整理|水泵的吸水方式、选择及运行

在确定几种供水方式中提到水泵供水方式，目前，水泵是给水系统中的主要升压设备。在建筑内部的给水系统中，一般采用离心式水泵。它具有结构简单、体积小、效率高且流量和扬程在一定范围内可以调整等优点。选择水泵应以节能为原则，使水泵在给水系统中大部分时间保持高效运行。当采用设水泵－水箱的给水方式时，通常水泵直接向水箱输水，水泵的出水量与扬程几乎不变，选用离心式恒速水泵即可保持高效运行。对于无水量调节设备的给水系统，在电源可靠的条件下，可选用装有自动调速装置的变频调速离水泵。

一、泵的吸水方式

1. 水泵直接从室外给水管网抽水

水泵直接从室外给水管网抽水，可以充分利用市政压力，系统比较简单，并能防止二次污染；缺点是水泵直接从管网抽水会使室外管网压力降低（基于出现负压），影响周围其他用户的正常供水，故一般加以限制。适用条件：室外管网管径较大，压力高，水泵抽水量相对较小时才可使用，当建筑内部水泵抽水量较大时，不允许直接从管网抽水，要采取水泵从水池吸水方式。水泵启闭依据条件：该系统设自动开关，由压力继电器根据室外管网的压力变化来控制。

2．水泵从贮水池吸水

水泵从贮水池抽水，克服了水泵直接从室外给水管网抽水的不足，缺点是不能利用城市管网的压力，水泵多余消耗电能且水质易污染。通常适用于高层民用建筑，大型公共建筑及由城市管网供水的工业企业。此时水泵的启闭依据由自动开关由建筑内部管网的压力情况来控制。该吸水又可分成单设水泵和水泵-水箱供水方式见下图。

二、泵的选择

泵的选择需要解决两个参数流量Q与扬程H。依据吸水方式情况不同，分别求解如下

1. 流量

(1) 单设水泵

任何时候水泵流量都必须满足室内用水管网所需流量，此时无论是恒速泵还是变频调速泵，流量选择按用水高峰时的流量—设计秒流量确定，用其建筑物的设计秒流量表示：    

Qb=qg

通常这种方式采用变频调速泵来运行最为可行，同时并联小型恒速水泵保证夜间小流量供水。

(2) 水泵-水箱供水方式

由于水箱的调节作用，水泵可以间歇运行；此时水泵流量按最大时用水量确定。Qb= qmaxh当水箱容积较大，并且用水量均匀时，则水泵流量按平均时用水量，。

2. 扬程

由于水泵与外网连接方式不同，水泵扬程也不相同。

①泵与室外管网直接连接时，水泵扬程：

H =Hz+Hb+∑h+Hm–H0                                                                   

H0依据条件：由压力继电器根据室外管网变化控制H0。

②泵与室外管网间接连接，需要设水池，水泵扬程：

H=Hz+∑h+Hm                                    

式中   H—水泵扬程，kPa；

Hz—吸、压水管几何高度；水泵吸入管至配水最不利点或水箱进水口、最不利消火栓或自动洒水灭火系统中喷头位置高度所要求的静水压，kPa；

∑h—水泵吸水管和压水管至配水最不利点或水箱进水口、最不利消火栓、自动喷水喷头管路的总水头损失，kPa；

Hb—水流通过水表时的水头损失，kPa；

Hm—配水最不利点或最不利消火栓、自动洒水喷头所需的流出水头，kPa；

H0—室外给水管网所能提供的最小压力，kPa。

3. 贮水池容积

由于间接连接，需要设计贮水池，贮水池容积计算示意图见下图：

按照下列公式计算

V≥(qb-ql)Tb+Vx+Vs            

同时满足条件：(qb-q1)Tb≤ql Tt          

式中   qb—水泵出水量，m3/h；

ql—水池进水量，m3/h；

Tb—水泵每天运行时间，h；

Tt—水泵运行的间隔时间，h；

Vx—消防贮备水量，m3；

Vs—事故备用水量，不允许断水的用户，通常按照4～6h最大时用水量计算。

三、水泵的变速运行—变频调速泵

1. 变速泵定义

变速泵的特点是泵的转速可随管网中用水量的变化而变化，使水泵出水量与管网用水量协调一致，并保持泵的出口（或管网中的最不利点）的压力基本不变。变速电机是恒速泵与变速泵的区别。由于变速泵的上述特性，特别是变速泵可使水泵的送水量与管网用水量协调一致，且能把握预先确定的供水压力值保持泵的出口压力（或管网最不利点压力）基本不变。因此，采用变速泵供水的最大优点是：可取消给水系统中用于调节水量、稳定水压的供水设备—高位水箱，这对于不宜设置高位水箱的建筑供水具有重要意义。

2. 变速泵的供水原理

由离心泵的供水原理知，泵的流量（Q），扬程（H）和功率（N）与泵的转速存在以下关系：Q∝n，H∝n2，N∝n3

由上式说明，当管网中的用水量增大时，只要增加泵的转速，则水泵的流量、扬程、功率亦随之增大，反之，当管网中的用水量减少时，只要减小泵的转速，则水泵的流量、扬程、功率也随之减小，故采用变速泵的最大优点是节约电能。

3. 变速泵在高层建筑中的控制方式

工程实践中，由于用户的供水要求、给水方式和系统组成的不同，变速泵所采用的控制方式也不同，一般可分为保持水泵出口压力恒定与保持管网最不利配水点压力恒定两种控制方式，高层建筑供水的控制方式采用保持水泵出口压力恒定控制方式。

⑴   保持水泵出口压力恒定控制原理

当给水管网的管路较短，或准确的说水泵至管网中最不利配水点的管路较短时，给水管网的阻力损失之和在水泵扬程中所占比例较小。在这种情况时，当管网流量发生变化时，由此产生的管网阻力损失的变化及其对管网供水压力的影响也较小。因此，只要保持水泵出水口压力恒定，则整个管网的压力可近似看作是恒定的。

⑵   变频供水控制方式

压力变送器将水泵出水压力值H的信号输入压力调节器，并与压力调节器内预先给定的压力值H0进行比较，压力调节器将比较的偏差值以电流信号输入控制装置，控制装置进一步根据获得的电流信号进行变速调节，变频供水装置示意图和线路信号控制见下图。

(3) 高层建筑采用变速泵供水的几个问题

①关于压力给定值H0的选择。

H0的选择是否合理，关系到变速泵能否正常供水。通常H0应满足给水管网中最不利配水点的水压要求，在水泵转速调节范围内，给定压力值H0应为水泵压力最大变化幅度的中间值。

②关于十分钟消防水量贮水问题。

采用变速泵取消了高位水箱，消防十分钟水量无法贮存，考虑到这部分水量不大，可在高层建筑物的顶层单独设置消防贮水箱。

③关于夜间供水问题。

对于一般的高层民用建筑，由于夜间用水量小于白天用水量，使变速泵在夜间长期处于流量极小的状态下工作，这样，泵的功率将大量转化为热能而导致水泵发生故障，为了避免出现上述情况并保证夜间正常供水，可考虑采用并联小型恒速泵或多余的给水量回流水池等办法解决。