陈太洲1 许明媚2
（天津华汇工程建筑设计有限公司）
摘要：在建筑消防给水设计中，消防水泵的选取至关重要。消防水泵的正常使用是人民生命财产安全的重要保障。消防水泵的选型与管道的特性曲线有密切关联，为了确保消防供水系统的安全性和可靠性，还需考虑水泵运行的实际工况[1]。
在工程设计中存在消防水量较大且扬程不高的情况，需要采用多台水泵并联运行。本文主要叙述了水泵在并联运行下工况点的确定，结合实例对同型号水泵并联工况进行分析，这对消防给水设计具有重要的指导意义。
关键词：工况点；并联运行；特性曲线；流量；扬程
前言
水泵供水设计中，往往因设计流量较大，而采用泵组并联作为水泵运行的主要方式[2]。水泵并联的运行方式可以保证用水点不同用水流量的需求，提高供水安全性。其特点如下:1)可以增加供水量；2）通过开停泵组和阀门调节来合理控制泵组的流量和扬程，使其尽量在有效工况点附近[3]。
目前，消防水泵的选型主要从以下几个方面考虑：管路实际运行特性曲线、水泵H-Q曲线和管路理想特性曲线；结合工程实例消防水泵选型情况，进行分析。
1.管道系统特性曲线方程
已知管路的水力特性方程式为
，式中S表示长度、直径已定条件下管道的沿程损失和局部损失之和的系数[4]。此公式也可表示为Q-∑h，与水泵的静扬程（HST）联立即为水泵装置的管道系统特性曲线，如图1-1所示。该曲线上任意一点K的纵坐标（hk）表示水泵输送流量为QK，提升高度为HST时，管路中每单位重量液体所消耗的能量。
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图1-1 管道系统特性曲线
2.水泵并联运行水泵工况点确定
利用水泵自身特性曲线和管道系统特性曲线的方程式，联立方程组求解，即可求得水泵的工况点[5]。当同型号，管路对称的两台泵并联时，并联后的工况点如图2-1所示。
图中水泵单独运行的管道特性曲线为(Q-H)AOG，水泵的特性曲线为(Q-H)1，二者相交于点S(Q1，H1)即为水泵单台独立运行时的工况点。同理，水泵并联的特性曲线(Q-H)1+2与管道特性曲线(Q-H)AOG相交于点M(Q1+2，H1,2)，即为水泵并
联运行时工况点，向左平移与单泵特性曲线相交于点N(Q1,2,，H1,2) ，即为水泵并联时单台泵的工况点。
由图2-1可知Q1,2＜Q1＜Q1+2＜2Q1，即两台同型号水泵并联后的单泵出水量比单独一台泵工作时的出水量小，且并联后的出水量明显小于一台泵单独运行时水泵出水量的2倍。
由此推出，当管路阻抗越小，管道系统特性曲线斜率越小，增加了水泵并联后的出水量，适用于水泵并联大流量要求。
图2-1 同型号、同水位、对称布置的两泵并联工况曲线
3.工程实例简析
某项目地下共三层，每层均为机械停车库，负三层地面标高为-15.55m，总供水高度为14.29m。经计算自动喷水灭火系统设计流量为75L/s，扬程H为70m，扬程H值计算过程如下：
根据《自动喷水灭火系统设计规范》GB 50084-2017中水泵扬程[6]计算公式如下：
（1-1）
式中：H——水泵扬程或系统入口的供水压力（MPa），本次选用系数1.20；
——管道沿程和局部水头损失的累计值（MPa），报警阀的局部水头损失应按照产品样本或检测数据确定。当无上述数据时，预作用报警阀取0.08MPa；湿式报警阀取0.04MPa；水流指示器取0.02MPa；
P0——最不利点处喷头的工作压力（MPa）,本文指作用面积入口处所需压力；
Z——最不利点处喷头与消防水池的最低水位或系统入口管水平中心线之前的高程差，当系统入口管或消防水池最低水位高于最不利点处喷头时，Z应取负值（MPa）。
hc——从城市市政管网的最低水压（MPa）；当从消防水池吸水时，hc取0。
管道单位长度的沿程阻力损失应按下式计算：
i=6.05×(qg1.85/Ch1.85dj4.87)×107 （1-2）
式中：i——管道单位长度的水头损失（KPa/m）；
dj——管道计算内径（mm）；
qg——管道设计流量（L/min）；
Ch——海澄—威廉系数。查表可知，镀锌钢管取值120。
管线长度134m，代入数值后公式（1-1）则为
分别带入qg=40L/s，qg=75L/s，计算出不同扬程.
由上述计算结果可知：水泵扬程仅与管道设计流量qg 有关，在总流量不变的情况下H值不变。
根据上述结论，现有如下两种选泵方案：
选泵方案一：一用一备，Q=75L/s，H=70m，XBD 7.4/80-200-435(L)
选泵方案二：两用一备，Q=40L/s，H=70m，XBD 8/40-125-270(L)
上述两种方案均满足本项目需求。
当管网增加流量（水泵并联），若满足流量不折减，需对管网摩阻S值进行修正（改变管道管径）,相关文章（卢凯[7]）已有介绍，本文不再赘述。
4.结论
通过实际工程案例计算，水泵扬程仅与管道设计流量qg 有关，在总流量不变的情况下，可使水泵扬程H值不变。
消防供水系统中选用多台水泵并联，根据水泵台数，对供水管网摩阻S值进行相应修正（改变管道管径）后，则无需考虑水泵流量折减。
参考文献
[1]吴淑江, 肖佟. 水泵在建筑给排水设计中的选用探讨[J]. 科技与企业, 2015.
[2]安志鹏,刘志强,鲁帅,等.高层建筑二次供水系统水泵并联优化运行[J].给水排水,2015(5):135-140.
[3]姜乃昌. 泵与泵站[M]. 中国建筑工业出版社, 2007.
[4]杨食力. 用计算法求水泵并联工况点参数[J]. 煤矿设计,1986(12):20-28.
[5]汪建华, 汪禹. 同型号离心泵并联运行相关问题的探讨[J]. 机械研究与应用, 2012, 000(001):57-58.
[6]中华人民共和国公安部. 自动喷水灭火系统设计规范[M]. 中国计划出版社, 2001.
[7]卢凯. 论建筑给水系统中水泵并联运行时流量折减[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2013(6).