كيفية حساب تدفق مضخة الحريق والضغط

تعرف على كيفية حساب تدفق مضخة الحريق والضغط باستخدام طلب النظام، وفقدان الاحتكاك، والارتفاع، والضغط المتبقي المطلوب لتحديد حجم المضخة بشكل مناسب.

مقدمة

يعد حساب التدفق والضغط الصحيحين لمضخة الحريق أحد أهم الخطوات في تصميم نظام موثوق للحماية من الحرائق. يجب أن توفر مضخة الحريق تدفقًا وضغطًا كافيًا للمياه لتزويد الرشاشات أو الصنابير أو محطات الخراطيم أو الأنابيب العامة أو غيرها من معدات مكافحة الحرائق في ظل ظروف التشغيل المطلوبة.

يمكن أن يؤدي اختيار المضخة بناءً على حجم المبنى أو حجم الأنبوب الاسمي فقط إلى نظام غير مناسب. إذا لم توفر المضخة تدفقًا أو ضغطًا كافيًا، فقد لا يعمل نظام الحماية من الحرائق كما هو مصمم. إذا كانت المضخة كبيرة الحجم بشكل كبير، فقد يؤدي ذلك إلى ضغط غير ضروري، وزيادة تكاليف المعدات، وجعل تصميم النظام أكثر صعوبة.

بالنسبة للمهندسين ومقاولي الحماية من الحرائق والاستشاريين وأصحاب المشاريع، يعد فهم العلاقة بين التدفق والضغط والرأس والارتفاع وفقدان الاحتكاك أمرًا ضروريًا لاختيار مضخة مكافحة الحرائق المناسبة.

تشرح هذه المقالة المبادئ الأساسية والخطوات العملية المستخدمة لحساب تدفق وضغط مضخة الحريق.

1. ما هو تدفق مضخة النار؟

تدفق مضخة الحريق هو حجم الماء الذي توفره المضخة خلال فترة زمنية محددة.

الوحدات المشتركة تشمل:

• GPM: جالون في الدقيقة

• LPM: لتر في الدقيقة

• m³؛/ح: متر مكعب في الساعة

على سبيل المثال، يمكن تصنيف مضخة الحريق عند 500 جالون في الدقيقة، أو 750 جالون في الدقيقة، أو 1000 جالون في الدقيقة، أو عدة آلاف من جالون في الدقيقة اعتمادًا على متطلبات نظام الحماية من الحرائق.

يتم تحديد التدفق المطلوب عادةً من خلال الطلب الهيدروليكي للنظام وليس من قبل الشركة المصنعة للمضخة.

يجب على المصمم تحديد كمية المياه المطلوبة بواسطة معدات الحماية من الحرائق المعمول بها ومعيار التصميم ذي الصلة. اعتمادًا على التطبيق، قد يتضمن الحساب رشاشات أوتوماتيكية، أو تيارات خراطيم، أو صنابير مياه، أو أنابيب عمودية، أو ستائر مياه، أو أنظمة أخرى.

ولذلك ينبغي اختيار التدفق المقدر للمضخة '؛s بعد تحديد النظام '؛s الطلب المطلوب على المياه.

2. ما هو ضغط مضخة الحريق؟

ضغط مضخة الحريق هو الضغط الذي توفره المضخة للتغلب على مقاومة نظام الحماية من الحرائق وتوصيل المياه إلى الموقع المطلوب.

يتم التعبير عن ضغط المضخة بشكل شائع في:

• بسي

• شريط

• كيلو باسكال

• متر من الرأس

تتأثر متطلبات الضغط بعدة عوامل، بما في ذلك احتكاك الأنابيب، والارتفاع، والتجهيزات، والصمامات، وفقدان المعدات، والحد الأدنى من الضغط المطلوب عند نقطة التفريغ الأكثر تطلبًا.

على سبيل المثال، قد يتطلب نظام الرش ضغطًا متبقيًا محددًا في الرشاش البعيد هيدروليكيًا. يجب أن توفر مضخة الحريق ضغطًا كافيًا عند تفريغ المضخة للتغلب على جميع الخسائر بين المضخة والرشاش.

لذلك، لا ينبغي أبدًا تحديد ضغط مضخة الحريق بشكل مستقل عن نظام الأنابيب والحسابات الهيدروليكية.

3. ابدأ بتدفق النار المطلوب

الخطوة الأولى في حساب تدفق مضخة الحريق هي تحديد تدفق النظام المطلوب.

يعتمد التدفق المطلوب على نوع نظام الحماية من الحرائق ومعايير التصميم المعمول بها.

بالنسبة لنظام الرش، قد يحدد الحساب الهيدروليكي تفريغ الرشاش المطلوب بناءً على كثافة التصميم ومنطقة التصميم وخصائص الرشاش وتكوين النظام.

قد يلزم أيضًا أخذ الطلب الإضافي على تيار الخرطوم في الاعتبار حيثما ينطبق ذلك.

بالنسبة لأنظمة الصنبور أو الأنابيب العامة، يمكن أن يعتمد التدفق المطلوب على عدد المنافذ التي تعمل في وقت واحد والتفريغ المطلوب عند كل مخرج.

المفهوم الأساسي هو:

تدفق مضخة الحريق المطلوب = الطلب على المياه في النظام المطلوب

تعتمد طريقة الحساب الدقيقة على المشروع ومتطلبات الحماية من الحرائق المعمول بها.

يمكن للشركة المصنعة لمضخة الحريق توفير معلومات أداء المضخة بمجرد تحديد التدفق والضغط المطلوبين.

4. حساب الضغط المطلوب

بمجرد تحديد التدفق المطلوب، فإن الخطوة التالية هي حساب الضغط المطلوب في المضخة.

النهج المبسط هو:

ضغط المضخة المطلوب = الضغط المتبقي المطلوب + فقدان الاحتكاك + فقدان الارتفاع والنقصان؛ ضغط الشفط المتاح

هذه العلاقة مفيدة لفهم الحساب الأساسي.

يمثل كل جزء من المعادلة متطلبًا مختلفًا.

الضغط المتبقي المطلوب

هذا هو الحد الأدنى من الضغط الذي يجب أن يظل متاحًا عند نقطة التفريغ المطلوبة.

على سبيل المثال، إذا كان الرشاش البعيد هيدروليكيًا يتطلب ضغطًا محددًا، فيجب أن توفر مضخة الحريق ضغطًا كافيًا للحفاظ على هذا المطلب بعد أخذ جميع خسائر النظام في الاعتبار.

فقدان الاحتكاك

يفقد الماء الضغط أثناء انتقاله عبر الأنابيب والتجهيزات والصمامات والمكونات الأخرى.

يعتمد مقدار فقدان الاحتكاك على:

• قطر الأنبوب

• طول الأنبوب

• معدل التدفق

• مادة الأنابيب

• حالة الأنابيب الداخلية

• تجهيزات

• الصمامات

• قيود التدفق

مع زيادة التدفق، يزداد فقدان الاحتكاك بشكل عام. وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل من غير الممكن النظر إلى التدفق والضغط بشكل منفصل.

خسارة الارتفاع

يتطلب الماء ضغطًا إضافيًا للتحرك للأعلى.

التقريب الشائع هو أن هناك حاجة إلى ما يقرب من 0.433 رطل لكل بوصة مربعة لكل قدم من ارتفاع الماء.

في الوحدات المترية، يلزم حوالي 9.81 كيلو باسكال لكل متر من ارتفاع المياه.

لذلك:

ضغط الارتفاع = الارتفاع والأوقات؛ 0.433 رطل لكل بوصة مربعة/قدم

أو

ضغط الارتفاع والأسيمب؛ الارتفاع والأوقات؛ 9.81 كيلو باسكال/م

بالنسبة للمبنى الذي يتكون من طوابق متعددة، يمكن أن يصبح الارتفاع جزءًا مهمًا من إجمالي متطلبات ضغط مضخة الحريق.

ضغط الشفط المتاح

إذا تلقت المضخة الماء من مصدر مياه مضغوط، فإن ضغط الشفط المتوفر يمكن أن يقلل الضغط الذي تحتاج المضخة نفسها إلى توليده.

على سبيل المثال، إذا كان النظام يتطلب 120 رطل لكل بوصة مربعة عند تفريغ المضخة وكان هناك 30 رطل لكل بوصة مربعة من ضغط الشفط المتاح الموثوق به، فلن تحتاج المضخة بالضرورة إلى توليد 120 رطل لكل بوصة مربعة بالكامل من الصفر.

ومع ذلك، يجب تقييم ضغط الشفط المتاح بعناية في ظل ظروف التدفق المطلوبة بدلاً من الاعتماد فقط على الضغط الساكن.

5. حساب فقدان الاحتكاك في نظام الأنابيب

يعد فقدان الاحتكاك أحد أهم العوامل في حسابات ضغط مضخة الحريق.

هناك طريقتان شائعتان تستخدمان في الحسابات الهيدروليكية هما معادلة هازن-وليامز ومعادلة دارسي-فايسباخ.

بالنسبة لأنظمة الحماية من الحرائق، تُستخدم معادلة هازن-وليامز على نطاق واسع لحسابات تدفق المياه.

النموذج الشائع الاستخدام هو:

ح = 4.52 & مرات؛ س^1.85 /(C^1.85 & مرات؛ د^4.87)

أين:

• ح = فقدان الاحتكاك

• س = معدل التدفق

• C = معامل خشونة هازن ويليامز

• د = قطر الأنبوب

تعتمد الوحدات الدقيقة وشكل المعادلة على نظام الحساب المستخدم.

المبدأ الهندسي المهم هو أن فقدان الاحتكاك يزداد بشكل كبير مع زيادة التدفق وانخفاضه مع زيادة قطر الأنبوب.

وهذا يعني أن اختيار أنبوب أكبر يمكن أن يقلل من فقدان الاحتكاك، في حين أن فرض معدل تدفق مرتفع عبر أنبوب صغير نسبيًا يمكن أن يؤدي إلى فقدان كبير للضغط.

بالنسبة للتصميم الفعلي للمشروع، يجب إجراء الحسابات الهيدروليكية باستخدام الطريقة الهندسية والمعايير ومتطلبات المشروع المعمول بها.

6. Don'؛t ننسى التركيبات والصمامات

حساب فقدان احتكاك الأنبوب المستقيم فقط ليس كافيًا.

كما يفقد الماء طاقته عند مروره

• المرفقين

• المحملات

• المخفضات

• فحص الصمامات

• صمامات العزل

• موانع التدفق العكسي

• عدادات التدفق

• مصافي

• مكونات النظام الأخرى

يمكن تمثيل هذه الخسائر باستخدام طول الأنبوب المكافئ أو طرق الحساب الهيدروليكي المقبولة الأخرى.

في نظام الحماية من الحرائق الكبير، يمكن أن يكون التأثير المشترك للتجهيزات والصمامات كبيرًا.

ولذلك يجب أن يأخذ الحساب الهيدروليكي الكامل في الاعتبار مسار التدفق بأكمله من مصدر المياه إلى نقطة التفريغ الأكثر تطلبًا هيدروليكيًا.

7. تحويل الضغط والرأس عند الضرورة

قد توفر الشركات المصنعة لمضخات الحريق بيانات الأداء في وحدات الضغط أو الوحدات الرئيسية.

العلاقة بين الضغط ورأس الماء مهمة عند تفسير منحنيات المضخة.

للمياه:

1 بار &أسيمب؛ 10.2 متر من رأس الماء

1 رطل لكل بوصة مربعة &أسيمب؛ 0.703 متر من رأس الماء

1 متر من رأس الماء والأسيمب؛ 9.81 كيلو باسكال

على سبيل المثال، تنتج المضخة التي تنتج حوالي 100 متر من رأس الماء ما يقرب من 9.81 بار من الضغط في ظل ظروف التحويل المثالية.

عند مقارنة منحنيات المضخة بالحسابات الهيدروليكية، تأكد من أن الوحدات متسقة.

يمكن أن يؤدي الخلط بين الضغط والرأس أو وحدات الخلط إلى اختيار المضخة بشكل غير صحيح.

8. خذ بعين الاعتبار نقطة العمل المقدرة للمضخة '؛s

بمجرد حساب التدفق والضغط المطلوبين، تصبح النتيجة الأساس لاختيار مضخة الحريق.

على سبيل المثال، لنفترض أن الحساب الهيدروليكي يحدد أن المشروع يتطلب ما يقرب من:

750 جالون في الدقيقة عند 100 رطل لكل بوصة مربعة

يصبح هذا هو المشروع '؛ نقطة العمل المطلوبة.

يجب أن تحتوي المضخة المحددة على منحنى أداء يلبي نقطة العمل المطلوبة مع تلبية متطلبات أداء مضخة الحريق المعمول بها أيضًا.

لا ينبغي اختيار المضخة لمجرد أن الحد الأقصى لتدفقها أكبر من 750 جالونًا في الدقيقة. أداء الضغط عند التدفق المطلوب له نفس القدر من الأهمية.

ولهذا السبب تعتبر منحنيات المضخة ضرورية أثناء اختيار المعدات.

9. فهم منحنى مضخة الحريق

يوضح منحنى أداء مضخة الحريق العلاقة بين التدفق والضغط.

مع زيادة التدفق، ينخفض ضغط المضخة المتاح بشكل عام.

عند مراجعة منحنى المضخة، يجب على المهندسين تقييم عدة نقاط مهمة، بما في ذلك:

• التدفق المقدر

• الضغط المقدر

• ضغط الاغلاق

• الأداء عند التدفق العالي

• الأداء عند التدفق المنخفض

• متطلبات قوة المحرك أو المحرك

يجب أن تقع نقطة عمل المشروع المطلوبة ضمن نطاق التشغيل المناسب للمضخة المختارة.

يجب أيضًا مراجعة منحنى المضخة جنبًا إلى جنب مع معيار مضخة الحريق المعمول به ومواصفات المشروع.

10. التحقق من شروط إمدادات المياه والشفط

يجب أن يشمل حساب مضخة الحريق مصدر المياه.

قد يكون للمضخة التي تسحب المياه من خزان مياه إطفاء مخصص ظروف شفط مختلفة عن المضخة المتصلة بإمدادات المياه البلدية المضغوطة.

معلومات هامة تشمل:

• مستوى الماء الثابت

• الحد الأدنى لمستوى المياه

• الحد الأقصى لمستوى المياه

• حجم أنبوب الشفط

• طول أنبوب الشفط

• ضغط الشفط المتاح

• الارتفاع بين مصدر المياه والمضخة

• ظروف التدفق المطلوبة

بالنسبة للمشاريع التي تستخدم المياه من الخزانات العميقة أو الخزانات الجوفية، قد تكون مضخة إطفاء التوربينات العمودية مناسبة.

يجب أيضًا تقييم ظروف الشفط للتأكد من أن المضخة المختارة يمكن أن تعمل بشكل صحيح دون مشاكل شفط غير مقبولة.

11. مثال على حساب ضغط مضخة الحريق الأساسية

النظر في مثال مبسط.

لنفترض أن نظام الحماية من الحرائق يتطلب:

• التدفق المطلوب: 500 جالون في الدقيقة

• الضغط المتبقي المطلوب عند النقطة البعيدة: 60 رطل لكل بوصة مربعة

• فقدان الاحتكاك: 25 رطل لكل بوصة مربعة

• فقدان الارتفاع: 35 رطل لكل بوصة مربعة

• ضغط الشفط المتاح: 20 رطل لكل بوصة مربعة

متطلبات ضغط المضخة المبسطة هي:

ضغط المضخة المطلوب = 60 + 25 + 35 & ناقص؛ 20

ضغط المضخة المطلوب = 100 رطل لكل بوصة مربعة

ولذلك، فإن نقطة عمل المضخة الأولية ستكون تقريبًا:

500 جالون في الدقيقة عند 100 رطل لكل بوصة مربعة

وهذا مثال مبسط لفهم عملية الحساب. يتطلب التصميم الفعلي لنظام الحماية من الحرائق حسابات هيدروليكية مفصلة ويجب أن يأخذ في الاعتبار تكوين المشروع المحدد والمتطلبات المعمول بها.

12. التدفق والضغط ليسا عاملي الاختيار الوحيدين

بمجرد معرفة نقطة العمل المطلوبة، يجب أيضًا تقييم العوامل الأخرى.

يجب على فريق المشروع أن يأخذ في الاعتبار:

نوع المضخة:الشفط النهائي، أو علبة الانقسام الأفقي، أو التوربين الرأسي، أو أي تكوين مناسب آخر.

سائق:محرك كهربائي أو محرك ديزل.

شهادة:متطلبات مثل UL المدرجة أو الشهادات الأخرى المعمول بها.

التثبيت:تركيب داخلي أو خارجي أو غرفة مضخة أو في حاويات أو متخصص.

مصدر الطاقة:توافر وموثوقية الطاقة الكهربائية.

الظروف البيئية:درجة الحرارة والرطوبة والارتفاع والتآكل وغيرها من الظروف.

صيانة:إمكانية الوصول وقطع الغيار والخدمة والدعم طويل الأجل.

إن حساب التدفق والضغط الصحيح تقنيًا هو نقطة البداية، وليس نهاية عملية الاختيار.

13. أخطاء حساب مضخة الحريق الشائعة

يمكن أن تؤدي العديد من الأخطاء إلى اختيار المضخة بشكل غير صحيح.

استخدام الضغط الساكن بدلاً من الضغط المتبقي

الضغط الثابت وحده لا يمثل أداء النظام عند التدفق المطلوب. ينبغي تقييم الضغط المتاح في ظل ظروف التدفق المناسبة.

تجاهل الارتفاع

يمكن أن تزيد متطلبات الضغط بشكل كبير في المباني الشاهقة أو المنشآت التي تكون فيها نقاط المضخة والتفريغ على ارتفاعات مختلفة.

تجاهل التركيبات والصمامات

يمكن أن تتراكم خسائر طفيفة في جميع أنحاء نظام الأنابيب الكبير.

اختيار المضخة بأقصى تدفق

لا يشير الحد الأقصى للتدفق للمضخة '؛s إلى الضغط الذي يمكن أن توفره عند نقطة التشغيل المطلوبة.

استخدام الوحدات الخاطئة

يمكن أن يؤدي خلط PSI والشريط وkPa وأقدام الرأس وأمتار الرأس دون التحويل المناسب إلى حدوث أخطاء حسابية كبيرة.

تضخيم المضخة

المضخة الكبيرة جدًا ليست أكثر أمانًا تلقائيًا. يجب اختيار المضخة بناءً على المتطلبات الهيدروليكية الفعلية ومعايير الحماية من الحرائق المعمول بها.

14. العمل مع الشركة المصنعة لمضخة الحريق

توفر الحسابات الهيدروليكية الدقيقة الأساس لاختيار مضخة الحريق الصحيحة، ولكن التعاون بين مهندس المشروع والشركة المصنعة يمكن أن يساعد في ضمان مطابقة المعدات المختارة للمتطلبات المحسوبة.

يجب أن تكون الشركة المصنعة لمضخة الحريق قادرة على توفير ما يلي

• منحنيات أداء المضخة

• معلومات التدفق والضغط المقدرة

• أبعاد المضخة

• بيانات المحرك أو محرك الديزل

• معلومات المراقب

• وثائق الشهادة

• معلومات اختبار المصنع

• متطلبات التثبيت

• الدعم الفني

بالنسبة للمشاريع الأكبر أو الأكثر تعقيدًا، يمكن للشركة المصنعة أيضًا المساعدة في مراجعة نقطة العمل المطلوبة وتحديد التكوين المناسب للمضخة.

خاتمة

يعد حساب تدفق وضغط مضخة الحريق جزءًا أساسيًا من تصميم نظام موثوق للحماية من الحرائق.

تبدأ العملية بتحديد تدفق المياه المطلوب ثم حساب الضغط اللازم للتغلب على متطلبات الضغط المتبقي، وفقدان الاحتكاك، والارتفاع، ومقاومة النظام الأخرى. وينبغي أيضًا أخذ ضغط الشفط المتاح في الاعتبار عند تحديد نقطة عمل المضخة النهائية.

يمكن التعبير عن عملية حسابية بسيطة على النحو التالي:

ضغط المضخة المطلوب = الضغط المتبقي المطلوب + فقدان الاحتكاك + فقدان الارتفاع والنقصان؛ ضغط الشفط المتاح

ومع ذلك، تتطلب مشاريع الحماية من الحرائق الفعلية حسابات هيدروليكية مفصلة بناءً على التكوين الكامل للنظام والمعايير المعمول بها.

بمجرد تحديد التدفق والضغط المطلوبين، يجب تقييم منحنى المضخة ونوع المضخة والسائق والشهادة وظروف التثبيت وحزمة مضخة الحريق الكاملة معًا.

باعتبارها شركة مصنعة لمضخات الحريق، توفر BETTER Technology Group حلول مضخات الحريق لتطبيقات الحماية من الحرائق المختلفة، بما في ذلك مضخات الحريق الكهربائية، ومضخات حريق الديزل، ومضخات الفارس، ومضخات العلبة الأفقية، ومضخات الشفط النهائية، ومضخات حريق التوربينات العمودية. تسمح متطلبات المشروع الدقيقة والحسابات الهيدروليكية باختيار حل المضخة المناسب للحصول على أداء موثوق للحماية من الحرائق.