關于變速增壓泵組

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

◆在整個管網中更平穩(wěn)地控制系統(tǒng)壓力。

◆將液壓應力減少到最低程度，從而延長配水管道和水管接頭的使用壽命。

◆與不使用變頻器的同類水泵相比，耗電量減少。

◆電氣軟起動和停止，消除了電氣系統(tǒng)中起動電流的影響。

◆不再需要壓力開關和電動機接觸器，這樣做既降低了工作噪音，又減小了控制面板內開關裝置的機械磨損。

它們怎么工作？

泵組控制系統(tǒng)可以分為兩部分：對泵的控制，以及對系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。

對泵的控制：當水龍頭或者其他輸出裝置打開時，存儲的系統(tǒng)壓力會逐漸降低。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的電信號（傳感器位于排水支管內）將顯示系統(tǒng)壓力降低到剛好低于系統(tǒng)的設置壓力。這將觸發(fā)控制器啟動導引泵。

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

如果安裝的用于驅動泵電機的變頻器達到了滿工作輸出（100%），而仍然需要用水，那么壓力將再次下降到低于設置點的壓力值。泵控制系統(tǒng)將啟動第二臺水泵。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(tǒng)維持設置點的壓力值。如果繼續(xù)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(tǒng)中，當兩臺水泵已經達到全轉速時，第三臺水泵就開始工作，接著前兩臺水泵的轉速減小以便使系統(tǒng)壓力再次達到平衡狀態(tài)。當想要使用多臺水泵時，可以繼續(xù)按照這種方式采用分級的方法（如圖2所示）來工作。

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設計因素：

兩臺水泵：兩臺水泵的系統(tǒng)確保當其中一臺水泵發(fā)生故障時，大樓仍能繼續(xù)工作。水泵是工作的物件，因此它們會隨著時間的變遷而磨損。軸封會磨損及泄漏，從而造成水的流失，這時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器來提高效率。

三臺水泵：一般來說，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，系統(tǒng)能夠保持相當大一部分的系統(tǒng)流量。

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

◆對于流量變化很大的系統(tǒng)，水泵控制器通過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”。如果將來水泵發(fā)生故障，那么該系統(tǒng)將允許有更多的時間來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

下面我們來討論Grundfos公司的Multi-E泵組的監(jiān)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(tǒng)設計者只需要最少的監(jiān)控與管理功能。Multi-E的設計就好像是為這些系統(tǒng)度身定做的一樣�？刂破鞲鶕�需要調節(jié)性能，并通過以下操作來維持恒定的系統(tǒng)壓力：

◆起動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、工作時間以及任何未來的故障狀態(tài)使這些泵自動輪流工作。

為了保護控制器和泵的完整性，Multi-E增壓泵組將監(jiān)視并報告最低程度的報警情況。當出現以下情況時即報警：
◆壓力傳感器失效。
◆單臺泵出現機械或者電氣故障。
◆通過液位開關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.在一個三臺水泵的系統(tǒng)中，當兩臺水泵達到全轉速時，第三臺水泵開始工作，這時前兩臺工作泵的轉速減小以便使系統(tǒng)壓力再次達到平衡狀態(tài)。

Hydro MPC-E泵組

下面我們來討論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(tǒng)設計者們往往在監(jiān)視和管理水泵系統(tǒng)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(guī)格。

控制器中的許多功能都可以通過控制面板前面的顯示屏輕松地訪問（CU351-如圖4所示）。以下列出了對于商業(yè)大樓的系統(tǒng)設計者非常有用的一些重要功能：
◆獨立地手動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。

獨立地手動控制各臺水泵

獨立地手動控制各臺水泵是指能夠使任意一臺水泵退出“自動控制”模式，將其切換到“手動工作”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.從自動切換到手動工作模式，然后根據需要再切換回自動方式。
2.任何時候一旦工作轉速達到全轉速，即可以手動方式工作。
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(tǒng)所有者還可以設置口令來保護水泵的某些操作功能。這確保水泵不會意外地從“自動”運行被改變成手動運行方式。
注意 ：在之前的水泵控制面板設計中，通常習慣把”手動/關閉/自動”開關安裝在控制面板前端以便對各臺水泵進行應急操作。但是這樣存在著風險，不熟練的操作人員可能會誤將水泵從自動工作方式切換到手動工作方式。在這種方式下手動運行的水泵會使空管道里產生高流速，從而導致主管道內出現壓力波動——尤其是在高樓內。

低排水壓力

在下述情況下會出現低排水壓力：
◆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。

這種情形會導致下述現象：
◆如果吸入管道堵塞或者缺水，則水泵會干轉。這會對軸封、軸承、葉輪以及泵軸造成損傷。如果沒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題。


圖3.這些非常高的大樓，給水泵組帶來了一些難題，不過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繼續(xù)放水時，系統(tǒng)壓力會下降。如果這時恢復供電使排水壓力突然得以再次提高，則會導致系統(tǒng)的管道出現嚴重問題。系統(tǒng)管道內出現壓力波動或者液壓沖擊是一種非常危險的情況。在最壞的情況下，這會導致大樓內的主立管破裂——造成樓內嚴重溢水。

但是，這些問題都是可以預防的。在CU351的LCD顯示屏上有一項”低排水壓力切斷功能”，它能夠被激活來保護泵和系統(tǒng)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間：
1.系統(tǒng)重啟/斷電之后的低壓力。
2. 在常規(guī)系統(tǒng)工作中的低壓力。

能夠設置兩種不同的跳閘時間具有以下好處：
◆如果由于系統(tǒng)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間長于該規(guī)定時間，則損害還是會發(fā)生。
◆在重啟電源時可以立即使增壓泵組停止工作。這樣能防止系統(tǒng)管道內出現任何壓力波動或者水錘效應的危險情況。

斷流水箱低水位保護

空氣進入泵組的吸入側只會導致其中一些水泵而不是所有水泵損失起動注水。如果使某些水泵充滿空氣，然后開始工作，則它們會遭受干轉，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題的困擾，需要在給水箱內安裝浮控開關。

低水位浮控開關：低水位水浮可連接兩個DI（數字輸入）端。這些浮控開關安裝在供水斷流水箱內。浮控開關的布線在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，該水浮被分配給與其相連的數字輸入端。另外的一些浮控開關也可以串聯到該信號輸入端。

斷流水箱保護：有些客戶的要求中規(guī)定采用2個單獨的給水箱，以及2個需連接的單獨的浮控開關。在傳統(tǒng)的增壓泵組設計中，這需要提供一個獨立水箱選擇開關，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關，因為在CU351上有2個數字輸入端，它們均可被分配用于低水位保護。如果其中任意一個水浮開關起作用，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CU351的顯示屏臨時禁用水浮開關。

冗余傳感器

冗余排水壓力傳感器帶來的好處是，當主壓力傳感器缺失時，維持泵組的自動控制功能。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效，則表示出現故障。這時增壓泵組控制器依靠其他的傳感器繼續(xù)發(fā)揮作用。如果兩個傳感器之間的讀數相差超過10%，則增壓泵組控制器根據主傳感器的測量值繼續(xù)發(fā)揮作用。顯示屏上將顯示一條報警消息，以提醒操作員進一步查看。

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