柴油机消防水泵现状和高新技术应用发展

柴油机消防水泵现状和高新技术应用发展2009/1/14/08:16 来源：广州三业科技有限公司 作者：郑浩 摘要 采用柴油发动机为动力直接驱动消防水泵与传统应用应急发电设备加配电系统给电动泵供电的方案相比，在消防领域的应用有无可比拟的优越性，随着各种高新技术的推广、设计理念的改变而促使用柴油机消防水泵在技术性能、应用数量上均有高速的发展，特别是在现代高层楼宇、工业区、住宅区等场所得到广泛的应用。文章通过对柴油机消防水泵新技术特点的论述，进一步推广消防领域对柴油机消防水泵的应用。 关键词 消防 柴油机动力 智能化 自动化 扬程 流量 调速率 1.柴油机消防水泵的现状 1.1老式应急消防系统的缺陷 1.1.1采用大功率柴油发电机作应急发电机组，同时配备输、配电系统、电控柜和双路电源转换系统给电动泵配电。系统复杂、维护难度大。 1.1.2不少火灾正是由于电气系统故障所致，火警时通常配电系统可能已失效，或火灾已将配电设施烧毁，导致消防系统已不能工作。 1.1.3设备安装占地面积大、基本建设投资大。 1.2柴油机消防水泵的优点 1.2.1相对动力配用功率容量大大减少，系统简单，维护方便。 1.2.2系统独立，可靠性大大提高。 1.2.3体积小，总投资也大大减少。 1.3柴油机消防水泵的控制方式与发展方向 1.3.1手动型 人工启动、人工调速、人工监测。 1.3.2普通自动型 可接受消防信号自启动，具有基本的保护（超温、超速、欠润滑）。发动机采用机械调速，全速启动，静态调速率为5%10%，动态调速度为10%30%。 1.3.3高级自动型 可接受消防信号自启动或手动操作，具有发动机的基本保护（超温、超速、欠润滑）采用电子调速、怠速/全速选择，静态调速率可为0，动态调速率为3%7%。 1.3.4智能型 具有手动、自动、网络遥控、自动巡检及自动故障诊断功能，可单独及配合中央消防系统完成全面的状态检测、运行性能测试，启动运行过程智能化控制由微电脑（固化程序的专用芯片）指令的电子调速实现软启动、软升速，具有优良的静态、动态调速特性。系统能全面监测发动机的运行参数和自动诊断发动机的故障，还监测水泵的扬程、流量及功率，使泵组得到可靠的、全面监护。智能型系统不但功能齐全，而且因采用专用的模块制造，所以体积小、可靠性高、造价低。是今后柴油机消防水泵发展的方向。 2.高新技术在柴油机消防水泵的应用 2.1发动机的智能监控 2.1.1控制功能 2.1.2控制系统应具有全自动化控制设计，可选择手动控制、自动程序控制、遥控、强行启动等控制模式。 2.1.3可设定柴油机的各种过程控制时间，其中包括启动前预热或预润滑时间、启动延时时间、启动限时、启动电机脱离转速、怠速运行延时、软升速过程延时、怠速冷却停机延时等。 2.1.4可根据需要任意设定柴油发动机的额定转速值(因为可通过改变发动机转速而满足用户对扬程、流量的要求)，自动监视发动机在启动、怠速、升速、全速等过程的速度变化，自动完成起动电机的投入与撤出（智能判断在启动过程中是由于启动电机与启动飞轮打滑造成启动失灵，还是启动过程正常而启动失败，前者应马上退出启动电机，隔一段时间重新再尝试启动，以免损坏启动齿轮等部件，后者允许在限定时间内连续启动，若一次启动不成功则进行多次）、速度过高与过低的预报警及超限停机等。 2.1.5可设定报警限定值，自动实现超限预报警（不停机）、报警同时自动停机等预报警的项目应包括超速、低速、低润滑油压、高冷却温度、低气温(低于4防结冰)、低燃油位、低水位、低电池电压、高电池电压、转速信号未校准、超流量等；自动报警并停机的项目应包括无转速信号（启动转速过低、速度传感器失灵、启动电机打滑）、超速、低速、低润滑油压、高冷却温度、启动失败、停机失败、油压传感器开路/短路、水温传感器开路/短路、速度传感器开路/短路、流量过大而超负荷等。 2.2显示功能 2.2.1柴油机运行状态显示按系统现时的实际情况，显示设备当前所处的状态守候、开机、供油、启动、启动延时、怠速延时、正常运行、冷却停机、紧急停机。 2.2.2泵组运行参数测量显示在系统运行过程中，显示现时的相关参数值转速、运行时间、燃油存量、电池电压、冷却温度、润滑油压力、水泵出口压力、水泵流量。 2.2.3泵组报警状态显示当系统出现故障报警，面板即能显示所出现的故障，说明报警类型（预报警或报警）、以及报警原因。 2.2.4泵组参数设置显示，显示当前系统设置的各个参数值，包括启动/停机过程延时状态设定值、运行速度控制设定值和全部的报警、预警参数设定值。 2.2.5远程网络监控功能通过消防网络通信系统（或楼宇自控系统）完成对系统的巡回检测（类似对温感、烟感的巡回检测）。能控制机组开/停，并将其运行参数进行分析及存档。因为消防系统通常长期处于备用状态，所以日常的维护、保养、系统检测显得非常重要，系统能自动完成对机组的备用状态进行测试，及时预报警，并保证蓄电池处于良好的状态。 2.3产品特点及其先进性 要实现系统的自动控制与监测功能，需要处理、控制的参数很多，如果采用普通继电器或分立电子元件组成的数据采集及逻辑控制电路是不可能实现的。所以国际上通常是采用两种系统：专用控制模块；可编程控制器。目前国内普遍是采用可编程控制器（PLC）进行多通道的模拟量（传感器变送器）、开关量数据采集及控制（采用PLC：上马快、可随时更改程序、容易扩展、但系统仍较复杂、同时必须由专业工程师调试，价格也相对较高）。 广州三业科技有限公司从1996年来致力从事柴油发动机控制系统的开发，并成功地开发出一系列专用的控制器，目前已针对柴油机水泵的特殊控制，按智能型的要求开发出的专用的消防水泵控制系统并取得了多项的国发明、实用型专利。 广州三业科技有限公司命名为MICROPANEL-XBC的柴油机消防水泵控制系统下图（1）采用一体模块化设计，面板操作、外围接线非常简单而可靠。 图（1）2.4泵组的转速调节系统 2.4.1泵组的转速应能接受计算机进行优化控制，达到较理想的调节效果，如下图(2)曲线所示： 图(2)2.4.2具有优良的稳态、瞬态转速调整率 根据转速n与扬程H、流量Q之间的函数关系：，n1额定转速、n2带负载后变化的转速、Q1额定流量、Q2转速下降后的流量、H1额定扬程、H2转速下降后的扬程、P1额定轴功率、P2转速下降后的轴功率。根据上述公式可知转速n的改变会使扬程与流量发生很大的改变。所以如果柴油发动机的转速调整率n较大，则水泵的流量Q（与转速成正比）、扬程H（与转速的平方成正比）就会远远偏离额定值。 其计算方法按下面公式计算： n泵组额定转速r/min（转/分钟） n1负载渐变后稳定的转速r/m（转/分钟） n2满载时的转速r/min（转/分钟） n3负载突变前的稳定的转速：r/min（转/分钟） n4负载突变时的最大或最小转速：r/min（转/分钟） 异步电动机的转差率一般为23%，但普通的柴油发动机的稳态调速率nw为510%、瞬态调速率ns为1030%，所以采用普通柴油发动机装配消防水泵很难满足现代消防的要求。 高性能的消防水泵往往是按照用户的扬程、流量的要求设计最节能（高效率）、体积/重量尽小的泵组。所以转速是按扬程、流量、水泵效率、水泵转速特性、发动机的功率-扭距/转速特性等要求改变的，这使普通柴油发动机的机械调速装置更难满足要求（发动机只有在大批量定单的前提下，生产厂才有可能可按某一特定转速通过对燃油泵的修改/调整后提高稳态、瞬态调整率）。 因此柴油机水泵要达到或接近电动泵的水平必须装配电子调速系统。较好的电子调速系统其技术指标能达到nw1%、ns7%；高性能的电子调速系统其技术指标能达到nw为“0”、ns3%，并且瞬态时具有很快的恢复时间。 采用广州三业科技有限公司生产的已获国家专利的SY柴油机水泵专用电子调速系统，可执行由计算机发出的指命，完成图（2）的运行特性，并具有非常硬的转速负荷特性，调差率为0（比电动机要高），空载/满载均能保持标准转速。由于采用智能型电子调速，所以非常方便地使供水系统采用恒速（非常硬的转速/负荷特性），或恒压（非常硬的输出压力/流量特性）。 恒速：通过检测水泵的转速就化不断修正发动机的供油量，保证发动机恒速运行（速度闭环控制） 恒压：通过检测水泵出口压力变化不断改变发动机的供油量，改变发动机的运行转速，以恒定水泵的出口压力（压力闭环变速恒压控制） 采用XBC的柴油机消防水泵控制系统与电子调速器配合可对发动机实现软启动控制如图（2）曲线，柴油机水泵的控制系统是由一台专用的计算机进行控制的，通过用户对系统设定，可任意设置怠速的运行时间及升速的斜率，如图（2）。另外还具有如下优点： 1.缓慢增加发动机的转矩，可大大减小发动机与水泵之间的冲击； 2.减少启动的排耗（冷机高速启动会损害发动机及增加黑烟排放）； 3.停机前先减速，然后怠速运行一段时间，待发动机冷却后才停机。 上述的SY电子调速系统可比较理想地解决了消防水泵的速度控制问题。 2.5智能型的柴油机水泵的另一个技术要点是系统扬程/流量的监测与过载保护；已获得国家发明专利。 2.5.1普通电动机拖动的水泵如果发生过载（超流量），设计上很容易在其供电回路上装上过电流保护元件，当系统过载必然会引至保护元件动作，切断电动机的供电回路，系统得到了保护。但如果柴油机水泵发生超载（超流量）则很难上检测到并采取措施。 2.5.2从事给水设计的工程师均清楚地知道，任何型式的水泵只要转速恒定，其扬程/流量/轴功率就形成了类似图（3）特性的曲线，并符合一定的数学关系。广州三业科技有限公司发明了一种方法（已获得国家发明专利）：使用电磁速度传感器、普通压力传感器实时测得其转速及水泵出口压力，在对应泵图（3）的曲线上，可即时查得水泵实时流量及相应的轴功率，有了流量、功率参数，过载保护的难题就迎刃而解了。 图(3)2.5.3其优点如下： 1.体积小，不占设备空间，通过试验台标定后，可获较高