消防遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)自動(dòng)增壓控制模塊設(shè)計(jì)分析

李存靖　張俊杰

摘 要：遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)是一種近幾年快速發(fā)展的消防滅火的大流量供水裝備，通過DN200～DN300大口徑水帶，能夠簡捷、快速地將幾公里甚至幾十公里內(nèi)水源在快速不間斷地引到救災(zāi)現(xiàn)場供使用。文章設(shè)計(jì)分析的自動(dòng)增壓控制模塊是遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)的重要組成部分，確保了裝備自動(dòng)遠(yuǎn)程持續(xù)供水。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程供水；自動(dòng)增壓控制；模塊；系統(tǒng)

引言

2015年4月9日，滄州國富批發(fā)市場突發(fā)大火，當(dāng)?shù)叵莱鰟?dòng)遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)從3公里外取水到滅火現(xiàn)場，供水約1.4萬多噸，解決了滅火現(xiàn)場水源不足的問題。2015年7月16日，山東日照石大科技石化有限公司液態(tài)烴球罐泄露引發(fā)火災(zāi)爆炸，山東消防總隊(duì)調(diào)集4套遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)前往救援供水，累計(jì)供水4萬多噸，對最終撲滅大火起到重要作用。遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)解決火災(zāi)現(xiàn)場水源不足、水壓低、供水量小等重大救災(zāi)難題，已成為消防部隊(duì)?wèi)?yīng)對大型火災(zāi)的有效利器。

自動(dòng)增壓控制模塊是遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)的重要組成部分，在系統(tǒng)連續(xù)供水工作過程中，肩負(fù)保證遠(yuǎn)距離輸送能力，并能實(shí)時(shí)監(jiān)測遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)消防泵的進(jìn)出口壓力和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并根據(jù)壓力的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)泵的進(jìn)壓和排壓，確保遠(yuǎn)距離供水的協(xié)調(diào)運(yùn)行，對進(jìn)泵欠壓和出泵超壓進(jìn)行保護(hù)與報(bào)警。

1 模塊功能

1.1 測量及顯示

實(shí)時(shí)測量發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、消防泵進(jìn)口壓力、出口壓力等參數(shù)并顯示在測控電腦的顯示屏上，對遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)當(dāng)前工作模式及運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)顯示。

1.2 調(diào)整模式切換

為確?，F(xiàn)場實(shí)際供水需求，設(shè)置自動(dòng)調(diào)整模式和手動(dòng)調(diào)整模式。手動(dòng)調(diào)整模式下，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)升速、降速，切換至自動(dòng)模式后，手動(dòng)調(diào)整模式失效。

1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)油門實(shí)時(shí)調(diào)整

在自動(dòng)調(diào)整作業(yè)時(shí)，控制系統(tǒng)可以根據(jù)消防泵進(jìn)出口壓力實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)油門，進(jìn)而改變發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，使得供水過程處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。

1.4 報(bào)警

作業(yè)過程中，出現(xiàn)以下情況時(shí)，控制模塊實(shí)施報(bào)警指示：消防泵排壓超限并調(diào)節(jié)無效時(shí)顯示屏文字閃爍報(bào)警；消防泵泵進(jìn)口壓力超限并調(diào)節(jié)無效時(shí)顯示屏文字閃爍報(bào)警；發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速超限并調(diào)節(jié)無效時(shí)顯示屏文字閃爍報(bào)警；油門執(zhí)行失效時(shí)顯示屏文字閃爍報(bào)警。

2 模塊構(gòu)成及控制原理

2.1 構(gòu)成

自動(dòng)增壓控制模塊由發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓泵、變速箱、控制器等部件組成，發(fā)動(dòng)機(jī)為模塊提供動(dòng)力輸出，增壓泵提供遠(yuǎn)距離輸出的壓力保證。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力傳遞至變速箱，變速箱輸入軸與發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪相連，取出動(dòng)力，輸出軸驅(qū)動(dòng)增壓泵。變速箱離合器采用液壓驅(qū)動(dòng)方式，保證發(fā)動(dòng)機(jī)和增壓泵可快速徹底分合，便于發(fā)動(dòng)機(jī)、增壓泵的單獨(dú)保養(yǎng)維修與調(diào)試。如圖1所示。

2.2 控制原理

控制器由測控電腦、電源盒、轉(zhuǎn)速傳感器、泵進(jìn)口壓力傳感器、泵出口壓力傳感器和油門執(zhí)行器組成，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增壓的控制部分。測控電腦是整個(gè)控制器的核心，傳感器采集發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、泵進(jìn)口壓力和泵出口壓力等信號，測控電腦對這些信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換、計(jì)算并在顯示屏上顯示，同時(shí)測控電腦可以通過油門執(zhí)行器控制發(fā)動(dòng)機(jī)油門大小。整個(gè)控制器形成一個(gè)完整的閉環(huán)控制，保證系統(tǒng)能按操作人員選擇的方式作業(yè)，達(dá)到自動(dòng)輸油作業(yè)的目的。測控電腦具有操作和顯示功能。如圖2所示。

2.3 控制部件

（1）測控電腦：進(jìn)行各傳感器數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)運(yùn)算處理、數(shù)據(jù)狀態(tài)顯示、故障狀態(tài)顯示以及油門執(zhí)行器調(diào)整量的輸出。（2）電源盒：為主機(jī)和各傳感器提供穩(wěn)定的DC 12V和DC 24V電源。（3）傳感器：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速傳感器是利用發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成比例的電壓脈沖信號，測控電腦根據(jù)此信號與時(shí)間關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值，并顯示在面板上。泵進(jìn)、出口壓力傳感器用于產(chǎn)生與輸水壓力成比例的電壓信號，測控電腦根據(jù)此信號進(jìn)行計(jì)算，得到泵進(jìn)、出口壓力值，并顯示在面板上。（4）油門執(zhí)行器：接收主機(jī)發(fā)送的調(diào)整量信息，并對油門進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。如圖3所示。

3 自動(dòng)控制程序設(shè)定

控制程序?qū)懭霚y控電腦主板，用于自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以調(diào)節(jié)消防泵的進(jìn)壓和排壓，使管線系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行，并防止進(jìn)泵欠壓和出泵超壓。控制程序設(shè)置了五個(gè)控制壓力：P1-最低允許進(jìn)壓；P2-增速必須進(jìn)壓；P3-輸水應(yīng)有排壓；P4-最高允許排壓；P5-最高允許進(jìn)壓。（1）增速。在進(jìn)壓高于P2并且排壓低于P3時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速緩慢提高，以最高轉(zhuǎn)速為限。（2）降速。在進(jìn)壓低于P1或排壓高于P4時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速降低，以最低轉(zhuǎn)速為限。（3）穩(wěn)轉(zhuǎn)速。在其余情況下，即排壓低于P3但進(jìn)壓低于P2時(shí)，或進(jìn)壓高于P2但排壓已達(dá)P3時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定不變。（4）停機(jī)。在進(jìn)口壓力高于P5時(shí)，使發(fā)動(dòng)機(jī)快速停機(jī)，自動(dòng)增壓模塊停止工作。

4 模塊電氣控制

在整個(gè)自動(dòng)增壓控制模塊中，電氣控制對保證機(jī)組安全運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，除滿足機(jī)組正常的啟動(dòng)、運(yùn)行、停機(jī)、照明等基本要求外，重點(diǎn)設(shè)置安全保護(hù)，對發(fā)動(dòng)機(jī)、離合增速箱、增壓泵等運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，出現(xiàn)一般故障時(shí)給予報(bào)警，出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)自動(dòng)緊急停機(jī)。

5 結(jié)束語

自動(dòng)增壓控制模塊在遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)實(shí)施救災(zāi)供水過程中，確保了大口徑水帶遠(yuǎn)距離輸水供應(yīng)能力，同時(shí)該模塊具有欠壓、過壓保護(hù)功能，可以自動(dòng)防止前方水帶突然關(guān)閉或突然斷裂對系統(tǒng)機(jī)組的影響，將在今后消防應(yīng)對大型火災(zāi)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。

作者簡介：李存靖，男，新興重工湖北三六一一機(jī)械有限公司工程師，長期從事消防遠(yuǎn)程供水系統(tǒng)研發(fā)，參與該裝備的國家標(biāo)準(zhǔn)的起草和修訂。

張俊杰，男，山東省公安消防總隊(duì)高級工程師，消防裝備專家，長期從事消防裝備研究和消防滅火實(shí)戰(zhàn)。