消防泵主泵备用泵切换技术研究方法

消防泵是消防给水系统中的心脏。在消防给水系统中，设置消防备用泵可以增加整个系统的安全性，有利于提高整个消防给水系统的可靠性。根据国家标准《建筑设计防火规范》(GBJ16-87)的规定，除室外消防用水量不超过25L／s的工厂、仓库和七层至九层的单元住宅外，固定消防泵应设有备用泵，其工作能力不应小于一台主要泵。《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)中7．5．3条也规定，消防给水系统应设置备用消防水泵。消防泵的主备用切换是实现消防备用泵投人工作的重要手段，也是消防给水系统可靠、安全运行的重要环节。

 

    1.消防泵的主备用切换方法

 

    从消防泵启动信号的采集和控制角度来看，设计中消防泵的主备用切换主要有两种方法。其关键是控制信号来源的选择，它可分为电流信号控制方法和压力信号控制方法。通常消防泵的主备用泵均需按互为备用的方式进行设计。

 

    电流信号控制方法是现在消防设计中消防泵主备用切换的常用方法。它通过对水泵的电动机电流信号反馈，来判断消防泵是否工作。当电机短路(断电)、电流过大时，电源自动切换至另一台水泵机组的电机，停止第一台消防泵的工作，启动另一台消防泵工作。

 

    压力信号控制方法是在消防泵的出水总管上设置电节点压力表，如图1，消防泵主备用的切换是由该压力表的信号来判断的。当消防泵控制箱接到动作指令，立刻启动任一台消防泵，若消防泵工作后的电节点压力表指示的压力未能达到设定的压力值时，控制箱将自动切换到另一台消防泵，启动工作。

 

    当然，电气消防泵控制的原理中可任意指定一台消防泵为主泵或备用泵。电流信号控制方法在目前国内采用最早、最多，而压力信号控制方法在国外的自动喷水灭火系统开始运用，压力信号控制方法对消防给水系统的自动控制提供了可靠的方式。

 

    2.主备用切换方法的比较

 

    2．1 消防泵出现故障的原因分析消防泵出现的故障最终结果是消防泵不能正常给水。造成消防泵故障的主要原因可分为两类，一类是电机故障，另一类是水泵故障。

 

    在电机故障中，有电源问题，如供电不正常造成的断电、电压过高或过低等；电机本身问题，如由于电机损坏无法运行；电机过载问题，电机带动的水泵轴功率过大或管道堵塞，形成电流过大而停止工作等等。

 

    在水泵故障中，可能是由于水泵轴承、叶轮等问题造成。根据工程实践的经验，电机故障的概率要较水泵故障的概率高。

 

    2．2 消防泵主备用切换方法的分析

 

    采用电流信号控制方法，其优点是能及时反映电机的故障。而电机的故障也是水泵机组的主要故障。但这种方法并不能说明消防泵实际是否出水。

 

    采用压力信号控制方法，可以真实地反映消防水泵机组实际的工作情况，其切换的信号可信度较高。无论是电机故障还是水泵故障，只要消防泵出水管的压力没有达到一定的压力值，就需要及时切换主备用消防泵。然而，压力信号控制方法也有其缺点。当消防给水系统的实际出水量较大时，消防泵出水管的压力下降后，易造成消防泵压力的切换信号误动作，停止一台消防泵的工作切换成另一台消防泵的启动。水泵在切换、重新启动需要有一定的时间。这样，势必会造成消防给水的中断，延误灭火。此外，压力信号控制方法也可在电路设计考虑电机的短路、过载、过压、缺相、欠压、过热等保护功能。

 

    从系统的角度分析，将消防泵和电机作为整个消防泵机组来看，判断其给水的最终效果即水泵机组是否出水，理应是采用压力信号控制的主备用切换方法较为合理。在消防给水系统的用水量超过设计流量时，可以在控制电路上加以调整，扩大消防泵用电容量的设计，保证全部消防泵工作的用电量，而消防泵的用电量在消防期间仅仅是全部消防用电量的一个部分，对整个消防供电系统不至于造成较大的影响。这样，在出水管压力降低后，及时启动另一台消防泵，可不必考虑原消防泵的关闭问题。

 

    从可靠性的角度出发，消防泵给水系统的可靠性是与可靠性的结构有关。消防泵机组设置主备用的可靠性框图可表示为水泵与电机的串联关系、机组与机组之间的并联关系"〔1〕如图2。

 

    整个线路的可靠度可简单地表示为R。R＝1一(1一R1)X(1一R2)＝1一(1一R1aXRlb)X(1一R2aXR2b)。从图2中也可直接看出，提高消防泵与电机的可靠性同等重要。若仅以1台电机(1B或2B)来判断给水系统的可靠是不完善的。采用整个系统的可靠度即在消防泵机组出水总管设置信号，这才是具有可靠意义的。

 

    值得注意的是，在消防泵出水管压力值的设定时，应考虑灭火初期时消防高位水箱的给水压力。因此，对于临时高压的室内消防给水系统，其设定的压力值应大于平时管网的给水压力。另在启动消防主泵后，需设置一定的延时，方可去判断电节点压力表的压力值，确定是否需要切换到另一台消防备用泵。并建议将电节点压力表设置在消防泵出水管阀门后(按水流方向)的消防给水总管，对喷淋系统宜设置在消防泵出水管止回阀与水力报警阀组之间，以确保压力信号的可靠。

 

    2．3 两种控制方法的比较

 

    电流信号控制方法和压力信号控制方法均是消防泵主备用切换的方式。消防泵控制的要求是一致的，而两种方法对信号的采集不同，最终控制的效果也不同。两种控制方法的比较如表1。

 

    合理选择消防泵主备用切换的方式具有重要的意义。它对于消防给水系统的可靠性起重要的保证作用。压力信号控制方法有利于BA的真实控制，特别适用于自动喷水灭火系统。

 

    2．4 压力信号控制方法需注意的问题

 

    在压力信号控制方法的设计中，需注意以下问题，以确保消防泵主备用切换的可靠。

 

    (1)电节点压力表宜设在消防泵的出水总管上，不应设在消防泵阀门之前(按水流方向)。压力设定值应大于高位消防水箱的给水压力值。

 

    这是因为压力信号的位置应能真实地反映消防泵和系统的给水运行工况。若压力表设在消防泵出水阀前，而阀门误关闭，则消防泵虽然正常运行，可显示正常的给水压力，但系统的给水工况并不正常。因此，采用压力信号控制方法的切换还可调整消防泵的管路不正常的给水工况，及时启动另一给水管路的消防泵。

 

    (2)在信号控制判断的电路设计中，切换需设置一定的时间延时。这主要是由于消防泵启动后需要有一个启动时间和管道内水流经过的时间，判断的时间延时需大于上述两个因素，一般可采用1～2min。

 

这样，电节点压力信号的控制值才有真实性。

 

    (3)压力信号控制方法的切换可以任意指定消防泵的主泵或备用泵，也可定期切换。

 

    (4)消防泵的控制除了自动控制外，还应有就地(手动)控制的功能。消防泵的工作信号需传送至消防控制中心，以便监视、控制和楼宇的自控记录。

 

    在消防电源的设计中宜考虑足够的消防泵用电容量。在消防泵的切换中，建议不停止第一台消防泵的供电，即按最不利时两台消防泵供电的状况设计，这样有利于满足消防给水系统在超负荷状态下的运行工况，且可减少消防泵在切换时的时间间隔，尽快让消防泵投入运行，提高消防给水的时间。

 

    3.结论

 

    (1)消防泵主备用的切换的关键是控制信号的选择。切换消防泵主备用的方法主要有电流信号控制和压力信号控制。

 

    (2)在消防给水系统中，综合水泵机组的工作效果，采用压力信号控制方法要优于电流信号控制方法。压力信号控制方法能真实地反映出消防给水的工况，其切换信号的可靠性较高。建议在有关的消防规范中明确消防泵主备用的切换的压力信号控制方法。

 

    (3)在采用压力信号控制方法时，切换信号的电节点压力表宜设置在消防泵的出水总管的阀门后或水力报警阀后。同时，电路设计中需设置一定的延时再去判断电节点压力表的压力值。