CN113655822A - 自调节开路泵单元 - Google Patents

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Abstract

一种可被控制以在所需要的条件下操作以用于为诸如喷淋器之类的防火系统供源的自调节消防泵单元。该消防泵单元可基于检测到的压力和流量根据控制曲线来被操作。该控制曲线可包括：a)针对压力和流量的系统负载的额定总值的第一设定点，b)额定总流量值的超额百分比处的额定总压力值的最小部分百分比的第二设定点，c)针对直至第一设定点的所有流量值保持额定总压力值的路径，d)第一设定点和第二设定点之间的路径，e)始于第二设定点的针对大于第二设定点的流量值限制压力值的路径。

Description

自调节开路泵单元
本申请是申请日为2016年11月25日的题为“自调节开路泵单元”的中国发明专利申请201680082381.X的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2016年6月14日提交的名称为“自调节开路泵单元(SELF-REGULATING OPEN CIRCUIT PUMP UNIT)”的美国临时专利申请No.62/350,038的优先权的权益，该临时专利申请在此通过引用而被整体并入下文中的示例实施例的详细描述中。
技术领域
一些示例实施例涉及开路流控制系统，并且一些示例实施例具体涉及生活用水增压泵或者涉及灭火或喷淋泵。
背景技术
开路泵系统从供应源抽取流体并对泵排出口(pump discharge)增压以实现许多不同的目标，包括但不限于：向阀、喷嘴或其他设备提供高工作压力流体供给，从而使得流体能够被输送到更高的高度或下游、使得流体能够对膨胀球囊增压、或者实现这些和其他目标的任何组合。
消防泵被用来向防火系统(诸如喷淋器)提供经增压的流。对于消防喷淋器系统，消防泵的目的是要对供给侧或城市主压力(city main pressure)增压以满足或超过喷淋器头的设计工作压力。对许多安装的挑战在于城市主压力可能在全天、一整周或全年的时间中显著地改变，并且激活了的喷淋器头的数量并非一种可预测的需求。
为了使许多喷淋器系统能够以恒速泵来容适操作条件范围，附加组件通常被添加到喷淋器分配中，诸如减压阀(PRV)或压力调节阀。这些额外组件引入更多的潜在故障点、维护需求和更换需求。
在消防泵的使用寿命期间，它还可经受常规操作测试和年流量测试。恒速泵在测试期间每当其启动和停止时将其自身以及喷淋器管道系统暴露于苛刻应力下。然而，这可以是强制性的，以确保系统随时间推移的功能性。
另一典型的安装的特征是被用来降低由“直接在线(direct on-line)”启动器造成的苛刻应力的软启动器，该“直接在线”启动器是较大的传统消防泵系统通常所包括的高代价的特征。
鉴于下文中的示例实施例的详细描述，现有系统的附加困难是可以领会的。
发明内容
根据一些示例实施例，一种可操作以满足所需条件的自调节消防泵单元被普遍地提供。
在一示例实施例中，提供了一种自调节消防泵(诸如消防泵单元或家用增压器)，所述自调节消防泵用于为诸如喷淋器之类的防火系统供源。消防泵可根据控制曲线来被操作。该控制曲线可包括：a)针对压力和流量的系统负载的额定总值的第一设定点，b)额定总流量值的超额百分比(over-percentage)处的额定总压力值的最小部分百分比的第二设定点，c)针对直至第一设定点的所有流量值保持额定总压力值的路径，d)第一设定点和第二设定点之间的路径，e)始于第二设定点的针对大于第二设定点的流量值限制压力值的路径，f)零流量关闭水头压力(zero flow shutoff head pressure)设定点，以及g)从零流量关闭水头压力设定点到保持额定总压力值的路径的路径。
在另一示例实施例中，提供了一种用于为系统负载供源的控制系统，包括：可变速设备，该可变速设备具有可操作元件，以便为系统负载供源；一个或多个控制器，该一个或多个控制器被配置成确定用于该可变速设备的可操作元件的可变操作的控制曲线信息，该控制曲线信息至少取决于第一参数和第二参数，该第一参数和第二参数是相关的。控制曲线信息可包括：a)针对第一参数的系统负载的额定总值和针对第二参数的系统负载的额定总值的第一设定点，以及b)第二参数的额定总值的超额百分比处的第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点。该一个或多个控制器被配置成：接收与各参数中的至少一个参数相关的一个或多个输入，以及根据控制曲线信息基于接收到的一个或多个输入来操作可变速设备。
在另一示例实施例中，提供了一种用于控制具有可操作元件的可变速设备以便为系统负载供源的方法。该方法包括：确定用于可变速设备的可操作元件的可变操作的控制曲线信息，该控制曲线信息至少取决于第一参数和第二参数，该第一参数和第二参数是相关的。控制曲线信息包括：a)针对第一参数的系统负载的额定总值和针对第二参数的系统负载的额定总值的第一设定点，以及b)第二参数的额定总值的超额百分比处的第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点。该方法进一步包括接收与各参数中的至少一个参数相关的一个或多个输入，以及根据控制曲线信息基于接收到的一个或多个输入来操作可变速设备。
在另一示例实施例中，提供了一种控制曲线，其中零流量水头压力小于“最大允许的关闭压力”，表示为额定设计条件水头压力的百分比。
在另一示例实施例中，提供了一种用于从多个可变速设备中选择一个可变速设备的方法，该可变速设备具有能可变地控制的电机以便为系统负载供源，其中该可变速设备的控制曲线信息至少取决于第一参数和第二参数，该第一参数和第二参数是相关的。该方法包括：确定针对第一参数的系统负载的额定总值和针对第二参数的系统负载的额定总值的第一设定点；确定第二参数的额定总值的超额百分比处的第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点；以及选择具有能可变地控制的电机的可变速设备，该能可变地控制的电机具有以最低程度满足实现该第一设定点和第二设定点所必需的功率的功率容量。
附图说明
现在将参考附图仅作为示例来描述各实施例，在附图中：
图1解说了根据一示例实施例的自调节消防泵和喷淋器系统的示例图示；
图2解说了用于图1的自调节消防泵的消防泵启动器布置的示例电气布置图；
图3解说了针对关闭水头、额定流量和水头、和溢出水头的设计准则伴随针对非过载驱动器选择的最大功率曲线的示例传统定速泵曲线；
图4解说了根据一示例实施例的针对关闭水头、额定流量和水头、溢出水头的自调节消防泵伴随最大功率曲线的示例泵曲线；
图5解说了根据一示例实施例的自调节消防泵的示例详细框图；
图6解说了根据一示例实施例的用于操作自调节消防泵的示例方法的流程图；以及
图7解说了根据一示例实施例的用于从多个消防泵中选择自调节消防泵的示例方法的流程图。
可在各附图中使用相同的参考标号来标识类似元素和特征。
具体实施方式
用于消防泵应用的可变速解决方案可用作一种经济的解决方案，其有助于为设计师、承包商节省总消防喷淋器系统首次安装的成本，并在系统使用寿命的持续时间内降低在现场的维护挑战。
在各示例实施例中，智能可变速泵是一种具有知道其当前操作条件的挂载能力并具有按预定的操作方法调节其行为的挂载逻辑(智能)的泵。
在各示例实施例中，智能泵知道它正在提供的流量，它知道它正在创建的增压压力，它知道叶轮的速度，它知道它正在汲取的功率量，和/或它具有用于它将遇到的预定义负载条件的性能图。在一示例实施例中，智能泵可执行自诊断以提供用于预测性维护措施的有用信息，该预测性维护措施对大多数所有者而言可能太昂贵而不去考虑。
在一示例实施例中，智能泵可以是用于为诸如喷淋器之类的防火系统供源的自调节消防泵单元。消防泵单元可根据控制曲线来被操作。该控制曲线可包括：a)针对压力和流量的系统负载的额定总值的第一设定点，b)额定总流量值的超额百分比处的额定总压力值的最小部分百分比的第二设定点，c)针对直至第一设定点的所有流量值保持额定总压力值的路径，d)第一设定点和第二设定点之间的路径，e)始于第二设定点的针对大于第二设定点的流量值限制压力值的路径，f)零流量关闭水头压力设定点，以及g)从零流量关闭水头压力设定点到保持额定总压力值的路径的路径。
另一示例实施例中是一种用于为系统负载供源的控制系统，包括：可变速设备，该可变速设备具有可操作元件，以便为系统负载供源；一个或多个控制器，该一个或多个控制器被配置成确定用于该可变速设备的可操作元件的可变操作的控制曲线信息，该控制曲线信息至少取决于第一参数和第二参数，该第一参数和第二参数是相关的，该控制曲线信息包括：a)针对第一参数的系统负载的额定总值和针对第二参数的系统负载的额定总值的第一设定点，以及b)第二参数的额定总值的超额百分比处的第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点。该一个或多个控制器被配置成：接收与各参数中的至少一个参数相关的一个或多个输入，以及根据控制曲线信息基于接收到的一个或多个输入来操作可变速设备。
另一示例实施例是一种用于控制具有可操作元件的可变速设备以便为系统负载供源的方法。该方法包括：确定用于可变速设备的可操作元件的可变操作的控制曲线信息，该控制曲线信息至少取决于第一参数和第二参数，该第一参数和第二参数是相关的。控制曲线信息包括：a)针对第一参数的系统负载的额定总值和针对第二参数的系统负载的额定总值的第一设定点，以及b)第二参数的额定总值的超额百分比处的第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点。该方法进一步包括接收与各参数中的至少一个参数相关的一个或多个输入，以及根据控制曲线信息基于接收到的一个或多个输入来操作可变速设备。
另一示例实施例是一种用于从多个可变速设备中选择一个可变速设备的方法，该可变速设备具有能可变地控制的电机以便为系统负载供源，其中该可变速设备的控制曲线信息至少取决于第一参数和第二参数，该第一参数和第二参数是相关的。该方法包括：确定针对第一参数的系统负载的额定总值和针对第二参数的系统负载的额定总值的第一设定点；确定第二参数的额定总值的超额百分比处的第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点；以及选择具有能可变地控制的电机的可变速设备，该能可变地控制的电机具有以最低程度满足实现该第一设定点和第二设定点所必需的功率的功率容量。
另一示例实施例是包括指令的非瞬态计算机可读介质，这些指令在由一个或多个控制器执行时致使该一个或多个控制器控制具有可操作元件的可变速设备以便为系统负载供源，所述指令包括用于执行所描述的方法的指令。
绝大多数泵具有它们针对其而被设计以操作的额定流量和水头压力范围。吸入压力、排出压力、速度、流量和机械输入功率的这些设计条件限定了泵的操作效率。对于任何恒速泵应用，实际操作条件可能暂时或永久地漂移离开原始应用的设计条件，从而致使泵从驱动器(通常是电动机)汲取相比曾有意用于该应用的功率更多的功率。为了防止电机/驱动器故障或过流保护继电器的误跳闸，在传统情形中，泵驱动器(电机)的大小被设定成容适泵由于流体密度的吸入压力、排出压力中的变化而可能要求的最大功率。术语“非过载电机选择”是描述泵工业中的该实践的常用短语。
首先参考图1，其以图解的形式示出了根据一示例实施例的具有一个或多个智能可变速设备(诸如一个或多个控制泵102(示出了一个))的消防喷淋器系统100。在一示例实施例中，防火喷淋器系统100是用于为建筑物104(如图所示)供源的开路喷淋器系统，以用于建筑物104的部分或全部楼层的喷淋器或其他合适的防火设备。控制泵102可以是自调节消防泵单元，该自调节消防泵单元包括相应的泵设备106和用于控制泵设备106的操作的驱动器控制设备108。在一些示例实施例中，控制泵102的另一示例是生活用水增压器，其可被用于存在低水压或水压不足的住宅、商业和轻工业应用中的供水压力增压，并且其可被用于对城市供水、地下或地表供水的压力进行增压。
如图1中所解说，喷淋器系统100可包括一个或多个负载110，该一个或多个负载110可通过防火阀112(诸如喷淋器阀、消防水带阀、立管阀、水雾阀、和/或干管阀)来被控制。阀112和负载110在一些示例实施例中可以并联(例如，在建筑物104的每个楼层上)，和/或在一些示例实施例中可以串联。系统负载110可以是基于以下的变化的使用需求：诸如在存在火灾或所需水压供给的楼层上的特定阀112的激活。在一示例实施例中，每个阀112可具有二元控制(开或关)以提供最大所需水流来处置火灾，并且在一些其他开路场景中，阀112可被可变地控制以管理到相应负载的流速。由于整体系统负载110需要更多流量，因此控制设备108通过增加泵设备106的泵电机速度以维持或达到所需压力设定点来对该变化进行响应。如果整体系统负载110需要较少流量，则控制设备108通过减小泵设备106的泵电机速度以维持或达到压力设定点来对该变化进行响应。在一些示例实施例中，压力设定点可根据在本文中得到较为详细描述的控制曲线来被设置。
仍然参考图1，控制泵102由水源120来供源。水源120可以是诸如来自城市或市政线路的可变压力水源。示例副水源120是地面或地下水箱。控制泵102对吸入侧接收到的水源120增压，以便充分地供给建筑物104的负载110。该示例中的循环介质是开路或开环，因为预期循环介质不直接返回到控制泵102，而是被用来灭火。需要注意，一些传统的定速消防泵可能什么都不做或作出系统假设以便调整供水侧压力中的变化。
仍然参考图1，在一示例实施例中，控制泵102的输出属性114被控制以针对建筑物104的给定流量或负载要求实现控制泵102处测得的压力设定点。如图1所示，压力传感器118(例如，压力换能器(PT))被用来检测位于控制泵102的本地或近侧的压力信息。在一示例实施例中，压力传感器118被集成到控制泵102，例如作为集成的工厂建造单元的一部分。类似地，本地流量传感器130(图5)也位于控制泵102的本地或近侧，以通过控制泵102检测流量信息。在一示例实施例中，控制泵102可进一步检测设备属性，诸如叶轮的速度(电机速度)，以及控制泵102当前正在使用的功率量。
输出属性114位于控制泵102的本地，并且可通常被控制以实现固定压力设定点，以便充分地为建筑物104(包括建筑物104的高度处的最极端负载位置(或线路的末端))供源。例如，建筑物104的系统负载110的额定总压力值和额定总流量值可由系统设计师来确定，并且可表示例如被打开以充分地为所有负载110供源的阀112的一部分或全部。位于泵102的近侧的输出属性114处的压力设定点可被设置以便实现恒定压力，其中输出属性114处的该恒定压力在直至额定总值的所有流量场景处都将满足建筑物104的额定总值。相应地，在一些示例实施例中，远程压力传感器不是必需的。
仍然参考图1，泵设备106可采取具有可变速控制的泵的各种形式。在一些示例实施例中，泵设备106至少包括容纳泵设备106的密封壳体，该泵设备至少限定用于接收循环介质的输入元件(吸入侧)和用于输出循环介质的输出元件(排出侧)。在一示例实施例中，泵设备106是离心泵。泵设备106包括一个或多个可操作元件，包括可根据控制设备108来被可变地控制以按不同速度转动的可变电机。泵设备106还包括可操作地耦合到电机且基于电机的速度来旋转以使循环介质进行循环的叶轮。取决于泵设备106的类型，泵设备106可进一步包括附加的合适的可操作元件或特征。
控制设备108可被用来控制泵设备106的电机速度，例如通过可变速驱动器(VSD)524(图5)，其有时也被称为变频驱动器(VFD)。VSD 524可被用来改变电机的速度。例如，在一示例实施例中，VSD 524将60赫兹(美国以外是50赫兹)的输入AC功率转换为DC功率，并接着在其负载端子处重新创建AC功率，以按由内部控制环路指挥的与供应给它的频率成比例的合适频率运行电机。通过随流量改变调整电机速度，泵102的排出压力可根据在本文中得到较为详细描述的控制曲线来针对检测到的流量保持恒定。
现在参考图2，其解说了根据一示例实施例的喷淋器系统100的示例电气系统图。在所示的示例中，电力线信号由较粗的线表示，而控制信号由较细的线表示。压力传感器118将压力信息提供给控制泵102的控制设备108和其他设备。
如图2所示，电直接在线(DOL)消防泵控制器122可被用于一示例实施例中，诸如可从TornaTech(TM)获得的GPA+GPU模型。电DOL消防泵控制器122可被用来向控制设备108的VSD 524(图5)提供高压电力。在各示例实施例中，电DOL消防泵控制器122提供全服务全电压，并且具有连接到至少一个电源的自动电力传输开关。在一示例实施例中，电DOL消防泵控制器122可以是基于微处理器的。一些传统的DOL电消防泵控制器122还可包括启动器，虽然可以领会到旁路或直接在线(DOL)启动器在至少一些示例实施例中不是必需的，但是可被用于冗余度和/或用来满足过程要求，诸如安全标准、章程、监管机构、标准或合规性要求。例如，NFPA 20要求针对可变速电控制器中的VFD的自动旁路，以及通过PLD柴油机上的调速器控制返回到全速。同样，压力传感器118可向电DOL消防泵控制器122提供压力信息。
电DOL消防泵控制器122可传输全功率以将来自不止一个高功率发电机(诸如电网配电电力124和柴油发电机126)的全电压提供给控制泵102。该备份发电机配置也可被使用以便满足合规性要求。
在示例实施例中，如图2所示，控制泵102可以是作为集成单元被提供的消防泵单元，其中包括压力传感器118的组件全部处于一个单元中或至少一起在相同的房间位置中。例如，这可以更方便地促成安装、维护、更换、测试，等等。
现在参考图3，其解说了为建筑物104的典型防火系统供源所必需的传统定速泵的示例操作图300。一般而言，这样的定速泵的操作是必需的以满足建筑物104的操作条件或总额定值。在操作图300上示出了定速泵的典型性能曲线302及对应的功率曲线304。当定速泵处存在过压时，这可能要求使用减压阀(PRV)或压力调节阀或其他机构以便缓解过压。此外，定速泵通常要求直接在线(DOL)旁路启动器，使得定速泵的初始激活可被成功地执行。如功率曲线304所示，定速泵要求相对较大的非过载功率容量，以便实现操作并满足过流处的安全系数要求，这增加了总成本。例如，定速泵可能要求200HP的功率容量。同样，固定消防泵可使用假设来操作，而不管来自供水源的可变吸入侧压力。
图4解说了根据一示例实施例的可变速控制泵102的示例操作图400。图表400示出了根据一示例实施例的控制泵102的示例控制曲线402(以虚线示出)及对应的功率曲线416。
图表400包括包含相关的参数的轴。例如，均方流大约与水头成比例，并且流量大约与速度成比例。在所示示例中，横坐标(或即x轴)404解说了每分钟美国加仑(GPM)的流量，且纵坐标(或即y轴)406解说了每平方英寸(替代地按英尺)磅(psi)的水头(H)。另一y轴408解说了马力(HP)的功率。控制曲线402是可变速控制泵102的智能受控操作相对于那些参数在图表400上的叠加表示。在一示例实施例中，各参数在控制泵102的本地被测得。
各参数之间的关系可以通过特定亲缘关系法则来近似，这可受体积、压力、以及功率或制动马力(BHP)的影响。例如，对于推进器直径的变化，在恒定速度的情况下：D1/D2＝Q1/Q2；H1/H2＝D12/D22；BHP1/BHP2＝D13/D23。例如，对于速度的变化，在恒定推进器直径的情况下：S1/S2＝Q1/Q2；H1/H2＝S12/S22；BHP1/BHP2＝S13/S23。其中：D＝推进器直径(Ins/mm)；H＝泵水头(Ft/m)；Q＝泵容量(gpm/lps)；S＝速度(rpm/rps)；BHP＝制动马力(轴功率-hp/kW)。这些变量可以一起工作以按以下方式相互作用：使得一个输出变量的操作点/路径可确定或限制其他输出变量的操作点。
在一示例实施例中，控制曲线402被定义和编程用于控制泵102，该控制泵102被配置为智能可变速设备。取决于通过压力传感器118和流量传感器130(图5)检测到的参数的变化，泵设备106的操作可基于来自控制设备108的指令而被维持在控制曲线402上操作(例如，在更高或更低的流量点处)。取决于特定所需或检测到的负载，本文中对“智能”设备的引用包括能够沿控制曲线402自调整泵设备106的操作的控制泵102。在一些示例实施例中，控制曲线402的至少一些方面可被储存在控制设备108的存储器508(图5)中。在一些示例实施例中，控制曲线402的至少一些方面可由控制设备108实时地或在操作之前计算或确定。
控制曲线402的第一设定点410被定义为针对水头和流量的负载110的额定总值。该额定总值被表示为100％的水头容量和100％的流量容量。该第一设定点410可由系统设计者来设置，并且可表示例如当一部分或所有阀112打开以为所有负载110(流量)供源时的场景。
例如，从控制泵102的排出口到最顶部的防火阀112的高度上具有150英尺的建筑物104可通过消除本该在传统系统中使用的PRV的可能性而受益于可变速度。例如，对于150英尺的建筑物高度，泵102的排出口处的压力设定点可被设置为175psi，由于高度而下降65psi，并且在最顶部的阀112处具有110psi。这为摩擦损耗留下10psi，这通常可用4英寸和6英寸立管的笔直布管(straight runs)来实现。
在一示例实施例中，控制曲线402的第二设定点412可根据第一设定点412来被确定或计算。控制曲线402的第二设定点412表示在额定总流量值的超额百分比处的额定总水头值的最小部分百分比。在所示的示例实施例中，第二设定点412可具有相对于建筑物104的额定容量的150％流量处的65％压力水头的最小要求。在一示例实施例中，第二设定点412表示安全系数，使得最小压力在其中需要附加流量的未预见到的场景处得到维持。例如，在一示例实施例中，第二设定点412表示监管或标准要求或合规性，例如由如本领域中所熟悉的国家防火协会(NFPA)或其他监管机构所设置。例如，NFPA要求相对于建筑物104的额定容量的150％流量处的65％压力水头的最小压力。NFPA不具有针对大于150％流量的任何特定要求。
控制曲线402的第三设定点414是针对大于第二设定点412的流量值的零压力点。例如，此处可能不存在特定的压力要求，并且压力可被控制以尽可能快地下降到零压力。例如，这可降低泵102的所需的功率容量额定值。
控制曲线402的第一路径420从零流量延伸到第一设定点410。第一路径420用于0％到100％的额定流量(容量)。第一路径420针对从0％到100％的额定流量的所有流量值保持压力设定点。压力值针对直至第一设定点410的所有这些流量值被保持在100％处。如可以看出的，100％压力设定点是可控制的，使得过多的压力不被创建。相应地，在一些示例实施例中，例如，减压阀(PRV)对操作而言不是必需的。
控制曲线402的第二路径422在第一设定点410和第二设定点412之间。第二路径422被示为直线路径。在其他示例实施例中可以使用其他类型的路径或曲线。
控制曲线402的第三路径424从第二设定点412到第三设定点414。始于第二设定点412的第三路径424针对大于第二设定点412的流量值限制压力值。该第三路径424可具有例如当与定速设备相比时到零压力的更陡峭的斜率或曲线。如可以领会的，控制泵102的功率容量可通常使用第二设定点412作为指南来被选择以最低程度地满足第三路径424。因此，控制泵102的额外功率容量对大于第二设定点412或第三路径424的流量值而言不是必需的。例如，控制泵102可能要求120HP的功率容量。
另一约束426是诸如在关闭所有阀112期间的零流量水头约束。例如，最大允许的关闭压力可以是0％流量处的140％压力，例如基于过程要求或安全或监管合规性要求。在一示例实施例中，控制泵102被控制以具有针对0％流量(关闭)的压力设定点，其可处于从额定总压力值到最大允许的关闭压力的任何位置，诸如在一示例实施例中100％到140％。如图4所示，第四设定点428是零流量关闭水头压力设定点，其可被表示为额定压力的超额百分比，诸如举例而言，130％。在一示例实施例中，在控制曲线402上存在从第四设定点428到额定压力路径420的第四路径430。
在一示例实施例中，在启动控制泵102以为负载110供源期间，控制泵102的VSD524(图5)可能不会以全速运行而是可逐渐增加到所需的设定点，这归因于能可变地控制的电机速度。该类型的较柔和启动循环不会导致典型的消防电机浪涌电流诉求，诸如直接在线(DOL)启动器可经历的情况。此外，系统100中的一些组件不太可能在测试期间或在被调用时经历故障。该软启动未在图表400上具体示出。
在外部压力传感器故障(或提供不良读数)的场合中，控制泵102的嵌入式智能针对流量诉求可确保最大水头(增压)压力被提供用于该控制泵102的额定值，其中溢出流量额定值不被超过，由此移除如在传统情形中所必需的非过载电机大小要求。
在额定值测试期间，控制泵102可被控制，以在如本领域中所熟悉的一些监管机构(诸如FM)所指定的所必需的“消防泵”约束下进行操作。例如，压力和流量的某些参数和边界在额定值测试期间可能需要被测试。
对于控制曲线402，在一些其他示例实施例(如果适用的话)中，除了设定点410、412、414之间的直线之外的其他示例路径可包括弧、多项式、指数或二次公式，以在需要时提供定制或更渐进的操作。在一些其他示例实施例中，附加的设定点也可在控制曲线402上被提供。
图5解说了根据一示例实施例的控制泵102的示例详细框图。控制泵102及其相关联的控制设备108(图1)可包括一个或多个控制器506，诸如处理器或微处理器，其控制控制泵102的整体操作。控制器506还可包括电路系统，例如用于来自发电机124、126的高功率传输功能的高功率电路系统。控制器506与诸如存储器508、被储存在存储器508中的用于执行应用的系统软件512、输入子系统522、输出子系统520、和通信子系统516等其他设备组件交互。电源518为控制设备108供电。电源518可单独或与控制器506组合地包括用于直接从发电机124、126传输电力来直接供电以对VSD 524进行可变控制的电路系统。
通信子系统516被配置成直接或间接地与其他设备进行通信。通信子系统516可被配置成用于有线和/或无线通信。通信子系统516可被配置成通过诸如局域网(LAN)、无线(Wi-Fi)网络、和/或互联网之类的网络来进行通信。通信子系统516可发送或接收与诸如压力传感器118和流量传感器130之类的传感器的通信。
作为智能设备，控制设备102可以与服务器和/或云服务器530或其他更高级别系统进行通信，或者同基于云的分析系统通信，以例如使所有者管理他们的总建筑物存量，或者一个接一个地分离建筑物。
输入子系统522可接收输入变量。输入变量可包括例如来自压力传感器118的压力信息和来自流量传感器130的流量信息。其他示例输入也可被使用，诸如功率和速度。输入变量可包括例如防火警报，该防火警报通知控制泵102正在发生需要通过防火阀112来处置的火灾。输出子系统520可通过VSD 524来控制输出变量，例如控制泵102的一个或多个可操作元件。例如，输出子系统520可被配置成至少对控制泵102的电机的速度进行控制，以便实现针对水头和流量(H、F)输出属性114(图1)的所得的期望输出设定点，例如使控制泵102在控制曲线402(图4)上操作。其他示例输出变量、可操作元件、和设备属性也可被控制。
控制曲线402(图4)可具有被储存在存储器508中的、被实时计算或确定的、在操作之前预定的、和/或通过通信子系统516接收到的一些或全部信息。与系统或建筑物104(图1)有关的其他信息可被储存在存储器508中。
现在参考图6，其解说了根据一示例实施例的用于操作可变速控制泵102的示例方法600的流程图。在一示例实施例中，方法600由控制器506(图5)执行。在事件602处，方法600包括确定控制曲线402以用于控制泵102的可变操作。在一示例实施例中，控制曲线402的第一参数可以是压力，而控制曲线402的第二参数可以是流量。在一示例实施例中，参考图4，控制曲线402信息可包括：a)针对第一参数的系统负载的额定总值和针对第二参数的系统负载的额定总值的第一设定点410；b)第二参数的额定总值的超额百分比处的第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点412；c)针对直至第一设定点410的第二参数的所有值保持第一参数的额定总值的路径420；d)第一设定点410和第二设定点412之间的路径422；以及e)始于第二设定点412的针对大于第二设定点412的第二参数值限制第一参数值的路径424。
在事件604处，方法600包括接收与各参数中的至少一个参数相关的一个或多个输入。典型地，这包括来自压力传感器118的压力信息和来自流量传感器130的流量信息。
在事件606处，方法600包括根据控制曲线402基于接收到的一个或多个输入来操作控制泵102的VSD 524。在一示例实施例中，接收事件604和操作事件606在循环中被执行，例如直到如火灾已被处置了的此类时间。
图7解说了根据一示例实施例的用于从多个可变速控制泵中选择合适的可变速控制泵102以便为建筑物104的系统负载供源的示例方法700的流程图。
在一示例实施例中，方法700由一个或多个控制器来执行。在一示例实施例中，控制曲线402的第一参数可以是压力，而控制曲线402的第二参数可以是流量。
在事件702处，方法700包括确定针对第一参数的系统负载的100％额定总值和针对第二参数的系统负载的100％额定总值的第一设定点410(图4)。
在一示例实施例中，该值由系统设计师设置并从存储器中被检索。在事件704处，方法700包括确定第二参数的额定总值的超额百分比处的第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点412(图4)。这可根据第一设定点410来被计算，或从存储器中被检索。
在事件706处，方法700包括选择具有能可变地控制的电机的可变速设备，该能可变地控制的电机具有以最低程度满足实现该第一设定点和第二设定点所必需的功率的功率容量。
例如，对于大于第二设定点414的流量，压力可被限制为下至控制曲线402上的零压力点。例如，此处可能不存在特定的压力要求，并且压力可被控制以尽可能快地下降到零压力。例如，这可降低泵102的所需的功率容量额定值。
例如，可按功率容量或额定功率对多个控制泵102进行分类。例如，要被选择的控制泵102可来自一组额定消防泵单元或生活用水增压器。所选择的控制泵102是满足这些准则而不具有不必要的超功率容量的控制泵。这可降低系统的启动和更换成本。所选择的控制泵102的驱动器大小将不受制于如在定速消防泵中的“额定值”要求的极大倍数，因为示例实施例中的嵌入式智能将管理流量和水头曲线以满足(针对流量和水头的)额定泵要求。
一旦控制泵102被选择，所选择的控制泵102就可被安装和编程来操作以使循环介质进行循环，从而为建筑物104的防火系统供源。控制泵102可接着例如通过执行如参考图6所描述的示例性方法600来操作。控制泵102的操作将因此不超过功率容量额定值，同时通过不必提供装备来供应超容量的功率而节省成本。
在一示例实施例中，方法700由服务器设备的一个或多个控制器执行，并且能通过诸如互联网之类的网络连接经由web门户或web应用来访问。
鉴于前述内容，示例实施例中的对智能可变速泵技术的使用可通过诸如消防喷淋器系统之类的灭火系统来被用于生命安全系统。
在各示例实施例中，智能消防泵可通过以下事实来调节它们自身以不在超出安装的设计要求的流量条件下操作：它们知道该最大流量要求是什么并且知道它们正在产生多少流量。
在各示例实施例中，可变速泵可作为“墙上的VFD”来被提供，这是用于总体系统设计的经济办法。控制泵102和压力传感器118可作为集成的工厂建造单元的一部分作为单个产品来被提供。自调节可变速泵单元的特征包括：机械泵、板载控制器、可变速驱动器、和电动机。
相对于来自多个供应商的松散现场组件，来自集成系统组装的集成的智能泵可能更加可靠，因为相对于现场组装办法，工厂集成办法确保广泛的测试被执行，从而确保集成的智能泵的各元件之间的最佳兼容性。
出于以下一些或所有原因，智能自调节泵单元可提供较低的使用寿命周期成本。首先安装成本较低。与单个或多个PRV相关联的维护成本被消除。排水立管不再是必需的。顾客可利用来自智能泵的自流量和增压压力信息来代替更多时间手动文档。各更换部分较小且成本较低。
在其他示例实施例中，一些其他示例参数可取代压力和流量作为操作图和控制曲线来被使用。内部检测器或传感器可被使用，这在本领域中通常被称为“无传感器”控制泵，因为外部传感器不是必需的。内部检测器可被配置成自检测例如设备属性，诸如泵上的电机的功率和速度。其他输入变量可被检测。
在一些示例实施例中可以作出各种变体。一些示例实施例可被应用于任何可变速设备，且不限于可变速控制泵。例如，一些附加实施例可以使用不同的参数或变量，且可以使用两个以上参数(例如，三维图表上的三个参数)。例如，速度(rpm)和功率(BHP)也可被用作所描述的控制曲线上的参数。此外，温度(华氏温度)相对温度负载(BTU/hr)可以是被考虑用于控制曲线的参数或变量，例如用于可由可变速循环风扇控制的可变温度控制。一些示例实施例可被应用于取决于两个或更多个相关参数的任何设备。一些示例实施例可包括取决于参数的变量或诸如液体、温度、黏度、吸入压力、地点高度和操作中的泵的数量之类的变量。
在一些示例实施例，在适当时，每个所解说的框或模块可表示软件、硬件、或硬件和软件的组合。此外，一些框或模块可以在其他示例实施例中被组合，且更多或更少的框或模块可存在于其他示例实施例中。此外，在其他实施例中，框或模块中的一些可被分成多个子框或子模块。
尽管各实施例中的一些是按方法来描述的，但本领域普通技术人员将理解，本公开的实施例也涉及包括用于执行所描述的方法的各方面和特征中的至少一些的各组件的各种装置，这些组件是硬件组件、软件、或这两者的任何组合、或者是任何其他形式。而且，用于与该装置一起使用的制品(诸如包括记录在其上的程序指令的预记录的存储设备或其他类似的非瞬态计算机可读介质)或携带计算机可读程序指令的计算机数据信号可引导装置来促成所描述的方法和系统的实践。应当理解，这样的装置、制品、和计算机数据信号也落在本公开的示例实施例的范围内。
尽管以上示例中的一些被描述成按特定次序发生，但本领域技术人员将领会，消息或步骤或过程中的一些可以按不同的次序来执行，只要任何给定步骤的经改变的次序的结果将不阻止或削弱后续步骤的发生。此外，在其他实施例中，上述消息或步骤中的一些可以被移除或组合，且在其他实施例中，上述消息或步骤中的一些可被分成多个子消息或子步骤。更进一步，在必要时，所述步骤中的一些或全部可被重复。被描述为方法或步骤的各元素类似地适用于系统或子组件，且反之亦然。
本文中所使用的术语“计算机可读介质”包括可储存指令、程序步骤等的任何介质，以供计算机或其他计算设备使用或执行，计算机可读介质包括但不限于：磁性介质(诸如磁盘、盘驱动器、磁鼓、磁光盘、磁带、磁核存储器，等等)；电存储(诸如任何类型的随机存取存储器(RAM)，包括静态RAM、动态RAM、同步动态RAM(SDRAM)，只读存储器(ROM)，任何类型的可编程只读存储器，包括PROM、EPROM、EEPROM、闪存、EAROM、所谓的“固态盘”、任何类型的其他电存储(包括电荷耦合器件(CCD)或磁泡存储器)，任何类型的便携式电子数据携带卡，包括紧凑闪存、安全数字(SD-卡)、存储器棒，等等)；以及光学介质，诸如紧凑盘(CD)、数字多功能盘(DVD)或蓝光盘。
可以作出一些示例实施例的变体，这些变体可包括以上示例实施例的任何示例实施例的组合和子组合。以上呈现的各个实施例仅仅是示例且决不旨在限制本公开的范围。本文中所描述的发明的各个变体对于受益于本公开的本领域普通技术人员而言是显而易见的，这样的变体在本公开的预期范围之内。具体而言，来自上述实施例中的一者或多者的特征可以被选择来创建包括没有在以上显式地描述的特征子组合的另选实施例。另外，来自上述实施例中的一者或多者的特征可以被选择并组合来创建包括没有在以上显式地描述的特征组合的另选实施例。在将本公开作为整体进行审阅的基础上，本领域技术人员可以显见适于这样的组合和子组合的特征。本文中所描述的主题旨在涵盖和包括所有合适的技术变化。

Claims (28)

1.一种用于为系统负载供源的控制系统，包括：
可变速设备，所述可变速设备具有可操作元件，以便为所述系统负载供源；
一个或多个控制器，所述一个或多个控制器被配置成确定用于所述可变速设备的所述可操作元件的可变操作的控制曲线信息，所述控制曲线信息至少取决于第一参数和第二参数，所述第一参数和所述第二参数是相关的，所述控制曲线信息包括：
a)针对所述第一参数的所述系统负载的额定总值和针对所述第二参数的所述系统负载的额定总值的第一设定点，以及
b)所述第二参数的额定总值的超额百分比处的所述第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点；
所述一个或多个控制器被配置成：
接收与所述参数中的至少一个参数相关的一个或多个输入，以及
根据所述控制曲线信息基于所接收到的一个或多个输入来操作所述可变速设备。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制曲线信息进一步包括：
c)针对直至所述第一设定点的所述第二参数的所有值保持所述第一参数的额定总值的路径。
3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制曲线信息进一步包括：
d)所述第一设定点和所述第二设定点之间的路径。
4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述控制曲线信息进一步包括：
e)始于所述第二设定点的针对大于所述第二设定点的所述第二参数的值限制所述第一参数的值的路径。
5.根据权利要求2所述的控制系统，其特征在于，所述控制曲线信息进一步包括：
f)针对所述第二参数的关闭或零值的所述第一参数的额定总值的超额百分比的进一步的设定点，以及
g)从所述进一步的设定点到保持所述第一参数的额定总值的所述路径的路径。
6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，对于所述第二设定点，所述最小部分百分比和所述超额百分比由过程要求来设置。
7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，对于所述第二设定点，所述最小部分百分比在所述系统负载的所述第一参数的额定总值的65％处，而所述超额百分比在所述系统负载的所述第二参数的额定总值的150％处。
8.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，进一步包括压力传感器，所述压力传感器与所述可变速设备集成并用于确定所述第一参数，并且进一步包括流量传感器，所述流量传感器与所述可变速设备集成并用于确定所述第二参数，其中所述控制曲线信息用于控制所述可变速设备在针对所确定的第二参数的所述第一参数处操作。
9.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述系统负载包括一个或多个防火阀。
10.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述系统负载包括在开路中由所述可变速设备供源的一个或多个负载。
11.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，操作所述可变速设备包括将直接电力从发电机传输到所述可操作元件。
12.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，进一步包括用于确定所述第一参数的压力传感器，其中所述压力传感器、所述可变速设备、所述可操作元件、以及所述一个或多个控制器被工厂集成为单个产品。
13.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，压力调节阀、直接在线(DOL)旁路启动器、排水立管、或远程压力传感器中的一者或多者不是必需的。
14.一种用于控制具有可操作元件的可变速设备以便为系统负载供源的方法，所述方法包括：
确定用于所述可变速设备的所述可操作元件的可变操作的控制曲线信息，所述控制曲线信息至少取决于第一参数和第二参数，所述第一参数和所述第二参数是相关的，所述控制曲线信息包括：
a)针对所述第一参数的所述系统负载的额定总值和针对所述第二参数的所述系统负载的额定总值的第一设定点，以及
b)所述第二参数的额定总值的超额百分比处的所述第一参数的额定总值的最小部分百分比的第二设定点；
接收与所述参数中的至少一个参数相关的一个或多个输入；以及
根据所述控制曲线信息基于所接收到的一个或多个输入来操作所述可变速设备。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述控制曲线信息进一步包括：
c)针对直至所述第一设定点的所述第二参数的所有值保持所述第一参数的额定总值的路径。
16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述控制曲线信息进一步包括：
d)所述第一设定点和所述第二设定点之间的路径。
17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述控制曲线信息进一步包括：
e)始于所述第二设定点的针对大于所述第二设定点的所述第二参数的值限制所述第一参数的值的路径。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述控制曲线信息进一步包括：
f)针对所述第二参数的关闭或零值的所述第一参数的额定总值的超额百分比的进一步的设定点，以及
g)从所述进一步的设定点到保持所述第一参数的额定总值的所述路径的路径。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，对于所述第二设定点，所述最小部分百分比和所述超额百分比由安全标准、章程、或监管机构来设置。
20.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，对于所述第二设定点，所述最小部分百分比是所述系统负载的所述第一参数的额定总值的65％，而所述超额百分比是所述系统负载的所述第二参数的额定总值的150％。
21.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，其中压力传感器与所述可变速设备集成并用于确定所述第一参数，并且其中流量传感器与所述可变速设备集成并用于确定所述第二参数，其中所述控制曲线信息用于控制所述可变速设备在针对所确定的第二参数的所述第一参数处操作。
22.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述系统负载包括一个或多个防火阀。
23.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述系统负载包括在开路中由所述可变速设备供源的一个或多个负载。
24.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述可变速设备的所述操作包括将直接电力从发电机传输到所述可操作元件。
25.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，压力传感器用于确定所述第一参数，其中所述压力传感器、所述可变速设备、所述可操作元件、以及所述一个或多个控制器被工厂集成为单个产品。
26.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述可变速设备的功率诉求将被限制为所述第一设定点和所述第二设定点的最大值，其中所述可操作元件的非过载驱动的选择将仅须容适所述第一设定点和所述第二设定点的功率诉求。
27.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法由一个或多个控制器来执行。
28.一种包括指令的非瞬态计算机可读介质，所述指令在由一个或多个控制器执行时致使所述一个或多个控制器控制具有可操作元件的可变速设备以便为系统负载供源，所述指令包括：
用于执行根据权利要求14至27中任一项所述的方法的指令。
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