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Jul 24, 2023

Berechnungen für Feuerlöschpumpen: Die Grundgleichung jedes Pumpenbetreibers (Update 2020)

Die Gleichung EP = NP + FL + APP + ELEV ist die Grundgleichung, die jeder Pumpenbetreiber beim Betrieb der Feuerlöschpumpe berechnen muss. VON PAUL SPURGEON Die Gleichung EP = NP + FL + APP + ELEV ist die Grundgleichung

Die Gleichung EP = NP + FL + APP + ELEV ist die Grundgleichung, die jeder Pumpenbetreiber beim Betrieb der Feuerlöschpumpe berechnen muss.

VON PAUL SPURGEON

Die Gleichung EP = NP + FL + APP + ELEV ist die Grundgleichung, die jeder Pumpenbetreiber beim Betrieb der Feuerlöschpumpe berechnen muss. Heutzutage verfügen viele Pumpentafeln über Durchflussmesser, die es dem Pumpenbetreiber ermöglichen, die Anzeige auf der Pumpentafel mit dem Durchfluss in Gallonen pro Minute (gpm) der ausgewählten Düse abzugleichen. Dies ist ein Nachteil für die Integrität des Pumpenbetreibers. Ein sachkundiger Bediener muss verstehen, wie ein ordnungsgemäßer Feuerstrahl entsteht und wie die einzelnen Teile angewendet werden. Nur mit diesem Wissen kann sich der Pumpenbediener von einem Knopfzieher, der vorgegebene Zahlen auf einem Messgerät einstellt, zu einem effizienten Ingenieur entwickeln, der in der Lage ist, die Schlauchleitungen mit der richtigen Menge Wasser zu füllen, nicht nur zum Löschen von Bränden, sondern auch, um die Sicherheit der Einsatzkräfte am Brandort zu gewährleisten .

Jede Zahl kann mit einfacher Mathematik berechnet werden. Wie die Konzepte entwickelt werden, wird im Folgenden erläutert. Der Motordruck wird berechnet, indem in jede Zahl Zahlen eingegeben und diese addiert oder subtrahiert werden.

EP = MotordruckNP = DüsendruckFL = ReibungsverlustElev = Höhenverlust oder VerstärkungApp = Gerätereibungsverlust

Einige Figuren können mehr als einmal verwendet werden; andere dürfen überhaupt nicht verwendet werden. Wenn mehr als eine Schlauchgröße verwendet wird, müssen Sie den Reibungsverlust für jede Größe berechnen. Dies gilt auch, wenn mehrere Geräte zum Einsatz kommen oder Schlauchleitungen sowohl bergauf als auch bergab verlegt werden. Der Pumpenbetreiber muss jeden dieser Zahlen jedes Mal berücksichtigen, wenn eine Schlauchleitung aus dem Gerät gezogen wird.

Um als Feuerstrahl bezeichnet zu werden, muss an seinem Ende eine Düse angebracht sein. Diese Düse verleiht dem Strahl seine Form, Reichweite und Geschwindigkeit. Per Definition ist ein Feuerstrahl ein Wasserstrahl, nachdem er die Düse verlassen hat, bis er sein endgültiges Ziel erreicht, das normalerweise der Brandherd ist. Während die Ströme erzeugt werden, werden sie durch den Förderdruck, das Düsendesign und die Düseneinstellung beeinflusst. Ein zu hoher Austrittsdruck ist nicht nur sehr schwer zu bewältigen, sondern zerfällt auch in kleinere Tröpfchen, die das Feuer nicht so wirksam löschen. Eine zu schwache Entladung liefert möglicherweise nicht genügend Gallonen pro Minute, um die durch das Feuer erzeugten britischen thermischen Einheiten (Btus) zu überwinden. Ein ausreichender Strahl muss auch so weit reichen, dass er den Brandherd treffen kann.

Nachdem das Wasser die Düse verlässt, wird der Bach auch von der Natur in Form von Schwerkraft und Wind beeinflusst. Der Strom muss stark genug sein, um diese Faktoren zu überwinden. Es muss genügend Reichweite vorhanden sein, damit sich die Feuerwehrleute nicht in der absolut heißesten Umgebung aufhalten müssen. Wenn der Bach das Feuer nicht erreicht, kann er das Feuer nicht löschen. Wenn der Bach dem Wind nicht standhalten kann, ist es möglicherweise nicht möglich, das Wasser an den Brandherd zu bringen, wo es benötigt wird.

Die Feuerwehr verwendet drei Standard-Düsendrücke. Diese Standards basieren auf jahrelangem Versuch und Irrtum und Erfahrung. Der Düsendruck kann nach oben eingestellt werden, um mehr Gallonen pro Minute zu liefern, oder nach unten, um die Leitung manövrierfähiger zu machen. Leider können wir nicht beides haben. Wenn der Düsendruck erhöht wird, können einige Gallonen pro Minute mehr abgegeben werden, aber die Schlauchleitung wird steifer und schwieriger zu handhaben. Es gibt sogar einen Punkt, an dem der Druck so groß wird, dass die Turbulenzen im Strom die Entstehung eines funktionierenden Feuerstrahls verhindern. Wenn der Düsendruck verringert wird, ist die Schlauchleitung einfacher zu handhaben, allerdings auf Kosten einer geringeren Gallonen pro Minute. Die Standards stellen einen guten Kompromiss dar, um das Beste aus beiden Welten zu bieten. Um das Feuer zu löschen und gleichzeitig die Schlauchleitung manövrieren zu können, wurden die folgenden Düsendrücke übernommen:

Handlinie mit glatter Bohrung: 50 Pfund pro Quadratzoll (psi). Handlinie der Nebeldüse: 100 psi. Hauptstrahl mit glatter Bohrung: 80 psi.

Diese Standards bieten uns einen guten Ausgangspunkt für die Berechnung des gesamten Motordrucks.

Eine Glattrohrdüse ist einfach ein Rohr, das sich zu einer Öffnung mit einem bestimmten Innendurchmesser verjüngt. Wenn das Wasser durch die Düse verengt wird, entwickelt es seinen gleichmäßigen, festen Strahl. In den späten 1890er Jahren führte John R. Freeman1 Experimente durch, um zu definieren, was ein guter fester Strom ist. Er entwickelte vier Anforderungen, die auch heute noch Anwendung finden:

1 Ein Bach, der seine Kontinuität nicht durch das Ausbrechen von Schauern oder Gischt verloren hat.

2 Ein Bach, der an seinem Bruchpunkt neun Zehntel des gesamten Wasservolumens in einen Kreis mit 15 Zoll Durchmesser und drei Viertel seines Volumens in einen Kreis mit 10 Zoll Durchmesser schießt.

3 Ein Bach, der steif genug ist, um unter angemessenen Bedingungen auch bei einer Brise die angegebene Höhe oder Entfernung zu erreichen.

4 Ein Bach, der, wenn kein Wind weht, durch ein Fenster in einen Raum eindringt und mit so viel Kraft gegen die Decke prallt, dass er gut spritzt.

Diese Standards bilden eine gute Grundlage für den Bau eines Feuerstroms von guter Qualität.2

Wie wir wissen, ist es nicht der Druck eines Baches, der ein Feuer löscht, sondern die Wassermenge in Gallonen pro Minute, die ein Feuer kühlt. Der für einen Brand zuständige Beamte muss die zum Löschen des Feuers erforderliche Wassermenge bestimmen und die geeignete Schlauchleitung und Düse auswählen, die die richtige Menge an Wasser pro Minute liefert. Große Brände sorgen für eine gute Berichterstattung, aber in Wirklichkeit passieren sie, weil die Feuerwehrleute nicht in der Lage waren, genügend Wasser an den Brandherd zu bringen, um das entstehende Btus zu bekämpfen. Sowohl der Beamte als auch der Pumpenbetreiber müssen den Durchfluss in Gallonen pro Minute aus den verschiedenen Düsenspitzen kennen, um zu wissen, wie viel Feuer jede einzelne löschen kann. Als allgemeine Regel gilt, dass der maximale Düsendurchmesser die Hälfte der Größe des Schlauchs, an dem er befestigt ist, nicht überschreiten sollte – beispielsweise sollte eine 2½-Zoll-Handleitung keine glatte Düse haben, die größer als 1¼ Zoll ist. Eine 1¾-Zoll-Handleitung sollte eine Düsenspitze haben, die nicht größer als 7⁄8 Zoll ist.

Die aus einer glatten Bohrung austretende Wassermenge wird durch den Düsendruck und den Innendurchmesser der Öffnung bestimmt. Die Formel zur Bestimmung des Gallonendurchflusses aus einer Düse mit glatter Bohrung lautet wie folgt:

Beispielsweise hat eine 1-Zoll-Spitze mit glatter Bohrung einen Ausstoß von 210 gpm: 29,72 × 12 × 7,07 = 210 gpm.

Viele Feuerwehren haben sich dafür entschieden, Kombinationsnebeldüsen an ihren Geräten anzubringen. Sie halten es für wichtig, die Möglichkeit zu haben, einen Strahl zu liefern, der von einem geraden Strahl bis zu einem breiten Nebelmuster angepasst werden kann. Viele Beamte und Düsenbetreiber schätzen die Flexibilität, die eine Nebeldüse bietet. Diese Düse eignet sich auch für Autobrände, andere Brände im Freien und Brände mit flüssigem Erdöl.

Beachten Sie, dass ich bei der Mustereinstellung nicht von „solid stream“ gesprochen habe. Beim engsten Muster erzeugt eine Nebeldüse immer noch einen Nebelstrahl. Es besteht aus winzigen Wassertröpfchen, die gleichmäßig in Richtung des Feuers ausgestoßen werden. Die kleinen Wassertröpfchen absorbieren bei richtiger Anwendung die Wärme schneller als ein fester Strahl. Dies liegt daran, dass alle Tröpfchen eine größere Oberfläche haben als ein Vollstrahl. Ein weiterer Vorteil winziger Wassertröpfchen besteht darin, dass sie sich schnell in Dampf verwandeln. Wenn ein Feuer in einem geschlossenen Raum entsteht, kann eine relativ kleine Menge Nebelstrahl in den Bereich geschossen werden (der Bereich ist dicht verschlossen), und das Wasser verwandelt sich in Dampf, der das Feuer erstickt. Dies wird als indirekte Angriffsmethode bezeichnet. Der Vorteil besteht darin, dass relativ wenig Wasser verbraucht wird. Dies trägt dazu bei, Wasserschäden an der Struktur zu verhindern. Diese Methode zur Brandbekämpfung wurde erstmals von Chief Lloyd Layman während seiner Zeit bei der US-Küstenwache entwickelt. Wenn sich Wasser in Dampf verwandelt, dehnt es sich aus. Das Ausmaß der Ausdehnung wird durch die Wärmemenge im Raum bestimmt.

Hinweis: Der indirekte Angriff wird nur in geschlossenen Räumen eingesetzt, in denen keine Möglichkeit für Leben im Raum besteht. Der Dampf wird jeden in der Umgebung verbrennen und töten. Wenn die Möglichkeit besteht, dass sich jemand im Raum aufhält, darunter auch Feuerwehrleute, verwenden Sie ein Nebelmuster in Verbindung mit einer ordnungsgemäßen Belüftung. Wenn das Wasser in Dampf umgewandelt wird, kühlt es das brennende Material ab, der Dampf muss jedoch nach außen entweichen können. Ein Brandangriff aus nächster Nähe muss mit einer ordnungsgemäßen Belüftung koordiniert werden. Tabelle 1 zeigt das Ausmaß der Ausdehnung bei verschiedenen Temperaturen.

Bei der Feuerwehr wird Reibungsverlust als Druckenergieverlust definiert, wenn Wasser durch Schläuche, Armaturen und Geräte fließt. Wenn Wasser durch den Schlauch fließt, reibt es an der Schlauchauskleidung, den Kupplungen und sogar an sich selbst. Jedes Mal, wenn dies geschieht, verlangsamt die Reibung das Wasser. Pumpenbetreiber müssen diesen Verlust kompensieren. Für Pumpenbetreiber gibt es zwei Möglichkeiten, wie Wasser durch Schläuche fließt. Die erste ist die laminare Strömung, die mit relativ geringen Geschwindigkeiten auftritt. In einer perfekten Welt würde das Wasser direkt durch den Schlauch fließen und niemals auf Hindernisse stoßen, die es verlangsamen könnten. Bei der laminaren Strömung fließt das Wasser in parallelen Linien, wobei sich die Strömung in der Mitte mit einer größeren Geschwindigkeit bewegt als an den Rändern und weiter nach außen zu den Rändern des Schlauchs hin abnimmt. Stellen Sie sich Wasserschichten vor, die übereinander fließen. Bei der laminaren Strömung bewegen sich die Schichten gleichmäßig in einer Richtung gegeneinander.

Die zweite Art von Strömung ist „turbulent“. Wie bereits erwähnt, reibt das Wasser, wenn es durch die Schläuche und Geräte fließt, an der Auskleidung der Schläuche und Geräte, was zu Reibung führt. Es fließt auch über Kupplungen und um Biegungen im Schlauch und verursacht Reibung. Stellen Sie sich einen einzelnen Wassertropfen im Schlauch vor. Während es entlangfließt, berührt es die Auskleidung, eine Kupplung oder eine Biegung im Schlauch. Bei diesem Kontakt ändert es sogar leicht die Richtung und hört auf, in einer schönen geraden Linie zu fließen. Dadurch wird die Vorwärtsgeschwindigkeit des Tropfens verlangsamt. Dies ist die einfachste Erklärung für Reibungsverluste. Jedes Mal, wenn das Wasser aus irgendeinem Grund die Richtung ändert, entsteht Reibung.

Reibung entsteht auch durch das Wasser selbst. Wenn eine Flüssigkeit an sich selbst vorbeifließt, erzeugt sie Reibung mit den Schichten daneben. Wenn jede Schicht mit einer anderen Schicht in Kontakt kommt, bewegt sie sich und ändert ihre Richtung. Dadurch verlangsamt sich die Geschwindigkeit. Ein gutes Beispiel hierfür ist das Gießen von sehr dickem Sirup über einen sanften Hang. Wenn Sie das vordere Ende des Sirups beobachten, sieht es so aus, als würde er den Hang hinunterrollen. Jede Schicht scheint die daneben liegende Schicht zu ergreifen und mitzuziehen. Wasser bewirkt das Gleiche. Während es durch den Schlauch fließt, reibt und zieht es und bewegt sich in andere Richtungen als die gewünschte gerade Linie.

Eine einfache Möglichkeit, dieses Prinzip zu demonstrieren, besteht darin, Ihren Gartenschlauch aufzudrehen. Platzieren Sie den Schlauch in einer geraden Linie, ohne am Ende eine Düse anzuschließen. Das am Ende austretende Wasser fließt in einem schönen, gleichmäßigen Strahl. Unmittelbar am Ende des Schlauchs hat das Wasser eine schöne, solide zylindrische Form. Nun knicken Sie den Schlauch etwa 12 bis 18 Zoll hinter der Auslassöffnung leicht ab. Sie sehen jetzt nicht nur, dass der Strom seine Vorwärtsgeschwindigkeit verloren hat, sondern auch, dass die Form des Stroms nicht annähernd so gleichmäßig ist wie zuvor. Dies ist eine sehr vereinfachte Version dessen, was in einem Feuerwehrschlauch passiert.

Der Reibungsverlust im Feuerwehrschlauch wird durch die folgenden Regeln geregelt:

1 Der Reibungsverlust variiert je nach Qualität des Schlauchs. Die Dicke der Innenauskleidung, das Alter des Schlauchs und die Webart der Ummantelung haben Einfluss auf die Qualität des Schlauchs. Trotz der Verbesserung der Qualität der Innenauskleidung des Schlauchs besteht immer noch eine gewisse Reibung. Es ist unmöglich, ein vollkommen glattes Innenfutter zu haben. Jede noch so kleine Unvollkommenheit im Futter erzeugt Reibung.

2 Der Reibungsverlust hängt direkt von der Schlauchlänge ab. Der Reibungsverlust wird in 100-Fuß-Längen berechnet; Der Gesamtreibungsverlust ergibt sich aus der Addition aller Längen. Wenn beispielsweise der Reibungsverlust in einer Länge eines 1¾-Zoll-Schlauchs 15 psi beträgt, beträgt der gesamte Reibungsverlust 60 psi, wenn vier Längen von 100 Fuß addiert werden.

3 Der Reibungsverlust variiert mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. Bei einer Verdoppelung der Geschwindigkeit vervierfacht sich der Reibungsverlust. Bei einer Vervierfachung der Geschwindigkeit erhöht sich der Reibungsverlust um das 16-fache.

4 Bei einem gegebenen Durchfluss variiert der Reibungsverlust umgekehrt mit der fünften Potenz des Schlauchdurchmessers. Dies ist das Wichtigste, was man verstehen muss, wenn man die Auswirkungen von Reibungsverlusten begrenzen möchte. Diese Regel zeigt, warum es wichtig ist, den Schlauchdurchmesser zu vergrößern, um den Reibungsverlust auf ein Minimum zu beschränken. Bei gleichbleibendem Durchfluss beträgt der Reibungsverlust bei Verdoppelung der Schlauchgröße nur das (½)5- oder 1⁄32-fache des Reibungsverlusts im kleineren Schlauch. Aus diesem Grund sind viele Feuerwehren von 1½-Zoll-Schläuchen auf 1¾-Zoll-Schläuche umgestiegen. Dies wird wie folgt veranschaulicht:

Dies zeigt, dass der Reibungsverlust bei einem 1¾-Zoll-Schlauch halb so groß ist wie bei einem 1½-Zoll-Schlauch. Ein 1¾-Zoll-Schlauch ist nicht schwieriger zu handhaben als der kleinere 1½-Zoll-Schlauch und hat viel weniger Reibungsverluste, kann aber bei gleichem Druck eine größere Wassermenge fördern.

5Bei einer gegebenen Geschwindigkeit ist der Reibungsverlust unabhängig vom Druck. Der Reibungsverlust in einem Schlauch hängt von der Wassermenge ab, die durch den Schlauch fließt, und von der Geschwindigkeit, mit der er sich bewegt. Wenn die Schlauchleitung auf einem Hügel verlegt wird, muss die Pumpe den durch die Höhe erzeugten Gegendruck überwinden, der Reibungsverlust bleibt jedoch gleich. Wenn der Reibungsverlust in 100 Fuß eines 2½-Zoll-Schlauchs 15 psi beträgt, würde der Druck in der Schlauchverlegung für jede angeschlossene Länge von 100 Fuß um 15 psi sinken, aber der Pumpenauslassdruck muss erhöht werden, um den Höhenverlust auszugleichen .

Wie bereits erwähnt, gibt es viele Faktoren, die beeinflussen, wie viel Reibungsverlust in einer bestimmten Schlauchlänge auftreten kann. Es ist beispielsweise nahezu unmöglich, den Zustand der Auskleidung zu erkennen. Die einzig wahre Möglichkeit, die Höhe des Reibungsverlusts zu ermitteln, besteht darin, an jedem Ende der Schlauchleitung Manometer anzuschließen, die Schläuche in geraden Linien auf ebenem Boden zu verlegen und die Differenz abzuziehen. Es ist wichtig, den Schlauch und die Ausrüstung jederzeit in einem guten Betriebszustand zu halten, um die durch Reibung verursachten Probleme so weit wie möglich zu beseitigen.

Seit vielen Jahren werden bestimmte Formeln verwendet, um eine ziemlich genaue Messung des Reibungsverlusts zu erhalten. Diese Formeln sind nicht perfekt, aber für die Feuerwehr ausreichend.

Die am häufigsten verwendeten Formeln zur Bestimmung des Reibungsverlusts in einer einzelnen 2½-Zoll-Schlauchleitung sind die folgenden:

Diese Formeln werden „Underwriters-Formeln“ genannt. Die erste wird verwendet, wenn der Durchfluss 100 gpm oder mehr beträgt. Die zweite Formel wird für Durchflussmengen unter 100 gpm verwendet.

Um diese Formeln zu berechnen, müssen Sie zunächst wissen, wie viel Gallonen pro Minute Sie basierend auf der Größe der Düsenspitze haben. Teilen Sie den gpm-Wert durch 100, um „Q“ zu erhalten.

Bei der Berechnung des Reibungsverlusts für andere Schlauchgrößen als 2½ Zoll müssen Sie einen Umrechnungsfaktor verwenden. Sie berechnen den Faktor mithilfe der Reibungsverlustregel Nr. 4, die besagt: „Wenn der Durchfluss gleich bleibt, ändert sich der Reibungsverlust umgekehrt mit der fünften Potenz des Schlauchdurchmessers.“ Tabelle 2 zeigt den Umrechnungsfaktor für verschiedene Schlauchgrößen.

Multiplizieren oder dividieren Sie die Formel mit dem Umrechnungsfaktor, um den korrekten Reibungsverlust zu erhalten.

Eine andere von einigen Feuerwehren verwendete Formel ist „CQ2L“. Einige glauben, dass diese Formel einfacher anzuwenden ist, aber der Bediener muss sich den Koeffizienten für jede Schlauchgröße merken.

Ein Koeffizient ist eine Zahl, die für eine bestimmte Schlauchgröße verwendet wird. Tabelle 3 zeigt verschiedene Schlauchgrößen und ihre Koeffizienten.

Wenn Sie die Berechnungen der beiden Formeln vergleichen, werden Sie feststellen, dass die Antworten leicht unterschiedlich sind. Welche Formel ist richtig? Die Antwort lautet „beides“. Es gibt keine richtige oder falsche Formel; Feuerwehren verwenden beide Formeln. Wie bereits erwähnt, spielen zu viele Faktoren eine Rolle, um einen Reibungsverlust genau zu berechnen. Die einzige Möglichkeit, den Reibungsverlust in einer beliebigen Schlauchlänge genau zu ermitteln, besteht darin, an jedem Ende der Leitung Manometer anzubringen und die Differenz abzuziehen. Wichtig ist, dass Sie mit beiden Formeln arbeiten und herausfinden, welche für Sie am besten funktioniert.

Bisher haben wir nur einzelne Schlauchleitungslayouts besprochen; Einzelne Linien sind leicht zu erkennen. Sie müssen nur einen Reibungsverlust ermitteln und ihn auf die Gesamtformel anwenden. Aber was passiert, wenn es ein Kombinationslayout gibt?

Ein Kombinationslayout besteht aus mehreren Schlauchleitungen, die zu einer kombiniert werden, oder aus einer Schlauchleitung, die sich in mehr als eine Leitung aufteilt. Das gebräuchlichste Kombinationslayout besteht aus mehreren Zeilen, die zu einer kombiniert werden.

Diese Anordnungen werden immer dann verwendet, wenn an der Düse mehr Wasser benötigt wird, als problemlos durch eine Schlauchleitung zugeführt werden kann. Wenn beispielsweise sehr lange Schlauchstrecken benötigt werden, würde der Reibungsverlust in einer einzelnen Schlauchleitung zu groß sein, daher wird diese auf zwei oder mehr Leitungen aufgeteilt und dann mit einer Siamesenverbindung in die Angriffsleitung eingebunden. Eine andere Situation ist die Versorgung eines Standrohrs oder eines Sprinkleranschlusses an einem Gebäude. Zwei oder mehr Schlauchleitungen werden am Gebäude angeschlossen und dann transportiert ein internes Rohr das Wasser dorthin, wo es benötigt wird.

Die effizienteste Methode zur Berechnung dieser Art von Layout besteht darin, das Layout in einzelne Teile zu zerlegen.

1 Es ist am besten, zuerst die Angriffslinie zu trennen. Wir wissen, dass eine 1-Zoll-Spitze 210 gpm durchfließt. Damit können wir den Reibungsverlust für diesen Abschnitt berechnen: 2Q2+Q × L = 21,84.

2 Berechnen Sie als Nächstes den Reibungsverlust in den beiden Leitungen, die die Angriffsleitung versorgen. Teilen Sie die Gesamtzahl in Gallonen pro Minute (210) durch die Anzahl der Schlauchleitungen (2) und berechnen Sie den Reibungsverlust für eine der Leitungen. Die andere Zeile wird die gleiche sein. Jede Schlauchleitung trägt die Hälfte des Gesamtdurchflusses: 2(1,052) + 1,05 × L = 9,25. Addieren Sie 9,25 nicht zweimal. Sie müssen es nur einmal berechnen und hinzufügen. Selbst wenn fünf Versorgungsleitungen vorhanden sind, berechnen Sie den Reibungsverlust für eine Leitung und addieren Sie ihn nur einmal.

Hinweis: Wenn die zu teilenden Schlauchleitungen zwei unterschiedliche Längen haben, mitteln Sie die beiden Längen. Wenn möglich, wäre es besser, die Linien so zu ändern, dass sie die gleiche Länge haben. Am besten ist es auch, Schlauchleitungen gleicher Größe zu verwenden. Dadurch sind die Berechnungen einigermaßen einfach durchzuführen.

Die Siamesen werden verwendet, um bei der Versorgung eines Standrohres oder eines Sprinkleranschlusses mehrere Schlauchleitungen in eine Leitung umzuwandeln. Mehrere Leitungen sind mit dem Gebäude verbunden und versorgen Angriffsleitungen oder Sprinklerköpfe. Das Siamesische wird auch verwendet, wenn ein Motor ein Leiterrohr auf einer Drehleiter versorgen muss. Der Fehler, den viele Leute machen, besteht darin, die GPM nicht auf die vielen Versorgungsleitungen aufzuteilen, die es gibt. Wenn der Gesamtdurchfluss nicht auf die einzelnen Leitungen aufgeteilt wird, sind die Berechnungen viel zu hoch.

Sternlinien erfordern besondere Überlegungen. Das gleiche Prinzip gilt, wenn eine Versorgungslinie in zwei Angriffslinien aufgeteilt wird: Jeder Abschnitt muss separat berechnet werden, es ist jedoch äußerst wichtig, dass jede Angriffslinie mit der anderen identisch ist. Jeder Schlauch muss den gleichen Durchmesser und die gleiche Länge haben, und jeder muss die gleiche Gallonen pro Minute aus der Düse fließen lassen. Wenn die Angriffslinien unterschiedlich sind, ist der Reibungsverlust in jeder Linie unterschiedlich und es ist unmöglich, den gesamten Reibungsverlust zu korrigieren.

Beispiel: Der Reibungsverlust für die Versorgungsleitung beträgt 30 psi. Eine Angriffslinie besteht aus einem 200 Fuß langen 1¾-Zoll-Schlauch mit einer 200-gpm-Nebeldüse. Der Reibungsverlust dieser Schlauchleitung beträgt 120 psi.

Die zweite Angriffslinie besteht aus einem 200 Fuß langen 1¾-Zoll-Schlauch mit einer 100-GPM-Nebeldüse. Der Reibungsverlust dieser Schlauchleitung beträgt 36 psi.

Wenn die 200-gpm-Düse ordnungsgemäß versorgt wird, beträgt der gesamte Reibungsverlust 150 psi. Es gibt keine Möglichkeit, die zweite Leitung mit den richtigen 66 psi zu versorgen. Es ist physikalisch nicht möglich, zwei verschiedene Drücke durch eine Schlauchleitung zu pumpen.

Eine andere Situation, in der mehr als ein Reibungsverlust berechnet werden muss, ist, wenn sehr lange Schlauchverlegungen erforderlich sind. Beispielsweise läuft ein Motor an einem Hydranten und das Feuer ist weit entfernt. Das Beste, was Sie tun können, ist, durch einen Schlauch mit größerem Durchmesser bis zum Feuergrund zu pumpen und dann eine kürzere Angriffslinie zu haben, die einen kleineren Durchmesser hat und einfacher zu manövrieren ist.

Frage: Wie hoch ist der gesamte Reibungsverlust bei 700 Fuß 3-Zoll-Schlauch, reduziert auf 200 Fuß 1¾-Zoll-Angriffsleine mit einer 1-Zoll-geraden Spitze?

Antwort: Ermitteln Sie zuerst die Angriffslinie:

Stellen Sie sich als nächstes den 3-Zoll-Schlauch vor:

Zum Schluss addieren Sie die beiden: 131,04 + 30,59 = 161,63 psi.

Wie Sie sehen können, würde der Reibungsverlust 589,68 psi betragen, wenn die gesamte Schlauchleitung aus 900 Fuß 1¾-Zoll-Schlauch bestehen würde. Ein so hoher Druck würde die Pumpen sehr belasten und mit Sicherheit zum Platzen des Schlauchs führen. Aus diesem Grund ist es so wichtig, über die gesamte Distanz mit Ausnahme der Angriffslinie durch eine Schlauchleitung mit größerem Durchmesser zu pumpen.

Wenn Sie sich am Ort eines Zwei-Alarm-Brandes befinden, hat der Pumpenbetreiber keine Zeit, den Reibungsverlust für jede Schlauchleitung zu ermitteln. Die meisten Feuerwehren berechnen den Reibungsverlust für die von ihnen getragenen Schläuche und Düsen und tragen ihn in ein sogenanntes „Pumpendiagramm“ ein. In den meisten Diagrammen sind die Düsen am Gerät, ihre GPM und der Reibungsverlust aufgeführt. Der Bediener muss sich lediglich das Diagramm ansehen und mit dem Hinzufügen der Zahlen beginnen. Dies macht es viel einfacher und schneller auf dem Feuerplatz, wo die Zeit entscheidend ist.

Jedes Mal, wenn Wasser durch Schläuche, Rohre oder Geräte fließt, kommt es zu Reibungsverlusten. Jedes Mal, wenn an einer Schlauchleitung gezogen wird, muss der Pumpenbetreiber dies berücksichtigen, um dem Düsenführer die richtige Menge Wasser zum Löschen des Feuers zuzuführen. Es liegt in der Hauptverantwortung des Pumpenbetreibers, die Berechnungen richtig durchzuführen und die Schlauchleitung mit dem richtigen Druck und der richtigen Durchflussrate zu versorgen. Unsachgemäße Berechnungen können zu gefährlichen Situationen für die Einsatzkräfte im Brandbereich führen. Ein zu niedriger Druck führt dazu, dass nicht genügend Wasser zum Löschen des Feuers vorhanden ist. Ein zu hoher Druck kann möglicherweise die Feuerwehrleute im Gebäude verletzen. Merken Sie sich bei der Berechnung des Reibungsverlusts die von Ihrer Abteilung verwendete Formel sowie die Reibungsverlustregeln und deren Anwendung.

Im obigen Abschnitt wurden Geräte wie Stern-, Siamesen- und Untersetzungsgetriebe nie in die Berechnungen des Reibungsverlusts einbezogen. Sie sind so besonders, dass sie in der Gesamtgleichung eine eigene Berechnung erhalten. Geräte sind Geräte, die in Verbindung mit Schläuchen zur Wasserversorgung beitragen. Sie sind so konzipiert, dass sie in der Mitte oder am Ende einer Schlauchanordnung zur Wasserversorgung platziert werden können. Auch Feuerwehranschlüsse für Standrohre gelten als Geräte. Leiterrohre auf Hubwagen gelten als Geräte. Geräte können verwendet werden, um Schlauchleitungen zu kombinieren oder zu teilen oder um dabei zu helfen, das Wasser dorthin zu bringen, wo es hin muss.

Jedes in der Feuerwehr eingesetzte Wassergerät, vom einfachen Rohr bis zum Leiterrohr, weist Reibungsverluste auf. Die Hersteller dieser Geräte arbeiten hart daran, den Reibungsverlust auf ein Minimum zu beschränken, aber wie bereits erwähnt entsteht bei jeder Bewegung oder Richtungsänderung des Wassers Reibung. Jeder Motorenhersteller sollte im Auge behalten, welche Geräte sich auf der Bohrinsel befinden und wer sie herstellt. Wenn keine Handbücher verfügbar sind, besuchen Sie die Website oder wenden Sie sich an das Unternehmen, um so viel wie möglich über die einzelnen Handbücher zu erfahren. Es gibt Listen und Diagramme, die den Reibungsverlust für bestimmte Strömungen grafisch darstellen.

Genau wie bei Schlauchleitungen entsteht jedes Mal, wenn das Wasser die Richtung ändert, mehr Reibungsverlust. Wenn das Wasser geteilt oder kombiniert wird oder durch das Gerät fließt, ändert es seine Richtung, was zu Reibungsverlusten führt. Es gelten die gleichen Reibungsverlustregeln. Mit zunehmendem Innendurchmesser nimmt der Reibungsverlust ab. Mit zunehmender Geschwindigkeit steigt auch der Reibungsverlust.

Viele Feuerwehren wie die Feuerwehr von Denver (CO) geben für jedes Gerät festgelegte Werte an. Bei diesen Reibungsverlustwerten handelt es sich um Durchschnittswerte, die auf den Strömen basieren, die normalerweise mit jedem Gerät verbunden sind. Beim Pumpen im Brandfall sind diese Zahlen ausreichend genau.

Tabelle 4 enthält den Reibungsverlust, den die Feuerwehr von Denver den Geräten zuordnet.

Dies sind nur einige der heute verwendeten Geräte. Führen Sie eine Bestandsaufnahme Ihrer Geräte durch und stellen Sie sicher, dass jedes Gerät erfasst wird und der Reibungsverlust für jedes einzelne Gerät bekannt ist. Wenden Sie sich bei Bedarf an den Hersteller, um den Reibungsverlust für jedes Gerät zu ermitteln.

Die Höhe ist die letzte Berechnung, die wir durchführen müssen, um die Gleichung zu vervollständigen. In Bezug auf die Brandbekämpfung ist Höhe der durch die Schwerkraft erzeugte Druck. Sofern die Schlauchleitungen nicht auf völlig ebenem Boden verlegt werden, müssen Sie die Höhe anpassen. Oftmals ist der Höhenunterschied minimal, aber der Pumpenbetreiber muss sich jederzeit darüber im Klaren sein. In vielen Gemeinden liegt ein Haus höher als die Straße. Schauen Sie sich die Auffahrt an und achten Sie darauf, ob sie ein Gefälle aufweist. Dieser Druck muss beim Auf- und Abwärtsfahren in der Höhe berechnet werden. Manchmal wird die Schlauchleitung einen Hügel hinauf und auf der anderen Seite wieder hinuntergezogen. In anderen Fällen werden die Schlauchleitungen auf ebenem Boden in Standrohrverbindungen verlegt, die Angriffsleitung wird jedoch in einem oberen Stockwerk des Gebäudes verwendet. Jedes Mal, wenn Wasser höher oder tiefer als die Pumpe bewegt wird, müssen Sie Anpassungen vornehmen.

Der Abwärtsdruck einer Flüssigkeit ist direkt proportional zu ihrer Tiefe. Eine 2,5 x 2,5 cm große Wassersäule mit einer Höhe von 30 cm hat an ihrer Basis einen Druck von 0,434 Pfund. Der Druck erhöht sich um 0,434 Pfund pro Fuß, der zur Körpergröße hinzugefügt wird. Der Pumpenbetreiber muss sich an diesen Druck anpassen.

„Fallhöhe“ bezieht sich auf den vertikalen Abstand von der Wasseroberfläche bis zum Einsatzort. Der durch die Schwerkraft erzeugte Druck hängt von der Höhe des Wasserspiegels im Vergleich zum Einsatzort ab. Beispielsweise erzeugt eine 50 Fuß hohe Wassersäule an ihrer Basis einen Druck von 21,7 Pfund. Das Gegenteil ist auch der Fall. Wenn ein Druck von 21,7 Pfund auf die Basis der Säule ausgeübt wird, steigt das Wasser um 50 Fuß.

Bevor mechanische Pumpen in Wasserverteilungssystemen eingesetzt wurden, wurde die Schwerkraft zur Druckerhöhung genutzt. An Gebäuden und Türmen wurden Wassertanks angebracht, um Sprinkleranlagen und Hydranten mit Wasser zu versorgen. Diese Tanks wurden je nach erforderlichem Druck in unterschiedlichen Höhen platziert. Ein Reservoir hoch in den Bergen kann den nötigen Druck liefern, um eine Stadt darunter zu versorgen. Städte wie Denver haben das Glück, in der Nähe hohe Berge voller Stauseen zu haben. Die Stauseen füllen sich mit Wasser, wenn der Schnee schmilzt, und die Städte darunter verbrauchen das ganze Jahr über, was sie brauchen. Alles wird durch die Schwerkraft gespeist, so dass die Natur sich um die Städte unten kümmern kann. Auch wenn der Stausee kilometerweit entfernt ist, ist das Einzige, was zählt, der vertikale Abstand zwischen den Stauseen und dem Ort, an dem das Wasser verwendet wird. Entscheidend ist, wie viel höher das Reservoir liegt als dort, wo das Wasser verwendet wird. Ein über dem Boden angebrachter Wassertank kann einen bodennahen Hydranten versorgen. Die Höhe des Wasserspiegels im Tank bestimmt den am Hydranten herrschenden Druck. Die Formel zur Bestimmung des Drucks bei bekannter Förderhöhe lautet Druck (P) = 0,434 × Förderhöhe (H).

Frage: Die Wasseroberfläche in einem Schwerkrafttank liegt 134 Fuß über einem Hydranten. Wie hoch wird der statische Druck sein, der durch den Kopf auf den Hydranten ausgeübt wird?

Die Beispiele haben gezeigt, dass sich der Kopfdruck nur aus erhöhter Höhe in Richtung Boden bewegt. Kopf gilt auch in der Höhe. Wenn Schlauchleitungen auf einem Hügel oder in einem Gebäude verlegt werden, ist eine Pumpe erforderlich, um den durch die Förderhöhe verursachten Druck zu überwinden. Jedes Mal, wenn ein Pumpenbetreiber in einen Standrohranschluss eines Gebäudes pumpt, muss er eine Höhenberechnung durchführen. In vielen Gerichtsbarkeiten geschieht dies mehrmals täglich. Es gilt die gleiche Formel; Nur der Pumpenbetreiber muss diesen Druck zur Formel hinzufügen. Wenn sich ein Düsenbediener 40 Fuß über einem Hügel befindet, muss der Pumpenbediener Druck hinzufügen, um den gegen die Pumpe wirkenden Förderdruck zu überwinden. Dieser Druck wird „Gegendruck“ genannt.

Frage: Wie hoch würde der Gegendruck sein, wenn man einen 35 Fuß hohen Hügel hinaufpumpt?

Der Pumpenbetreiber muss diesen Druck in die Berechnung einbeziehen.

Wenn sich die Düse 40 Fuß unterhalb eines Hügels befände, müsste der Pumpenbetreiber den Druck abziehen. Dieser Druck wird „Vorwärtsdruck“ genannt.

Manchmal lassen sich die Leitungen nicht so einfach bergauf oder bergab verlegen. Oftmals fährt der Schlauch einen Hügel hinunter und wieder einen Hügel hinauf. Der Pumpenbetreiber muss lediglich den Unterschied feststellen. Wenn die Schlauchleitung beispielsweise einen 30 Fuß hohen Hügel hinaufgezogen und auf der anderen Seite insgesamt 20 Fuß hinuntergezogen wird, muss der Bediener eine Steigung von 10 Fuß einstellen.

In diesem Fall müssen 4,34 psi zur Berechnung hinzugefügt werden, da die endgültige Höhe über dem Niveau der Pumpe liegt. In Berggebieten kommt es für den Pumpenbetreiber häufig vor. Meistens wird der Versuch, die Gesamthöhenänderung zu ermitteln, zu einem Ratespiel. Am einfachsten ist es, einen Startpunkt und einen Endpunkt zu ermitteln und die Differenz zu berechnen. Eines der ersten Feuer, gegen die ich gepumpt habe, war zufällig eine Situation wie diese. Als ich hinsah, fiel das Gelände bis zum Eingang des Gebäudes ab, aber das Feuer befand sich im dritten Stock. Als ich hinüberschaute, wurde mir klar, dass das Feuer im selben Flugzeug war, in dem ich saß. Dies führte zu einer Höhenänderung von Null. Obwohl es also zwei Höhenunterschiede gab, war das Endergebnis gleich Null.

Die gleiche Formel gilt beim Pumpen in ein Gebäude. Der einzige Unterschied besteht darin, dass wir die Höhe des ersten Stockwerks nicht berücksichtigen, da der Feuerwehranschluss in der Regel etwa den gleichen Abstand vom Boden hat wie der Standrohranschluss vom Brandgeschoss. Beispielsweise brennt es im siebten Stockwerk eines Gebäudes, in dem jedes Stockwerk 10 Fuß hoch ist. Wir müssen nur sechs Stockwerke oder 60 Fuß berücksichtigen.

Frage: Wie hoch ist der Höhendruck beim Pumpen in ein 35-stöckiges Hochhaus, in dessen 27. Etage ein Feuer ausbricht? Gehen Sie davon aus, dass jede Etage 10 Fuß hoch ist.

Frage: Im 14. Stock eines Bürogebäudes brennt es. Der Pumper steht auf einem Hügel 30 Fuß über dem Feuerwehranschluss. Was ist der Kopf und wie hoch ist der Druck aufgrund der Höhe? Müssen wir den Druck zur Berechnung addieren oder davon subtrahieren? Gehen Sie von 10 Fuß pro Etage aus.

Antwort: 130 Fuß nach oben minus 30 Fuß nach unten = insgesamt 100 Fuß Höhenunterschied.

Wir müssen diesen Druck hinzufügen, da sich die Düse über dem Niveau der Pumpe befindet.

Nachdem nun jeder Teil der Formel erklärt wurde, können Sie alles zusammensetzen. Am einfachsten ist es, die Formel aufzuschreiben. Manchen Menschen fällt es leichter, ein Diagramm der Schlauchanordnung zu zeichnen, um jeden Teil des Problems besser veranschaulichen zu können.

Denken Sie daran, dass jedes Teil mehr als einmal verwendet werden kann. Es können unterschiedliche Schlauchgrößen oder mehrere Geräte vorhanden sein. Auch wenn ein oder mehrere Teile der Formel nicht verwendet werden, ist es immer sinnvoll, die Abkürzung trotzdem aufzuschreiben. Es genügt, an seiner Stelle eine Null zu setzen. Viele Leute finden, dass es am besten ist, alles gerade zu halten, indem man mit der Düse beginnt und rückwärts arbeitet. Folgen Sie dem Wasser rückwärts und tragen Sie die Zahlen an jeder Stelle ein.

Bei Hauptstrombetrieben, die große Wassermengen verbrauchen, wird jeder Teil der Formel verwendet. Im Allgemeinen werden Masterströme verwendet, wenn das Durchflussvolumen mehr als 350 gpm beträgt. Monitore, Deckgeschütze, erhöhte Plattformen und Leiterrohre gelten als Hauptströme. Auch wenn große Wassermengen verwendet werden, gelten die gleichen hydraulischen Prinzipien. Der schwierige Teil besteht darin, jeden Teil, der ermittelt werden muss, zu erkennen und aufzuschlüsseln.

Frage: Zwei 2½-Zoll-Schlauchleitungen mit einer Länge von jeweils 400 Fuß werden zu einem Monitor verlegt, der sich 30 Fuß über dem Pumpenfahrzeug befindet. Der Monitor verfügt über eine 1½-Zoll-Spitze mit glatter Bohrung. Wie hoch ist der Förderdruck der Pumpe?

Frage: Sie liefern ein Leiterrohr mit einer 1¾-Zoll-Düse und einer Höhe von 80 Fuß. Sie versorgen das Leiterrohr mit zwei 2½-Zoll-Schlauchleitungen mit einer Länge von 200 Fuß. (Hinweis: 100 Fuß eines 3-Zoll-Schlauchs sind auf der Leiter verlegt.)

Das ist es! Das ist die Formel, die jeder Pumpenbetreiber bei jeder Schlauchleitungsverlegung berechnen muss. Für neue Bediener und sogar für alte Hasen, die nicht jeden Tag üben, ist es gut, die Formel jedes Mal aufzuschreiben, wenn an einer Schlauchleitung gezogen wird, und die Zahlen einzutragen. Wenn man für jeden Wert eine Zahl aufschreibt, wird das Problem zu einem einfachen Additions- und Subtraktionsproblem. Manchmal muss für jedes Teil mehr als eine Zahl eingegeben werden – beispielsweise kann es zwei oder mehr Reibungsverlustzahlen geben. Wenn die Formel ausgeschrieben ist, ist es einfacher, eine Rechnung nicht zu vergessen. Viele dieser Berechnungen können im Voraus berechnet, in ein Pumpendiagramm geschrieben und auf dem Gerät in der Nähe der Pumpentafel platziert werden. Das Wichtigste ist, dass Sie üben, damit es keine Probleme gibt, wenn Sie bei einem Brand gebraucht werden.

1. John R. Freeman (1855–1932) war ein Bauingenieur, der sich aktiv für den Brandschutz und die Reduzierung der Versicherungskosten bei Bränden engagierte. Seine Arbeiten „Experimente zur Hydraulik von Feuerströmen“ und „Die Düse als genauer Wasserzähler“ wurden von der American Society of Civil Engineers ausgezeichnet. Seine vollständige Biografie ist im Internet in der Sektion der Boston Society of Civil Engineers verfügbar, www.bsces.org/index.cfm/page/Biography/pid/10709.

2. Isman, Warren E. Handbuch für Feuerwehrpumpenbetreiber. (Tulsa, Oklahoma: Brandschutztechnik). 1984. Seite 48.

PAUL SPURGEON ist seit 20 Jahren Veteran der Feuerwehr von Denver (CO). 1998 wurde er zum Ingenieur befördert und der Lokomotive 7 im Nordwesten von Denver zugeteilt. Er hat einen AAS-Abschluss in Brandwissenschaft und -technologie vom Red Rocks Community College erworben. Er ist Autor von Fire Service Hydraulics and Pump Operations (Fire Engineering).