关于变速增压泵组

冷水增压泵于1974年研制成功，当时Grundfos公司制造出该设备（图1）。该设备的研制利用了变速驱动器（变频器）来改变现今增压泵的速度。使用变频器的一些重要好处包括：

◆在整个管网中更平稳地控制系统压力。

◆将液压应力减少到最低程度，从而延长配水管道和水管接头的使用寿命。

◆与不使用变频器的同类水泵相比，耗电量减少。

◆电气软起动和停止，消除了电气系统中起动电流的影响。

◆不再需要压力开关和电动机接触器，这样做既降低了工作噪音，又减小了控制面板内开关装置的机械磨损。

它们怎么工作？

泵组控制系统可以分为两部分：对泵的控制，以及对系统的监控和管理。

对泵的控制：当水龙头或者其他输出装置打开时，存储的系统压力会逐渐降低。压降的速率由安装在排水管内的膨胀管的尺寸决定。由压力传感器反馈来的电信号（传感器位于排水支管内）将显示系统压力降低到刚好低于系统的设置压力。这将触发控制器启动导引泵。

导引泵将一直加速，直到压力传感器指示系统压力恢复并保持在其初始设置点的压力值。

如果安装的用于驱动泵电机的变频器达到了满工作输出（100%），而仍然需要用水，那么压力将再次下降到低于设置点的压力值。泵控制系统将启动第二台水泵。导引泵的转速将减小以便与第二台泵的转速相互配合，从而保证系统维持设置点的压力值。如果继续需要用水，则两台泵的转速将增大到它们的全工作转速。

在有三台水泵的系统中，当两台水泵已经达到全转速时，第三台水泵就开始工作，接着前两台水泵的转速减小以便使系统压力再次达到平衡状态。当想要使用多台水泵时，可以继续按照这种方式采用分级的方法（如图2所示）来工作。

为了提供商业大楼所需的最大液压输出，即使是在很高的高楼中（图3），也很少出现需要六台以上水泵的情况。增压泵组所需水泵的最有效数量取决于几个设计因素：

两台水泵：两台水泵的系统确保当其中一台水泵发生故障时，大楼仍能继续工作。水泵是工作的物件，因此它们会随着时间的变迁而磨损。轴封会磨损及泄漏，从而造成水的流失，这时就需要使水泵停止工作，直到它被修好或者替换为止。

图1. 冷水增压泵于1974年研制成功，当时Grundfos公司制造出该设备。如今它的变化在于更多地利用变速驱动器来提高效率。

三台水泵：一般来说，三台水泵的布局具有更大的设计舒适度，当一台水泵发生故障时，系统能够保持相当大一部分的系统流量。

四台水泵：在容量非常大的系统中，更多的水泵将保证为安装者、终端用户以及维修支持小组带来以下好处：

◆对于流量变化很大的系统，水泵控制器通过使每台水泵工作在接近其峰值效率的状态下，能够尽量减小能耗。
◆更大的”水泵冗余”。如果将来水泵发生故障，那么该系统将允许有更多的时间来考虑是否需要修理或者更换水泵。
◆水泵的尺寸更小，则更易于维护和修理。
◆止逆阀和水泵隔离阀更小，则更易于拆除、清洁或者更换。

Multi-E泵组

下面我们来讨论Grundfos公司的Multi-E泵组的监控与管理；2、3及4台水泵泵组。在只有三层楼高的小型商业大楼中，系统设计者只需要最少的监控与管理功能。Multi-E的设计就好像是为这些系统度身定做的一样。控制器根据需要调节性能，并通过以下操作来维持恒定的系统压力：

◆起动及停止所需数量的泵。

◆改变运转水泵的转速以适应设置的压力值。

◆并行控制运转的水泵以管理设置的压力值。
根据各台泵的载荷、工作时间以及任何未来的故障状态使这些泵自动轮流工作。

为了保护控制器和泵的完整性，Multi-E增压泵组将监视并报告最低程度的报警情况。当出现以下情况时即报警：
◆压力传感器失效。
◆单台泵出现机械或者电气故障。
◆通过液位开关检测到断流水箱中出现低水位情况。

控制器的输出有：
◆主水泵上的工作和故障指示灯。
◆如果需要，还可以用一台故障中继器来把远程报警消息传送给大楼内的中央控制面板。

图2.在一个三台水泵的系统中，当两台水泵达到全转速时，第三台水泵开始工作，这时前两台工作泵的转速减小以便使系统压力再次达到平衡状态。

Hydro MPC-E泵组

下面我们来讨论Grundfos公司的Hydro MPC-E 2、3、4、5和6台水泵的泵组（图4显示的是3台水泵的泵组）。

在大型的商业大楼中，系统设计者们往往在监视和管理水泵系统方面有更多的要求。Hydro MPC-E的设计也好像是为这些大楼定制的一样，它们具有更全面的控制面板规格。

控制器中的许多功能都可以通过控制面板前面的显示屏轻松地访问（CU351-如图4所示）。以下列出了对于商业大楼的系统设计者非常有用的一些重要功能：
◆独立地手动控制各台水泵以便于维护。
◆提供保护以免出现低排水压力。
◆断流水箱低水位保护与选择。
◆“冗余”排水压力传感器
◆水泵定时轮流工作。
◆备用水泵。

下文分别对这些功能作了更详细的介绍。

独立地手动控制各台水泵

独立地手动控制各台水泵是指能够使任意一台水泵退出“自动控制”模式，将其切换到“手动工作”方式或者使泵电机断电。

在CU351“LCD”菜单中，每台水泵电机可以：
1.从自动切换到手动工作模式，然后根据需要再切换回自动方式。
2.任何时候一旦工作转速达到全转速，即可以手动方式工作。
3.每台水泵都可以切换到停止状态。

利用这种现代化的水泵控制器，系统所有者还可以设置口令来保护水泵的某些操作功能。这确保水泵不会意外地从“自动”运行被改变成手动运行方式。
注意 ：在之前的水泵控制面板设计中，通常习惯把”手动/关闭/自动”开关安装在控制面板前端以便对各台水泵进行应急操作。但是这样存在着风险，不熟练的操作人员可能会误将水泵从自动工作方式切换到手动工作方式。在这种方式下手动运行的水泵会使空管道里产生高流速，从而导致主管道内出现压力波动——尤其是在高楼内。

低排水压力

在下述情况下会出现低排水压力：
◆由于供水中断或者吸入管道堵塞而导致水泵的吸入压力降低。
◆控制面板电源断电。

这种情形会导致下述现象：
◆如果吸入管道堵塞或者缺水，则水泵会干转。这会对轴封、轴承、叶轮以及泵轴造成损伤。如果没有安装低水位保护装置，或者该装置未能合理地发挥作用，则水泵控制器简单地驱使所有水泵加速到全转速，以纠正低排水压力造成的问题。


图3.这些非常高的大楼，给水泵组带来了一些难题，不过即使要提供这么高的大楼所需的最大液压输出，也很少出现需要多余六台泵的情况。

◆如果停止给增压泵组供电，那么当较低楼层的用户继续放水时，系统压力会下降。如果这时恢复供电使排水压力突然得以再次提高，则会导致系统的管道出现严重问题。系统管道内出现压力波动或者液压冲击是一种非常危险的情况。在最坏的情况下，这会导致大楼内的主立管破裂——造成楼内严重溢水。

但是，这些问题都是可以预防的。在CU351的LCD显示屏上有一项”低排水压力切断功能”，它能够被激活来保护泵和系统管道。该安全功能还可以设置用于以下两种不同的工作状态，它们具有不同的跳闸时间：
1.系统重启/断电之后的低压力。
2. 在常规系统工作中的低压力。

能够设置两种不同的跳闸时间具有以下好处：
◆如果由于系统中突然出现很大的流量需求而导致压力迅速下降，那么可以在短时间内禁用阻止功能，以防出现损害。但是，如果低压力维持的时间长于该规定时间，则损害还是会发生。
◆在重启电源时可以立即使增压泵组停止工作。这样能防止系统管道内出现任何压力波动或者水锤效应的危险情况。

断流水箱低水位保护

空气进入泵组的吸入侧只会导致其中一些水泵而不是所有水泵损失起动注水。如果使某些水泵充满空气，然后开始工作，则它们会遭受干转，并可能损伤泵轴封和轴承。为了保护增压泵组免受低水位问题的困扰，需要在给水箱内安装浮控开关。

低水位浮控开关：低水位水浮可连接两个DI（数字输入）端。这些浮控开关安装在供水断流水箱内。浮控开关的布线在CU351控制面板背面。

在大部分安装中，水浮连接到CU351的DI2端，然后当运行安装压缩软件包时，该水浮被分配给与其相连的数字输入端。另外的一些浮控开关也可以串联到该信号输入端。

断流水箱保护：有些客户的要求中规定采用2个单独的给水箱，以及2个需连接的单独的浮控开关。在传统的增压泵组设计中，这需要提供一个独立水箱选择开关，并将其安装在控制面板的前面。

在MPC-E设计中，不必增加这种水箱选择开关，因为在CU351上有2个数字输入端，它们均可被分配用于低水位保护。如果其中任意一个水浮开关起作用，则泵组将被迫断电以防止出现低水位情况。如果需要清洁给水箱，则通过CU351的显示屏临时禁用水浮开关。

冗余传感器

冗余排水压力传感器带来的好处是，当主压力传感器缺失时，维持泵组的自动控制功能。这种故障情况的发生缘于以下几种情形：
◆压力传感器内部的水道堵塞。
◆压力传感器与控制面板之间的连接电缆变松/断裂。
◆压力传感器内部的水封受损。

它怎么工作？它像这样工作的：如果主传感器或者次传感器的信号彻底无效，则表示出现故障。这时增压泵组控制器依靠其他的传感器继续发挥作用。如果两个传感器之间的读数相差超过10%，则增压泵组控制器根据主传感器的测量值继续发挥作用。显示屏上将显示一条报警消息，以提醒操作员进一步查看。

图4.控制器中的许多功能都可以通过控制面板前面的显示屏轻松地访问（CU351）。其中包括对于商业大楼的系统设计者非常有用的一些功能。