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在建筑給排水設計中,離心泵的使用率最大,一般水泵設計選型均選用離心水泵。
1關于水泵
在分析如何合理選擇水泵前,需先對水泵進行了解,對水泵的工作目的以及工作原理和結構形式進行分析。
1.1工作目的
水泵的工作目的就是將原動機的機械能轉化為輸送流體的動能。在建筑給排水中,水泵的主要工作目的,就是將水由低位輸送至高位,電機先將電能轉化為水泵的機械能,再將機械能轉化為水的動能或是能。
1.2工作原理
在建筑給排水設計中,以葉片式離心水泵運用最多。在電機啟動前,首先要在泵體灌滿水,其后開機運行。此時,電動機帶動水泵葉輪進行高速旋轉運動而產生離心力,葉輪間的水在離心力的作用下被甩向四周,壓入泵殼,從出水口進入給排水管道。葉輪流道內的水被甩出去之后,在葉輪中心位置即葉輪入口處會形成真空,而水在外界壓力的作用下,通過水泵吸水管流入葉輪,補足真空區(qū)域。通過水泵的連續(xù)工作,水不斷從吸水口進入水泵,獲得動能后,不斷從出水口排出進入管道,從而實現連續(xù)供水工作。
1.3結構形式
水泵的結構形式有立式、臥式和斜式三中,在建筑工程中,以前兩種結構形式運用最廣泛。立式泵高度比較大,平面尺寸小,占地面積小,啟動方便,但水泵葉輪必須淹沒于水中,較高的安裝要求和較大的檢修難度是這種水泵的存在的缺陷;臥式水泵檢修方便,但占地面積大,當進水池水位低于臥式水泵葉輪時,水泵啟動前要先將泵殼充滿水,需設置充水設備。由于建設用地的緊張導致建筑空間有限,因此,在建筑給排水設計中,占地面積較小的立式泵使用越來越普遍。
2選用水泵的原則
建筑給排水設計中,水泵選型設計除滿足流量、揚程和運行效率等基本使用要求和規(guī)范規(guī)定外,還應遵循以下主要原則。
2.1運行整體效果
在建筑給水設計中,流量、揚程變化大,為保證水泵的高效率運行,一般會選用多臺水泵。在進行水泵選型時,除滿足最大供水時的需求外,還應考慮水泵機組的整體運行效果,不能只考慮單臺水泵的運行效率。隨著城市化發(fā)展,建筑物高度越來越高,超高層公共建筑不斷涌現,住宅小區(qū)規(guī)模越來越大,住戶在十萬人以上的小區(qū)已經相當于一個小縣城的城鎮(zhèn)人口規(guī)模。目前,設計中最常采用的方式為分區(qū)供水和變頻水泵供水,但由于對基礎資料、建筑物功能和甲方業(yè)主要求分析、認識不足,設計偏保守,常導致給水水泵選型過大,增加投資嗎,設備長期在低效率下運行。建筑分區(qū)給水設計,除簡單的按照建筑物高度進行分區(qū)確定外,還應考慮按照建筑物的使用功能進行分區(qū)給水,減少供水的波動性,保持水泵的平穩(wěn)運行。在變頻水泵的設計中,應考慮大、小泵的搭配,以滿足每日不同時期的用水需求。現代建筑設計,功能越來越復雜,用水要求和用水舒適性不斷提高,給水設計越來越復雜,數泵的設計選型和運行要求也越來越高,只有整體的水泵機組運行效率高,才能充分滿足供水的需求。
2.2控制臺數
一般建筑專業(yè)設計預留的設備層或設備功能室均較小,因此在建筑給排水的水泵設計中,除滿足使用要求和水泵在高效段運行外,還應減少設備臺數。因此,設計應考慮水泵的單獨運行,并聯(lián)運行,大、小泵和高低泵的搭配,以減少設備臺數。
3選擇水泵的要點
水泵的選擇與給水系統(tǒng)的設計密切相關,下面文章按給水系統(tǒng)分別探討一下不同給水系統(tǒng)的水泵選擇要點。
3.1高位水箱的供水
高位水箱供水方式由水泵和高位水箱組合而成,是指在建筑物屋頂或各分區(qū)的上層設置一定容積的帶穩(wěn)壓,儲存和調節(jié)水量等功能的高位水箱,通過水泵現將水供至高位水箱,再由高位水箱向建筑物或各分區(qū)供水。由于靜揚程不變,而高位水箱又有儲水和調節(jié)水量的功能,因此,在該類給水系統(tǒng)設計中,優(yōu)先選用固定流量和揚程的單級或多級水泵,水泵運行效率固定。
3.2氣壓罐供水
氣壓罐給水是利用密閉罐中壓縮空氣的壓力變化,調節(jié)和壓送水量,氣壓罐主要起增壓和水量的調節(jié)作用。由于氣壓罐調節(jié)容積小、儲水量小的缺點,導致水泵啟動頻繁,啟動電流大;水泵長時間是在最大工作壓力和最小工作壓力之間工作,水泵運行平均效率低;系統(tǒng)無用功大,與設水泵、水箱的系統(tǒng)相比,增加了電耗。氣壓給水系統(tǒng)的這些缺點導致了其使用的局限性。氣壓給水僅適用于有供水需求,但不宜設置高位水箱的小區(qū)或建筑物的給水系統(tǒng)設計,包括一些小型、簡易和臨時性的給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)設計等。由于氣壓給水系統(tǒng)自身的缺點,因此在系統(tǒng)選型時主要要考慮減少電耗。所以,一般在設計氣壓給水系統(tǒng)時,優(yōu)先采用節(jié)能型的氣壓給水設備,即采用幾臺小流量水泵并聯(lián)運行的方式。
3.3變頻調速泵供水
變頻調速泵供水,是通過變頻控制器,調節(jié)水泵的轉速,從而調節(jié)水泵的流量和揚程,以適應用水變化并保持水泵的高效運行。變頻調速泵的供水方式在很多方面能代替高位水箱,比如其供水壓力很穩(wěn)、二次污染比較少、占地面積很小、其水質非常好等,而這種形式多應用在用水量非常大并且適合水箱的設置中。此供水方式的缺點就是設備投資高,維護檢修比較復雜等,因此運行費用相對較高。由于變頻供水能夠適應流量和揚程的變化,并保持水泵高效運行,因此在建筑給水中運用最為廣泛。應注意的是,變頻水泵的變頻調速范圍并不是任意的。因此,在變頻水泵的設計選型中,應根據用水量的變化情況,合理搭配水泵,一般應選擇大小泵搭配或配備氣壓罐,以滿足使用需求。
3.4綜合供水方式
由于城市的多樣化發(fā)展,建筑物設計日新月異,多功能綜合超高層建筑越來越多,而綜合商業(yè)、教育、醫(yī)療等多種配套的大型社區(qū)越來越多。因此,對建筑給水的設計提出了越來越高要求。多系統(tǒng)、多方式、多分區(qū)的供水方式設計越來越普遍,但都離不開水泵的選型設計。在多系統(tǒng)的水泵設計選型中,因根據上文的三類系統(tǒng),綜合考慮建筑物功能,用水需求情況,建筑物或建筑群供水分區(qū)劃分情況以及技術經濟等綜合因素進行合理確定。
4結束語
綜上所述,在建筑給水工程當中,水泵是設計的核心之一,在進行水泵的選擇時一定要根據水泵的結構類型、給水系統(tǒng)的類型和建筑功能要求進行合理選擇,使建筑給水系統(tǒng)安全高效運行。
作者:蔡建斌 范宗凱 單位:云南省地方煤礦設計研究院 云南省建筑科學研究院