談生活及消防水泵如何選型

王 玉 成

(大同市二院建筑設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，山西 大同 037000)

水泵是日常生產(chǎn)、生活中常見的設(shè)備，除依靠重力自流排除的污廢水外，其他流體輸送都要用到水泵。在給排水設(shè)計(jì)中，關(guān)于水泵如何選型，需要有明確的認(rèn)識(shí)，有必要把相關(guān)的公式、數(shù)據(jù)做專門的匯總。所選擇的水泵除應(yīng)能夠滿足生產(chǎn)、生活的需要，還要符合節(jié)能環(huán)保的要求。

1 水泵的選型依據(jù)

水泵的選型主要是根據(jù)流量和揚(yáng)程來(lái)確定，它們之間是對(duì)應(yīng)關(guān)系，不是固定值。即用水量Q是隨時(shí)發(fā)生變化的，而揚(yáng)程H隨之而變。一般Q越大，H越低。這兩個(gè)參數(shù)的數(shù)值表示在平面坐標(biāo)里是一條曲線，即水泵性能曲線，數(shù)值最終需要計(jì)算確定，下面詳細(xì)說(shuō)明如何進(jìn)行計(jì)算。

1.1 流量

1)給水泵一般按照秒流量計(jì)，Ng為用水器具當(dāng)量數(shù)，U為同時(shí)出流概率。

a.用水量不集中，比如住宅，按照qg=0.2U·Ng。

b.用水量集中的分別按照以下公式：

qs=0.2α√N(yùn)g。

qs=∑q·n·b。

其中，q為用水器具流量；n為使用人數(shù)；b為同時(shí)使用百分?jǐn)?shù)；α為系數(shù)。

2)建筑物內(nèi)污廢水提升水泵如果集水坑沒有調(diào)蓄功能，按照秒流量計(jì)，如果有，按照最大小時(shí)流量計(jì)。小區(qū)污水流量按照最大小時(shí)流量計(jì)。

3)熱水循環(huán)泵的流量按照配水管的熱損失計(jì)算。c為熱工當(dāng)量，ρ為密度，Δt為進(jìn)出水溫差。

qx=Qs/cρΔt。

循環(huán)流量一般很小，配水管熱損失Qs可按單體建筑：(3%～5%)Qh,小區(qū)(4%～6%)Qh，循環(huán)泵揚(yáng)程只考慮延程和局部水損，一般也很小。選泵時(shí)可稍偏大一些。

1.2 揚(yáng)程

1)水泵揚(yáng)程計(jì)算公式：H=Ho+ΔH+h。

其中，Ho為最不利點(diǎn)所需壓力;ΔH為最不利點(diǎn)與蓄水池(箱)水面高差；h為全部水頭損失。

楊年豐盯著高河，直讓高河渾身不自在。楊年豐的表情突然變得死氣沉沉，說(shuō)道：“車子快沒油了，先去加油。”高河木訥地點(diǎn)了點(diǎn)頭。

其中Ho，ΔH比較明確，根據(jù)規(guī)范要求和圖紙中數(shù)據(jù)可以得到。比如水龍頭：Ho最小可以取0.05 MPa；消火栓：如果充實(shí)水柱為10 m，Ho可以取0.25 MPa。如果充實(shí)水柱為13 m，Ho可以取0.35 MPa。噴淋噴頭：最小0.05 MPa。污水泵末端流出水頭按2 m～3 m。各種設(shè)備根據(jù)自身要求可以知道Ho，而ΔH可以根據(jù)圖紙中的標(biāo)高得出。關(guān)鍵的問(wèn)題在于h。

h包括水泵吸水管和壓水管管路沿程損失、各種管件局部損失、各閥件儀表(水表等)的水頭損失。其中閥件儀表水損可以取經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，具體為：

住宅入戶水表0.01 MPa，建筑物或小區(qū)引入管水表0.03 MPa(消防工況校核0.05 MPa)。

比例式減壓閥的水頭損失，閥后動(dòng)水壓宜按閥后靜水壓的80%～90%采用。

管道過(guò)濾器0.01 MPa。

倒流防止器0.025 MPa～0.04 MPa。

濕式報(bào)警閥0.04 MPa，水流指示器0.02 MPa，雨淋閥0.07 MPa。

為了表示方便，可以將涉及到的上列各種閥件、儀表總水損表示為a。然后根據(jù)建筑高度和水平距離計(jì)算管道長(zhǎng)度，表示為L(zhǎng)。按照50‰水頭估算損失計(jì)算。然后配件局部損失按照25%～30%計(jì)，簡(jiǎn)化了計(jì)算。總結(jié)為:

H=Ho+ΔH+a+(1.25～1.3)L50‰。

看似由4部分組成，其實(shí)前3項(xiàng)都可以按照本文所述很快確定，第4項(xiàng)只要L計(jì)算完成即可。這樣清晰分項(xiàng)，既簡(jiǎn)單也不容易漏項(xiàng)。

2)單體民用建筑的層高不超過(guò)3.5 m，揚(yáng)程H(從室外地面算起)可以用經(jīng)驗(yàn)法初步估算，即H=4(n+1)，n為建筑物層數(shù)。

1.3 功率和效率

水泵的正確選型需要弄清楚水泵的工作原理。不僅要確定Q，H，還要選擇高效區(qū)。下面我們先熟悉以下幾個(gè)概念:

1)有效功率Ny=ρgQH;

2)軸功率N;

3)水泵效率η=Ny/N。

η在平面坐標(biāo)上是一條拋物線，有一個(gè)峰值，峰值對(duì)應(yīng)一個(gè)流量Q′。所謂高效區(qū)就是這個(gè)流量坐標(biāo)兩側(cè)的流量值所確定的區(qū)間，當(dāng)水泵的流量位于這個(gè)區(qū)間時(shí)，對(duì)應(yīng)的η較高，其中包含η的峰值。而我們選擇水泵，一般要把設(shè)計(jì)流量選擇在Q′的右側(cè)，即效率曲線的下降段，這是為了保證水泵始終在高效段運(yùn)行。

另外還需要掌握一個(gè)概念，水泵的原動(dòng)機(jī)(電機(jī))功率Nj=N/η′，這是因?yàn)樵瓌?dòng)機(jī)(電機(jī))帶動(dòng)水泵葉輪工作時(shí)也有能量損失，也存在一個(gè)效率，即電機(jī)效率η′。

2 工頻水泵單泵的選型

2.1 單級(jí)泵

僅1個(gè)葉輪的水泵為單級(jí)泵，水泵總是與一定的管路系統(tǒng)相連的，管路有它的工況曲線，工況曲線也是由流量Q、揚(yáng)程H確定的，即H=H1+SQ2，H1是整個(gè)系統(tǒng)靜揚(yáng)程，S是管道比阻。水泵的實(shí)際流量是它的性能曲線和管道工況曲線的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值。選泵其實(shí)是選范圍，我們通常以設(shè)計(jì)流量選泵，比如設(shè)計(jì)流量97.2 m3/h(27 L/s)，設(shè)計(jì)揚(yáng)程54 m；如果我們按照表1選型，選擇100KQL/W87-60-30/2。可以看到當(dāng)流量Q′=87 m3/h(24.2 L/s)時(shí)，揚(yáng)程為60 m，最高效率為73%。因97.2 m3/h≥87 m3/h，即設(shè)計(jì)流量在Q′的右邊，處于效率曲線下降段。根據(jù)圖1，可以看到揚(yáng)程大約57 m，滿足設(shè)計(jì)要求。實(shí)際流量通常小于設(shè)計(jì)流量，有可能更靠近Q′，因此效率會(huì)更高，這樣就保證了水泵始終在高效段運(yùn)行。

2.2 多級(jí)泵

如果設(shè)計(jì)流量Q=58 m3/h，H仍為54 m。此時(shí)從表1選單級(jí)泵會(huì)有困難，沒有合適的流量、揚(yáng)程組合。單級(jí)泵雖然最高揚(yáng)程也可達(dá)125 m，但對(duì)于揚(yáng)程的改變不如多級(jí)泵簡(jiǎn)單方便。并且滿足同樣揚(yáng)程需求時(shí)成本較高。多級(jí)泵是進(jìn)出水段和中段通過(guò)拉桿組合在一起的離心泵，具有2個(gè)或2個(gè)以上葉輪，也是依靠葉輪的旋轉(zhuǎn)獲取離心力，它的輸出壓力可以很大，揚(yáng)程可根據(jù)需要增減葉輪的級(jí)數(shù)來(lái)滿足要求。本例如果選擇多級(jí)泵，則從表2很容易找到滿足條件者(序號(hào)6 100-64-55)。

3 變頻泵的選型

變頻泵不同于工頻泵，其轉(zhuǎn)速不恒定。它是根據(jù)用水量的變化，智能調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速。用水量增大時(shí)自動(dòng)升速，反之，降速。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，保障用戶末端的壓力恒定。不僅通過(guò)調(diào)速來(lái)調(diào)節(jié)流量，實(shí)際還要運(yùn)用泵的組合，根據(jù)用水量的變化，控制水泵的運(yùn)行臺(tái)數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)流量，這種變頻加并聯(lián)的組合可以適應(yīng)流量較大范圍的變動(dòng)，同時(shí)揚(yáng)程基本穩(wěn)定，達(dá)到高效節(jié)能的要求。成套設(shè)備的水泵一般為并聯(lián)組合，即揚(yáng)程確定后，根據(jù)流量來(lái)確定需要運(yùn)行的泵的臺(tái)數(shù)。一般泵的組合為同種型號(hào)，并聯(lián)流量小于單泵運(yùn)行時(shí)每臺(tái)泵流量的疊加。以設(shè)計(jì)流量118 m3/h、揚(yáng)程54 m為例，這時(shí)選擇兩臺(tái)型號(hào)為100-64-55的多級(jí)泵并聯(lián)即可滿足要求，并且應(yīng)設(shè)置一臺(tái)同型號(hào)的泵備用。

表1 單級(jí)泵水泵型號(hào)列表

表2 多級(jí)泵水泵型號(hào)列表(KQDP/KQDQ100-64性能)

4 疊壓供水設(shè)備的選型

這種設(shè)備主要是出于節(jié)能的考慮，可以利用市政管網(wǎng)壓力而又不產(chǎn)生負(fù)壓，不影響其他用戶。其不同于普通水泵的配套設(shè)施有穩(wěn)流補(bǔ)償器、真空抑制器、旁通以及小型水箱。這些設(shè)置都是為了利用市政壓力和不影響本設(shè)備前端管網(wǎng)壓力。其核心設(shè)備是變頻泵組。整體設(shè)備選型實(shí)際還是選泵組，方法同上。只不過(guò)運(yùn)行過(guò)程中因利用市政管網(wǎng)壓力，揚(yáng)程可以減小，比如市政管網(wǎng)壓力為0.35 MPa～0.3 MPa，如果用水系統(tǒng)Q=58 m3/h，H=54 m，實(shí)際運(yùn)行時(shí)水泵揚(yáng)程可以減小0.30 MPa(30 m)，即揚(yáng)程為24 m就能正常供水，節(jié)能效果顯著，而當(dāng)市政壓力用水高峰時(shí)段不能利用時(shí)，可以通過(guò)變頻泵組的調(diào)節(jié)作用來(lái)實(shí)現(xiàn)正常供水。

5 結(jié)語(yǔ)

水泵種類繁多，按大類分有葉片泵(離心泵、軸流泵、混流泵)、容積泵(活塞泵、轉(zhuǎn)子泵)、其他泵(螺旋泵、射流泵)；還有單吸、雙吸；清水泵、污水泵；潛水泵、管道泵之分，無(wú)論哪種水泵，都是以流量Q和揚(yáng)程H來(lái)選型的。只要按照前面所列公式計(jì)算出Q和H，理解了水泵工作原理，都不難選擇水泵。另外，水泵組合形式還有串聯(lián)，這種比較簡(jiǎn)單，只要選擇流量相近的水泵，串聯(lián)揚(yáng)程按略小于單泵運(yùn)行時(shí)每臺(tái)泵揚(yáng)程的疊加即可。