采用下列简称：

1.《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974-2014简称：《消水规》

2.《常用水泵控制电路图》（16D303-3）简称：《16D303-3》

3.GB55036-2022《消防设施通用规范》简称：《设施规》

4.19S204-1《消防专用水泵选用及安装（一）》简称：《19S204-1》

5.《<消防设施通用规范>实施指南》简称：《指南》

00

前言

《消水规》仅要求稳压压力满足最不利消防设施0.15MPa静压，《19S204-1》、《指南》要求稳压压力高于消防主泵压力甚至高于主泵关死压力。但至今没有人把这个问题解释清楚，有很多同行咨询了笔者，笔者认为，《消水规》0.15MPa静压太低有误，但按国际主流做法提高稳压压力，在国内又存在难以做到的情况。具体原因，笔者答应等有时间把这个问题给大家分析清楚，但从一月份到现在半年多了，拖得太久了，不谈个人原因，就谈技术分析，因为这里面涉及到很多领域，需要一个一个分析透彻，才能综合理解稳压压力的设置。

其中一个重要因素，就是开泵水锤。开泵水锤在国内外均普遍存在，但国内开泵水锤，尤其是建筑给排水领域的开泵水锤研究目前还缺位，笔者率先做了初步的分析，认为开泵水锤是断流弥合水锤。同时，笔者也率先发现停泵泵出水口断流弥合水锤的存在，并做了一些定性分析。由于停泵断流弥合水锤与稳压泵压力设置没有关系，因此，不将开泵、停泵断流弥合水锤的初步研究成果归入稳压泵研究系列，而归入断流弥合水锤成果系列。

为结合后面分析稳压泵压力的文章，本文均以消防泵启闭产生断流弥合水锤为例，对开泵、停泵断流弥合水锤进行分析研究，便于读者在后续文章中理解稳压泵压力的设置要求。

01

离心泵启动需要合理的背压

一般情况下，离心泵功率（电流）最小的时候，是泵体无水空转的时候（当然空转会导致过热损坏），而离心泵有功功率最大的时候，是出口没有背压，如图1中泵出水口不接管，直接通向大气，这个时候，流量最大，泵的电流将最大。当然，启泵瞬间，或者堵转，启动电流及堵转电流可以是额定电流若干倍，但是，这两种情况的有功功率和功率因数为0或接近0，电流虽大仅仅是增大无功功率。

图1：泵出水口直接通向大气

图1中出口完全没有背压情况下进行启动，过大启动电流之后马上出现过大流量，过大流量造成电机电流过高，往往会造成长延时脱扣器脱扣保护，消防泵不能设置长延时脱扣器脱扣保护会报警，造成启泵容易失败，低背压情况下启泵情况也类似，但程度较小，因此，泵出口不能没有背压或低背压情况下启泵［1］。

电机起动过程是一个转速由慢到快，最后再到额定转速的一个变化过程。起动过程中，在任何一个转速下都会对应一个电磁转矩，该转矩必须大于负载阻力矩是电机能够起动的必要条件，这个差值越大，电机更容易起动，差值太小，甚至电磁转矩远小于于负载阻力矩，严重的出现反转，其次出现堵转，最轻的是低速爬行状态，均会出现若干倍额定电流的堵转电流，即使低速爬行状态也会导致过电流产生发热甚至烧毁问题。因此，泵出口不能在高背压情况下启泵。如泵后止回阀失效产生倒灌时，这个情况不能启泵。因为叶轮处在反转状态，启泵后相当于堵转状态，产生的堵转电流甚至可以达到10几倍额定电流，导致电动机断路器脱扣（跳闸），导致启泵失败。

还有一种情况，如有个别项目将出水管止回阀设置在吸水管上，或者消防泵直接从市政管或高位水池吸水，吸水管设置了倒流防止器，但泵出水管止回阀存在微小泄漏（图2），泵后管网较高，压力大，这个情况，泵壳一直处于高静压状态，这个状态下启泵，泵后管网的高压作用于叶轮，也造成堵转，虽然堵转有一定的延后时间，同样存在堵转电流过大而启泵失败的风险。

图2：泵出水管止回阀失效下启泵

因此，离心泵启动需要合理的出口背压，才能顺利启泵。没有合理的出口背压，使用闭闸启动可以创造合理的出口背压进而顺利启泵。

临时高压消防给水系统，消防泵出水管设置了止回阀，只要止回阀有效（无效则造成系统补水量低于漏水量而导致系统瘫痪），止回阀同时起到闭闸启动的作用。消防泵启动后，扬程低于管网压力时，未能顶开止回阀，这个阶段是“闭闸”，压力高于管网压力时，这个时候消防泵基本达到正常运转状态，顶开止回阀正常出流。

02

离心泵启泵产生断流弥合水锤机理

(1)闭闸启动分析

离心泵启动后，叶轮转速逐渐增大到额定转速，同时，泵出水压力也逐渐增大到额定压力，这个过程，最多只有几十秒的时间。在闭闸启动工况下，叶轮到出水管控制阀之间的管路空间是密闭的，叶轮仅仅在密闭液体中进行搅拌，阻力相对较小，启动过程中，电机的转子转速从0开始加速，和定子的转差率从s=1开始逐渐减小，转矩也从0开始，叶轮逐渐加速，转矩越来越大，出水侧的压力越来越大，电机的线圈电流逐渐减小，启动后到达正常运转状态时，电机基本处在额定转速、额定转差率及额定转矩的状态，而离心泵则处在0流量工况，压力最大，是离心泵关死压力，这个时候开阀，若开阀的速度较快，且阀后管网的水压很低，甚至是空管状态下，高压液体瞬间向外冲出，瞬间流量是高压射流的流量，0.20MPa的压差，在0背压且没有阻力的情况下可以产生约15m/s的流速（可参考消防水枪射流计算），远大于离心泵额定流量。一般的消防泵，阀后是空管状态时，压差更大，高压射流流速和瞬间流量若是2.0MPa的压差，高压射流流速更是大得惊人。

开阀造成阀前管段内容积非常小的液体产生高速射流射出后，叶轮来不及供应相同的水量补充，造成断流，产生真空，形成周期性振荡的断流弥合水锤（断流弥合水锤形成机理不再重复详细介绍，详见本公众号文章《断流弥合水锤之一~六》）［1］。

(2)止回阀开启产生断流弥合水锤分析

止回阀的作用类似闭闸启动，也存在产生断流弥合水锤的情况，但略有不同。

一般情况下，止回阀后面管网存在一定的背压，叶轮运转产生比管网背压更高的压力，顶开止回阀出流，一般情况下，止回阀前后压差不会太大，高压射流及断流的程度相对较小，但若止回阀阀瓣开启过快，也特别容易产生断流弥合水锤。原因同闭闸启动，高压水推开阀瓣，高压液体形成大面积的射流产生断流，进而产生断流弥合水锤。

这种情况，通常大流量泵的断流弥合水锤比较明显，水锤的危害也较大。

(3)止回阀后管网压力小（低背压），造成启泵过程中特别容易开启止回阀产生开泵断流弥合水锤。

这就是国内消防给水系统常见情况，这个问题也是《消水规》5.3.3规定取消了的原因之一。5.3.3仅要求稳压压力保持系统最不利点静压大于0.15MPa，而一般主泵启动后，关死压力远大于管网稳压压力。如建筑高度最大30m的民用建筑群，主泵扬程P=1.00MPa，关死压力1.25MPa（系统工作压力）,平时由屋顶水箱和稳压泵组稳压，稳压泵启泵压力仅使系统最低点压力为0.45MPa，消防主泵启泵压力为0.38MPa。办公楼打开试水阀试水启泵过程中，喷淋泵扬程上升到0.38MPa以后便能顶开止回阀阀瓣，产生低背压开泵断流弥合水锤。

还有一种常见情况，超高层经常在屋顶设置消防泵房，为建筑最高区服务，同样地，普遍的设计是稳压压力保持系统最不利点静压0.15MPa，图3中稳压泵启泵压力0.14MPa（压力开关标高244.00，约与主泵出水口同标高），主泵启泵压力0.07MPa，而屋顶水箱最高水位249.40，高于主泵出水口5米多，因此，主泵启动后，仅扬程上升到2m就能推开止回阀，再慢一点不用启泵都能推开止回阀，产生低背压或无背压开泵水锤。

图3：超高层屋顶消防泵房系统图

(4)止回阀前后压力情况动态变化，当泵启动后有足够的压力顶开止回阀，同时阀后管网压力急剧下降，造成高压射流，产生严重的开泵断流弥合水锤。

消防给水基本都是这种情况，发生火灾时，消防设施不断增加出水流量导致稳压泵不能持压而管网压力继续下降，一般低于稳压泵启泵压力0.07MPa发出启泵信号，按照《16D303-3》的设计，需要延时1min确认火灾后方能启泵，实际启泵时间已经在消防设施出水之后至少1分钟以上，这1分钟内，很可能消防设施继续增大流量及出水，系统管网的压力继续下降，甚至管网高位产生真空，这个时刻启泵，止回阀后出现低背压甚至0背压情况，产生严重的开泵断流弥合水锤。

图3的案例中，若分区的低楼层出水，不启泵，高位消防水池出水都能产生断流弥合水锤［1］。

03

停泵产生泵出水口断流弥合水锤机理

停泵时的泵出水口水锤,往往是正水锤，停泵产生“泵出水口断流弥合水锤”，可能骇人听闻，笔者自认为目前尚未存在同类发现和研究，通过搜索，都未能发现相关资料和报道，算是首创吧。

以图3为例，消防主泵启动用于灭火，或者是屋顶生活水泵向下面楼层供水，在没有停止供水时突然事故停泵，由于低楼层继续出水，高位水池（水箱）出水管失去水泵的加压，在高位横管的补水能力低于下端管网的出流量，造成断流，产生“泵出水口断流弥合水锤”［1］。

笔者在《消防屋顶水箱出水管典型的断流弥合水锤现象》［1］中提出水箱出水管解决出水产生的断流弥合水锤问题，一个建议做法就是增压。实际上消防主泵运行出水就是增压过程，当突然停泵时，失去增压措施，失去防止弥合水锤存在的必要基础而产生弥合水锤。

图3这种情况，主泵出水管止回阀关闭基本不会产生正水锤，无需采用防水锤止回阀。但是必须设置防止和减弱断流弥合水锤的技术措施。

04

消防泵开泵、停泵泵出水口断流弥合水锤的危害

消防泵开泵、停泵泵出水口产生断流弥合水锤振荡，出现剧烈振动甚至造成水泵、管道、阀门破损，在需要应急启泵灭火的火灾中造成消防给水系统失效。而且，启泵过程中产生断流弥合水锤，会造成电动机消防泵时而负压超大流量运转、时而正压造成电机堵转产生堵转电流的复杂工况，极其容易烧毁电机，最终导致火灾中消防给水系统尚未启用就瘫痪。危害是非常大的，但整个行业尚未认识和接触到这个危害性，需要引起全行业的重视。

05

消防泵开泵、停泵泵出水口断流弥合水锤的防治措施

(1)管道自力控制阀（管力阀）

在大型输水泵站设计中，为防止开泵断流弥合水锤和停泵正水锤，泵出口常用管力阀代替止回阀。

当水泵启动后管力阀开阀，水流经过过渡器、截止阀、高压管、进入膜片缸下部，在水的压力下推动膜片关上行带小阀板缓慢开启，大阀板在水力的推动下与小阀板同时开启，完成开阀。关阀时，大阀板在重力的作用下快速关闭，截断90%的水流，出口端的在水压力水进入过滤器、截止阀、高压管、进入膜片缸上部，在水的压力下推动膜片头下行带动小阀板缓慢关闭。具体工作原理本文不再赘述，可参加厂家视频：https://haokan.baidu.com/v?pd=wisenatural&vid=9504595639321275697

管力阀防止开泵断流弥合水锤和停泵正水锤的原理，简单地说，可以理解成止回阀阀瓣开口设置小阀瓣，开泵是先开启小阀瓣，避免开泵断流，当水泵达到额定工况后才打开大阀瓣，延迟总的开阀时间（时间可调，见下表）。停泵时先关大阀瓣，然后延时慢慢关闭小阀瓣，延迟总的关阀时间，避免回流水力冲击。

大流量大管径消防泵，也建议采用管力阀代替止回阀，防止开泵断流弥合水锤和停泵正水锤，但不仅不能用于防治停泵泵出水口断流弥合水锤，反而增大阻力增大水锤。

(2)提高稳压泵组压力

这是本次论述的最终目标和重点。

提高稳压泵组压力，避免主泵启动出现低背压甚至是0背压的情况，避免止回阀开启后产生射流，进而断流产生断流弥合水锤振荡。

提高稳压泵组压力，尚有很多问题需要探讨，后面继续补充文章，本文仅讨论水锤。

(3)其他防治断流弥合水锤的通用措施，根据具体情况分析使用［1］

(4)选用消防泵，应提高电动机功率，使电动机能够满足不同水泵工况使用。

(5)尽量采用柴油机泵，柴油机泵除了运行动力可靠外，与电动机相比，应对断流弥合水锤的能力强些，当然，内燃机也存在一些问题，笔者对内燃机不了解因此不能展开探讨，需要柴油泵厂家深入研究。

(6)电动机采用软启动。软启动能够延缓启泵时间及无缝提升流量和扬程，减少启泵上的冲击。软启动包含机械式软启动和变频控制软启动，欧美允许变频控制软启动在电动机消防泵上应用，我国由于维保和产品质量跟不上，因而不允许使用变频控制软启动。这个问题暂时搁浅，有待时机成熟后再研讨。

草草完成，错别字请见谅。

［1］刘植蓬《断流弥合水锤之一~六》），公众号“刘植蓬设计原创研究”文章。