随着消防科技的迅速发展,新的消防产品也如雨后春笋般推广和普及起来,于2005年通过公安部型式认定中心型式认可的同步排吸式消防水泵以其特殊的自灌式安装方式可以作为传统设置地下消防水泵房式的安装方式的补充甚至替代,而独具推广前景。同步排(自)吸消防水泵是一种处于液位之上进行安装的自灌式取水消防泵,因该泵的泵轴平面在前置自灌装置的液面以下,启泵时,水靠重力势能自然倒灌进水泵中,故可以零秒出水。同时该泵在满足自灌的同时还附有自吸功能,自吸高度可达8.5m,进口管路水平距离可达千米。与此同时,该泵无需建造地下泵房,节省土建投资造价,缩短工期,避免淹没泵房事故的发生

  一、离心泵的工作原理及消防水泵的安装位置要求

  1、离心水泵的工作原理

  

  消防水泵为了保证扬程和流量变化的需要,应采用离心水泵,如图1-1。离心水泵在未工作之前,其泵壳和吸水管中必须充满水,此时叶轮周围的水是静止的。当水泵电机带动叶轮高速旋转时,使水获得了很大的离心力。当到达水泵出水口下方时便产生离心现象而冲出管口。由于泵壳做成螺旋线形状,水沿着螺旋上升时,其过水断面则由小变大,此时水的流速随着过水断面的增大而减小、减慢。根据能量守恒定律,动能转换成势能(压能)并逐渐地增加,当到达水泵出口处水的压能为最大,这种压能即为输水的动力。与此同时,叶轮中心的水被离心力甩向外部而形成真空状态,于是水池的水在大气压力作用下通过吸水管进入泵壳,水泵不停的运转即可保证连续供水。2、消防水泵安装的位置要求

  离心式消防泵启泵的前提是在水泵启动前液位比泵体要高,启泵时,水靠重力势能自然倒灌进水泵中,否则水是不会被抽吸上来。为了保证离心式消防泵可随时启泵运转,不会由于停泵而造成抽空现象,必须解决不论水泵停止或运转均能使泵腔处于充满水的状态,即泵腔始必须终处于淹没状态。(2014版新消规同样有此要求)

  离心水泵常见的引水方式有两种,自灌式和自吸式。

  

  自灌式安装如图2(上图),这是常见的传统的消防水泵安装方式,需设置地下消防水泵房,泵轴位于水池水面以下,即不管水泵运行与否,其吸水管在水面大气压及水池水面至吸水管中心高度 ΔH的静水压力作用下,吸水管总处于落水状态,启泵时水自然流入泵内,由泵打入管网中。

  自吸式安装如图3(下图),水泵泵轴在吸水水面之上,当水泵停止运转后,其吸水管内的水会靠位差自流回池内,使吸水管排空,如再启动水泵则需将吸水管的水灌满,但这样操作是不现实的,延误了灭火的时机。此时只需在吸水管的末端安装一个底阀(即起着止回阀的作用)即可阻止吸水管倒空的现象,该种安装方法可在水泵的出水管上接一水管进行灌水用,吸水管和泵体内的空气可由泵体上的放气阀排除。一般若底阀不出故障,水泵可正常工作。

  

  但一般情况下自吸式安装由于水质不洁腐蚀底阀的橡胶堑片,水中杂质如砂粒、水泥块、锈蚀片卡在底阀上,或底阀轴锈蚀等原因使底阀失去单向阀的作用而使整个系统出现故障不出水。而且启动时需向泵内注水和向泵外排气,不能作到启泵即出水,容易贻误灭火战机,故自吸式引水方式不提倡使用。二、消防规范中对消防水泵安装方式的描述

  在我们常用的规范中,对消防水泵的安装形式都有明确的要求,在《石油天然气工程设计防火规范》《人防工程防火规范》中都提到“消防水泵宜自灌式安装”;在《建规》《石油化工设计防火规范》中规定“消防水泵应经常充满水,以保证及时启动供水,因此,应采用自灌式引水方式。若采用自灌式引水有困难时,应有可靠迅速的充水设备,如同步排吸式消防水泵等”。

  在《石化库设计防火规范》第12.2.11条规定“消防冷却水泵、泡沫混合液泵应采用正压启动或自吸启动,当采用自吸启动时,自吸时间不宜大于45s”,同时在其条文解释说明中指出“本款要求的自吸启动,系指消防泵本身具有自吸液体进泵的功能。利用真空泵灌泵的方式,不属自吸启动,采用这种启动方式,很难在45s内启动消防泵”。

  可见虽然各个规范对自灌式引水要求的程度不一样,有的是“宜”有的是“应”,在各个规范的条文说明中,也有相应的解释,但几乎所有的消防规范均明确指出可以使用同步自吸形式水泵作为消防用泵。与此同时,同步排(自)吸消防水泵是一种处于液位之上进行安装的自灌式取水消防泵,因该泵的泵轴平面在前置自灌装置的液面以下,启泵时,水靠重力势能自然倒灌进水泵中,故可以零秒出水。

  所以,同样满足《消防给水及消火栓系统技术规范2014》中对于自灌式取水的要求。三、设置地下消防泵房在消防实践中存在的问题

  我国目前常用的自灌式安装方式是延用前苏联的做法,将消防水池设置在地面以下然后再设置一个与地面高差相当或更深的泵房以达到消防水泵完全自灌的目的。但这种作法在实践中发现有以下几点问题:(一)易出现泵房被淹事故

  1、降水引起

  中国的降水是以雨水为主,不象俄罗斯以降雪为主,尤其是到了雨季即使设置了潜污泵等排水设施也常出现泵房被淹,而导致配电箱、电机连电短路烧毁,在沈阳、鞍山等地的化工厂、液化气站及高层建筑,都出现过消防水泵房被淹事故。

  2、防水损坏导致被淹甚至冻裂。

  在我们消防监督检查中发现绝大多数的水泵房地面都有积水,这里的积水除少部分由于水泵管件漏水之外,绝大多数是由于消防水池的防水失效而导致的,夏季失效一般能及时发现,冬季失效不易及时发现,在海城出现过防水失效将吸水管道及周围的水池边缘冻裂的现象。

  3、在灭救援过程中,被水淹没导致失效。

  在2005年鞍山某劳保用品商场发生火灾,自动喷水灭火系统最先发挥作用,消防中队到场也非常及时,一时间,洒水喷头和多支水枪同时展开灭火,但20分钟后地下消防水泵房来来噼噼啪啪的爆炸声,洒水喷头和室内消火栓相继停水,火灾熄灭后,经调查发现,消防水池的水并没有用完。而是在扑救过程中,消防车里的水和喷淋头及室内消火栓打出的水都顺着坡流入到了消防水泵房中,使消防用电设备浸水短路,经查消防水泵的电机配电柜,电缆都有短路痕迹。(二)操作维护不便

  目前大多数的单位在消防设施上都用手动而不用自动联动。由于地下消防水泵房设置位置的局限而导致值班维护不便,常出现值班人员脱岗或因离主体建筑太远长期无人看守的情况。在检查中大部分单位都是现检查现取钥匙开门,而且在水泵检修时,地下消防水泵房需要经常爬上爬下,非常麻烦,有的地下泵房设置的空间还过于狭小,管道纵横,操作维护非常不便,更不用说在火灾过程中对其实施操作了。(三)施工成本过高

  设置地下消防水泵房不但占用了建筑面积,而且又增加了承重、防水、排水等等费用。使一些建设单位不愿主动接受而采取被动应付以致影响正常功能。同时不用建造地下泵房还可以大大的缩短工期,为承包方节省大量地人力物力。四、同步自吸形式消防水泵的工作原理及可靠性

  1、工作原理

  同步自吸消防泵分为射流形式同步自吸消防泵和叠片形式同步自吸消防泵。

  1)射流形式同步自吸消防泵工作原理

  

  该泵虽然在水池之上进行安装,但水泵轴平面却在前置自灌装置的液面以下,启泵时,水是靠重力势能自然倒灌进水泵中的,在泵启动后,立即随着叶轮的旋转被送入管网。但与此同时该泵还附有自吸功能,自吸高度可达8.5m,无需做地下泵房。但此泵因独有的自灌装置可以实现上述功能,同时在送往国家消防检验中心检测时是整机(包括自灌装置)通过的型式认证,区别于自己做水箱加离心泵的方案。

  2)叠片形式同步自吸消防泵工作原理:

  

  在全制动电控柜上按下启动按钮,启动叠片自吸装置。叠片自吸装置迅速吸排进口管路中空气,在极短时间内,便将流体提升之流体检测室,音叉物位传感器感应到流体后同步传输出信号,使叠片同步自吸装置停止工作,同步使真空电磁阀关闭,同步使浮球阀上升,封闭排气管路,此时便可正常启动主泵。以后使用操作过程中因主泵始终处于叠片同步自吸装置中流体检测室下方,水可以通过重力作用下自然灌入泵腔,故可随时启动,随时出水,再无吸水排气时间,实现零秒出水,因流体检测室安装时要求高于泵主体上方,故泵腔与进口管路始终处于满水状态,如有故障意外情况发生,导致水回落,叠片同步自吸装置自会立刻动启动排气吸水,实现自灌式取水,达到正常工作状态。

  为了让射流同步自吸装置在多种场合都能广泛的得到应用,要求它的结构型式必须是多样化的,特别是对于旧工程实施改造时,往往要受到原有场所的限制,时常出现吸水管与水泵入口的间距或相互的方位有矛盾,此时可适当调整射流同步自吸装置的分布格局,甚至使部件的形状也要适当的蜕变,以此使射流同步自吸装置的尺寸与工作场地相互吻合。2、可靠性

  同步自吸形式消防水泵虽然在水池之上安装,但水泵轴平面却在射流同步自吸装置和叠片同步自吸装置液面以下,启泵时,水在靠重力作用下自然倒灌进水泵中的,立即随着叶轮的旋转被送入管网,满足启动迅速的要求。

  五、同步自吸消防水泵替代地下消防泵房式安装的消防水泵在实践中的应用及推广前景。

  同步自吸形式消防水泵与地下泵房自灌式消防水泵相比具有投资少、占地省、布局灵活,维修、管理、使用方便,不会淹没地下泵房更加安全等诸多优点。在以下几项工程中值得大力推广:

  1、火灾隐患整改工程,受面积和工程现状制约无法设置消防水泵房的情况。

  2、对于希望节省土建投资、缩短工期、方便检修维护的企业可以在新建项目中直接采用这种方式。

  3、对厂区周围有天然水源(江河湖海)或冷却水、景观水池等水源并充分利用用作消防水源时的情况

  4、对于经常发生大暴雨而淹没地下泵房的地区,尤其是南方地区。

  5、单位人员不足,可将消防控制中心和消防水泵房合二为一,方便管理,节约人力,提高效率。

  6、消防车使用或增加吸水的深度及距离。将同步自吸装置安装成移动式,吸水时向下移,可突破消防车吸水6米的限制,增加消防车越过障碍吸水的能力。

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