工程消防泵選型的探討

丁強民，操松林，劉海山，文宏剛，王祥薇

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031）

消防泵在使用上有其特殊性。在工作時，泵一般處于非額定狀態，偏工況運行是消防泵的常態；在設計時，更多地強調泵的可靠性和使用的便捷性。

石化裝置現場、化工企業現場和油氣碼頭等工礦企業使用的消防水泵屬于工程消防泵，其設計、制造、選型應符合《消防泵》GB6245-2006，同時還要參考《離心泵技術條件Ⅲ類》GB/T5657-2008；消防系統的設計按照《石油化工企業防火規范》GB50160—2008和《建筑設計防火規范》GB50016—2006的相關要求。

1 消防泵標準的理解

由公安部提出、上海消防研究所起草的《消防泵》GB6245-2006標準規定了消防泵，包括無動力消防泵（習慣稱之為泵頭）、消防泵組的名詞術語、分類與型號、性能要求、試驗方法、檢驗規則和標志。該標準為強制性，適用于輸送清水、泡沫滅火劑或泡沫溶液的消防泵。

標準第6條規定了工程用消防泵的結構、材料、外觀質量、主要技術參數、機械性能、連續運轉性能等方面的要求。在技術參數方面，標準規定了工程用消防泵必須滿足2個工況點。

（1）工況1。在吸深1m時（普通消防泵），在吸深0m時（深井、潛水消防泵），應滿足額定流量（Qn）和額定壓力（Pn）的要求，同時工作壓力不超過額定壓力的1.05倍。

（2）工況2。在吸深1m時（普通消防泵），在吸深0m時（深井、潛水消防泵），應滿足1.5倍的額定流量（Qn）時，工作壓力不低于0.65倍的額定壓力。

2 泵的選型

2.1 考慮泵型

對廠區設有地上消防水池的泵，多選用臥式單級離心泵(如IS型水泵、S型雙吸水泵)、立式單級離心泵(如G型管道泵)或臥式多級泵(如D型泵)、立式多級泵(如DL型泵)等，采用自灌啟動。要求啟動前水池液面高于臥式泵的排氣口或立式泵的第一級葉輪，對于軸封為機封的立式泵，水池液面還應高于機封上部的排氣口。如果水池液面達不到自灌啟動的要求，后果就很嚴重。對廠區設有地下消防水池的泵或利用江河湖海自然水系的泵，多選用立式長軸液下泵，該泵型相對穩健可靠。

2.2 考慮流量參數布置

消防泵選型在參數選取時，需要考慮工況點的布置，性能參數須與泵的設計參數相對吻合，使泵組2個工況點都處于高效范圍、2個工況點之間都處于高效區。這樣，即使運行工況點偏離，泵仍然相對高效，且泵不會因徑向力增大而失效，也不會因徑向力問題出現斷軸現象。

鑒于消防泵的技術參數，其水力特征均為離心式泵。它的優先工作范圍為0.7～1.2倍的設計流量（最佳效率點流量），相關標準建議選型時額定流量點應位于0.8～1.1倍的最佳效率點。按照《消防泵》GB6245-2006標準的要求選型時，應將泵的正常流量布置在0.8倍設計流量附近，最大流量布置在1.2倍設計流量附近，這樣的選型才比較合理。它既考慮了效率問題——泵工作區均在高效范圍，又考慮了泵偏工況運行時的可靠性問題——避免過大的徑向力。

2.3 考慮配套動力

對于消防泵來說，驅動機可能是電機、汽油機、柴油機等。不論選擇什么動力源，驅動機功率必須具有包容性。對離心式消防泵，在允許使用的流量范圍，泵的軸功率曲線為隨流量增大的上升曲線，如圖1。因此，我們在考慮動力配套時，不能簡單理解配套功率為額定工況點軸功率的1.1～1.25倍就可行，而需要考慮滿足1.5倍額定流量時的功率需求。這一點與化工裝置上的流程泵有著明顯的區別。在化工流程中，流量由出口閥來嚴格控制，選型的額定流量即為泵工作的最大流量，在工作范圍內，其它工況點的軸功率不會超過該點的軸功率，因此只需按此點配套動力。對于消防泵，額定點（額定流量、額定壓力下的工作點）只是指導選型的技術指標點，或者說只是實際工作的一個點，真正工作的是在額定點和1.5倍額定流量兩者之間的區域。

3 選型實例

實例1：

煙臺萬華異氰酸酯搬遷消防主泵4臺，要求技術參數：流量250L/s，揚程105m。

合理選型：工藝要求的流量為900m3/h，按上述選型建議，則泵的設計流量應為1125m3/h。查樣本比較接近的泵型是350S125，其設計流量1260m3/h、揚程125m，轉速1480r/min，效率81%。切割葉輪后可得所需參數：流量900m3/h，揚程105m，效率76%，軸功率338kW；當1.5倍流量1350m3/h時，揚程75m，效率約70%，軸功率394kW，配套電機功率為450kW。泵組標識型號為：XBD10.5/250-G-350S125。

事情進展得很順利，小蟲得手了。玉敏摸著黑到了家，小蟲就把玉敏拉進屋，關上門，從箱子里拿出了紫紅色鉆戒。玉敏捏著鉆戒，左瞅右瞅，驚奇地說，和我賣給許沁的那款太像了，款型大小都一樣，色澤也差不多。小蟲豎起拇指，說那就好辦了，你明天拿回店里，對雨落她們就說，許沁把鉆戒還了。玉敏說她們會信么？小蟲說，就這么說，信不信由她們。玉敏點點頭。小蟲吁了口氣，說鉆戒總算還了，我們再不用愁腸百結了。玉敏的眼淚突然迸發出來，趴在小蟲肩上說，小蟲，謝謝你。小蟲抹去玉敏的淚，說謝什么，我不只是幫你，也是幫我自己嘛。我老婆去坐牢，我的日子多難熬。玉敏含著淚，說我們把鉆戒還了，可姑媽呢？小蟲說對于姑媽，這是九牛一毛。

錯誤的選型示例：某泵廠由于未透徹理解消防泵的標準，選XBD10.5/250-250SS150A，配套電機450kW。結果有2臺泵運行50多h后斷軸，斷軸位置均在軸伸端軸承附近。制造廠的斷軸分析報告有如下表述：在泵啟動前，軸對中的調節良好（使用的是膜片聯軸器），對中偏差小于12絲；在使用50h后即有2臺泵出現斷軸現象；拆檢時發現，泵進出口法蘭與管路偏心。

我們不妨從泵選型方面來分析一下泵斷軸的原因。從泵的出廠試驗報告看，該泵的設計流量（試驗報告中高效點流量）為920m3/h，葉輪外徑D2=540mm，葉輪出口寬度B2=45mm（該寬度為估測），該泵軸危險截面直徑φ64.5mm。對標準要求的工況點1處（額定流量900m3/h）時，揚程106.5m，效率74%，軸功率354kW；對標準要求的工況點2處（1.5倍額定流量）1350m3/h時，揚程73.7m，效率60.6%，軸功率447kW。顯然，工況點2（1350m3/h）偏離設計流量點920m3/h較遠，該泵如果在此點長時間運行時，泵的徑向力不容忽視。此時，徑向力Fr=9.81×K·H·D2·B2kN≈7kN。

H：揚程；D2：葉輪外徑；B2：葉輪出口寬度；Kr：試驗系數。

其中，Kr=0.36×［1-(Q/Qn)2］=0.36×［1-(1350/920)2］=0.41517。

Q：流量；Qn：額定流量。

軸的扭矩：Mn=9550Pj/n=9550×447/1480=2884.4 Nm。

Pj：軸功率；n：轉速。

僅考慮扭轉作用，估算泵軸的最小軸徑為：

dmin=(Mn/0.2/［τ］)1/3=(2884.4/0.2/60×106)1/3=0.06218m=62.18 mm。

式中，材料剪切應力［τ］取60×106Pa，泵軸材質42CrMo。

由此可見，泵的軸徑偏小，設計裕量不大，容易出現斷軸現象。后期制造廠將泵軸加粗5mm，同樣工作條件，未出現斷軸問題。

實例2：

陜西美鑫鋁鎂合金項目配套動力站消防主泵1臺，要求技術參數：流量560m3/h，揚程110m，效率≥83%。合理選型：工藝要求的流量為560m3/h。按選型建議：則泵的設計流量應為700m3/h。查樣本比較接近的泵型是HS250-200-650B，其設計流量735m3/h，揚程138m，轉速1480r/min，效率80%。切割葉輪后可得所需參數：流量560m3/h，揚程110m，效率76%，軸功率220kW；1.5倍流量840m3/h，揚程約90m，效率74%，軸功率278kW，配套電機功率為300 kW。泵型號為：XBD11/156-G-HS250-200-650B。

從選型情況看，泵的效率指標偏高，所選泵的型號不達標。系統設計對泵效率的要求偏高，超出行業水平達不到，可參考進口產品，或與用戶協商來降低技術要求。

4 結語

泵出現斷軸的現象并不少見，特別是高揚程、重載泵。避免泵斷軸的關鍵一步是合理選型。對工程消防泵來說，大多沒有運行流量的嚴格控制，注定了泵必須有足夠的偏工況運行的能力。

將泵的正常流量布置在0.8倍設計流量附近，最大流量布置在1.2倍設計流量附近，這樣消防泵的選型才比較合理：既考慮了效率問題，又考慮了泵偏工況運行時的可靠性問題，該選型方法值得推廣。

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