關(guān)于變速增壓泵組

冷水增壓泵于1974年研制成功，當時(shí)Grundfos公司制造出該設備（圖1）。該設備的研制利用了變速驅動(dòng)器（變頻器）來(lái)改變現今增壓泵的速度。使用變頻器的一些重要好處包括：

◆在整個(gè)管網(wǎng)中更平穩地控制系統壓力。

◆將液壓應力減少到最低程度，從而延長(cháng)配水管道和水管接頭的使用壽命。

◆與不使用變頻器的同類(lèi)水泵相比，耗電量減少。

◆電氣軟起動(dòng)和停止，消除了電氣系統中起動(dòng)電流的影響。

◆不再需要壓力開(kāi)關(guān)和電動(dòng)機接觸器，這樣做既降低了工作噪音，又減小了控制面板內開(kāi)關(guān)裝置的機械磨損。

它們怎么工作？

泵組控制系統可以分為兩部分：對泵的控制，以及對系統的監控和管理。

對泵的控制：當水龍頭或者其他輸出裝置打開(kāi)時(shí)，存儲的系統壓力會(huì )逐漸降低。壓降的速率由安裝在排水管內的膨脹管的尺寸決定。由壓力傳感器反饋來(lái)的電信號（傳感器位于排水支管內）將顯示系統壓力降低到剛好低于系統的設置壓力。這將觸發(fā)控制器啟動(dòng)導引泵。

導引泵將一直加速，直到壓力傳感器指示系統壓力恢復并保持在其初始設置點(diǎn)的壓力值。

如果安裝的用于驅動(dòng)泵電機的變頻器達到了滿(mǎn)工作輸出（100%），而仍然需要用水，那么壓力將再次下降到低于設置點(diǎn)的壓力值。泵控制系統將啟動(dòng)第二臺水泵。導引泵的轉速將減小以便與第二臺泵的轉速相互配合，從而保證系統維持設置點(diǎn)的壓力值。如果繼續需要用水，則兩臺泵的轉速將增大到它們的全工作轉速。

在有三臺水泵的系統中，當兩臺水泵已經(jīng)達到全轉速時(shí)，第三臺水泵就開(kāi)始工作，接著(zhù)前兩臺水泵的轉速減小以便使系統壓力再次達到平衡狀態(tài)。當想要使用多臺水泵時(shí)，可以繼續按照這種方式采用分級的方法（如圖2所示）來(lái)工作。

為了提供商業(yè)大樓所需的最大液壓輸出，即使是在很高的高樓中（圖3），也很少出現需要六臺以上水泵的情況。增壓泵組所需水泵的最有效數量取決于幾個(gè)設計因素：

兩臺水泵：兩臺水泵的系統確保當其中一臺水泵發(fā)生故障時(shí)，大樓仍能繼續工作。水泵是工作的物件，因此它們會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的變遷而磨損。軸封會(huì )磨損及泄漏，從而造成水的流失，這時(shí)就需要使水泵停止工作，直到它被修好或者替換為止。

圖1. 冷水增壓泵于1974年研制成功，當時(shí)Grundfos公司制造出該設備。如今它的變化在于更多地利用變速驅動(dòng)器來(lái)提高效率。

三臺水泵：一般來(lái)說(shuō)，三臺水泵的布局具有更大的設計舒適度，當一臺水泵發(fā)生故障時(shí)，系統能夠保持相當大一部分的系統流量。

四臺水泵：在容量非常大的系統中，更多的水泵將保證為安裝者、終端用戶(hù)以及維修支持小組帶來(lái)以下好處：

◆對于流量變化很大的系統，水泵控制器通過(guò)使每臺水泵工作在接近其峰值效率的狀態(tài)下，能夠盡量減小能耗。
◆更大的”水泵冗余”。如果將來(lái)水泵發(fā)生故障，那么該系統將允許有更多的時(shí)間來(lái)考慮是否需要修理或者更換水泵。
◆水泵的尺寸更小，則更易于維護和修理。
◆止逆閥和水泵隔離閥更小，則更易于拆除、清潔或者更換。

Multi-E泵組

下面我們來(lái)討論Grundfos公司的Multi-E泵組的監控與管理；2、3及4臺水泵泵組。在只有三層樓高的小型商業(yè)大樓中，系統設計者只需要最少的監控與管理功能。Multi-E的設計就好像是為這些系統度身定做的一樣�？刂破鞲鶕�需要調節性能，并通過(guò)以下操作來(lái)維持恒定的系統壓力：

◆起動(dòng)及停止所需數量的泵。

◆改變運轉水泵的轉速以適應設置的壓力值。

◆并行控制運轉的水泵以管理設置的壓力值。
根據各臺泵的載荷、工作時(shí)間以及任何未來(lái)的故障狀態(tài)使這些泵自動(dòng)輪流工作。

為了保護控制器和泵的完整性，Multi-E增壓泵組將監視并報告最低程度的報警情況。當出現以下情況時(shí)即報警：
◆壓力傳感器失效。
◆單臺泵出現機械或者電氣故障。
◆通過(guò)液位開(kāi)關(guān)檢測到斷流水箱中出現低水位情況。

控制器的輸出有：
◆主水泵上的工作和故障指示燈。
◆如果需要，還可以用一臺故障中繼器來(lái)把遠程報警消息傳送給大樓內的中央控制面板。

圖2.在一個(gè)三臺水泵的系統中，當兩臺水泵達到全轉速時(shí)，第三臺水泵開(kāi)始工作，這時(shí)前兩臺工作泵的轉速減小以便使系統壓力再次達到平衡狀態(tài)。

Hydro MPC-E泵組

下面我們來(lái)討論Grundfos公司的Hydro MPC-E 2、3、4、5和6臺水泵的泵組（圖4顯示的是3臺水泵的泵組）。

在大型的商業(yè)大樓中，系統設計者們往往在監視和管理水泵系統方面有更多的要求。Hydro MPC-E的設計也好像是為這些大樓定制的一樣，它們具有更全面的控制面板規格。

控制器中的許多功能都可以通過(guò)控制面板前面的顯示屏輕松地訪(fǎng)問(wèn)（CU351-如圖4所示）。以下列出了對于商業(yè)大樓的系統設計者非常有用的一些重要功能：
◆獨立地手動(dòng)控制各臺水泵以便于維護。
◆提供保護以免出現低排水壓力。
◆斷流水箱低水位保護與選擇。
◆“冗余”排水壓力傳感器
◆水泵定時(shí)輪流工作。
◆備用水泵。

下文分別對這些功能作了更詳細的介紹。

獨立地手動(dòng)控制各臺水泵

獨立地手動(dòng)控制各臺水泵是指能夠使任意一臺水泵退出“自動(dòng)控制”模式，將其切換到“手動(dòng)工作”方式或者使泵電機斷電。

在CU351“LCD”菜單中，每臺水泵電機可以：
1.從自動(dòng)切換到手動(dòng)工作模式，然后根據需要再切換回自動(dòng)方式。
2.任何時(shí)候一旦工作轉速達到全轉速，即可以手動(dòng)方式工作。
3.每臺水泵都可以切換到停止狀態(tài)。

利用這種現代化的水泵控制器，系統所有者還可以設置口令來(lái)保護水泵的某些操作功能。這確保水泵不會(huì )意外地從“自動(dòng)”運行被改變成手動(dòng)運行方式。
注意 ：在之前的水泵控制面板設計中，通常習慣把”手動(dòng)/關(guān)閉/自動(dòng)”開(kāi)關(guān)安裝在控制面板前端以便對各臺水泵進(jìn)行應急操作。但是這樣存在著(zhù)風(fēng)險，不熟練的操作人員可能會(huì )誤將水泵從自動(dòng)工作方式切換到手動(dòng)工作方式。在這種方式下手動(dòng)運行的水泵會(huì )使空管道里產(chǎn)生高流速，從而導致主管道內出現壓力波動(dòng)——尤其是在高樓內。

低排水壓力

在下述情況下會(huì )出現低排水壓力：
◆由于供水中斷或者吸入管道堵塞而導致水泵的吸入壓力降低。
◆控制面板電源斷電。

這種情形會(huì )導致下述現象：
◆如果吸入管道堵塞或者缺水，則水泵會(huì )干轉。這會(huì )對軸封、軸承、葉輪以及泵軸造成損傷。如果沒(méi)有安裝低水位保護裝置，或者該裝置未能合理地發(fā)揮作用，則水泵控制器簡(jiǎn)單地驅使所有水泵加速到全轉速，以糾正低排水壓力造成的問(wèn)題。


圖3.這些非常高的大樓，給水泵組帶來(lái)了一些難題，不過(guò)即使要提供這么高的大樓所需的最大液壓輸出，也很少出現需要多余六臺泵的情況。

◆如果停止給增壓泵組供電，那么當較低樓層的用戶(hù)繼續放水時(shí)，系統壓力會(huì )下降。如果這時(shí)恢復供電使排水壓力突然得以再次提高，則會(huì )導致系統的管道出現嚴重問(wèn)題。系統管道內出現壓力波動(dòng)或者液壓沖擊是一種非常危險的情況。在最壞的情況下，這會(huì )導致大樓內的主立管破裂——造成樓內嚴重溢水。

但是，這些問(wèn)題都是可以預防的。在CU351的LCD顯示屏上有一項”低排水壓力切斷功能”，它能夠被激活來(lái)保護泵和系統管道。該安全功能還可以設置用于以下兩種不同的工作狀態(tài)，它們具有不同的跳閘時(shí)間：
1.系統重啟/斷電之后的低壓力。
2. 在常規系統工作中的低壓力。

能夠設置兩種不同的跳閘時(shí)間具有以下好處：
◆如果由于系統中突然出現很大的流量需求而導致壓力迅速下降，那么可以在短時(shí)間內禁用阻止功能，以防出現損害。但是，如果低壓力維持的時(shí)間長(cháng)于該規定時(shí)間，則損害還是會(huì )發(fā)生。
◆在重啟電源時(shí)可以立即使增壓泵組停止工作。這樣能防止系統管道內出現任何壓力波動(dòng)或者水錘效應的危險情況。

斷流水箱低水位保護

空氣進(jìn)入泵組的吸入側只會(huì )導致其中一些水泵而不是所有水泵損失起動(dòng)注水。如果使某些水泵充滿(mǎn)空氣，然后開(kāi)始工作，則它們會(huì )遭受干轉，并可能損傷泵軸封和軸承。為了保護增壓泵組免受低水位問(wèn)題的困擾，需要在給水箱內安裝浮控開(kāi)關(guān)。

低水位浮控開(kāi)關(guān)：低水位水浮可連接兩個(gè)DI（數字輸入）端。這些浮控開(kāi)關(guān)安裝在供水斷流水箱內。浮控開(kāi)關(guān)的布線(xiàn)在CU351控制面板背面。

在大部分安裝中，水浮連接到CU351的DI2端，然后當運行安裝壓縮軟件包時(shí)，該水浮被分配給與其相連的數字輸入端。另外的一些浮控開(kāi)關(guān)也可以串聯(lián)到該信號輸入端。

斷流水箱保護：有些客戶(hù)的要求中規定采用2個(gè)單獨的給水箱，以及2個(gè)需連接的單獨的浮控開(kāi)關(guān)。在傳統的增壓泵組設計中，這需要提供一個(gè)獨立水箱選擇開(kāi)關(guān)，并將其安裝在控制面板的前面。

在MPC-E設計中，不必增加這種水箱選擇開(kāi)關(guān)，因為在CU351上有2個(gè)數字輸入端，它們均可被分配用于低水位保護。如果其中任意一個(gè)水浮開(kāi)關(guān)起作用，則泵組將被迫斷電以防止出現低水位情況。如果需要清潔給水箱，則通過(guò)CU351的顯示屏臨時(shí)禁用水浮開(kāi)關(guān)。

冗余傳感器

冗余排水壓力傳感器帶來(lái)的好處是，當主壓力傳感器缺失時(shí)，維持泵組的自動(dòng)控制功能。這種故障情況的發(fā)生緣于以下幾種情形：
◆壓力傳感器內部的水道堵塞。
◆壓力傳感器與控制面板之間的連接電纜變松/斷裂。
◆壓力傳感器內部的水封受損。

它怎么工作？它像這樣工作的：如果主傳感器或者次傳感器的信號徹底無(wú)效，則表示出現故障。這時(shí)增壓泵組控制器依靠其他的傳感器繼續發(fā)揮作用。如果兩個(gè)傳感器之間的讀數相差超過(guò)10%，則增壓泵組控制器根據主傳感器的測量值繼續發(fā)揮作用。顯示屏上將顯示一條報警消息，以提醒操作員進(jìn)一步查看。

圖4.控制器中的許多功能都可以通過(guò)控制面板前面的顯示屏輕松地訪(fǎng)問(wèn)（CU351）。其中包括對于商業(yè)大樓的系統設計者非常有用的一些功能。