包珺 肖祖旺 童輝云

(武漢長(zhǎng)海高新技術(shù)有限公司，武漢430223)

1 引言

多年的工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)實(shí)踐說明，消防給水系統(tǒng)中加高高位消防水箱的高度不但增加建筑立面處理的難度，而且投資高、不利于抗震；而管道泵、局部加壓泵的及時(shí)啟動(dòng)又是個(gè)問題，啟動(dòng)管道泵、局部加壓泵和直接啟動(dòng)主消防泵在時(shí)間上差別不大，沒有實(shí)際意義；變頻調(diào)速恒壓供水又存在一次投資規(guī)模大、構(gòu)造和維護(hù)復(fù)雜、可靠性難以保證的問題。而穩(wěn)壓泵用于消防給水系統(tǒng)，既可保證系統(tǒng)平時(shí)維持一定的壓力，火災(zāi)時(shí)又可以自動(dòng)啟動(dòng)主消防泵，而且投資少、運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。具有較大的優(yōu)越性和實(shí)用性。

因此，消防水泵[1]通常由消防穩(wěn)壓系統(tǒng)、電動(dòng)消防主泵、柴油機(jī)消防泵［2］及相應(yīng)的控制系統(tǒng)和管路組成。消防水泵調(diào)試正常運(yùn)行后，系統(tǒng)水壓將保持在設(shè)定的上、下限（通常是設(shè)計(jì)壓力±0.05 MPa）之間。當(dāng)由于網(wǎng)管泄漏，造成系統(tǒng)壓力降低至下限時(shí)，穩(wěn)壓泵自動(dòng)啟動(dòng)補(bǔ)水，使系統(tǒng)壓力上升；當(dāng)系統(tǒng)壓力上升至上限時(shí)，穩(wěn)壓泵自動(dòng)停機(jī)。如此反復(fù)，系統(tǒng)壓力將長(zhǎng)期保持在設(shè)定的上下限之間。當(dāng)消防用水時(shí)，因流量較大，系統(tǒng)壓力迅速下降（小流量的穩(wěn)壓泵啟動(dòng)運(yùn)行也不能維持水壓），系統(tǒng)壓力降至電動(dòng)消防主泵啟動(dòng)壓力時(shí)，電動(dòng)消防主泵自動(dòng)啟動(dòng)供水。在電動(dòng)消防主泵啟動(dòng)至額定轉(zhuǎn)速的過程中靠穩(wěn)壓系統(tǒng)的氣壓罐來提供所需的消防水壓和水量。若在此期間停電或電動(dòng)消防主泵故障，柴油機(jī)消防泵會(huì)迅速啟動(dòng)提供消防用水。

消防穩(wěn)壓系統(tǒng)通常由2臺(tái)穩(wěn)壓泵、1臺(tái)隔膜式穩(wěn)壓罐及配套管閥組成。該穩(wěn)壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低；缺點(diǎn)是穩(wěn)壓罐內(nèi)的膠囊是易損件，并且維修不方便。

因此，為了解決隔膜式穩(wěn)壓罐維修不方便的缺點(diǎn)，我們采用補(bǔ)氣式消防穩(wěn)壓系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)的組成和工作原理

2.1 系統(tǒng)的組成

補(bǔ)氣式消防穩(wěn)壓系統(tǒng)由 2臺(tái)穩(wěn)壓泵、2臺(tái)補(bǔ)氣泵、1臺(tái)氣壓罐、1臺(tái)補(bǔ)氣罐及配套管閥組成。

2.2 工作原理

如圖1所示，氣壓罐內(nèi)水和氣是直接接觸的，由于氣會(huì)部分的溶于水，氣壓罐內(nèi)的氣會(huì)不斷減少，因此，需要往氣壓罐內(nèi)補(bǔ)氣。

1）初始狀態(tài)下，假設(shè)系統(tǒng)要求的壓力為1.1 MPa（根據(jù)用戶要求可調(diào)），而標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為 0.1 MPa，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程［3］

PV/T=常數(shù) （1）

該系統(tǒng)接入用戶管網(wǎng)后，系統(tǒng)內(nèi)的空氣體積被壓縮成約9%，如圖1所示，該空氣位于氣壓罐的上部。

2）在設(shè)定的壓力下限，檢測(cè)氣壓罐內(nèi)液位B（可調(diào)），若檢測(cè)為水，表明水夠而氣不夠，需要補(bǔ)氣；若檢測(cè)為氣，表明氣夠而水不夠，需要補(bǔ)水。

需要補(bǔ)氣時(shí)，啟動(dòng)補(bǔ)氣泵，當(dāng)補(bǔ)氣罐內(nèi)的液位下降到A2時(shí)，關(guān)閉補(bǔ)氣泵，同時(shí)啟動(dòng)穩(wěn)壓泵，當(dāng)補(bǔ)氣罐內(nèi)的液位上升到 A1時(shí)，關(guān)閉穩(wěn)壓泵。此時(shí)如果還要補(bǔ)氣，則重復(fù)上述過程。

需要補(bǔ)水時(shí)，啟動(dòng)穩(wěn)壓泵，直至系統(tǒng)壓力達(dá)到滿足用戶要求的正常狀態(tài)。

每次壓力下降時(shí)，都將重復(fù)上述運(yùn)行過程，從而使氣壓罐內(nèi)氣水比例不斷得到調(diào)整，保證氣壓罐的有效水容積。

圖1 補(bǔ)氣式消防穩(wěn)壓系統(tǒng)圖

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

1）穩(wěn)壓泵的特點(diǎn)是流量小，揚(yáng)程高，可以保證消防管網(wǎng)平時(shí)滲水失壓后得到及時(shí)的補(bǔ)壓(故又稱補(bǔ)壓泵)，火災(zāi)時(shí)具有自動(dòng)啟動(dòng)主消防泵的功能。因此，穩(wěn)壓泵應(yīng)設(shè)置備用泵［4］。

2）補(bǔ)氣泵關(guān)系到氣壓罐能否正常工作，所以也要設(shè)置備用泵。主用補(bǔ)氣泵工作時(shí)，備用補(bǔ)氣泵所在管路必須關(guān)閉，否則主用、備用補(bǔ)氣泵會(huì)形成閉環(huán)，無法將補(bǔ)氣罐內(nèi)的水抽出。為了使主用、備用補(bǔ)氣泵能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，在主用、備用補(bǔ)氣泵進(jìn)口處各裝一個(gè)電動(dòng)閘閥。

3) 由于系統(tǒng)工作壓力約1.1 MPa，所以要確保系統(tǒng)的密封性，不允許有漏氣或漏水現(xiàn)象。系統(tǒng)管路中要適當(dāng)設(shè)置單向閥、止回閥、閘閥等（如圖1），以確保系統(tǒng)正常工作。

4）補(bǔ)氣時(shí)要先啟動(dòng)補(bǔ)氣泵把補(bǔ)氣罐內(nèi)水抽出，直到補(bǔ)氣罐內(nèi)水位降到A2處。此時(shí)，空氣會(huì)通過空氣過濾器和單向閥進(jìn)入補(bǔ)氣罐，并且管網(wǎng)壓力會(huì)有所提高。如果管網(wǎng)壓力迅速提高到系統(tǒng)要求的壓力上限，則無法進(jìn)行下一步，即啟動(dòng)穩(wěn)壓泵把補(bǔ)氣罐內(nèi)的氣壓入氣壓罐。因此需要計(jì)算補(bǔ)氣罐內(nèi)水位降到A2處會(huì)使管網(wǎng)壓力提高多少。

根據(jù)流體的壓縮性公式［5］

式中：β─壓縮性系數(shù)，介質(zhì)為水時(shí)，β=0.7×10-3MPa；

ΔP─管網(wǎng)壓力提高值，MPa；

ΔV─管網(wǎng)水壓縮量，m3；

V─管網(wǎng)水總量，m3。

假設(shè)管網(wǎng)水總量為5000 m3, 管網(wǎng)水壓縮量即補(bǔ)氣罐內(nèi)水位降到A2處容積，約0.3 m3。

由式(2)可以計(jì)算出：ΔP=0.086 MPa

因此補(bǔ)氣罐內(nèi)水位降到A2處會(huì)使管網(wǎng)壓力提高約0.086 MPa，如果管網(wǎng)水總量大于5000 m3，管網(wǎng)壓力提高值將更小。

5）啟動(dòng)穩(wěn)壓泵把補(bǔ)氣罐內(nèi)的氣壓入氣壓罐時(shí)，在氣壓罐底部必須有個(gè)單向閥，使水通過補(bǔ)氣泵進(jìn)入補(bǔ)氣罐，從而把氣壓入氣壓罐。由于氣壓罐底部裝有單向閥，氣壓罐內(nèi)水無法流入管網(wǎng)，因此需設(shè)一個(gè)旁通排污口，平時(shí)通過球閥關(guān)閉排污口。

6）控制柜按圖2邏輯圖設(shè)計(jì)。

圖2 補(bǔ)氣式消防穩(wěn)壓系統(tǒng)控制邏輯圖

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)消防設(shè)施可靠性也提出更高的要求。消防水泵是消防給水系統(tǒng)的心臟。消防水泵選用和安裝是否得當(dāng)，直接關(guān)系到消防給水系統(tǒng)能否正常發(fā)揮作用。消防水泵中的穩(wěn)壓系統(tǒng)是消防給水系統(tǒng)平時(shí)維持壓力的設(shè)備，對(duì)系統(tǒng)起著監(jiān)護(hù)作用和使系統(tǒng)具有自動(dòng)控制的功能。實(shí)踐證明，補(bǔ)氣式消防穩(wěn)壓系統(tǒng)可靠性高，并且能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制和運(yùn)行，可以確保正常消防供水。

[1] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). GB6245-2006消防泵. 2006年12月.

[2] 七一二研究所企業(yè)標(biāo)準(zhǔn). Q/712J43-2003應(yīng)急/消防柴油機(jī)水泵機(jī)組, 2003年1月.

[3] 劉惠鑫，王曉方. 液壓與氣壓傳動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ). 北京：清華大學(xué)出版社, 2009年7月.

[4] 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn). GB50016-2006建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范. 2006年12月.

[5] 張利平. 液壓氣動(dòng)技術(shù)速查手冊(cè). 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2007年3月.