【图朴解决方案】用水点给水压力的本质及消防水泵并联设计|扬程|流量|消防水泵|用水点|管壁|管路

从水泵流量扬程曲线和管路特性曲线角度阐述消火栓栓口动压、给水点用水压力及喷头工作压力的本质：用于克服下游水灭火设施、卫生洁具在一定流量下的水头损失及提供流速水头增量，更深刻地理解水泵实际运行工况点的底层逻辑。明确消防水泵并联时单泵流量的确定方法：如设计并联后供水总流量为Q，并联水泵台数为N时，单泵流量可按Q/N确定，不建议在此基础上进行放大。

0.引言

很多人把用水点给水压力及喷头工作压力理解成末端出口处的余压，同时认为在设计符合规范要求的前提下，即便消火栓栓口不接消防水带及水枪，栓口动压也会达到0.25MPa或0.35MPa，对水灭火设施及卫生洁具给水压力理解的不透彻，会导致对于水泵运行工况或变化趋势判断的不清晰。而关于水泵并联设计，需深入理解《泵与泵站》教材中其并联设计的内涵，及在实际设计中的具体应用，消防水泵并联，不建议盲目放大水泵流量。

1. 消火栓栓口动压、给水点用水压力及喷头工作压力的本质

动压和静压

在给水中经常用到静压和动压的概念，其全称为静水压力和动水压力，在《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014术语中，分别表示“管网内水在静止状态下的压力”和“管网内水流在流动时管道某一点的总压力与速度压力之差”，静压和动压的本质是管网内水作用于管壁的法向压应力（径向），也即压力水头或压强水头p/ρg，网管内水不流动时，无流速水头v²/2g，而动压也不包含流速水头v²/2g。动压和静压的差别在于水流是否流动、管网是否产生相应的水头损失。常见非皮托管形式、垂直安装于管壁的压力表，其测试对象即为管壁的压应力p/ρg，对应水流静止和流动状态时，则分别为测压点的静压和动压。

水泵实际运行工况点的确定

图1 离心泵装置的工况(摘自《泵与泵站》教材)

《泵与泵站》教材对于图1的描述：“如图所示为离心泵装置的工况，Q-H为离心泵的流量扬程曲线，Q-∑h为管道水头损失特性曲线，2条曲线相交于M 点，此M 点表示将水输送至高度为Hst 时，泵供给水的总比能与管道所要求的总比能相等的那个点，这个点称为该泵装置的平衡工况点（也称工作点），假设该工况点不在M点，而在K点，则当流量为Qk 时，泵能够供给给水的总比能Hk1将大于管道所要求的总比能Hk2，也即[供给]＞[需要]，能量富裕了△h，此富裕的能量将以动能的形式，使管道中水流加速，流量加大，由此，使水泵的工况点自动向流量增大的一侧移动，直到移至M点为止”。

由以上描述可知，水泵的实际工况点即为水泵供给给水的总比能Hk1等于管道所要求的总比能Hk2时对应的流量、扬程点，为简化理解，设水泵进水压力为0，则水泵供给给水的总比能即为水泵的工况扬程，而管道所要求的总比能由以下三个部分组成：1）供水高差Hst；2）管道水头损失∑h；3）末端出口流速水头v²/2g（教材中为向高位水池供水、淹没出流，此值太小，图中未绘入，在实际设计中，部分设计情况下不可忽略）。此时，水泵的工况扬程全部用于克服供水高差Hst、克服管路水头损失∑h，以及提供流速水头v²/2g，在末端管口通大气处，仅剩出流的流速水头v²/2g，无压力水头p/ρg，因为一旦有剩余的压力水头，则会促使系统向水泵供给给水的总比能更小-离心泵装置流量更大、扬程更小，管道所要求的总比能更大-水头损失更大、流速水头更大的方向进行，直到达到新的平衡。因此，管网中任何出口通大气的位置（管壁外），其压力水头p/ρg为0。

水泵额定流量、额定扬程的含义

忽略水泵进口压力时，要让水泵在实际管网中以额定流量Q和扬程H工作，需满足在水泵定额流量Q下：

在设计工况及确定的管网最不利点下，供水高差Hst即已确定，可以用水泵额定流量Q去计算管路水头损失∑h及相应出口管径下的流速水头v²/2g，如等式左侧大于等式右侧，则说明水泵供给给水的总比能更大，系统出流量会变大，反之，系统出流量会变小。如需要控制末端出口在设计工况下工作，当水泵提供的总比能更大时，可通过降低水泵扬程、增加水头损失（设置减压孔板、减压阀、减小阀门开度）等方式实现，当水泵提供的总比能更小时，可通过提高水泵扬程或减小管路水头损失（放大管径）等方式实现。

总之，水泵的额定工况，是在水泵额定流量Q下，供水高差Hst、管网水头损失∑h及末端出口流速水头v²/2g 刚好将水泵额定扬程完全消耗的工况，是否能实现这个工况和管路本身的设计息息相关。对于末端出流流速不大于4m/s时，其流速水头通常不足1m，对于末端出口有缩径构造的，例如消防水枪、喷头等，其出口流速较大，其流速水头较大，不可忽略，此时，出口处的局部水头损失也比较大。

消火栓栓口动压、给水点用水压力及喷头工作压力的本质

设某项目消火栓栓口设计动压为0.25MPa，室内消火栓设计流量为10L/s，设计单栓出流5L/s，并不是说各种情况下，栓口处压力水头始终是0.25MPa，该栓口动压0.25MPa是用于克服接消防水带、水枪水头损失及提供增加的流速水头(v'²-v²)/2g 的，如果在5L/s的情况下，消防水带、水枪产生的水头损失及流速水头增量(v'²-v²)/2g 之和刚好把0.25MPa消耗完，则此消火栓可按设计工况5L/s出流，如果动压有富余，则栓口出流大于5L/s，反之小于5L/s。因此，在不接水带时，同流量下，因为管网少了消防水带及水枪水头损失，流速水头也更小，水泵供水的总比能有富余能量，会促使栓口出流变大，直到末端出口处压力水头p/ρg为0。

给水点的用水压力及喷头的设计工作压力均是预留用于克服下游洁具及喷头的水头损失及提供相应的流速水头增量(v'²-v²)/2g的，以流量系数为K80的喷头为例，假设喷头设计工作压力为0.05MPa，则理论出流量为0.942L/s，当喷头的局部水头损失及流速水头增量 (v'²-v²)/2g 之和小于0.05MPa时，其出流量会大于0.942L/s，反之，会小于0.942L/s。总之，用水点的给水压力及喷头设计工作压力均是用于保证洁具或喷头在设计工况下出流不低于某设计流量的压力保障措施。

应用场景分析