Eine Nebeldüse mit einer Nennleistung von 100 psi benötigt 100 psi an der Spitze. Eine Höhe von zehn Fuß kostet etwa 4,3 psi, sodass eine Düse im dritten Stock etwa 13 psi hinzufügt. Ein Y-Stück oder ein Verteiler fügt je nach Gerät und Durchfluss weitere 10 bis 25 psi hinzu.

Der Pumpenauslassdruck beträgt 100 plus 100 plus 13 plus 10 oder 223 psi.

Wechseln Sie zu einem 2,5-Zoll-Schlauch und die Berechnung ändert sich vollständig. Die gleichen 250 gpm über die gleichen 200 Fuß verlieren 2 x 6,25 x 2 oder 25 psi. Das entspricht einer Einsparung von 75 psi in einer Leitung und gilt für Schläuche mit großem Durchmesser in einer einzigen Berechnung.

Wo der Koeffizient zu driften beginnt

In den veröffentlichten Tabellen wird davon ausgegangen, dass der Schlauch neu, sauber und vollständig ausgekleidet ist. Bei Feldschläuchen ist das anders, und mehrere Faktoren führen dazu, dass der tatsächliche Verlust über dem Tabellenwert liegt.

• Alter des Schlauchs und Zustand der Auskleidung. Linerablösung, Schimmel und Abrieb erhöhen die effektive Rauheit. Eine Strafe von zwanzig Prozent bei einer älteren 1,75-Zoll-Leitung ist nicht ungewöhnlich.
• Tatsächlicher Innendurchmesser. Nenngrößen sind Näherungswerte und der Druckverlust skaliert ungefähr mit dem Kehrwert der fünften Potenz des Durchmessers, sodass ein leicht unterdimensionierter Schlauch mehr kostet, als die meisten Betreiber erwarten.
• Wassertemperatur. Kaltes Wasser ist zähflüssiger und benötigt bei einer langen Leitung ein paar zusätzliche psi.
• Layout. Knicke, enge Biegungen um Ecken und ein unter einer Tür eingeklemmter Schlauch verhalten sich wie zusätzliche Länge, die in Ihrer Messung nie auffällt.

Verbindungspunkte verdienen eine eigene Anmerkung. Eine richtig angepasste Kupplung verursacht einen kleinen lokalen Verlust, und eine Verbindung, die mit einer verdrehten Dichtung oder einem teilweise sitzenden Kopf zusammengebaut wird, fügt erheblich mehr hinzu. Eine gefaltete Dichtung wird auf dem Messgerät wie ein Koeffizientenproblem angezeigt, selbst wenn der Schlauch selbst in Ordnung ist. Die korrekte Montage wird in dieser Anleitung behandelt wie eine Feuerlöschschlauchverbindung angeschlossen werden sollte .

Wie Kupplungen, Adapter und Geräte versteckte Verluste verursachen

Jedes Gerät zwischen der Pumpe und der Düse weist einen eigenen Verlust auf, der bei der Koeffizientenmethode nicht berücksichtigt wird. Die Tabelle beschreibt den Schlauch. Es sagt nichts über die an den Enden angeschraubten Beschläge aus.

Adapter sorgen für die meisten Überraschungen. Der Übergang von einem nationalen Standard zu einem anderen, beispielsweise der Anschluss einer Storz-Leitung an einen Machino-Einlass, erfordert einen Adapter mit einer eigenen internen Geometrie. Ein guter Adapter ist kurz, glatt und hat einen vollen Durchgang. Eine arme Person tritt im Querschnitt nach unten, und diese Stufe verhält sich wie ein Stück kleinerer Schlauch. Bei einer 500-GPM-Versorgungsleitung kann ein Adapter, der die Bohrung um einen Viertelzoll verengt, mehr Druck verbrauchen als 50 Fuß des Schlauchs, an dem er befestigt ist.

Die praktische Regel besteht darin, einen Adapter zu wählen, dessen Bohrung zum kleineren der beiden Schläuche passt, und zu vermeiden, dass zwei Adapter dort gestapelt werden, wo einer reicht.

Storz-Adapterkupplungen – Male Machino für Standard-Schnittstellenkonvertierung Männliche Machino-Adapterkupplungen verbinden oder konvertieren zwischen passenden Standards; Wählen Sie die Bohrung für den kleineren Schlauch und vermeiden Sie es, Adapter dort zu stapeln, wo einer ausreicht. Produkt anzeigen →

Feldregeln, die die Mathematik ehrlich halten

Sobald die Koeffizientenidee klar ist, decken eine Handvoll Regeln die meisten realen Situationen ab.

1. Schreiben Sie die Summe auf. Der Pumpenauslassdruck entspricht dem Düsendruck plus Reibungsverlust plus Höhe plus Geräteverlust. Ein fehlender Begriff ist die häufigste Ursache für einen schwachen Stream.
2. Respektiere den Platz. Jede Strömungsänderung verschiebt den Reibungsverlust um das Quadrat des Verhältnisses. Die Erhöhung einer Leine von 150 auf 200 gpm erhöht den Verlust um etwa 78 Prozent.
3. Teilen Sie parallele Linien, bevor Sie mit der Berechnung beginnen. Zwei gleichgroße, gleichgroße Leitungen führen jeweils die Hälfte des gesamten Durchflusses und verlieren jeweils ein Viertel des Drucks, den eine einzelne Leitung, die den gesamten Durchfluss führt, verlieren würde.
4. Halten Sie für jeden Schlauchtyp in Ihrem Bestand einen Arbeitskoeffizienten bereit, nicht nur für jede Größe.
5. Nach jeder Hardwareänderung neu berechnen. Ein neues Gerät, eine neue Düse oder ein neuer Adapter verändert das System, nicht nur den Schlauch.

Die Düsenwahl gehört in diese Arithmetik, da die Düse den Durchfluss bestimmt. Eine Düse, die leicht überpumpt werden kann, oder eine Düse, die es einem Bediener ermöglicht, den Durchfluss zu ändern, ohne es jemandem am Bedienfeld mitzuteilen, verändert den Reibungsverlustterm stärker als jede andere Einzelentscheidung. Anpassbare Muster mit klar markierten Flusseinstellungen beseitigen die meisten dieser Unklarheiten.

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Hardware, die die Koeffizientenberechnung vorhersehbar hält

Es gibt eine Grenze dafür, wie viel davon Sie über das Pumpenpanel reparieren können. Der Rest muss in die Hardware eingebaut werden, und hier verdienen Bohrungskontrolle und Fertigungstoleranzen ihren Ausschlag.

Eine Kupplung mit wirklich vollem Durchgang, einem glatten Innenübergang und einer Dichtung, die ohne Falten sitzt, führt zu einem Verlust, der nahe am theoretischen Wert für den Durchmesser liegt. Eine zu kleine, unrunde oder mit einem rauen Gussstück versehene Kupplung führt zu einem Druckabfall, den keine Tabelle vorhersagen kann.

Aus diesem Grund sind auch standardisierte Kopplungsfamilien wichtig. Ein Storz-Kopf, eine Machino-Kupplung, ein NH-Gewinde oder eine John-Morris-Kupplung haben jeweils eine definierte Bohrung und ein definiertes Profil, sodass ein Ingenieur das System berechnen und erwarten kann, dass die Hardware mit der Berechnung übereinstimmt. Das Mischen von Standards ist manchmal unvermeidbar, sollte jedoch mit einem speziell angefertigten Adapter und nicht mit einem Stapel improvisierter Armaturen erfolgen.

Bei Versorgungs- und Relaisleitungen mit großem Durchmesser dominiert der Koeffiziententerm die gesamte Pumpendruckberechnung, sodass der Unterschied zwischen einer gut bearbeiteten Kupplung und einer marginalen Kupplung direkt auf dem Manometer angezeigt wird. Wenn der Druckabfall in einer solchen Leitung ein Problem darstellt, lohnt es sich Besprechen Sie das Layout mit dem Lieferanten vor der Bestellung und nicht nach der ersten Übung.

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Feuerwehrschlauchkoeffizienten sind nicht kompliziert. Es handelt sich um eine Zahl pro Schlauchtyp, die über eine Formel mit drei Begriffen angewendet wird. Was Erfahrung erfordert, ist zu wissen, wann diese Zahl nicht mehr stimmt, was normalerweise der Fall ist, wenn der Schlauch alt ist, der Durchmesser nicht den Angaben in der Ummantelung entspricht oder die Hardware zwischen Pumpe und Düse den Durchfluss stillschweigend einschränkt.

Ermitteln Sie den richtigen Koeffizienten für den Schlauch, den Sie tatsächlich transportieren, fügen Sie die Düsen-, Höhen- und Gerätebedingungen ehrlich hinzu, und der Pumpendruck ist keine Schätzung mehr. Das Messgerät wird Sie immer noch gelegentlich überraschen, aber es wird Sie aus einem Grund überraschen, den Sie finden können.