Formel für den Reibungsverlust von Feuerwehrschläuchen: Koeffizienten, Beispiele und Pumpendruck

Eine 200 Fuß lange Angriffsleitung aus einem 1,75-Zoll-Schlauch, der 150 Gallonen pro Minute durchströmt, verbrennt etwa 70 psi, bevor das Wasser jemals die Düse erreicht. Pumpenbetreiber, die diese Zahl überspringen, finden dies normalerweise durch einen kurzen, schwachen Strahl und viel Raten am Gashebel heraus. Das Werkzeug, das dies vorhersagt, ist eine Multiplikation: FL = C x Q^2 x L, wobei FL der Reibungsverlust in psi ist, C ein durch Schlauchdurchmesser und Auskleidung festgelegter Koeffizient ist, Q der Durchfluss in Hunderten von Gallonen pro Minute ist und L die Schlauchlänge in Hunderten von Fuß ist.

Im Folgenden erfahren Sie, wie sich die Formel Einheit für Einheit verhält, welche Koeffizienten für gängige Schlauchgrößen gelten, wie das Ergebnis zum Pumpenauslassdruck wird und wo Adapter, Reduzierstücke und Verteiler die Antwort stillschweigend ändern.

Die Formel für den Reibungsverlust von Feuerwehrschläuchen, Einheit für Einheit

Reibungsverlust ist der Druck, der durch Turbulenzen und Widerstand entsteht, wenn Wasser entlang der Schlauchauskleidung gleitet. Sie steigt geradlinig mit der Länge und dem Quadrat des Durchflusses an, weshalb eine geringfügige Erhöhung der Gallonen pro Minute einen großen Teil der Pumpenleistung verbrauchen kann.

• FL ist der Reibungsverlust in psi für den zu berechnenden Schlauchabschnitt.
• C ist der Reibungsverlustkoeffizient, ein veröffentlichter Wert, der vom Schlauchdurchmesser und der Schlauchkonstruktion abhängt.
• Q ist der Durchfluss in Hunderten von Gallonen pro Minute, sodass 150 gpm zu 1,5 und 250 gpm zu 2,5 werden.
• L ist die Länge in Hunderten von Fuß, also werden 200 Fuß zu 2.

Arbeitsbeispiel: 200 Fuß 1,75-Zoll-Schlauch bei 150 gpm. Q ist 1,5, also ist Q im Quadrat 2,25 und L ist 2. FL = 15,5 x 2,25 x 2, was 69,75 psi oder ungefähr 70 psi entspricht.

Zwei Verhaltensweisen ergeben sich direkt aus dieser Arithmetik. Verdoppeln Sie die Schlauchlänge und der Verlust verdoppelt sich. Wenn sich der Durchfluss verdoppelt, vervierfacht sich der Verlust, da der Durchflussterm quadriert wird.

Reibungsverlustkoeffizienten für gängige Schlauchgrößen

Die veröffentlichten C-Werte stammen aus Durchflusstests an bestimmten Schlauchkonstruktionen. Die folgenden Zahlen stellen die am häufigsten verwendeten Planungswerte für ausgekleidete Feuerwehrschläuche dar und eignen sich gut als Ausgangspunkt für Auslegungsberechnungen.

Die Tabelle erklärt, warum Schläuche mit großem Durchmesser die Versorgungsarbeiten dominieren. Die Bewegung von 200 gpm durch einen 1,75-Zoll-Schlauch kostet etwa 62 psi pro 100 Fuß. Die Bewegung desselben Durchflusses durch einen 4-Zoll-Schlauch kostet weniger als 1 psi.

Reibungsverluste in Pumpenförderdruck umwandeln

Die Abbildung des Pumpenpanels folgt einer einfachen Summe: Förderdruck entspricht Düsendruck plus Reibungsverlust plus Höhengewinn plus Geräteverlust.

1. Düsendruck: typischerweise 50 psi für eine glatte Bohrung und 100 psi für eine Nebel- oder verstellbare Düse.
2. Reibungsverlust: Die obige Formel wird auf jeden Schlauchabschnitt im Layout angewendet.
3. Höhe: etwa 0,5 psi pro Fuß Steigung oder etwa 5 psi pro Etage eines typischen Gebäudes.
4. Geräteverlust: etwa 10 psi pro Stern oder Verteiler und oft 25 psi für einen Standrohranschluss.

Beispiel eins: 200 Fuß 1,75-Zoll-Schlauch bei 150 gpm mit einer Nebeldüse bei 100 psi auf ebenem Boden ergeben 100 70 oder 170 psi an der Platte.

Beispiel zwei: Der gleiche Durchfluss durch 200 Fuß 2,5-Zoll-Schlauch. FL = 2 x 2,25 x 2 = 9 psi, der Panelwert beträgt also 100 9 oder 109 psi.

Gleicher Strom, 61 psi weniger an der Pumpe. Der Unterschied liegt nicht in der Düse und nicht in der Pumpe; Es ist die Bohrung des wasserführenden Schlauchs.

Adapter, Reduzierstücke und Kupplungen ändern die Antwort

Der Reibungsverlust bleibt im Schlauch bestehen, wird jedoch an den Anschlüssen kontrolliert. Jede Komponente, die den Wasserweg verengt, führt zu einem lokalen Druckabfall, und jede Komponente, die den effektiven Durchmesser in einem Schlauchabschnitt verringert, verändert den für diesen Abschnitt verwendeten C-Wert.

Eine Reduzierung von 1 3/4 Zoll auf 1 1/2 Zoll erhöht den Koeffizienten von 15,5 auf 24, was etwa 55 Prozent mehr Verlust bei gleichem Durchfluss bedeutet. Ein Reduzieradapter am Pumpenplattenausgang oder am Düseneingang ist daher keine druckneutrale Hardware. Es handelt sich dabei um einen bewussten Kompromiss zwischen Druck und Kompatibilität der Schnittstellen.

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Auf der Angebotsseite trugen die rechnerischen Belohnungen dazu bei. Eine Kupplung mit großem Durchmesser, die den gesamten Wasserweg durch die Verbindung offen hält, bewahrt den niedrigen C-Wert des dahinter liegenden Schlauchs, was genau das ist, was lange Verlegungen und hohe Durchflussmengen erfordern.

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Wenn ein Verteiler den Strom aufteilt

Ein Zweiwegeverteiler halbiert den Reibungsverlust nicht. Vor der Aufteilung führt die Versorgungsleitung die Summe beider Ströme, und diese Summe geht in die Formel ein. Zwei 150 gpm-Angriffslinien, die von einer Versorgungsleitung gespeist werden, bedeuten in der Versorgungsberechnung 300 gpm oder ein Q von 3. Bei einem 200 Fuß langen 2,5-Zoll-Versorgungsschlauch beträgt der Verlust 2 x 9 x 2 oder 36 psi, bevor eine der beiden Angriffsleitungen überhaupt berücksichtigt wird. Addiert man noch den Geräteverlust des Verteilers, steigt der Plattendruck weiter an.

Fünf Reibungsverlustfehler, die auf dem Feuergrund auftauchen

1. Verwendung von GPM anstelle von Hunderten von GPM. Die Eingabe von 150 statt 1,5 erhöht das Ergebnis um das Hundertfache und führt dazu, dass der Plattendruck einen bedeutungslosen Wert annimmt.
2. Höhe vergessen. Bei einer Steigung von 40 Fuß erhöht sich der Druck um etwa 20 psi, und bei einem Steigrohr oder einer unterirdischen Anordnung ändert sich das Vorzeichen dieses Begriffs.
3. Den veröffentlichten Koeffizienten als genau betrachten. Bei älteren Schläuchen, geknickten Schläuchen, beschädigten Auskleidungen und eingeschränkten Kupplungen liegt der tatsächliche Verlust über dem berechneten Wert, weshalb viele Abteilungen bei langen Verlegungen eine Marge von 10 bis 15 Prozent hinzufügen.
4. Geräteverlust wird ignoriert. Jedes Gerät zwischen Pumpe und Düse verbraucht Druck, den die Reibungsformel nicht berücksichtigt.
5. Wiederverwendung einer Pumpeneinstellung aus einem anderen Layout. Eine Einstellung, die für 200 Fuß eines 1,75-Zoll-Schlauchs funktioniert, ist für 300 Fuß falsch und erneut falsch, wenn die Düse gewechselt wird.

Der Düsendruck liegt im gleichen Budget

Der Düsendruck ist kein Reibungsverlust, sondern beide konkurrieren um die gleiche Pumpenleistung. Eine Düse mit einer Nennleistung von 100 psi benötigt 100 psi am Einlass, und jeder im Schlauch verlorene psi entsteht außerhalb der Reichweite und des Eindringens des Strahls.

Einstellbare Düsen arbeiten normalerweise mit 100 psi und wechseln zwischen geradem Strahl, schmalem Nebel und breiten Nebelmustern. Jedes Muster verändert den effektiven Durchfluss und damit den Reibungsverlust stromaufwärts, weshalb eine Pumpeneinstellung, die von einer Bohrmaschine mit geradem Strahl übernommen wurde, enttäuschen kann, sobald das Muster geöffnet wird. Hintergrundinformationen zum Verhalten dieser Muster finden Sie unter die Sprühmodi der verstellbaren Düse .

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Geräte mit geradem Strahl und glatter Bohrung reagieren weniger empfindlich auf diesen Effekt, da ihr Durchfluss durch den Düsendurchmesser und den Einlassdruck und nicht durch ein einstellbares Muster eingestellt wird.

Feldverknüpfungen und So überprüfen Sie die Nummer

Pumpenbetreiber vermehren sich selten um drei Uhr morgens im Kopf. Es lohnt sich, sich eine nützliche Abkürzung für 1,75-Zoll-Schläuche zu merken: etwa 15 psi pro 100 Fuß bei 100 gpm, 35 psi bei 150 gpm und 62 psi bei 200 gpm. Bei einem 2,5-Zoll-Schlauch kosten die gleichen Durchflussmengen ungefähr 2, 4,5 und 8 psi pro 100 Fuß.

Auf einem Trainingsgelände ist die Überprüfung unkompliziert. Stellen Sie mit einem Inline-Durchflussmesser einen bekannten Durchfluss ein, lesen Sie den Druck an der Pumpe und am Düseneinlass ab und subtrahieren Sie ihn. Nach Anpassung an die Höhe ist die Differenz der tatsächliche Reibungsverlust dieses Schlauchs bei diesem Durchfluss. Ein Vergleich mit dem berechneten Wert zeigt, ob der veröffentlichte Koeffizient noch für den Schlauch im Einsatz passt.

Wenn Sie diese Prüfung einmal im Jahr durchführen, werden Belagverschleiß, geänderte Kupplungslängen und alle Einschränkungen erfasst, die durch eine ohne Überprüfung ausgetauschte Kupplung oder einen Adapter entstanden sind.

Spezifizieren von Schläuchen, Kupplungen und Adaptern unter Berücksichtigung des Drucks

Die Formel belohnt drei Spezifikationsgewohnheiten. Halten Sie die Arbeitsbohrung so groß, wie es der Betrieb zulässt, vermeiden Sie unnötige Reduzierungen zwischen der Pumpe und der Düse und stellen Sie sicher, dass jede Kupplung und jeder Adapter sowohl dem Schlauch als auch dem verwendeten Gewinde- oder Verriegelungsstandard entspricht.

Der letzte Punkt ist bei internationalen Projekten am wichtigsten, bei denen Storz, Machino, NH und andere Muster nebeneinander auftreten. Ein normkonformer Adapter ist nur dann sinnvoll, wenn sein Wasserweg mit dem Schlauch übereinstimmt, den er verbindet, da sich ein eingeschränkter Durchmesser in der Berechnung genauso verhält wie ein kleinerer Schlauch.

Wenn das Druckbudget vor Ort aufrechterhalten werden muss, lohnt es sich, vor der Bestellung der Hardware die Abmessungen und Durchflussanforderungen zu bestätigen. Teilen Sie die Betriebsbedingungen mit dem Engineering-Team und vergleichen Sie die Zahlen mit den tatsächlichen Komponenten und nicht mit einer generischen Tabelle. Die Formel bleibt gleich; nur die Eingaben ändern sich.