消防水泵泵房.docx
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1、第二十二部分:消防水泵&泵房1 实例解析| 水泵启动引发湿式报警阀组误动!2 消防水泵| 出口压力表-应设置在止回阀的上游部位!3 消防水泵房-建筑防火与消防设施要求!4 水泵房是否需要设置自动灭火、火灾报警、排烟设施?5 柴油机消防泵组及泵房-设计及应用!6 消防水泵-进出管路部件及安装,争议及探讨(6 大疑难探讨)! 7 消防水泵-流量扬程性能曲线!8 消防水泵-吸水管路设置要求!9 消防水泵空转和零流量运转,概念、危害及防范措施!10 消防水泵直接串联供水-可靠性保护措施!11 何去何从-消防水泵自动巡检装置! 1759 水泵汽蚀、汽蚀余量、气囊危害-机理分解,处置措施!石峥嵘:了解离心
2、式水泵的汽蚀机理, 掌握必需汽蚀余量和有效汽蚀余量等概念, 有利水泵设计及应用,有利于防范汽蚀、气囊危害,具重要意义!同时,本文列示了水泵最大取水高度的计算方法,以供参考!本文要点:1 水泵的汽蚀机理2 离心泵及原理3 汽蚀形成及危害4 汽蚀危害与气囊危害的区别5 “汽蚀”与“气蚀”6 必需汽蚀余量、有效汽蚀余量第一章 水泵汽蚀机理(饱和蒸汽压、沸点) 一、饱和蒸汽压:饱和蒸汽压是指蒸汽与液体保持动态平衡时的压强, 由液体物质本身性质决 定, 饱和蒸汽压随温度升高而增大。二、沸腾、沸点:1、沸腾是液体内部和表面同时发生剧烈汽化的现象, 当液体的饱和蒸汽压 与外界压强相等时,产生沸腾。当外界压强
3、大于液体饱和蒸汽压时,通常仅在液体表面发生汽化(图示 1 左),当液体饱和蒸汽压与外界压强相等时, 液体的内部和外部可同时发生汽化, 开始沸腾(图示 1 右)。注:敞开容器中的沸腾液体,蒸汽带走大量热量,温度不再升高。(图示 1) 1760 2、在一定压强下, 液体沸腾时的温度称为沸点,当液体所受的压强增大时, 沸点升高,压强减小时,沸点降低。三、水的沸腾、沸点:水的饱和蒸汽压随温度升高而增大, 部分水温下的饱和蒸汽压如下(表 1):注:数据源自网络,仅供参考!处于空气中的水,外界压强为大气压, 当水的饱和蒸汽压与大气压相等时, 水产生沸腾。 通常,以下两种方式可使水沸腾:1、加热,可使水沸腾
4、:水加热时,温度升高,饱和蒸汽压增大。由表 1 可知,当温度为 100时, 水的饱和蒸汽压达到 101.33kPa(10.33m 水柱) ,与标准大气压相当, 发生沸腾 (图示 1 右),也就是说,水在标准大气压下的沸点为 100。2、降低外部压强,可使水沸腾:同理, 降低外部压强, 也可以使水沸腾, 可以认为, 当外部压强与表 1 右侧 的某个饱和蒸汽压值相等时, 表 1 左侧对应温度为该压强下的沸点, 比如, 当外 部压强为 0.238m 水柱时,对应水的沸点为 20,常温下的水就沸腾了。示例:大气压与海拨高度相关,标准大气压是指海拨高度为 0 时的大气压, 水在标准大气压下的沸点为 10
5、0。海拨高度越高, 大气压力越低, 水的沸点也 同步降低。比如,在海拨高度为 6000m 的高山或高原环境中,其大气压强仅为 47.2kPa,这个压强大约与 80水的饱和蒸汽压相当, 水的沸点约 80, 仅需将 水加热到 80就沸腾了。 1761 当然, 也可以通过抽空密闭容器的办法让水沸腾, 比如, 放置于密闭容器中 的常温水(20),当密闭容器压强抽空至 0.238m 水柱时,水就沸腾了, 20 是水在这个压强下的沸点。注意, 水泵汽蚀的根本原因在此: 水在泵体内处于密 封状态,类似于密闭容器中的水,在图示 2 中,取水高度(h)越高,泵体内的水 压越低, 由表 1 可知, 当泵体内的水压
6、达到 0.4m 水柱时, 沸点温度降至 30以 下,沸腾的水产生大量蒸汽,并发汽蚀危害。注 1:除非特别指定, 本文所述的大气压, 均为标准大气压, 是在标准大气 条件下海平面的气压,其值为 101.325kPa。注 2:除非特别指定, 本文所述的压强, 均为绝对压强, 是以毫无一点气体 存在的绝对真空为零点起计算的压强。第二章 离心泵及原理一、离心泵的定义:离心泵是依靠叶轮高速旋转时产生的离心力把能量传递给液体, 叶轮出口液 流方向基本与泵轴垂直的回转动力式泵。二、离心泵原理:离心泵启动时,泵体内的叶轮带动水高速旋转,水作离心运动,向外甩出, 水在叶轮末端(E 点) 及导流壳体区域形成高压,
7、 并被压入出水管。泵体内的水 被压出后, 在转轴附近(D 点)形成低压区, 外部水在大气压的作用下进入泵体, 以此循环,将水从低位输送至到高位区域。(图示 2、图示 3)(图示 2) 1762 (图示 3)三、扬程的概念:离心泵的叶轮带动水高速旋转, 以离心力的方式把能量传递给水, 水获得能 量,出口总水头大于入口总水头,两者代数差即为扬程(m)。第三章 “汽蚀”的形成及危害离心泵工作时, 在转轴附近(D 点) 形成低压区, 同时在叶轮末端(E 点)和 导流壳体区域形成高压区, 由图示 2 可知, 泵体内的压强随 h 的增加而降低, 当 泵体内低压区的压强达到水的饱和蒸汽压时, 水会发生沸腾,
8、 产生无数蒸汽气泡, 气泡进入叶轮末端(E 点)及导流壳体区域时, 压力剧增(远大于饱和蒸汽压) , 气泡瞬间溃灭, 水质点高速填充气泡空间, 产生频率和压力极高的水击, 对叶轮 和导流壳体造成损坏, 并伴随噪声和水流工况失衡, 这种现象就称为汽蚀, 危害 较大。(图示 3、图示 4)由此可知,水泵汽蚀通常发生在叶轮末端和导流壳体区域。(图示 4) 1763 (图示 3)(图示 4)第四章 “汽蚀”危害与“气囊”危害的区别一、“汽蚀”危害与“气囊”危害,是容易混淆的概念。水泵运转时, 吸水管路的水压降低, 溶解在水中的气体可能释放出来, 当吸 水管路存在倒坡或局部升高时, 即可形成气囊。气囊累
9、积后可能以较大气团(气 泡) 的形式进入泵体, 影响水泵流量扬程性能, 并产生震动及叶轮损坏等类似汽 蚀损害。由本文可知, 管路“气囊 ”的危害类似于“汽蚀 ”,但仍有别汽蚀, 参专题:水泵吸水管路-气囊危害,防范措施!二、 “汽蚀”与“气蚀”的区别:汽蚀和气蚀,人们往往混用,但仍有区别。 1764 对于离心水泵式水泵,宜以“汽蚀 ”为好, 离心泵名词术语GB/T7021 及相关标准也是采用“汽蚀 ”,比如本文所述的汽蚀危害、汽蚀余量等等。但对于水泵吸水管路的气囊危害, 气囊中的气体成分主要是普通空气, 可能 用气蚀更好。第五章 必需汽蚀余量、有效汽蚀余量一、汽蚀余量(NPSH):汽蚀余量可以
10、理解为某点的总水头与汽化压力水头(饱和蒸汽压)的差值, 当水处于静止时, 可以理解为水压强与饱和蒸汽压的差值, 这个差值应为正, 否 则就会发生沸腾。水泵汽蚀余量的规范定义: 汽蚀余量是评价水泵汽蚀性能的重要参数, 是指 在水泵进口断面, 绝对总水头与汽化压力水头的差, 也可以理解为单位重量液体 具有的超过汽化压力的富余能量,汽蚀余量的单位为米。二、必需汽蚀余量(NPSHR)1、从水泵原理可知,从水泵进口断面至转轴附近(D 点),会有一个压降 过程, 这个压降由水泵性能结构确定, 与外部条件无关, 要使泵体内的低压区(D 点)不发生沸腾, 水泵进口断面必须保证足够的汽蚀余量, 这个汽蚀余量扣除
11、压 降后, 还可以保证 D 点的汽蚀余量为正, 也就是说, 保证 D 点压强不会降至汽化 压力水头(饱和蒸汽压)。 可以这样认为, 在保证泵体内部不发生沸腾的条件下, 水泵进口断面的最低 汽蚀余量,就是水泵要求的必需汽蚀余量。2、必需汽蚀余量的规范定义:必需汽蚀余量是在规定的流量、转速和输送液体的条件下, 泵达到规定性能 的最小汽蚀余量, 是保证水泵内部不发生汽蚀所必须具有的汽蚀余量。注: 发生 汽蚀的特征包括: 出现可见汽蚀、汽蚀引起的噪声和振动的增大、扬程或效率开 始下降、给定降幅的扬程或效率、汽蚀侵蚀限度,等等。3、水泵进口断面至 D 点的压力降由水泵性能结构确定,是决定最小汽蚀余 量的
12、关键要素, 通常由泵厂以 20清水在泵的额定流量下测定, 根据规范要求, 水泵铭牌应标注水泵进口断面的必需汽蚀余量。 1765 4、必需汽蚀余量的应用:根据必需汽蚀余量、最高工作环境温度下水的饱和蒸汽压, 结合管路损失等 参数,就可以计算出水泵的最大取水高度。以图示 2 为例, 最大取水高度(h)可以这样估算: h=大气压(m 水柱)-最高环 境温度下的饱和蒸汽压(m 水柱)-必需汽蚀余量(m)-管路损失-吸水管半径(m)。 注 1:本公式的大气压,为取水所在地的实际大气压; 注 2:本计算仅供参考, 最终取值应考虑一定的保证余量。三、有效汽蚀余量(NPSHA)有效汽蚀余量是由进水装置条件确定
13、的、规定流量下可获得的(可利用的) 汽蚀余量, 有效汽蚀余量不应小于必需汽蚀余量。有效汽蚀余量是进水装置提供给水泵进口断面的汽蚀余量,对于消防水泵, 是消防水池通过吸水管路提供给水泵进口断面的汽蚀余量。消防水泵采用自灌式吸水, 很明显, 有效汽蚀余量可完全保证必需汽蚀余量 要求,通常无需校核。非特殊要求,水泵吸水管路不宜安装过滤器!石峥嵘: 实际应用中, 过滤器普遍疏于管理, 忽视定期维护清洗(甚至不具备清 洗维护条件) ,容易累积污物, 滋生有害病菌, 导致汽蚀和水质污染, 存较大隐 患!通常认为, 当水泵的水源为市政给水管网和相对封闭的消防(生活)水池时, 水泵吸水管上无需且不建议安装过滤
14、器; 对于需要设置过滤器的用水设施, 过滤 器应设置在满足其功能要求的适当位置, 不宜设置在水泵吸水管路上。过度冗余 的设计,有损无益!当水泵水源可能存在水质污染时(比如采用天然水源、开敞式水源等) ,可 在水泵吸水管路设置过滤器, 过滤器前后均应安装压力表, 并应满足过滤器检修和清洗空间要求。文末解读: 自动喷水灭火系统施工及验收规范要求“水泵吸水管上宜设 过滤器”,怎样理解和处置?一、非特殊要求,不建议在水泵吸水管路安装过滤器!1、管道过滤器增大汽蚀风险,可能导致汽蚀危害:离心式水泵的进水水头(总水头,绝对压力) 不应低于水泵必需汽蚀余量, 其进水压力由大气压提供(标准大气压为 10.33
15、m),管道过滤器的水头损失通 常在 1m 以上,当累积污物时,水头损失迅速增加,可能导致水泵进水水头无法 满足汽蚀余量要求, 从而产生汽蚀危害。有关水泵必需汽蚀余量及相关概念, 参 专题: 水泵汽蚀、汽蚀余量、气囊危害-机理分解,处置措施!另外, 管道过滤器内部往往存在局部高位, 易累积气囊,也可导致水泵气蚀 危害。有关水泵吸水管气囊危害, 参专题:水泵吸水管路-气囊危害, 防范措施!2、管道过滤器容易累积污物,滋生有害病菌,造成水质污染。实际应用中, 过滤器普遍疏于管理, 忽视定期维护清洗(甚至不具备清洗维 护条件),容易累积污物,滋生有害病菌,造成水质污染!二、通常情况下,水泵吸水管无需安
16、装过滤器:1、通常,水泵本身并无特定的水质要求,当水源为市政给水管网和相对封 闭的消防(生活)水池时,其吸水管路无需设置过滤器。 (图示 1) 1767 (图示 1)2、对于需要设置过滤器的用水设施,过滤器应设置在满足其功能要求的适 当位置,不宜设置在水泵吸水管路上。比如, 减压阀、水加热器等的过滤器应设置在设备前端; 水喷雾灭火系统的 过滤器应设置在雨淋控制阀组前端; 当自动喷水灭火系统需要设置过滤器时, 宜 设置在报警控制阀组前端;等等。三、水泵吸水管过滤器的设置条件及处置措施:当水源存在水质污染(比如采用天然水源或开敞式水源等) ,可能对水泵和 进出水管路造成不良影响时, 水泵吸水管的取
17、水口应安装滤水器, 吸水管上可安 装过滤器。当水泵吸水管上设置过滤器时,应采取保障措施: (图示 2)1、复核管损水头,定期清洗维护,确保水泵进口总水头满足必需汽蚀余量 要求。2、管路及过滤器安装,应满足过滤器检修和清洗空间要求。3、过滤器前后均应设置压力表,以方便观测过滤器运行工况和水头损失, 等等。 1768 (图示 2)四、解读:自动喷水灭火系统施工及验收规范GB50261-2017要求“吸水管上宜设 过滤器”,怎样理解和处置?用于自动喷水灭火系统的水源, 应无污染、无腐蚀、无悬浮物, 当水源为市 政给水管网和相对封闭的消防水池时, 其水质已可满足要求, 吸水管路无需设置 过滤器。 当自
18、动喷水灭火系统需要设置过滤器时,宜设置在报警控制阀组前端。实例解析| 水泵启动引发湿式报警阀组误动!石峥嵘:分解自动喷水灭火系统湿式报警阀组的防误动原理, 分析引发问 题的可能因素, 提出解决措施!一、问题由来:问题 1:某大楼自动喷水灭火系统,进行末端试水装置测试时, 连锁消 防水泵启动正常,但消防水泵启动后,存在其他湿式报警阀组水力警铃和 压力开关动作的情况。问题 2:某大楼自动喷水灭火系统,试运行消防水泵时,存在湿式报警 阀组水力警铃和压力开关动作的情况。二、报警阀组的防误动原理:消防水泵启动时,存在管网水流波动或冲击的情况,通常情况下,湿 式报警阀组的补偿器和延迟器可有效防止管网水流波
19、动造成的误动作, 结构原理如下:自动喷水灭火系统-湿式报警阀三、引发湿式报警阀组误动作的可能因素及解决措施:1、管网积气太多, 水流波动超出报警阀组延迟阈值范围:配水管网积气较多, 水泵启动后管网压力增加, 管网气体受压缩,波动 水流超过报警阀组延迟阈值范围,产生报警。管网积气的原因,主要有自动排气阀安装位置不合理, 或配水管网坡度 不合理等,可采取调整管网坡度、调整或增加自动排气阀、配水管上增加 手动排气阀等措施。2、报警阀组延迟器故障:报警阀组延迟器故障,主要是泄水孔堵塞,通常情况下, 清理即可解决。 3、报警阀组补偿器故障:报警阀组补偿器故障, 通常是连通孔隙被污物堵塞,外置式补偿器可直
20、 接清理, 内置式补偿器需要打开阀体清理。4、报警阀的阀瓣组件故障:报警阀的阀瓣组件故障,主要包括卡堵不能回位、机构老化等。四、自动喷水灭火系统系列视频:消防大讲堂-自动喷水灭火系统(点击观看) 1770 消防水泵| 出口压力表-应设置在止回阀的上游部位!石峥嵘: 消防水泵的吸水管和出水管管路, 均应设置压力表, 有关出水管路压力 表的设置位置,存在较大争议!本文观点: 消防水泵的出水口压力表, 应设置在水泵出口止回阀的前面(止 回阀上游段),如图所示:(图示 1)图示 1:消防水泵-进出管路主要部件图注 1:水泵吸水管路主要部件的安装次序, 通常是控制阀、过滤器(如有)、 压力真空表、挠性接
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