消防水泵合理额定扬程如何计算？

一、消防水泵选型额定扬程计算不对的危害

在多年的工作中,发现少量建筑中,因选型不对,令消防水泵不能正常运行、甚至不能启动。发生以上情况的原因,大多是由于消防水泵的额定扬程过高,大大超过了水泵实际使用高度(如建筑高度),令水泵工作在低扬程、大流量的状态,造成水泵过载运行、实际电流大大超过额定电流,水泵过热不能正常运行,甚至一开始启动电流过大造成水泵电源开关跳闸、水泵不能启动。

如某油库,实际工作扬程45m(消防泵安装处与最高处储油罐区山坡上消火栓处的高程差)但该油库消火栓水泵的额定扬程125m,结果该水泵启动就因为运行电流过大令相应电源开关跳闸。后来,只能关闭消火栓水泵出水管上控制阀门后才启动该水泵,该水泵正常启动后才派专人手动开启其出水管上控制阀门。这样,当发生火灾时,消火栓水泵就不能迅速可靠地启动,万一消火栓水泵出水管上控制阀门有故障不能开启,后果更加严重(造成消火栓管网水压不足甚至无水,不能迅速扑灭火灾)

二、理论分析

为什么会造成以上现象呢?实际使用中,因为离心泵有结构相对简单、性能可靠、流量范围广、价格相对便宣等优点,消防泵大多选用离心泵下面就从离心泵的轴功率展开具体分析根据能量守恒定律,离心泵叶轮旋转的动能等于其输出到管网内的液体产生的势能,即每秒离心泵叶轮的做功等于其输出管网内每秒所移动的液体质量产生的势能,就此可推导出离心泵轴功率公式：

N= pOH/n

N—轴功率；p一液体密度；Q—流量；H一扬程；n一泵效率

由以上公式可见,对于水泵由于液体密度(即水的密度)不变,水泵轴功率和流量及扬程成正比流量、扬程越大则水泵轴功率越大,水泵电动机的运行电流越大。而根据水泵特性曲线,随着扬程的下降、流量加速上升(流量的上升曲率大大超过扬程的下降曲率)、轴功率基本只与流量成正比。水泵轴功率与效率成反比,效率越小则水泵轴功率越大、水泵电动机的运行电流越大

而且一般情况下离心泵的出水管上控制阀门往往是关闭的,以使水泵启动电流小、水泵能可靠启动。但相关消防规范规定消防水泵的出水管上控制阀门应保持完全开启状态,以保证发生火灾时消防水泵能立刻启动供水到消防管网且流量应达到设计要求(注:GA503-2004《建筑消防设施检测技术规程》4.4.4.2条,消防水泵进出水阀门应保持常开);这就造成消防水泵往往是满负载、大电流启动。如果选型不对,水泵的额定扬程远大于实际消防管网工况点(实际使用扬程),使就会使水泵实际工作在大流量、低扬程、低效率状态下,造成水泵轴功率大大超出额定功率、进而运行电流大大超过水泵电机额定电流,使水泵的主电路上的元器件跳闸,甚至烧坏,水泵被迫停机,更严重的会发生水泵电机过热烧毁。

三、消防水泵合理的额定扬程计算方法一一需用系数法

那么,如何选择消防水泵呢?

以离心泵为例,首先,水泵额定流量应稍微大所在工程的设计流量。

其次,为保证消防规范中对最不利点消防管网水压的要求(建筑高度不超过100m时其最不利点消火栓静水压力不低于0.07MPa,建筑高度超过100m时其最不利点消火栓静水压力不低于0.15MPa:石油库内消火栓栓口给水压力不低于0.15MPa:建筑中自动喷淋系统的喷头工作压力不低于0.05MPa),以及管网阻力造成的水压损失,当消防水泵安装位置比所服务场所的消防管网最高处低时,水泵额定扬程可用以下公式计算得出：

He= (Ho+ Hp) XK

He——消防水泵额定扬程:

Ho——消防水泵安装位置与其所服务场所的最高处消防管网的垂直高度差:

Hp——消防水泵所服务场所的最不利点消防管网规范要求的最低水压的折算高度,如0.07Ma折算高度为7m

K——需用系数,由消防水泵所服务场所的消防管网情况定,根据本人十年的消防检测经验,该系数为1.20-1.40;具体而言,建筑高度低的(如小于100m),消防管网不大且结构简单、管损小的场所,如一般的住宅楼、办公楼,需用系数为1.201.30:建筑高度高的(如大于100m),消防管网大消防管网不大且结构复杂、管损大的场所,如石油库、大型住宅小区,需用系数为1.31-1.40倍。

当消防水泵安装位置比所服务场所的消防管网最高处高时,如安装在建筑物屋面的稳压泵,其额定扬程可为25~35m。例如某厂房的消火栓水泵安装在地上1层水泵房,该厂房地上4层高,最高处室内消火栓在地上1层,地上1层与地上4层的垂直高度差为15m该厂房消火栓管网的结构简单,不分区,管损小,需用系数为1.20-1.30,取1.20:该楼最不利点(4层)消火栓管网规范要求的最低水压为0.07MPa折算高度为7m:故消火栓泵的额定扬程可为(15+7)×1.20=26.4m,据水泵的规格可选额定扬程30m的水泵。

又如某高层住宅楼的消火栓水泵安装在地下1层水泵房,该楼地上12层高,最高处室内消火栓在地上12层,地下1层与地上20层的垂直高度差为10m。该楼消火栓管网的结构简单,不分区,管损较小,需用系数为1.20~1.30,按照保守算法取1.25:该楼最不利点(12层)消火栓管网规范要求的最低水压为0.07Ma折算高度为7m:故消火栓泵的额定扬程可(40+7)×1.25=58.75m,据水泵的格可选额定扬程60m的水泵。

以上是中联泵业研究总结的计算额定扬程方法。这些年在观察一些建筑内消防水泵,在额定负荷下启动水泵、测量运行电流,发现凡是额定扬程与上述公式计算结果相近的消防水泵,均能正常启动、其运行电流均小于额定电流。而且根据以上方法选择的消防水泵,节约了成本(一般的设计过于保守,多选择扬程、功率大大超过实际需求的水泵对于上述额定扬程计算公式,消防水泵安装位置与其所服务场所的最高处消防管网的垂直高度差H。是确定的,消防水泵所服务场所的最不利点消防管网规范要求的最低水压的折算高度H也是确定的,而需用系数K则是变动的。所以要像计算建筑物用电功率的需用系数法一样,针对不同的建筑、不同的场所,编制合理的额定扬程需用系数一栏表这也是今后的努力方向。