丁強(qiáng)民，操松林，劉海山，文宏剛，王祥薇

（合肥通用機(jī)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(tài)，偏工況運行是消防泵的常態(tài)；在設(shè)計時，更多地強(qiáng)調(diào)泵的可靠性和使用的便捷性。

石化裝置現(xiàn)場、化工企業(yè)現(xiàn)場和油氣碼頭等工礦企業(yè)使用的消防水泵屬于工程消防泵，其設(shè)計、制造、選型應(yīng)符合《消防泵》GB6245-2006，同時還要參考《離心泵技術(shù)條件Ⅲ類》GB/T5657-2008；消防系統(tǒng)的設(shè)計按照《石油化工企業(yè)防火規(guī)范》GB50160—2008和《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB50016—2006的相關(guān)要求。

1 消防泵標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了消防泵，包括無動力消防泵（習(xí)慣稱之為泵頭）、消防泵組的名詞術(shù)語、分類與型號、性能要求、試驗方法、檢驗規(guī)則和標(biāo)志。該標(biāo)準(zhǔn)為強(qiáng)制性，適用于輸送清水、泡沫滅火劑或泡沫溶液的消防泵。

標(biāo)準(zhǔn)第6條規(guī)定了工程用消防泵的結(jié)構(gòu)、材料、外觀質(zhì)量、主要技術(shù)參數(shù)、機(jī)械性能、連續(xù)運轉(zhuǎn)性能等方面的要求。在技術(shù)參數(shù)方面，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(yīng)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(yīng)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(qū)設(shè)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(jī)封的立式泵，水池液面還應(yīng)高于機(jī)封上部的排氣口。如果水池液面達(dá)不到自灌啟動的要求，后果就很嚴(yán)重。對廠區(qū)設(shè)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(wěn)健可靠。

2.2 考慮流量參數(shù)布置

消防泵選型在參數(shù)選取時，需要考慮工況點的布置，性能參數(shù)須與泵的設(shè)計參數(shù)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(qū)。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(xiàn)斷軸現(xiàn)象。

鑒于消防泵的技術(shù)參數(shù)，其水力特征均為離心式泵。它的優(yōu)先工作范圍為0.7～1.2倍的設(shè)計流量（最佳效率點流量），相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)建議選型時額定流量點應(yīng)位于0.8～1.1倍的最佳效率點。按照《消防泵》GB6245-2006標(biāo)準(zhǔn)的要求選型時，應(yīng)將泵的正常流量布置在0.8倍設(shè)計流量附近，最大流量布置在1.2倍設(shè)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(qū)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(qū)動機(jī)可能是電機(jī)、汽油機(jī)、柴油機(jī)等。不論選擇什么動力源，驅(qū)動機(jī)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(qū)別。在化工流程中，流量由出口閥來嚴(yán)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(nèi)，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(dǎo)選型的技術(shù)指標(biāo)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(qū)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(shù)參數(shù)：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(shè)計流量應(yīng)為1125m3/h。查樣本比較接近的泵型是350S125，其設(shè)計流量1260m3/h、揚程125m，轉(zhuǎn)速1480r/min，效率81%。切割葉輪后可得所需參數(shù)：流量900m3/h，揚程105m，效率76%，軸功率338kW；當(dāng)1.5倍流量1350m3/h時，揚程75m，效率約70%，軸功率394kW，配套電機(jī)功率為450kW。泵組標(biāo)識型號為：XBD10.5/250-G-350S125。

事情進(jìn)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(jìn)屋，關(guān)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(jié)了。玉敏的眼淚突然迸發(fā)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(biāo)準(zhǔn)，選XBD10.5/250-250SS150A，配套電機(jī)450kW。結(jié)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(diào)節(jié)良好（使用的是膜片聯(lián)軸器），對中偏差小于12絲；在使用50h后即有2臺泵出現(xiàn)斷軸現(xiàn)象；拆檢時發(fā)現(xiàn)，泵進(jìn)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)計流量點920m3/h較遠(yuǎn)，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(shù)。

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(zhuǎn)速。

僅考慮扭轉(zhuǎn)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(yīng)力［τ］取60×106Pa，泵軸材質(zhì)42CrMo。

由此可見，泵的軸徑偏小，設(shè)計裕量不大，容易出現(xiàn)斷軸現(xiàn)象。后期制造廠將泵軸加粗5mm，同樣工作條件，未出現(xiàn)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(shù)參數(shù)：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(shè)計流量應(yīng)為700m3/h。查樣本比較接近的泵型是HS250-200-650B，其設(shè)計流量735m3/h，揚程138m，轉(zhuǎn)速1480r/min，效率80%。切割葉輪后可得所需參數(shù)：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(jī)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(biāo)偏高，所選泵的型號不達(dá)標(biāo)。系統(tǒng)設(shè)計對泵效率的要求偏高，超出行業(yè)水平達(dá)不到，可參考進(jìn)口產(chǎn)品，或與用戶協(xié)商來降低技術(shù)要求。

4 結(jié)語

泵出現(xiàn)斷軸的現(xiàn)象并不少見，特別是高揚程、重載泵。避免泵斷軸的關(guān)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(yán)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(shè)計流量附近，最大流量布置在1.2倍設(shè)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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