كيفية حساب متطلبات رأس مضخة الحريق

يعد حساب متطلبات رأس مضخة الحريق خطوة حاسمة في تصميم واختيار نظام موثوق للحماية من الحرائق. يجب أن تولد مضخة الحريق ضغطًا كافيًا للتغلب على الارتفاع وفقدان الاحتكاك والضغط المطلوب في النقطة الأكثر تطلبًا في النظام.

إذا تم التقليل من تقدير الرأس المطلوب، فقد لا توفر مضخة الحريق ضغطًا كافيًا للرشاشات أو الصنابير أو محطات الخراطيم أو الأنابيب العامة. إذا كان كبيرًا جدًا، فقد يتعرض النظام لضغط مفرط ومعدات وتكاليف تشغيل غير ضرورية.

بالنسبة للمهندسين والمقاولين والاستشاريين ومتخصصي الحماية من الحرائق، فإن فهم كيفية حساب رأس مضخة الحريق يوفر أساسًا عمليًا لاختيار مضخة مكافحة الحرائق المناسبة.

تشرح هذه المقالة المكونات الرئيسية لرأس مضخة الحريق، وعملية الحساب، والصيغ الشائعة، والاعتبارات المهمة عند اختيار مضخة الحريق.

ما هو رأس مضخة النار؟

رأس مضخة الحريق هو كمية الطاقة لكل وحدة وزن تضيفها مضخة الحريق إلى الماء. يتم التعبير عنها عادةً بأمتار من رأس الماء أو قدم الرأس أو الشريط أو PSI.

في تطبيقات الحماية العملية من الحرائق، يمثل رأس المضخة الضغط الذي تحتاج المضخة إلى توفيره لنقل المياه من مصدر المياه المتاح إلى نقطة التفريغ المطلوبة مع الحفاظ على الضغط المتبقي المطلوب.

يتأثر رأس مضخة الحريق بعدة عوامل

• ضغط النظام المطلوب

• فرق الارتفاع

• فقدان احتكاك الأنابيب

• التجهيزات والصمامات

• خسائر المعدات

• ضغط الشفط المتاح

• معدل التدفق

• الضغط المطلوب عند النقطة البعيدة أو الأكثر تطلبًا هيدروليكيًا

ولذلك ينبغي حساب رأس المضخة المطلوب كجزء من التصميم الهيدروليكي الشامل بدلاً من اختياره بشكل مستقل.

رأس مضخة الحريق مقابل ضغط مضخة الحريق

يصف الرأس والضغط الخصائص ذات الصلة ولكنهما يستخدمان وحدات مختلفة.

قد توفر الشركات المصنعة للمضخات بيانات الأداء إما في الضغط أو الرأس.

العلاقة الشائعة الاستخدام للمياه هي:

1 بار &أسيمب؛ 10.2 متر من رأس الماء

و:

1 متر من رأس الماء والأسيمب؛ 0.098 بار

في الوحدات الإمبراطورية:

1 رطل لكل بوصة مربعة &أسيمب؛ 2.31 قدم من رأس الماء

ولذلك، فإن المضخة التي يبلغ ارتفاعها حوالي 100 متر تنتج حوالي 9.8 بار من الضغط في ظل ظروف المياه القياسية.

يمكن أن تختلف العلاقة الدقيقة قليلاً اعتمادًا على كثافة الماء ودرجة الحرارة، لكن هذه التحويلات مفيدة للحسابات الأولية لمضخة الحريق.

حساب رأس مضخة الحريق الأساسية

الطريقة المبسطة لتحديد رأس مضخة الحريق المطلوبة هي:

رأس المضخة المطلوب = رأس ثابت + فقدان الاحتكاك + الرأس المتبقي المطلوب - رأس الشفط المتوفر

يمثل كل جزء من هذه المعادلة متطلبات هيدروليكية مختلفة.

رأس ثابت

الرأس الثابت هو فرق الارتفاع الرأسي بين مصدر المياه والنقطة التي يجب الحفاظ على الضغط المطلوب فيها.

على سبيل المثال، إذا كان مستوى الماء في خزان الحريق أقل بمقدار 5 أمتار من النقطة المرجعية وكان الرشاش الأكثر تطلبًا هيدروليكيًا أعلى بـ 35 مترًا من المضخة، فإن فرق الارتفاع يكون كبيرًا ويجب تضمينه في الحساب.

كلما زاد الارتفاع، زاد رأس المضخة المطلوب.

للمياه:

يتطلب ارتفاع 10 أمتار حوالي 1 بار من الضغط.

ولهذا السبب تتطلب المباني الشاهقة في كثير من الأحيان ضغطًا أكبر بكثير لمضخات الحريق مقارنة بالمباني منخفضة الارتفاع.

فقدان الاحتكاك

يفقد الماء الضغط أثناء تدفقه عبر الأنابيب.

يُعرف فقدان الضغط هذا بفقدان الاحتكاك ويعتمد على عوامل مثل:

• طول الأنبوب

• قطر الأنبوب

• معدل التدفق

• مادة الأنابيب

• خشونة الأنابيب الداخلية

• عدد التركيبات

• الصمامات

• الانحناءات

• المحملات

• المخفضات

• مكونات النظام الأخرى

ينتج الأنبوب الأصغر عمومًا خسارة احتكاك أكبر بنفس معدل التدفق مقارنة بالأنبوب الأكبر.

يعد هذا أحد الاعتبارات المهمة عند حساب رأس مضخة الحريق لأن المضخة يجب أن توفر ضغطًا إضافيًا كافيًا للتعويض عن هذه الخسائر.

تستخدم الحسابات الهيدروليكية عادة الأساليب المعمول بها مثل معادلة هازن ويليامز أو معادلة دارسي فايسباخ، اعتمادًا على منهجية التصميم والمعايير المعمول بها.

الضغط المتبقي المطلوب

يجب أن توفر مضخة الحريق أيضًا ضغطًا كافيًا عند النقطة الأكثر تطلبًا هيدروليكيًا في نظام الحماية من الحرائق.

على سبيل المثال، قد يتطلب نظام الرش حدًا أدنى معينًا من الضغط عند الرشاش البعيد أو مجموعة الرشاشات.

وبالمثل، قد يكون للصنبور أو محطة الخراطيم أو الأنبوب العمودي أو أي منفذ آخر لمكافحة الحرائق متطلبات ضغط محددة.

ولذلك لا يمكن اختيار المضخة بناءً على الارتفاع واحتكاك الأنابيب فقط.

يجب تضمين الضغط المطلوب عند نقطة التفريغ النهائية.

غالبًا ما تكون هذه القيمة واحدة من أهم المدخلات في حساب رأس مضخة الحريق.

ضغط الشفط المتاح

يمكن أن تساهم إمدادات المياه ببعض الضغط على النظام.

إذا تلقت المضخة ضغطًا إيجابيًا من مصدر مياه بلدي أو خزان مرتفع، فإن ضغط الشفط المتوفر هذا يمكن أن يقلل من مقدار الضغط الذي تحتاج المضخة نفسها إلى توليده.

على سبيل المثال، افترض أن النظام يتطلب 10 بار عند تفريغ المضخة، بينما يوفر مصدر المياه 2 بار من ضغط الشفط القابل للاستخدام.

لا تحتاج المضخة بالضرورة إلى توليد 10 بار كاملة بنفسها. يساهم ضغط الشفط المتوفر في إجمالي ضغط النظام.

ومع ذلك، يجب تقييم ظروف الشفط بعناية في ظل ظروف التدفق المطلوبة. لا ينبغي التعامل مع الضغط الثابت وحده تلقائيًا على أنه ضغط متاح أثناء التشغيل.

مثال بسيط لحساب رأس مضخة الحريق

النظر في نظام مبسط للحماية من الحرائق مع المتطلبات التالية

• التدفق المطلوب: 1000 جالون في الدقيقة

• فرق الارتفاع: 30 مترا

• فقدان الاحتكاك للأنابيب والتركيبات: 20 مترًا

• الرأس المتبقي المطلوب عند النقطة البعيدة: 25 متراً

• رأس الشفط المتوفر: 5 أمتار

يمكن حساب رأس المضخة المطلوب على النحو التالي:

رأس المضخة = 30 + 20 + 25 - 5

رأس المضخة = 70 متر

ولذلك، فإن نقطة العمل الأولية لمضخة الحريق ستكون تقريبًا:

1000 جالون في الدقيقة على ارتفاع 70 مترًا

سيتطلب الاختيار الفعلي للمضخة بعد ذلك التحقق من منحنى الأداء المعتمد من الشركة المصنعة '؛s عند التدفق والرأس المطلوبين.

تم تبسيط هذا المثال. يجب أن يستخدم المشروع الحقيقي الحساب الهيدروليكي الكامل، بما في ذلك جميع مكونات النظام ذات الصلة ومتطلبات التصميم المعمول بها.

كيف يؤثر معدل التدفق على رأس مضخة الحريق

يرتبط التدفق والرأس ارتباطًا وثيقًا.

مع زيادة معدل التدفق عبر نظام الأنابيب، تزداد خسائر الاحتكاك بشكل عام. لذلك، قد تحتاج مضخة الحريق إلى توفير طاقة أكبر بكثير لتوفير معدل تدفق أعلى عند نفس ضغط النظام.

ولهذا السبب يجب أن يأخذ اختيار مضخة الحريق في الاعتبار دائمًا كليهما

التدفق + الرأس

بدلا من أي معلمة بشكل مستقل.

على سبيل المثال، قد يؤدي اختيار مضخة بمعدل 1000 جالون في الدقيقة دون التحقق من ضغطها عند هذا التدفق إلى نظام غير مناسب.

يُظهر منحنى المضخة العلاقة بين التدفق والرأس ويسمح للمهندسين بتحديد ما إذا كانت المضخة قادرة على تلبية نقطة العمل المطلوبة.

فهم منحنى مضخة الحريق

يعد منحنى مضخة الحريق أحد أهم المستندات المستخدمة أثناء اختيار المضخة.

يظهر منحنى أداء المضخة النموذجي ما يلي

• معدل التدفق على المحور الأفقي

• الرأس أو الضغط على المحور الرأسي

وينبغي رسم نقطة عمل المشروع على هذا المنحنى.

إذا كانت نقطة التشغيل المطلوبة تقع ضمن نطاق الأداء المناسب للمضخة، فقد تكون المضخة مناسبة للتطبيق، مع مراعاة جميع متطلبات المشروع الأخرى.

يجب على المهندسين أيضًا فحص أداء المضخة '؛s في ظروف تدفق مختلفة بدلاً من التحقق من نقطة واحدة فقط.

قد تتضمن النقاط المهمة التدفق المقدر، وظروف التقلب أو الإغلاق، وظروف التشغيل ذات التدفق الأعلى التي يتطلبها معيار الحماية من الحرائق أو مواصفات المشروع المعمول بها.

لماذا يهم ضغط المخض

ضغط المخض هو الضغط الذي تنتجه المضخة عندما يكون هناك تدفق قليل أو معدوم.

وهذا أمر مهم لأن مضخة الحريق لا تعمل في حالة واحدة فقط.

يجب أيضًا تقييم النظام عندما تعمل المضخة في حالة تفريغ مغلقة أو شبه مغلقة.

يمكن أن يؤدي ضغط المخض المفرط إلى حدوث مشكلات لمكونات النظام غير المصممة للضغط الناتج.

لذلك، عند اختيار مضخة الحريق، يجب على المهندسين مراجعة منحنى المضخة الكامل والتأكد من بقاء الضغط ضمن حدود النظام المقبولة.

رأس مضخة الحريق للمباني الشاهقة

تخلق المباني الشاهقة تحديات إضافية لأن الارتفاع يمكن أن يصبح جزءًا رئيسيًا من إجمالي متطلبات الرأس.

كل متر إضافي من الارتفاع يخلق فقدانًا إضافيًا للضغط بسبب الجاذبية.

على سبيل المثال، قد يتطلب المبنى الذي يحتوي على مسافة رأسية كبيرة بين غرفة مضخة الحريق وأعلى طابق محمي رأس مضخة أكبر بكثير من المبنى المكون من طابق واحد.

قد تتطلب الأنظمة الشاهقة أيضًا ترتيبات لتقليل الضغط، أو مناطق ضغط، أو أنظمة مضخات متعددة اعتمادًا على تصميم المبنى والمتطلبات المعمول بها.

ولذلك ينبغي اختيار مضخة الحريق بعد إنشاء المناطق الهيدروليكية ومتطلبات الارتفاع للمبنى '؛s.

رأس مضخة الحريق لأنظمة الرش

بالنسبة لأنظمة الرش، يتم تحديد رأس مضخة الحريق المطلوبة حسب الطلب الهيدروليكي لنظام الرش.

يأخذ الحساب عادةً في الاعتبار المنطقة الأكثر تطلبًا هيدروليكيًا، واحتكاك الأنابيب، والارتفاع، والتجهيزات، والصمامات، والضغط المطلوب في الرشاشات.

يجب أن توفر مضخة الحريق تدفقًا وضغطًا كافيين لتلبية هذا الطلب المحسوب.

من المهم عدم اختيار مضخة الحريق بمجرد النظر إلى عدد الرشاشات في المبنى. الخصائص الهيدروليكية لشبكة الأنابيب لها نفس القدر من الأهمية.

رأس مضخة الحريق لأنظمة الصنبور والأنابيب

قد يكون لأنظمة الصنبور والأنابيب القياسية متطلبات هيدروليكية مختلفة عن أنظمة الرش.

يؤثر الضغط المطلوب عند المخرج، وارتفاع المخرج، وطلب التدفق، وقطر الأنبوب، وتكوين النظام على متطلبات رأس المضخة.

في المباني التي تشترك فيها أنظمة الحماية من الحرائق المتعددة في نفس إمدادات المياه، يجب تقييم الطلب الهيدروليكي للأنظمة ذات الصلة وفقًا لتصميم المشروع ومتطلبات الحماية من الحرائق المعمول بها.

يجب أن تكون مضخة الحريق المختارة قادرة على تلبية الطلب المشترك المطلوب حيثما ينطبق ذلك.

تحويل رأس المضخة إلى الضغط

قد توفر الشركات المصنعة للمضخات بيانات المضخة بالأمتار أو أقدام الرأس، بينما قد تستخدم مواصفات المشروع الشريط أو PSI.

بالنسبة للمياه، تشمل التحويلات التقريبية المفيدة ما يلي:

الرأس بالأمتار والأوقات؛ 0.098 = الضغط بالبار

على سبيل المثال:

80 م & مرات؛ 0.098 &أسيمب؛ 7.84 بار

للوحدات الإمبراطورية:

الرأس بالقدمين والتقسيم؛ 2.31 = الضغط في PSI

على سبيل المثال:

231 قدم وتقسيم؛ 2.31 &أسيمب؛ 100 رطل لكل بوصة مربعة

تعتبر هذه التحويلات مفيدة عند مراجعة المواصفات الفنية من مختلف الشركات المصنعة أو مقارنة متطلبات المشروع الدولية.

كيفية اختيار مضخة الحريق الصحيحة بعد حساب الرأس

بمجرد حساب التدفق والرأس المطلوبين، فإن الخطوة التالية هي اختيار المضخة المناسبة.

يجب تقييم المضخة على أساس:

• التدفق المقدر

• رأس مصنف

• منحنى المضخة

• ضغط الاغلاق

• قوة السائق

• كفاءة المضخة

• ظروف الشفط

• نوع المضخة

• الشهادات المطبقة

• ترتيب التثبيت

• بيئة التشغيل

يجب أن تستوفي المضخة المختارة نقطة العمل المطلوبة مع الحفاظ على توافقها مع نظام الحماية الكامل من الحرائق.

اعتمادًا على المشروع، قد تشتمل التكوينات المناسبة على مضخات حريق أفقية مقسمة، أو مضخات حريق شفط نهائية، أو مضخات حريق توربينية رأسية، أو مضخات رأسية في الخط، أو تصميمات أخرى معتمدة لمضخات الحريق.

اعتبارات مضخة الحريق الكهربائية والديزل

لا يحدد الرأس الهيدروليكي المطلوب في حد ذاته ما إذا كان يجب أن تستخدم المضخة محركًا كهربائيًا أو محرك ديزل.

يجب اختيار السائق بعد تحديد المتطلبات الهيدروليكية.

تتطلب مضخة الحريق الكهربائية مصدرًا كهربائيًا مناسبًا ووحدة تحكم متوافقة في مضخة الحريق.

تتطلب مضخة حريق الديزل محرك ديزل مصنفًا بشكل مناسب مع البطاريات وإمدادات الوقود والتبريد والعادم والتهوية وأنظمة التحكم.

بالنسبة للمشاريع التي تتطلب تكرارًا أكبر أو مصادر طاقة مستقلة، يمكن استخدام مضخات الحريق الكهربائية والديزل معًا كجزء من نظام مضخة الحريق الكامل.

Don'؛t أضف هامش أمان تعسفي

أحد الأخطاء الشائعة هو إضافة هامش ضغط كبير وتعسفي إلى رأس مضخة الحريق المحسوبة.

في حين أنه قد تكون هناك حاجة إلى بدلات تصميم مناسبة، فإن مجرد اختيار مضخة ذات ضغط أعلى بكثير ليس بالضرورة أفضل.

الضغط المفرط يمكن أن يؤثر على:

• الأنابيب

• الصمامات

• الرشاشات

• معدات خرطوم

• تقييمات الضغط

• تشغيل النظام

• اختيار المضخة

• التكلفة الإجمالية للمشروع

النهج الصحيح هو اتباع معايير التصميم المعمول بها، ومواصفات المشروع، والحساب الهيدروليكي، ومتطلبات السلطة.

الهدف هو اختيار المضخة التي توفر الأداء المطلوب بدلاً من مجرد اختيار المضخة ذات الضغط العالي المتوفرة.

اختبار المصنع والتحقق من الأداء

بعد اختيار مضخة الحريق، يوفر اختبار المصنع فرصة مهمة للتحقق من أدائها الهيدروليكي.

يجب أن يكون لدى الشركة المصنعة لمضخات الحريق الاحترافية معدات اختبار مناسبة قادرة على قياس التدفق والضغط والسرعة والمعلمات الأخرى ذات الصلة.

يساعد الاختبار في التحقق من أن المضخة المصنعة تعمل وفقًا لخصائصها المحددة قبل شحنها إلى موقع المشروع.

بالنسبة لمعدات مضخة الحريق المعتمدة، يعد الاختبار والتوثيق ذا أهمية خاصة لأن المعدات قد تحتاج إلى الامتثال لمتطلبات الشهادات والمشروع المحددة.

القائمة المرجعية النهائية لحساب رأس مضخة الحريق

قبل الانتهاء من اختيار مضخة الحريق، أكد:

1. تدفق مضخة الحريق المطلوبة

2. فرق الارتفاع

3. خسائر احتكاك الأنابيب

4. فقدان التركيب والصمام

5. الضغط المتبقي المطلوب

6. ضغط الشفط المتاح

7. إجمالي رأس المضخة المطلوب

8. منحنى أداء المضخة

9. ضغط زبد

10. قوة السائق المطلوبة

11. نوع المضخة

12. المعايير المطبقة

13. متطلبات الشهادة

14. شروط التثبيت

15. متطلبات اختبار المصنع

توفر هذه العوامل الأساس لاختيار مضخة مكافحة الحرائق المناسبة.

خاتمة

يعد حساب متطلبات رأس مضخة الحريق جزءًا أساسيًا من تصميم نظام الحماية من الحرائق. يجب أن يأخذ الحساب في الاعتبار الارتفاع واحتكاك الأنابيب والتركيبات والضغط المتبقي المطلوب وضغط الشفط المتاح بمعدل التدفق المطلوب.

ويمكن تلخيص المبدأ الأساسي على النحو التالي:

رأس المضخة المطلوب = رأس ثابت + فقدان الاحتكاك + الرأس المتبقي المطلوب - رأس الشفط المتوفر

ومع ذلك، فإن اختيار مضخة الحريق في العالم الحقيقي يتطلب أكثر من مجرد صيغة بسيطة. يجب مراعاة الحساب الهيدروليكي الكامل ومنحنى المضخة وحدود ضغط النظام ومعايير الحماية من الحرائق المطبقة وإمدادات المياه وظروف التثبيت ومتطلبات السائق.

بالنسبة لمصنعي مضخات الحريق والمهندسين والمقاولين ومصممي الأنظمة، فإن المعلومات الهيدروليكية الدقيقة هي أساس اختيار المعدات الموثوقة.

من خلال حساب التدفق والرأس المطلوبين بشكل صحيح قبل اختيار المضخة، يمكن لفرق المشروع تحديد المعدات التي توفر الأداء الهيدروليكي المطلوب وتتكامل بشكل فعال مع نظام الحماية من الحرائق الشامل.

توفر مجموعة BETTER Technology Group حلول مضخات الحريق لمجموعة واسعة من تطبيقات الحماية من الحرائق، بما في ذلك مضخات الحريق الكهربائية، ومضخات حريق الديزل، ومضخات الفارس، ومضخات الحالة المقسمة، ومضخات الشفط النهائية، ومضخات إطفاء التوربينات العمودية. يساعد التحليل الهيدروليكي المناسب واختبار أداء المصنع على ضمان مطابقة مضخة الحريق المختارة للمتطلبات الفعلية للمشروع.