稳压泵压力和扬程的计算

　　在稳高压消防给水系统这个大题目下,有许多文章要做,需要作进一步深入探讨。我们已经就稳高压给水系统与高压、临时高压给水系统的区别、特点、稳压泵的流量等方面谈了些看法,本文想着重说明稳压泵的扬程确定和压力设定,供同行们探讨。稳压泵的扬程和压力设定值的确定,要区分3种情况: (1) 稳高压消防给水系统中,稳压泵与消防主泵共用气压水罐; (2) 稳高压消防给水系统中,稳压泵设气压水罐; (3) 稳高压消防给水系统中,有稳压泵而无气压水罐。至于消防给水系统中设置用以替代消防水箱的气压水罐, 而其水调节容量不论为18m3 , 12m3 ,6m3 ,还是《自动喷水灭火系统设计规范》( GBJ 45 -85) 修订本送审稿中规定的2. 4m3 ,都不在本文讨论范围,文章所涉及的气压水罐指水调节容量为450L及以下的气压水罐。

    当系统设有气压水罐,而气压水罐不贮存消防主泵启动前消防所需的水量,气压水罐的设置,其目的只在于: (1) 控制稳压泵的启停; (2) 缓解稳压泵启停过于频繁; (3) 缓冲因停泵水锤原因而造成的对系统的压力冲击。

图1

对这种情况,常规做法是将稳压泵启动压力,即压力下限值略高于消防主泵扬程,稳压泵的停泵压力,即压力上限值按气压水罐工作压力比,即气压水罐调节容积确定,也有按经验系数值确定的,其方法与第一种情况相仿,以图示表示见图2 。相应于P3和P4 的水位为h3 和h4 , h3 与h4 之间区域的水容积为缓冲水容积。也有将消防主泵的启动压力值设置在气压水罐内的,如果这样则图2 就转换成图1形式。

这种做法长期以来未被质疑而得到许可,是基于以下原因: (1) 对稳压泵的功能是为了使消防给水管网水压稳定的理解存在片面性和表面化。(2)认为消防泵,包括消防主泵和稳压泵,不必要象生活泵那样要计及效率和能耗。同时为稳妥起见,认为水泵扬程高,管网压力高不会有坏处,于消防灭火有利。(3) 按消防设计流量计算消防主泵扬程,再据此以计算稳压泵设定压力值和扬程,较为简便。(4)对消防方面的技术问题没有深究。但情况正在起变化,随着稳高压给水系统日益得到重视,由于集中稳高压给水系统的应用,对某些问题有了新的认识: (1) 水泵扬程高、管网压力高在有些情况不是好事。管网长期处于高压状态下运行,容易加剧渗漏、引起管道配件移位等问题发生。

(2) 消防主泵启动次数少,可以不必要象生活泵那样计及效率及能耗,而稳压泵情况不同,启停频繁,完全不考虑稳压泵的效率和能耗是不妥当的。因此,有必要在满足不利处灭火设施消防用水水压和水量要求的前提下,确定稳压泵的扬程和压力设定值。

当消防主泵工作时:消防设计流量为Qs ;不利处灭火设施在消防时要求的水压为Hx ;不利处灭火设施与消防主泵的标高差为ΔΗ; 管网为通过消防设计流量所需的沿程水头损失为Hy ;管网为通过消防设计流量所需的局部水头损失为Hj ,则消防主泵的扬程为:

H = Hx + ΔH + Hy + Hj (1)

　当稳压泵工作时:稳压泵的流量为1L/ s 或5L/ s ;不利处灭火设施在消防时要求的水压仍为Hx ;不利处灭火设施与稳压泵的标高差为ΔH′,当稳压泵为低位敷设,与消防主泵同在消防水泵房时,ΔΗ′与ΔH 数值相当接近; 管网为通过稳压流量所需的沿程水头损失为Hy′;管网为通过稳压流量所需的局部水头损失为H′j ;则稳压泵的扬程为:

H′= Hx + ΔH′+ Hy ′+ Hj ′ (2)

　　比较公式(1) 和(2) , Hx = Hx ,ΔH · ΔΗ′。沿程水头损失和局部水头损失都决定于流量, 稳压泵的流量远远小于消防主泵流量, 因此H y ′n Hy , H j ′nHj ,即H′n H。结论是H′≠H ,在满足不利处灭火设施消防水压要求的前提下, 稳压泵的扬程可以不等于消防主泵的扬程, 稳压泵的扬程可以低于消防主泵的扬程。这个结论会带来设计人员的几重顾虑:

(1) 不好理解。一般都认为消防主泵的扬程就是消防所需的压力,但不理解不同的设计流量允许有不同的消防所需压力。因此从表面上看,稳压泵的扬程低于消防主泵的扬程似乎不好理解,但实质上,这两者都是以满足不利处灭火设施消防用水水压要求为前提的。区别在于消防主泵流量大,稳压泵流量小,即使都为了满足同一地点、同一目的、同一用途的水压要求,而由于消防设计流量和稳压流量数值的差别,使两种泵的扬程有所不同。但即使两种泵的扬程不同,从保证消防水压要求方面,不会存在问题。

(2) 对管网运行存在疑虑,在实际运行时,当气压水罐为压力P4 、高水位h4 时, 稳压泵停泵; 当管网存在渗漏,而水位下降至h3 时,稳压泵启动;稳压泵一经启动,气压水罐水位上升,当上升至h4 时,稳压泵停泵;当消防给水管网灭火设施开始出水用于火灾扑救时, 气压水罐内水位下降至h3 , 即使稳压泵启动,而水位继续下降至h2 或压力下降至P2时,消防主泵启动,并以消防设计流量供水,此时消防主泵扬程高于稳压泵扬程P4 ,稳压泵自然在消防主泵工作时不起作用,因此稳压泵的扬程高低与否,不会影响消防给水管网的正常运行。将稳压泵的扬程确定与消防主泵的扬程计算区别开来存在的缺点在于:

(1) 两番计算,以消防设计流量计算消防主泵扬程,以稳压流量计算稳压泵扬程,就比只计算消防主泵的扬程要繁复,往往不被设计部门所接受。

(2) 稳压装置定型产品已问世。这类产品中的稳压泵规格、性能由于不可能具体知道消防给水工程不利处灭火设施的高程,管网形式,管道长度和管径大小,因此稳压泵的扬程都按消防主泵扬程而定。要精确确定稳压泵的扬程和压力设定值只在具体工程中才能做到。区别稳压泵与消防主泵的扬程在一般工程中是可以忽略的,当管网小,压力值低时更是如此。而在另一些情况下是可予以重视,也是十分必要的,如:集中稳高压给水系统其管网大、管道长、水压高,当消防给水管网长期处于高压状态下运行,对管网是不利的,而使其在足够的、而又不致于过高的压力工况下运行,应该说是更安全些,尤其对于某些工程环境条件不够如意,如土质差,支座和支墩不完全到位,接口方式不理想,管道在施工时避让过多,管线段存在较多的弯头承受内水压力的薄弱环节,降低稳压泵扬程,使之低于消防主泵的扬程,以缓解消防给水管网压力偏高问题,应当说是一种十分有效的措施,唯一不足之处是设计部门需两次计算,分别计算消防主泵和稳压泵的流量。但这种做法即使如此,也可推行,因为就保证不利处灭火设施的水压要求是可靠的,就保证灭火设施的流量要求(消防时的消防设计流量、稳压时的稳压流量) 也是合理的。从理论上也是有依据,也更准确。