消防ホース係数の説明: 摩擦損失値と実際のポンプ圧力

2 人のポンプ オペレーターが同じ 3 階建ての建物に到着し、同じ設定で同じノズルを流します。 1 つは放電ゲージで約 50 psi を超えていますが、どちらもその理由を説明できません。ほとんどの場合、答えはポンプやエンジンではありません。これはホース、特にホースに割り当てられた係数です。

まず結論から言います。消防ホース係数は、水が毎分 100 ガロンで流れるときにホースの 100 フィート部分が消費する圧力を表す単一の数値です。この数値に流れの二乗と数百フィートの長さを掛けると、摩擦損失が得られます。すべてのチャート、フィールド ショートカット、および 1.75 インチと 2 インチのアタック ラインに関する議論は、その 1 つの関係から生まれます。

実際の結果は単純です。実際に運ぶホースの係数が分からない場合は、ポンプ圧力を推測することになります。この推測は、ラインが長くなったり、流量が増加したり、ホースが古くなったりするまで当てはまります。

ホース係数が実際に教えてくれる事

北米の消防機関全体で使用されている摩擦損失の計算式は、暗記できるほど短いものです。 FL は、C と Q の 2 乗と L を乗算した値に等しくなります。FL は摩擦損失 (psi) です。 Q は毎分数百ガロンの流量なので、250 gpm は 2.5 になります。 L は数百フィートの長さであるため、200 フィートは 2 になります。C は係数であり、方程式内の唯一の項であり、ホースの使用方法ではなくホース自体を説明します。

流量と長さはポンプ パネルで決定され、係数はベッド内にあるホースの特性であるため、これは重要です。内径、ライナーの状態、水に押し付けられるジャケットの粗さ、ラインに沿ったあらゆる曲がりや結合部で生じる乱流が影響します。

両方とも 2.5 インチというラベルが付いた 2 つのラインは、異なる係数を伝送できます。たとえジャケットの印刷が同じであっても、同じ呼びサイズの新しいゴムライニングホースと 15 年前のホースは同じ動作をしません。

ホースサイズ別標準係数値

米国のほとんどの訓練資料は、IFSTA と国立消防アカデミーによって公開された値を使用しています。これらは合理的な出発点であり、ファイアグラウンドにいる全員が同じ数値に基づいて作業できるほど広く引用されています。

最後の 2 つの列は、係数が実際に何を行うかを示しています。 Q は 2 乗であるため、流量を 2 倍にしても損失は 2 倍になるのではなく、4 倍になります。 200 gpm の 2 インチのラインは 100 フィートあたり 32 psi 損失しますが、100 gpm の同じラインは 8 psi しか損失しません。

火事場で繰り返せる実際の例

250 gpm で流れる 2 インチのホースを 200 フィート取ります。 Qは2.5、Lは2、Cは8です。

FL は 8 x 2.5 x 2.5 x 2 に相当し、100 psi になります。

次に、システムの残りの部分を追加します。定格 100 psi のフォグ ノズルの先端には 100 psi が必要です。 10 フィートの上昇には約 4.3 psi のコストがかかるため、3 階のノズルでは約 13 psi が追加されます。 Y 接続またはディストリビュータでは、アプライアンスと流量に応じてさらに 10 ～ 25 psi が追加されます。

ポンプの吐出圧力は、100 プラス 100 プラス 13 プラス 10、つまり 223 psi に等しくなります。

2.5インチホースに切り替えると演算が完全に変わります。同じ 200 フィートを同じ 250 gpm で走行すると、2 x 6.25 x 2、つまり 25 psi が失われます。これは 1 つのラインで 75 psi の節約となり、1 回の計算で大径ホースの場合全体となります。

係数がドリフトし始める場所

公開されている表は、新品で清潔な、完全にライニングされたホースを想定しています。フィールドホースは異なり、いくつかの要因により実際の損失が表の値を上回ります。

• ホースの使用年数とライナーの状態。ライナーの剥離、カビ、磨耗はすべて実効粗さを上昇させます。古い 1.75 インチのラインに 20% のペナルティが課されることは珍しいことではありません。
• 実際の内径。公称サイズは概算であり、圧力損失は直径の 5 乗の逆数にほぼ比例するため、わずかに小さいホースのコストはほとんどのオペレーターが予想するよりも高くなります。
• 水温。冷水は粘度が高く、長いラインではさらに数 psi がかかります。
• レイアウト。よじれ、コーナー付近のきつい曲がり、ドアの下に挟まれたホースは余分な長さのように動作し、測定値には決して現れません。

接続ポイントについては特筆に値します。正しく適合したカップリングでは局所的な損失がわずかに追加されますが、ねじれたガスケットまたは部分的に取り付けられたヘッドで組み立てられたジョイントではさらに大幅な損失が追加されます。ガスケットが折れていると、ホース自体に問題がない場合でも、係数の問題のようにゲージに表示されます。このガイドでは正しい組み立て方法について説明しています。 消防ホースの接続方法 .

カップリング、アダプター、アプライアンスが隠れた損失を追加する仕組み

ポンプとノズルの間のすべてのデバイスには独自の損失があり、係数法には損失は含まれません。表はホースについて説明しています。端にネジ止めされた金具については何も書かれていません。

アダプターは最も驚きを引き起こします。ある国家規格から別の国家規格に移行する場合、たとえば Storz ラインをmachino インレットに接続するには、独自の内部形状を備えたアダプターが必要です。優れたアダプターは、短く、スムーズで、フルボアです。悪いものは断面を踏み込み、そのステップはより小さなホースの長さのように動作します。 500 gpm の供給ラインでは、内径を 4 分の 1 インチ狭めるアダプターは、接続されているホースの 50 フィートよりも高い圧力がかかる可能性があります。

実際的なルールは、2 つのホースのうち小さい方の口径と一致するアダプターを選択し、1 つで済む場合は 2 つのアダプターを積み重ねないようにすることです。

Storz アダプター カップリング – 標準インターフェイス変換用オス マシノ オスのMachinoアダプターカップリングは、フィッティング標準間で接続または変換します。小さい方のホースの口径を選択し、1 つで十分なアダプターを積み重ねることを避けてください。 製品を見る→

数学を正直に保つフィールドのルール

係数の考え方が明確になると、実際の状況のほとんどをいくつかのルールでカバーできます。

1. 合計を書き出します。ポンプの吐出圧力は、ノズル圧力と摩擦損失と上昇と器具損失を加えたものと等しくなります。用語の欠落は、弱いストリームの最も一般的な原因です。
2. 広場を尊重しましょう。流れが変化すると、摩擦損失が比率の 2 乗だけ移動します。ラインを 150 gpm から 200 gpm に上げると、損失が約 78 パーセント増加します。
3. 計算する前に平行線を分割します。 2 本の等しいシャムラインはそれぞれ総流量の半分を運び、全流量を運ぶ 1 本のラインが失う圧力の 4 分の 1 を失います。
4. サイズごとだけでなく、ホースの種類ごとの作動係数も在庫に保管してください。
5. ハードウェアを変更した後は再計算してください。新しい器具、ノズル、アダプターは、ホースだけでなくシステムも変更します。

ノズルが流れを設定するため、ノズルの選択はこの算術に属します。オーバーポンプしやすいノズルや、オペレーターがパネルの誰にも告げずに流量を変更できるノズルは、他の単一の決定よりも摩擦損失の項を大きく動かします。フロー設定を明確にマークした調整可能なパターンにより、曖昧さのほとんどが解消されます。

調整可能なノズル-流量制御とスプレーパターンを備えたStorz消防ノズル 消火調整可能なノズルは、複数のスプレーパターン、クイックオン/オフバルブ、反動のない使用、およびマルチインターフェース互換性を提供します。マークされたフロー設定は、パネルのあいまいさを軽減するのに役立ちます。 製品を見る→

係数計算を予測可能に保つハードウェア

ポンプパネルから修正できる量には限界があります。残りの部分はハードウェアに組み込む必要があり、そこでボア制御と製造公差が重要になります。

真のフルボアを保持し、内部移行がスムーズで、折り曲げずに装着されるガスケットを採用したカップリングは、その直径の理論値に近い損失を与えます。カップリングが小さかったり、真円でなかったり、粗い鋳物が取り付けられていたりすると、グラフでは予測できないほどの圧力降下が生じます。

これが、標準化されたカップリング ファミリが重要である理由でもあります。 Storz ヘッド、Machino カップリング、NH スレッド、または John Morris カップリングにはそれぞれ定義されたボアとプロファイルがあるため、エンジニアはシステムを計算し、ハードウェアが計算と一致することを期待できます。規格の混合は避けられない場合もありますが、即席のフィッティングを積み重ねるのではなく、専用のアダプターを使用して行う必要があります。

大口径の供給ラインや中継ラインでは、係数項がポンプ圧力の計算全体を支配するため、よく加工されたカップリングと限界のあるカップリングの差がゲージに直接現れます。この種のラインの圧力降下が懸念される場合は、価値があります。 サプライヤーとレイアウトについて話し合う 最初のドリルの後ではなく、注文の前に。

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消防ホースの係数は複雑ではありません。これらはホース タイプごとに 1 つの数値であり、3 つの項を含む公式によって適用されます。経験が必要なのは、その数値がいつ当てはまらなくなるかを知ることです。通常は、ホースが古いか、ジャケットの直径が記載と異なっているか、ポンプとノズルの間のハードウェアが流れを静かに制限している場合です。

実際に運ぶホースに合わせて係数を正しく取得し、ノズル、高さ、器具の項を正直に追加すると、ポンプ圧力は推測ではなくなります。ゲージは今でも時々あなたを驚かせますが、それはあなたが見つけることができる理由であなたを驚かせるでしょう。