谈在消防设施检测中结合试验和力学计算的方式校核水泵扬程.doc

1、谈在消防设施检测中结合试验和力学计算的方式校核水泵扬程摘要：在消防设施的检测中， “消防水泵”扬程的校核方法，是长期困扰检测人员的问题之一，本文提出了较为简便、科学的计算方法以解决该问题。 Abstract: in the test of fire control facilities, “fire pump lift check method“, is one of the long-standing testing personnel problem, this paper proposes a method of calculation is simple, scientific to

2、solve the problem. 中图分类号：TV136+.2 文献标识码：A 消火栓系统的充实水柱，在建筑消防设施中是个非常重要的技术指标， （高层民用建筑设计防火规范GB 500457.4.6.2 条 消火栓的水枪充实水柱应通过水力计算确定，且建筑高度不超过 100m 的高层建筑不应小于 10m；建筑高度超过 100m 的高层建筑不应小于 13m。 建筑设计防火规范GB50016 8.4.3 条 水枪的充实水柱应经计算确定，甲、乙类厂房、层数超过 6 层的公共建筑和层数超过 4 层的厂房（仓库） ，不应小于10.0m；高层厂房（仓库） 、高架仓库和体积大于 25000m3 的商店、体育

3、馆、影剧院、会堂、展览建筑，车站、码头、机场建筑等，不应小于13.0m；其它建筑，不宜小于 7.0m；） 。而充实水柱能否满足要求，最直接的技术要求，就是消防水泵扬程能否满足要求。 然而消防设施检测机构对消防水泵的扬程的校核，长期缺乏统一、科学、简便的测量方法，常见的检测方法具体如下： 一、水头损失计算与水泵铭牌核对法：建筑消火栓系统管网复杂，通过水头损失的水力计算往往费时费力。而且设计图的管网与实际施工竣工现场有较大出入，仅仅对设计图而非实际现场的管网进行水力计算，从而校核水泵扬程，这是违反现场消防设施检测的基本计量认证原则的。即使通过繁琐的现场勘查计算，得出了系统水头损失的值，与水泵的铭牌

4、扬程的核对结果也不能作为检测结果的判定依据。因为我们无从得知水泵铭牌扬程和水泵的实际扬程是否一致。仅仅核对水泵铭牌这一方式也是违反现场消防设施检测的基本计量认证原则的 二、设计流量下实测法：开启最不利点多个消火栓栓口，启动水泵，测量在设计流量下，每个消火栓的充实水柱是否能同时满足规范要求。理论上该方法是最直观有效的，但是在实际检测中有很大困难： 通常在检测现场我们很难有条件进行同时多个的最不利点消火栓放水试验（绝大多数项目现场条件限制，只能动用一只屋顶试验消火栓来进行试验。 ） 即使能开启多个消火栓进行喷水，现场也往往很难满足每个消火栓都有条件对充实水柱的长度进行测量，往往只有屋顶试验消火栓具

5、备充实水柱的测量条件。 为此，我们急需一种试验较为简便、并且较为科学的计算方法，来实现消防检测机构在项目检测时对消防水泵扬程的校核。 首先让我们先来看看“流体动力学” 。 “流体动力学”是研究流体的运动规律及在工程上的实际应用。介绍“流体动力学” ，首先得介绍恒定流能量方程式： Z1P1a1V122g = Z2P2a2V222ghw （21） a 动能修正系数，工程上近似地取 a=1.0； V 断面流体流速； g 重力加速度，取 9.8N/kg。 hw 指单位重量流体从一断面流至另一断面，因克服各种阻力所引起的能量损失，称单位能量损失。 该方程式又称为伯努利方程式，这一方程式不仅在整个工程流体

6、力学中具有理论指导意义，而且在工程实际中得到广泛的应用。 若两断面间有水泵、风机等流体机械输入机械能时，能量方程式应改为 Z1P1a1V122gH = Z2P2a2V222ghw （22） 式中，H 表示单位重量流体获得的能量。也就是本文重点要推算的“扬程” 。 从物理学的观点看，能量方程式中的各项，表示流体的某种单位能量，其单位为焦耳/牛顿（J/N） 或者米(m)。 Z 单位位能，指单位重量液体从某基准面所具有的位置势能。 P/单位压能，指单位重量流体所具有的压力势能。 aV2/2g 是指单位重量流体所具有的动能，简称单位动能。 下图是举例某高层建筑，对该建筑的消火栓水泵扬程进行检测。 如图

7、某高层建筑，消火栓用水量为 20l/s，在现场验收，开启消火栓泵及一个试验用消火栓（接上水枪、水带。水枪口直径 19mm） ，实测充实水柱为 16m。 所示 A 点为水池液面，B 点为水枪出水口处。 由伯努利方程我们可得以下等式： ZAPAaAVA22gH = ZBPBaBVB22ghw ZA为（-0.5m） 。 PA水池直通大气，为 0。 VA水池面积较大，相应断面流速极小，可忽略不计。 H水泵在某流量的扬程。 ZB为 33.0m。 PB水枪出口处的压强，与 PA 相同直通大气，为 0.0。 VB出口处断面流速，可根据充实水柱长度通过下表查询并计算得出。 （该表是消火栓充实水柱和流量的对应关

8、系表。 ） 由表可知水枪充实水柱为 16m 时流量为 6.2 l/s = 22.32m3/h = 0.0062m3/s。 则 VB=QS=0.0062m3/s(D2)2=21.87m/s hw水由断面 A 至断面 B 的阻力损失，待求。 因此当该水泵流量为 22.32m3/h 时，查水泵性能曲线图可得水泵扬程为 H = 72m。 将以上数据代入等式： （-0.5m）0072m = 33.0m021.87m/s2ghw 解得 hw=14.1m，即当最不利点流量为 22.32m3/h 时，该系统的管路总损失为 14.1m。 管路总损失等于各管段的沿程水头损失与各管件（如阀门、弯头等）的局部损失的总

9、和。即 hw = hfhj 式中 hf = LdV22g hj = V22g 通过简化方程式，可得 hw = LdV22gV22g = （Ld）V22g = a（V2/2g） 式中，a 为简化后对于（V2/2g）阻力系数。 而该水系统的设计流量为 20l/s，设计同时使用水枪数 4 只（每只流量 5l/s 计） ，我们可以忽略增加开启的消火栓对整个管网阻力系数的影响，即阻力系数 a 不变，即可求出在 20l/s 流量下系统的阻力损失 hw 。 因 hw = a（V22g） a = hw （2gV2） 又因 a1 = a2 所以可得等式： hw1（2g/V12）=hw2（2g/V22） （23）

10、 hw已求得为 14.1 m. V1即 B=21.87m/s。 V2开启四只消火栓，20l/s 流量下消火栓出口流速。 V2 = Q4S=0.02m3/s4(D/2) =17.64m/s 将以上数据代入等式（2-3）得： 1（2g21.872）=hw2（2817.642） hw2 = 14.1（17.6421.87）2 = 9.17 m 上述计算表明，系统在设计流量下的阻力损失 hw2 = 9.17 m 再将以上数据代入式（2-2） ，即可求得水泵在 20l/s，流量下的设计扬程： ZAPAaAVA22gH = ZBPBaBVB22ghw (-0.5m)00H = 33.00（7.64m/s）2/2g9.17m H = 58.55 m 即消火栓泵的技术要求为: 扬程应 58.55 m 以上计算虽然较为繁琐，但是它能通过现场实验的手段测试并计算得出该系统总的阻力系数，避免了实际检测中不论该系统管网的复杂程度，一律将局部阻力作简单估计的这一不科学作法，从而保证了消防检测的公正性与科学性！ 参考文献： 1GB5004595（2005 年版） ，高层民用建筑设计防火规范S 2蔡增基，龙天渝.流体力学泵与风机M.北京：中国建筑工业出版社.1999 年 3高明远.建筑给水排水工程M.北京：中国建筑工业出版社.1993年