Brandslangskoefficienter förklarade: Friktionsförlustvärden och verkligt pumptryck

Två pumpoperatörer anländer till samma trevåningsbyggnad och flödar samma munstycke vid samma inställning. En håller cirka 50 psi mer på urladdningsmätaren, och ingen av dem kan förklara varför. För det mesta är svaret inte pumpen och inte motorn. Det är slangen, och specifikt koefficienten som tilldelats den.

Här är slutsatsen först. En brandslangskoefficient är ett enda tal som beskriver hur mycket tryck en 100 fots del av slangen förbrukar när vatten rör sig genom den med 100 liter per minut. Multiplicera den siffran med kvadraten på flödet och med längden i hundratals fot, och du har friktionsförlusten. Varje diagram, fältgenväg och argument om 1,75 tum kontra 2 tum attacklinjer växer ur det ena förhållandet.

Den praktiska konsekvensen är enkel. Om du inte vet koefficienten för slangen du faktiskt bär gissar du på pumptrycket. Den gissningen håller tills linjen blir lång, flödet går upp eller slangen blir gammal.

Vad en slangkoefficient faktiskt säger dig

Friktionsförlustformeln som används i nordamerikanska brandkårer är kort nog att memorera. FL är lika med C multiplicerat med Q i kvadrat multiplicerat med L. FL är friktionsförlust i psi. Q är flöde i hundratals liter per minut, så 250 gpm blir 2,5. L är längd i hundratals fot, så 200 fot blir 2. C är koefficienten, och det är den enda termen i ekvationen som beskriver själva slangen snarare än hur du använder den.

Det spelar roll eftersom flöde och längd bestäms vid pumppanelen, medan koefficienten är en egenskap hos slangen som sitter i sängen. Den bär innerdiametern, fodrets tillstånd, jackans grovhet som trycker mot vattnet och turbulensen som skapas vid varje böj och koppling längs linjen.

Två linjer båda märkta 2,5 tum kan ha olika koefficienter. Ny gummifodrad slang och femton år gammal slang av samma nominella storlek beter sig inte på samma sätt, även när trycket på jackan är identiskt.

Standardkoefficientvärden efter slangstorlek

Det mesta utbildningsmaterialet i USA använder de värden som publicerats av IFSTA och National Fire Academy. De är en rimlig utgångspunkt och de citeras tillräckligt brett för att alla på eldstaden arbetar utifrån samma nummer.

De två sista kolumnerna visar vad koefficienten gör i praktiken. Fördubbling av flödet fördubblar inte förlusten, den multipliceras med fyra, eftersom Q är kvadratiskt. En 2-tums linje vid 200 gpm förlorar 32 psi per hundra fot, medan samma linje vid 100 gpm bara förlorar 8 psi.

Ett fungerande exempel som du kan upprepa på eldstaden

Ta 200 fot av 2 tums slang som flyter 250 gpm. Q är 2,5, L är 2 och C är 8.

FL är lika med 8 x 2,5 x 2,5 x 2, vilket motsvarar 100 psi.

Lägg nu till resten av systemet. Ett dimmunstycke klassat till 100 psi behöver 100 psi vid spetsen. Tio fots höjd kostar ungefär 4,3 psi, så ett munstycke på tredje våningen ger ungefär 13 psi. En wye eller en distributör lägger till ytterligare 10 till 25 psi beroende på apparaten och flödet.

Pumpens utloppstryck är lika med 100 plus 100 plus 13 plus 10, eller 223 psi.

Byt till 2,5 tums slang och aritmetiken ändras helt. Samma 250 gpm över samma 200 fot förlorar 2 x 6,25 x 2, eller 25 psi. Det är en besparing på 75 psi på en linje, och det är hela fallet för slangar med stor diameter i en enda beräkning.

Där koefficienten börjar glida

Publicerade tabeller antar ny, ren, helfodrad slang. Fältslang är annorlunda, och flera faktorer driver verklig förlust över tabellvärdet.

• Slangens ålder och fodrets skick. Linerseparation, mögel och nötning ökar den effektiva grovheten. En straffavgift på tjugo procent på en äldre 1,75-tumslinje är inte ovanligt.
• Verklig innerdiameter. Nominella storlekar är ungefärliga, och tryckförlusten skalar ungefär med inversen av den femte potensen av diameter, så en något underdimensionerad slang kostar mer än de flesta operatörer förväntar sig.
• Vattentemperatur. Kallt vatten är mer trögflytande och tar några extra psi på en lång lina.
• Layout. Böjningar, snäva böjar runt hörn och slang som kläms under en dörr beter sig som extra längd som aldrig syns i ditt mått.

Anslutningspunkter förtjänar en egen notering. En korrekt matchad koppling tillför en liten lokal förlust, och en skarv monterad med en vriden packning eller ett delvis sittande huvud tillför betydligt mer. En vikt packning läser på mätaren som ett koefficientproblem även när själva slangen är bra. Korrekt montering beskrivs i denna guide till hur en brandslangskarv ska anslutas .

Hur kopplingar, adaptrar och apparater lägger till dold förlust

Varje enhet mellan pumpen och munstycket har en egen förlust, och koefficientmetoden inkluderar den inte. Tabellen beskriver slangen. Det står ingenting om hårdvaran som skruvas på ändarna.

Adaptrar orsakar flest överraskningar. Att flytta från en nationell standard till en annan, till exempel att köra en Storz-linje in i ett Machino-inlopp, kräver en adapter med sin egen inre geometri. En bra adapter är kort, slät och full. En stackare kliver ner i tvärsnittet, och det steget beter sig som en längd av mindre slang. På en 500 gpm matningsledning kan en adapter som smalnar av hålet med en kvarts tum kosta mer tryck än 50 fot av slangen den är ansluten till.

Den praktiska regeln är att välja en adapter vars borrning matchar den minsta av de två slangarna, och att undvika att stapla två adaptrar där en passar.

Storz Adapter Couplings – Hane Machino för standardgränssnittskonvertering Hane Machino-adapterkopplingar ansluter eller konverterar mellan monteringsstandarder; välj hålet för den mindre slangen och undvik att stapla adaptrar där en räcker. Visa produkt →

Fältregler som håller matematiken ärlig

När koefficientidén är tydlig täcker en handfull regler de flesta verkliga situationer.

1. Skriv summan. Pumpens utloppstryck är lika med munstyckstryck plus friktionsförlust plus höjd plus apparatförlust. En saknad term är den vanligaste orsaken till en svag ström.
2. Respektera torget. Varje förändring i flödet flyttar friktionsförlusten med kvadraten på förhållandet. Att höja en linje från 150 till 200 gpm ökar förlusten med cirka 78 procent.
3. Dela parallella linjer innan du räknar. Två lika siameserade ledningar bär vardera halva det totala flödet och förlorar var och en en fjärdedel av det tryck en enda ledning som bär hela flödet skulle förlora.
4. Håll en arbetskoefficient för varje slangtyp i ditt lager, inte bara för varje storlek.
5. Beräkna om efter någon maskinvaruändring. En ny apparat, munstycke eller adapter ändrar systemet, inte bara slangen.

Munstycksval hör hemma i denna aritmetik eftersom munstycket ställer in flödet. Ett munstycke som är lätt att överpumpa, eller ett som låter en operatör ändra flödet utan att berätta för någon på panelen, flyttar friktionsförlustperioden mer än något annat enskilt beslut. Justerbara mönster med tydligt markerade flödesinställningar tar bort det mesta av den oklarheten.

Justerbart munstycke-Storz brandsläckningsmunstycke med flödeskontroll och sprutmönster Justerbart munstycke för brandbekämpning erbjuder flera sprutmönster, snabb på/av-ventil, rekylfri användning och kompatibilitet med flera gränssnitt; markerade flödesinställningar hjälper till att minska panelens oklarhet. Visa produkt →

Hårdvara som håller koefficientmatematiken förutsägbar

Det finns en gräns för hur mycket av detta du kan fixa från pumppanelen. Resten måste byggas in i hårdvaran, och det är där borrkontroll och tillverkningstolerans tjänar sitt stöd.

En koppling som håller ett riktigt helhål, har en mjuk inre övergång och tar en packning som sitter utan vikning ger en förlust nära det teoretiska värdet för dess diameter. En koppling som är underdimensionerad, orund eller försedd med en grov gjutning lägger till ett tryckfall som inget diagram kommer att förutsäga.

Det är också därför som standardiserade kopplingsfamiljer är viktiga. Ett Storz-huvud, en Machino-koppling, en NH-gänga eller en John Morris-koppling har var och en en definierad borrning och profil, så en ingenjör kan beräkna systemet och förvänta sig att hårdvaran matchar beräkningen. Att blanda standarder är ibland oundvikligt, men det bör göras med en specialbyggd adapter snarare än en bunt improviserade beslag.

På matnings- och reläledningar med stor diameter dominerar koefficienttermen hela pumptrycksberäkningen, så skillnaden mellan en väl bearbetad koppling och en marginell koppling dyker upp direkt på mätaren. Om tryckfallet på den typen av ledning är problemet, är det värt det pratar igenom layouten med leverantören före beställningen snarare än efter den första övningen.

Stor Storz brandslangskoppling för matnings- och reläledningar Stor Storz-koppling för matnings- och reläledningar; tandade eller räfflade slutrörsfäste, DIN-storlekar till 12 tum, anpassningsbara material och tryckklasser. Visa produkt →

Brandslangskoefficienter är inte komplicerade. De är ett nummer per slangtyp, applicerade genom en formel med tre termer. Det som kräver erfarenhet är att veta när den siffran slutar vara sann, vilket vanligtvis är när slangen är gammal, diametern inte är vad manteln påstår, eller hårdvaran mellan pump och munstycke begränsar flödet tyst.

Få rätt koefficient för slangen du faktiskt bär, lägg till munstycket, höjden och apparatens termer ärligt, och pumptrycket slutar vara en gissning. Mätaren kommer fortfarande att överraska dig ibland, men den kommer att överraska dig av en anledning som du kan hitta.