解决消防水泵不能自罐吸水的一种方式

一些老旧建筑的改造，受面积或位置原因导致消防水泵不能实现自灌式吸水，比如消防水泵只能安装在消防水池的上盖，此时水泵的吸水管只能向下伸入水池的水位中，造成吸水管一段管道无水，这种情况消防水泵在启动时不能吸上水，而这样的例子并不少见，以下介绍的真空罐（也称负压罐）是解决这个问题的一种方式。

真空罐(又称负压罐、引水罐)是一种水泵吸水装置, 可使水泵由抽吸式吸水变为自灌式吸水, 简单实用。

真空罐工作原理
采用真空引水罐引水，就是在水池和泵之间的吸入管路上安装一个密封的水罐，在启动水泵之前，注满真空罐（泵内也注满水）。
当水泵启动之后，水泵会先抽取真空罐内的水，真空罐内的液位下降，管内形成真空，压力低于水池液面的大气压力，此时水就会沿着吸入管进入真空罐。当水泵的排液和吸入管路的进液达到平衡，真空罐内的液位也就不会再下降，达到稳定工作状态。泵也就达到了额定工作状态，源源不断地将水输送出去

停泵后，排水管内的水回流至真空罐内，完成了启泵前的灌水工作，从而不需要再次罐泵，做到无人看守。

真空罐设计原理及其选用
水泵启动前，真空引水罐内的水应灌至真空引水罐能做到的大存水量，此时罐内部由水+空气两部分构成，液面上方的气体容积为V1。罐内外的压力与大气压力Pa相同。
真空引水罐前面的管路内空气容积为Vs。

泵启动后，液面下降，达到稳定运行工作后，罐内应存有一定体积量V3的水，而气体之外的罐内空气体积为V1+V2。罐内部的压力为P1，压力小于外界大气压力Pa。

真空罐设计选用首先涉及到容积及相关尺寸的确定，如图一所示，其容积由三部分组成：

V=V1+V2+V3 （式1）
式中:V-真空罐容积(m3)；
V1-真空罐初次灌满水时罐内空气容积 (m3)；
V2-罐内空气 压力由Pa降到P1,两水面间容积(m3)；
V3-保护容积(m3). 注:Pa为本地大气压。
根据波义耳定律得知：
Pa(Vs+V1)=P1(V1+V2)（式2）

由伯努利方程得知：

（式3）
管内流速 v 可以根据 v=Q/A 求出。
hs为真空引水罐前吸入管路部分的损失，可以估算也可以利用方程计算。
将式1、2、3联立，得到新的方程就可以求解总容积V了。在新的方程中，我们就剩下了V2、V3为未知量。
V1在确定真空引水罐结构的时候可以初步确定。
V3为泵稳定运行后的安全小水量，在侧开口接泵进口管的情况可以按如下估算：
H3=d+0.2m
在底部开口的情况，需要确定低液位高度，并加装预防漩涡产生的装置。此时就初步计算出了V3值。
有了这些参数，即可初步确定V，然后再确定结构。结构方面，可以设定：
H罐高度/D=1.2～1.8
确认了罐的大概高度和直径，然后重新校核之前计算的V1、V3，反复一两次，然后加大余量，就确定了真空引水罐。
估算法
上述计算方法比较复杂，不适用于快速判定。由于真空引水罐的对小型泵组比较适合，因此采用估算也是可以的。

公式：

式中：

Hs=H+hs
在大多数情况下，管路损失hs远小于吸水高度H，因此可以忽略该值。
这样方程就成为了：
V=Vs×KV
KV取值4～6就能满足要求。
设置要点
(1) 带底阀的真空罐引水装置
在真空罐吸水管上设底阀时(公众号:泵管家)，其容积可减少很多，如果在水泵吸水管和真空罐排气管之间再连接一条吸气管，如图二所示，不仅能减小罐容积，而且能保持水泵长期稳定运行。吸气管的作用是将由水中分离出来的气体及时随水流排走，不会积存于罐内， 这样可长期稳定运行(公众号:泵管家)。

(2) 真空罐与气压罐组合给水系统

如图三所示, 当补气罐及水泵出水管上止回阀以前的管道水容积较小时(小于真空罐容积V2时)停泵后，在补气罐补气过程中，外界空气有可能进入真空罐，破坏了真空度，待下次启泵时不出水。这种情况在实际工程中曾发生过，后将补气罐容积加大而解决。解决方法可适当加大补气罐容积或增加一个浮球式补水箱。
(3) 选泵与水温
真空罐引水装置在选泵时应注意以下问题：一是正确计算水泵扬程; 二是注意水温。
真空罐能使水泵实现自灌式吸水，但这与水池或开式水箱的自灌式吸水条件不同，它是在 负压条件下吸水，所以在确定水泵静扬程时应从水池低设计水位算起，当从真空罐水位算起时，要把罐内的负压值考虑进去。
真空罐装置用于循环冷却水或某些水温较高的工业废水(如印染废水)时，要特别注意水温这个条件，以免水泵产生气蚀。当依照流量和扬程选好水泵后，要根据实际水温对水泵的允许吸上真空高度Hs进行修正(Hs是标准状况下水泵的允许吸上真空高度，修正公式略)，使修正后的Hs不得小于PK，否则会产生气蚀，破坏水泵正常工作，这种情况在实际工程中也发生过。
小结
真空罐引水装置虽然简单，但在选泵及真空罐容积确定方面要进行正确计算，同时要注意其它条件，如水温、吸水高度，与气压供水设备联合使用情况等。此外罐体必须密封，否则都会影响系统的正常供水。