關(guān)于變速增壓泵組
冷水增壓泵于1974年研制成功,當(dāng)時(shí)Grundfos公司制造出該設(shè)備(圖1)。該設(shè)備的研制利用了變速驅(qū)動(dòng)器(變頻器)來改變現(xiàn)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(wěn)地控制系統(tǒng)壓力。
◆將液壓應(yīng)力減少到最低程度,從而延長(zhǎng)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(dòng)和停止,消除了電氣系統(tǒng)中起動(dòng)電流的影響。
◆不再需要壓力開關(guān)和電動(dòng)機(jī)接觸器,這樣做既降低了工作噪音,又減小了控制面板內(nèi)開關(guān)裝置的機(jī)械磨損。
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泵組控制系統(tǒng)可以分為兩部分:對(duì)泵的控制,以及對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和管理。
對(duì)泵的控制:當(dāng)水龍頭或者其他輸出裝置打開時(shí),存儲(chǔ)的系統(tǒng)壓力會(huì)逐漸降低。壓降的速率由安裝在排水管內(nèi)的膨脹管的尺寸決定。由壓力傳感器反饋來的電信號(hào)(傳感器位于排水支管內(nèi))將顯示系統(tǒng)壓力降低到剛好低于系統(tǒng)的設(shè)置壓力。這將觸發(fā)控制器啟動(dòng)導(dǎo)引泵。
導(dǎo)引泵將一直加速,直到壓力傳感器指示系統(tǒng)壓力恢復(fù)并保持在其初始設(shè)置點(diǎn)的壓力值。
如果安裝的用于驅(qū)動(dòng)泵電機(jī)的變頻器達(dá)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(shè)置點(diǎn)的壓力值。泵控制系統(tǒng)將啟動(dòng)第二臺(tái)水泵。導(dǎo)引泵的轉(zhuǎn)速將減小以便與第二臺(tái)泵的轉(zhuǎn)速相互配合,從而保證系統(tǒng)維持設(shè)置點(diǎn)的壓力值。如果繼續(xù)需要用水,則兩臺(tái)泵的轉(zhuǎn)速將增大到它們的全工作轉(zhuǎn)速。
在有三臺(tái)水泵的系統(tǒng)中,當(dāng)兩臺(tái)水泵已經(jīng)達(dá)到全轉(zhuǎn)速時(shí),第三臺(tái)水泵就開始工作,接著前兩臺(tái)水泵的轉(zhuǎn)速減小以便使系統(tǒng)壓力再次達(dá)到平衡狀態(tài)。當(dāng)想要使用多臺(tái)水泵時(shí),可以繼續(xù)按照這種方式采用分級(jí)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(xiàn)需要六臺(tái)以上水泵的情況。增壓泵組所需水泵的最有效數(shù)量取決于幾個(gè)設(shè)計(jì)因素:
兩臺(tái)水泵:兩臺(tái)水泵的系統(tǒng)確保當(dāng)其中一臺(tái)水泵發(fā)生故障時(shí),大樓仍能繼續(xù)工作。水泵是工作的物件,因此它們會(huì)隨著時(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(dāng)時(shí)Grundfos公司制造出該設(shè)備。如今它的變化在于更多地利用變速驅(qū)動(dòng)器來提高效率。
三臺(tái)水泵:一般來說,三臺(tái)水泵的布局具有更大的設(shè)計(jì)舒適度,當(dāng)一臺(tái)水泵發(fā)生故障時(shí),系統(tǒng)能夠保持相當(dāng)大一部分的系統(tǒng)流量。
四臺(tái)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(duì)于流量變化很大的系統(tǒng),水泵控制器通過使每臺(tái)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(shí)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(hù)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(tái)水泵泵組。在只有三層樓高的小型商業(yè)大樓中,系統(tǒng)設(shè)計(jì)者只需要最少的監(jiān)控與管理功能。Multi-E的設(shè)計(jì)就好像是為這些系統(tǒng)度身定做的一樣?刂破鞲鶕(jù)需要調(diào)節(jié)性能,并通過以下操作來維持恒定的系統(tǒng)壓力:
◆起動(dòng)及停止所需數(shù)量的泵。
◆改變運(yùn)轉(zhuǎn)水泵的轉(zhuǎn)速以適應(yīng)設(shè)置的壓力值。
◆并行控制運(yùn)轉(zhuǎn)的水泵以管理設(shè)置的壓力值。
根據(jù)各臺(tái)泵的載荷、工作時(shí)間以及任何未來的故障狀態(tài)使這些泵自動(dòng)輪流工作。
為了保護(hù)控制器和泵的完整性,Multi-E增壓泵組將監(jiān)視并報(bào)告最低程度的報(bào)警情況。當(dāng)出現(xiàn)以下情況時(shí)即報(bào)警:
◆壓力傳感器失效。
◆單臺(tái)泵出現(xiàn)機(jī)械或者電氣故障。
◆通過液位開關(guān)檢測(cè)到斷流水箱中出現(xiàn)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(tái)故障中繼器來把遠(yuǎn)程報(bào)警消息傳送給大樓內(nèi)的中央控制面板。
圖2.在一個(gè)三臺(tái)水泵的系統(tǒng)中,當(dāng)兩臺(tái)水泵達(dá)到全轉(zhuǎn)速時(shí),第三臺(tái)水泵開始工作,這時(shí)前兩臺(tái)工作泵的轉(zhuǎn)速減小以便使系統(tǒng)壓力再次達(dá)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(tái)水泵的泵組(圖4顯示的是3臺(tái)水泵的泵組)。
在大型的商業(yè)大樓中,系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(duì)于商業(yè)大樓的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者非常有用的一些重要功能:
◆獨(dú)立地手動(dòng)控制各臺(tái)水泵以便于維護(hù)。
◆提供保護(hù)以免出現(xiàn)低排水壓力。
◆斷流水箱低水位保護(hù)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(duì)這些功能作了更詳細(xì)的介紹。
獨(dú)立地手動(dòng)控制各臺(tái)水泵
獨(dú)立地手動(dòng)控制各臺(tái)水泵是指能夠使任意一臺(tái)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(jī)斷電。
在CU351“LCD”菜單中,每臺(tái)水泵電機(jī)可以:
1.從自動(dòng)切換到手動(dòng)工作模式,然后根據(jù)需要再切換回自動(dòng)方式。
2.任何時(shí)候一旦工作轉(zhuǎn)速達(dá)到全轉(zhuǎn)速,即可以手動(dòng)方式工作。
3.每臺(tái)水泵都可以切換到停止?fàn)顟B(tài)。
利用這種現(xiàn)代化的水泵控制器,系統(tǒng)所有者還可以設(shè)置口令來保護(hù)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(yùn)行被改變成手動(dòng)運(yùn)行方式。
注意 :在之前的水泵控制面板設(shè)計(jì)中,通常習(xí)慣把”手動(dòng)/關(guān)閉/自動(dòng)”開關(guān)安裝在控制面板前端以便對(duì)各臺(tái)水泵進(jìn)行應(yīng)急操作。但是這樣存在著風(fēng)險(xiǎn),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(yùn)行的水泵會(huì)使空管道里產(chǎn)生高流速,從而導(dǎo)致主管道內(nèi)出現(xiàn)壓力波動(dòng)——尤其是在高樓內(nèi)。
低排水壓力
在下述情況下會(huì)出現(xiàn)低排水壓力:
◆由于供水中斷或者吸入管道堵塞而導(dǎo)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(dǎo)致下述現(xiàn)象:
◆如果吸入管道堵塞或者缺水,則水泵會(huì)干轉(zhuǎn)。這會(huì)對(duì)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(hù)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(qū)使所有水泵加速到全轉(zhuǎn)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(xiàn)需要多余六臺(tái)泵的情況。
◆如果停止給增壓泵組供電,那么當(dāng)較低樓層的用戶繼續(xù)放水時(shí),系統(tǒng)壓力會(huì)下降。如果這時(shí)恢復(fù)供電使排水壓力突然得以再次提高,則會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的管道出現(xiàn)嚴(yán)重問題。系統(tǒng)管道內(nèi)出現(xiàn)壓力波動(dòng)或者液壓沖擊是一種非常危險(xiǎn)的情況。在最壞的情況下,這會(huì)導(dǎo)致大樓內(nèi)的主立管破裂——造成樓內(nèi)嚴(yán)重溢水。
但是,這些問題都是可以預(yù)防的。在CU351的LCD顯示屏上有一項(xiàng)”低排水壓力切斷功能”,它能夠被激活來保護(hù)泵和系統(tǒng)管道。該安全功能還可以設(shè)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(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(shè)置兩種不同的跳閘時(shí)間具有以下好處:
◆如果由于系統(tǒng)中突然出現(xiàn)很大的流量需求而導(dǎo)致壓力迅速下降,那么可以在短時(shí)間內(nèi)禁用阻止功能,以防出現(xiàn)損害。但是,如果低壓力維持的時(shí)間長(zhǎng)于該規(guī)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(tǒng)管道內(nèi)出現(xiàn)任何壓力波動(dòng)或者水錘效應(yīng)的危險(xiǎn)情況。
斷流水箱低水位保護(hù)
空氣進(jìn)入泵組的吸入側(cè)只會(huì)導(dǎo)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空氣,然后開始工作,則它們會(huì)遭受干轉(zhuǎn),并可能損傷泵軸封和軸承。為了保護(hù)增壓泵組免受低水位問題的困擾,需要在給水箱內(nèi)安裝浮控開關(guān)。
低水位浮控開關(guān):低水位水浮可連接兩個(gè)DI(數(shù)字輸入)端。這些浮控開關(guān)安裝在供水?dāng)嗔魉鋬?nèi)。浮控開關(guān)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(dāng)運(yùn)行安裝壓縮軟件包時(shí),該水浮被分配給與其相連的數(shù)字輸入端。另外的一些浮控開關(guān)也可以串聯(lián)到該信號(hào)輸入端。
斷流水箱保護(hù):有些客戶的要求中規(guī)定采用2個(gè)單獨(dú)的給水箱,以及2個(gè)需連接的單獨(dú)的浮控開關(guān)。在傳統(tǒng)的增壓泵組設(shè)計(jì)中,這需要提供一個(gè)獨(dú)立水箱選擇開關(guān),并將其安裝在控制面板的前面。
在MPC-E設(shè)計(jì)中,不必增加這種水箱選擇開關(guān),因?yàn)樵?span lang="EN-US">CU351上有2個(gè)數(shù)字輸入端,它們均可被分配用于低水位保護(hù)。如果其中任意一個(gè)水浮開關(guān)起作用,則泵組將被迫斷電以防止出現(xiàn)低水位情況。如果需要清潔給水箱,則通過CU351的顯示屏臨時(shí)禁用水浮開關(guān)。
冗余傳感器
冗余排水壓力傳感器帶來的好處是,當(dāng)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(nèi)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(nèi)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(hào)徹底無效,則表示出現(xiàn)故障。這時(shí)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(gè)傳感器之間的讀數(shù)相差超過10%,則增壓泵組控制器根據(jù)主傳感器的測(cè)量值繼續(xù)發(fā)揮作用。顯示屏上將顯示一條報(bào)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控制面板前面的顯示屏輕松地訪問(CU351)。其中包括對(duì)于商業(yè)大樓的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者非常有用的一些功能。
水泵定時(shí)輪流工作對(duì)于具有連續(xù)需求的系統(tǒng),水泵不能按串聯(lián)控制方式運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)具有內(nèi)部定時(shí)功能,即使水泵正在運(yùn)轉(zhuǎn)中,也可以自動(dòng)切換工作水泵。這樣保證更平均地使用所有的水泵,并維持水質(zhì)。
任何水泵如果超過24小時(shí)以上未工作,則每天會(huì)在預(yù)設(shè)的時(shí)間使它們運(yùn)轉(zhuǎn)幾秒鐘。這將保證水泵內(nèi)的機(jī)械式軸封維持良好的狀態(tài),并使泵體內(nèi)的水得到新鮮水的補(bǔ)充。
備用水泵
在某些系統(tǒng)中,需要指定一臺(tái)或多臺(tái)水泵作為備用泵。這樣能使系統(tǒng)的備份和冗余能力最大化,而且無需為了滿足泵組內(nèi)所有水泵同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的需要而改變主供水管和電纜的尺寸。
備用泵依然包括在工作泵的旋轉(zhuǎn)中,但是,當(dāng)任何工作泵發(fā)生故障不能運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),備用泵自動(dòng)接替其工作。任何水泵故障報(bào)警消息都記錄在LCD顯示屏上。該系列文章的第三部分,即最后一篇,將討論高樓內(nèi)如何在一定壓力下泵送和存儲(chǔ)水。我們還將重點(diǎn)分析該應(yīng)用中所涉及的一些風(fēng)險(xiǎn),并給出一些能夠?qū)⑦@些風(fēng)險(xiǎn)控制在最小程度的設(shè)計(jì)方案。
聯(lián)系方式:
Linda Dingley
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