浅析地铁车站消防泵自动启泵设计压力

李广，张淑娟

（1.上海市隧道工程轨道交通设计研究院，上海 200235；2.海逸恒安项目管理有限公司，山东 济南 250013）

2014 年，为了进一步提升消防用水的安全性，我国相关部门编制并实施了《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014），其中，根据不同场景的特点，对消防水泵的控制方式作出了详细规定，要求消防水泵应由消防水泵出水干管上设置的压力开关、高位水箱出水管上的流量开关或报警阀压力开关等开关信号直接自动启动消防水泵。需要注意的是，在消防系统内，若利用稳压泵产生的流量开关当作报警信号，则不可直接将消防泵启动。针对这一规定要求，我国很多地铁车站消防栓系统建设时，均采用了消防水泵、消防稳压泵及气压罐的模式，并以电接点压力表为主要工具，对泵的启动进行控制。但需要注意的是，相对于常规民用建筑来说，地铁车站消火栓系统存在较大差异，不可简单遵循上述规定中的内容，若只是按照上述规定相关内容对消防泵启动压力进行设计，则很容易出现较大的误差，影响消防泵启动的精确性，使其无法在实际当中发挥出最大的作用。所以，为了确保消防泵在地铁车站运行时发挥出最大的作用，应采用更加合理的方式对启泵压力予以计算，以得到更加精确的压力值，为整个地铁车站安全、稳定运行打下坚实基础。

1 消防泵的构成

消防泵是地铁车站运行中的重要组成部分，直接关系到整个地铁车站的运行效果。对于现代地铁车站常见的消防泵来说，主要有六大模块构成，分别如下。

（1）泵体。又称为泵壳，是整个消防泵的主体，用于对其他各模块、元件的支撑与固定，并与安装轴承的托架连接到一起。

（2）叶轮。为消防泵的核心元件，通过叶轮的快速旋转，使消防泵内部产生较高的压力，在该压力的作用下，将消防介质传送出去，以达到消防灭火的目的。为了保证消防泵能够稳定运行，在叶轮安装前，需要进行相应的静平衡实验，以选择最佳的叶轮元件，且叶轮内外表面应保持光滑，降低叶轮与水流间的摩擦力，从而减少水的损耗。

（3）泵轴。为消防泵内部各元件的连接元件，将电动机启动后，在泵轴的作用下，将转矩传输给叶轮，从而实现叶轮的转动。

（4）密封环。又叫作减漏环。消防泵运行过程中，若叶轮进口与泵壳间存在较大的缝隙，则会在高压的作用下，使得水顺着分析流入低压区，减少了泵的出水量，从而影响消防效率。若缝隙较小，则会增加叶轮与泵壳间的摩擦力，加快两个元件的损坏速度，降低整个消防泵的使用年限。针对这一情况，为了提升设备内部的回流阻力，并防止出现内漏问题，提升整个消防泵的使用时间，则需要在泵壳与叶轮外缘相应位置处，安装特定的密封环，以间两元件的缝隙控制到0.25 ～1.10mm，确保消防泵可以安全、顺利运行。

（5）轴承。安装在泵轴上，用于对泵轴的支撑。现代机械领域内，存在两种类型轴承，一种为滚动轴承，为了减少轴承的摩擦阻力，需要向轴承内添加适量的黄油，以此提升轴承的润滑性，通常来说，用油量控制在轴承体积的2/3 ～3/4。若使用量过多，会导致轴承异常发热，若使用量过少，不仅会产生异响，而且还会加快轴承的磨损速度。另一种为滑动轴承，需要添加适量的透明油，以此提升轴承的润滑性，油液必须添加至有违线以上。消防泵运行时，轴承的温度通常处于60°～85°，范围内，若温度异常升高，则应寻找出原因，并制定出相应的处理方法。

（6）电机。可看作消防泵的心脏，通过电机的转动，将电能转换成机械能，以此为叶轮的快速转动提供驱动力。

2 案例介绍

2.1 某地铁车站消防系统布置情况

本次研究当中，选择某地铁车站作为研究对象，对消防泵自动启泵设计压力展开了研究。该地铁车站共由两层构成，一层深度为10m，属于站厅层，用于开展乘客安检、车票购买等工作，二层深度为15.4m，属于站台层，用于乘客等待列车。在车站站厅层的一侧，构建了消防泵房，内部放置了多种消防设备与工具，其中包括：消防泵，共2 台，互为备用；消防稳压泵，共2 台，互为备用；气压罐，1 套。对于该站所处地区来说，采用的是双路水源供水模式，供水量符合相关规定的要求，通过相关部门检查与审批后，该站未建设消防水池，对火灾处理时，消防泵由市政管网直接抽水加压供车站消火栓系统使用。在车站内部，按照环状的模式，均匀的对消防管道进行布设，在车站的最右侧，将消防环网接出，具体如图1 所示。

图1 某地铁车站消防系统布置情况

2.2 给水系统介绍

通过对某地铁车站室外给水系统的调查可以发现，压力峰值为0.31MPa，属于非保证压力，压力谷值为0.14MPa。属于保证压力，管线的埋设深度是1.5m。消火栓系统运行时，在车站的内部，用水量是20L/s；在出入口及各区间中，用水量是10L/s。消火栓安装时，与地面相距1.1m，电接点压力表安装时，与泵房地面相距3.0m；对于消防管道来说，采用的是DN150 热镀锌钢管。

3 超越管及消防稳压泵的设置

3.1 市政管网供水能力分析

针对上述供水系统的介绍，结合相关规定可知，现有供水管网基本符合初期火灾的处理需求。相关规定中指出，地铁车站建设时，无须安装高位消防水箱，可由市政管网直接供水，因而需要在消防泵处，安装相应的超越管，其中，在最不利点消火栓1 处，静水压控制在0.21 ～0.38MPa，符合规定要求。在消防泵自动启泵时，若利用电接点压力作为信号，则应设置合理的出口压力参数，车站出现火灾时，将消火栓口打开，当出口压力实际值低于预设参数后，泵会自动启动。

由伯努利公式可知，各管网点间存在紧密联系，具体为：

3.2 消防泵启动分析

在消防泵启动分析时，先要作出下述假设：火灾发生初期，消火栓开启数量在2 个以下。市政管网压力处于峰值条件下，管内无水流流动时，对电接点压力表予以检测，可得到压力值是0.37MPa。出现火灾后，将消火栓打开，在不计速度水头的情况下，水流通过倒流防止器后，将会消耗0.02MPa 的水头，在供水压力保持稳定的基础上，压力表的检测值是0.35MPa。在管网压力谷值的条件下，继续按照上述方案进行检测，可得到压力值是0.18MPa。

通过上述分析能够发现，市政管网运行时，水压存在一定的波动，火灾刚刚出现而将消火栓打开后，压力表示数将会不断改变，很难获得最终的压力值。若将压力参数设置成0.2MPa，在火灾刚刚出现后，管网压力处于0.20MPa，而压力表的示数是0.24MPa，超出启泵压力预设值，使得消防泵不能正常启动，无法对火灾进行处理。如果启泵压力参数在0.2MPa 以上，则当管网压力降低到0.14MPa 后，压力表显示值是0.18MPa。消防泵动作。因此，为了进一步提升消防系统的灭火能力，应合理地设计自动启泵压力。

4 消防泵控制压力的设定

火灾处理时，先要确定出合理的消防水泵扬程，具体来说，可通过下述公式推导而得：

其中，P表示水泵扬程，单位为MPa；k2表示安全常数；Pf表示管线内部沿程水头的损耗量，单位为MPa；Pp表示部分区域水头的损耗量，单位为MPa；H0表示给水管网在消防水泵入口处的设计压力值的高程到最不利点消火栓的几何高差，单位为m；P3表示最不利点消火栓所需的设计压力，单位为MPa。

压力设计分析时，假如最不利点消火栓压力为0.25MPa 时稳压泵处的压力值为P，则稳压泵启泵压力按照P+0.10MPa 考虑，稳压泵的停泵压力可以按照P+0.15MPa 考虑；此时，消防泵的启泵压力P0取低于稳压泵启泵压力0.07MPa，即P0=P+0.03MPa，以此P0当作最终的启泵压力。市政管网供水压力较低，不符合直接供水压力的要求，在火灾刚刚出现后，压力表示数则会在P0以下，以此驱动消防泵运行。反之，如果供水压力较大，在火灾刚刚出现后，压力表的示数则会在P0以上，即便消防泵未运行，也会对火灾进行处理。

5 消防泵自动控制模式

正常条件下，可通过消防稳压泵与气压罐的方式，向管网内补充水分，若管网压力低于PS1后，稳压泵将自动运行，而当网管压力高于PS2后，稳压泵则自动关闭。火灾刚刚出现时，消火栓开启，使得管网内部压力逐渐下降，对于栓口出水量来说，远远超过稳压泵供水量，使得网管压力在最短的时间降低到P0以下，从而驱动消防泵启动。即便消防泵没有启动，由于管网压力较高，压力也会超过P0，从而对火灾进行处理，

6 结语

综上所述，现代地铁车站运行过程中，应针对车站所处区域市政管网情况，结合车站内部结构特点、消防系统建设情况等因素，通过合理的方式，设置最佳的自动启泵压力，确保地铁车站出现火灾的初期，可自动驱动消防泵运行，及时对火灾进行处理，以降低火灾对车站及乘客生命安全的危害性。