高層建筑給水泵的選型與計算

王 汝

中建二局安裝工程有限公司 北京 100032

目前由于城市給水管網壓力較低,經常會存在供水壓力不足的問題,需要增加水泵裝置,進一步增加水流壓力,在建筑內部進行給水系統設計時需要使用離心泵。

1 水泵裝置抽水

從水泵裝置抽水上可將其分為直接從室外給水進行抽水,其次能夠從出儲水池進行抽水,水泵直接抽水是將水泵吸水管連接在室外的給水管網中,能夠從室外給水管網直接抽水,該方式能夠從一定程度上解決城市管網目前的水壓問題,節約能源,設置較為簡單,而且投入成本較低,可確保水質不受環境污染。但特殊情況下采用直接抽水的方式會降低城市管網壓力,影響周邊用戶的正常供水問題,因此在抽水量較小的情況下,為不影響城市管網壓力確保室外給水管壓力高于0.1兆帕,這種情況下才可以使用該方式,同時還需要有關部門進行協商,當水量較大時無法使用這種方式直接抽水,應當設置儲水池,由城市管網向池內進行注水,利用水泵從抽水池進行抽水,該方式不會由于抽水量較大影響管網正常運行,同時儲水池能夠儲存一定量的水,確保供水安全可靠,但利用該方式無法有效利用管網水壓,因此耗能較多,且水池中的水長時間也會受到環境污染。在設計水泵裝置時,可將其設為自動控制方式,由水箱系統水位繼電器進行水泵的開關控制,無水箱系統可以由壓力繼電器進行水泵的開關控制,從儲水池進行抽水時可以設置為自灌式方式,在無法設置這種方式時也可設為抽吸式方式,增加飲水裝置,確保水泵可實現正常運行,包括水環式真空泵和底閥等設置,水泵備用泵需要根據建筑物的重要性以及供水安全性等多種因素進行確定,通常來說,生活用水泵需要設置一臺備用機組,而對于短時間內允許存在斷水問題的民用建筑,也可以不設置備用機組嗎,而消防和生產水泵需要按照有關規定進行備用機組的設置。

2 選擇水泵

在選擇水泵過程中需要確定水泵流量,與其相對應的揚程,合理選擇水泵的型號,能夠確保其實現高效運行。首先需要確定水泵流量,水泵流量按照以下規定進行確定：在無水箱等裝置的情況下應當按照秒流量進一步確定水泵流量,而對于存在水箱調節裝置的水泵來說,按照最大小時流量進行水泵流量,確定在額定轉速條件下調速泵應當位于水泵高效區域的末端位置,確定水泵揚程時應當滿足最不利配水點和消防栓所需水壓,可以按照下列公式進行計算。

當水泵從抽水池進行抽水時,沒有設置水箱調節裝置時,總揚程可以按照下列公式進行計算,

Hb＝Z+H2+H4

該公式中水泵總揚程可以用Hb表示,揚長高度Z表示,該高度是指儲水池最低水位到不利配水點的距離差,吸水管和壓力管水頭損失和局部水頭損失的和可以用H2表示,最不利點所需流出水頭用H4表示。如果從儲水池進行水泵抽水且存在水箱調節裝置,此時水泵總揚程可以用下列公式表示,

Hb＝Z+H2+V2/2g

在該公式中水箱的入口流速用為表示揚水的高度,可用Z表示,水泵能夠從室外直接進行抽水,且無水箱調節裝置時,其總揚程公式如下所示,

Hb＝Z+H2+H3+H4-H0

揚水的高度用Z表示,該高度是指連接引入管位置,室外給水網主線到最不利配水點的垂直距離,水表水頭的損失可以用H3表示,資用水頭用H0表示。

選用水泵的類型。在選擇水泵構造時,需要對水泵房的結構,大小,位置進行分析,其構造對上述因素也會產生一定影響,因此對整體的泵房設計造價存在直接關系。通常立式泵占地面積較小,安裝高度大,而臥室泵占地面積大,而安裝高度較小。在水泵處于并聯運行過程中需要注意以下幾點要求：具體來看,針對建筑物生活給水,系統,消防給水,排水等系統中采用水泵并聯的運行方式,這種方式能夠從一定程度上增加供水量,其流量是由個并聯水泵水量總和來計算的,通過對水泵開關的控制臺數進行流量控制,以達到安全供水和節能的效果。當并聯運行過程中一臺水泵出現損壞時,其余水泵可實現繼續正常供水,提高供水的有效性和可靠性,在水泵選擇過程中對水泵處于并聯運行狀態,需要結合實際情況,做出相同型號,水位對稱物質水泵并聯,以及不同型號相同水位水泵并聯的性能曲線,根據性能曲線進行分析能夠滿足建筑工程的水量水壓相關要求,同時能夠使水泵處于高效運行。

3 水泵的調速運行分析

通常水泵調速方式包括恒速和調速這兩種類型,在高層給水建筑中高位水箱給水以及氣壓罐給水采用的是恒速運行的方式,無水箱給水使用調速運行或也可以使用恒速運行的方式,需要結合實際情況進行分析。在目前高層建筑給水中普遍采用變頻調速的控制方式,在選擇調速控制方式時,需要結合供水的規模對象,設備,產品性能進行分析,目前常采用的控制方式有水泵出口壓力恒定控制以及管網末端壓力恒定控制這兩種類型,當供水規模較小,而且管網損阻力損失占據總揚程比例較小時,此時可以使用水泵出口壓力恒定控制的方式,該方法雖然會有部分能量損失,整體控制步驟比較簡單,因此具有較廣的應用性。當管網線流量變化阻力損失占據總揚程比例情況較大時,可以通過管網末端不利點壓力進行恒速控制,該方法相比上一種方法來說效果要好,但整體來看控制流程比較復雜。

4 水泵布置以及安裝分析

通常要求電動機容量控制在20千瓦的范圍內,或者要求水泵的吸水口直徑控制在100毫米的范圍內,機組的一端與墻面不能保留通道,兩臺機組可以在同一基礎上進行設置,彼此不能存在通道,機組周邊寬度應當高于0.7米不流通道,機組突出部位以及墻壁間距或相鄰兩個機組突出部位間距應當高于0.2米。電動機的容量高于20千瓦或者水泵吸水口的直徑高于100毫米的情況下,布置水泵的間距如下表所示。

對于每一臺水泵需要單獨進行吸水管的設計,如果采用共用吸水管設計時,應當設計兩條以上的儲水管,并且要求每臺泵吸水管和聯通管進行連接,吸水管內部的流速應當控制在每秒1.2米的范圍左右,吸水喇叭口低于最低水位,且應當高于二倍吸水管管徑。為能夠進一步減少水泵在運行過程中對周圍環境產生的影響,需要對水泵運行過程中進行隔振處理以設備隔振技術為主,同時以支架,管道隔振技術為輔,對于臥式水泵來說應當增加隔振器或者增加隔振墊以采取隔振處理。而對于立式水泵來說,優先進行阻尼彈簧隔振器的安裝,要求在隔振器上端與隔振器座鋼墊板用螺栓固定,而下部能夠與混凝土螺栓固定,在水泵放置的房間中應當保持通風,干燥,具有充足的光線,冬季溫度不能較低,設有排水措施,泵房高度應當高于3.2米,內部設置水泵泵房應當遠離房振和需要安靜的房間。

比如對于某小區來說,該小區共有8棟樓,每棟樓高為15層,標高67米,每層共有8戶住戶,自來水管道壓力為0.15-0.35兆帕,市政供水水管直徑為DN250,要想獲取該小區的最大供水量和揚程,首先需要確定流量Q,流量Q＝用水人數×8棟×15層×8戶×小時變化數/12小時/進率,最終取整數為2000立方米每小時。確定揚程,由于該小區所需壓力為67米,減去市政管道壓力0.15兆帕,即15米,最終揚程為52米,取整數為60米。驗證該水量是否滿足市政供水量,要求按照國家建筑給排水設計規范相關要求,生活給水管道水流速可以選取1-1.5米每秒,因此市政管道流量為212立方米,每小時市政供水量遠高于小區所需供水量,因此在水泵選的過程中是比較合理的。

5水泵吸水管路的設計安裝注意事項分析

在進行水泵管,水系管路設計布置安裝過程中,應當確保水泵吸水管路的密閉性,不能透氣,如果管路出現漏氣或存在部分空氣滲入之后,會減小儲水量,甚至使水泵無法吸水,因此通常采用鋼管作為吸水管路進行焊接,進一步確保其密封性,如果使用其他管材時,在施工過程中應當做好管道接頭的密封性處理,吸水管的橫管段部機器,當吸水管中真空度達到一定值時,水中氣體溶解會不斷溢出,如果沒有合理進行吸水管的設計,溢出氣體會存在橫管段的某個位置,并形成氣囊,從一定程度上影響過水能力,甚至還會使水泵無法正常吸水,因此在水泵和吸水管連接位置可以使用偏心大小頭,正確進行吸水管的安裝。吸水口不能吸氣,在吸水管的進口位置應當確保足夠的淹沒度,否則在吸水過程中會在進口位置形成漩渦,導致存在大量的空氣進入,甚至還會影響水泵的吸水,為避免水泵吸入過量的空氣,在進口位置,儲水量最低水位的淹沒深度應當高于一米左右,如果淹沒這一深度時則無法保證吸水效果,應當在吸水口起端設置水平隔板。

小結

總而言之,由于高層建筑樓層較高,振動源較多,因此在給水工程設計過程中要求比較高,需要采取合理技術分析,確保給水的正常運行,滿足建筑的功能需求。