一种自适应增压消防泵及控制方法与流程

1.本发明属于消防设备技术领域，特别是涉及一种自适应增压消防泵及控制方法。


背景技术：

2.城市消防中，由于高层林立、建筑繁密、道路狭窄等问题，消防车常常在有限空间灭火现场难以部署。同时，现场固定消防供水系统往往存在压力不足、压力不稳，以及距离着火点较远、沿程管线水压损失大的问题。
3.因此，现实场景中，高压消防供水往往是现场固定消防供水系统与远程供水系统相结合的方式进行，由现场固定供水系统提供水源和基础水压，然后由远程供水系统进行中继和升压，从而将高压水源引入着火点附近。但是现实中，各个地方的固定供水系统水压、着火点楼层高度等都可能导致末端灭火装备对水压要求的变化。在灭火过程中，可能需要对高区和低区交替喷水，需要的压力大小也相应变化，当固定供水系统提供的压力不足时，需要进行增压模式，当固定供水系统提供的压力足够时，需要切换为普通中继模式。
4.但是现有技术中，普通消防泵往往只考虑到增压模式，在高低区交替灭火过程中，当固定供水系统提供的压力足够时，普通消防泵也无法切换为纯中继模式。此时，其一，如果普通消防泵关停，水流直接经过泵体，则泵体中的叶片等结构会对水流形成阻力，损耗水压和能量；其二，如果普通消防泵启动，继续提供增压动力，则会导致无效功耗增加，燃油耗费过快，在需要增压时油料不足，补充油量又浪费时间；其三，如果拆除普通消防泵，直接水管对接，又会造成时间耽误，而且需要增压时又要重新连接。在灭火场景中，持续和稳定的水压输出十分重要，时间分秒必争。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自适应增压消防泵及控制方法，用于解决现有技术中普通消防泵中继模式存在缺陷，启动增压泵的中继模式会导致无效功耗增加，动力关停的中继模式会导致水压损耗，手动拆除消防泵直接对接管道又会浪费时间的问题。
6.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自适应增压消防泵及控制方法。
7.其中，一种自适应增压消防泵，包括发动机、联轴器和泵体，所述泵体包括主进水管和主出水管，所述泵体通过所述联轴器与所述发动机连接并获得动力；所述泵体还包括旁路分流管和导流阀；所述旁路分流管一端与所述主进水管连接，另一端与所述主出水管连接；所述导流阀设置于所述旁路分流管与所述主进水管的连接处，用于控制所述主进水管处的进水流入所述泵体或流入所述旁路分流管。
8.可选的，还包括直接冷却系统；所述直接冷却系统包括冷却进水管和冷却出水管；
所述冷却进水管从所述泵体出水端引水，并流入所述发动机；所述冷却出水管一端连接于所述发动机的冷却出水口，另一端连接于所述泵体进水端。 可选的，还包括间接冷却系统；所述间接冷却系统包括换热器、内循环回路、循环泵和外循环回路；所述循环泵位于所述内循环回路中并为所述内循环回路提供动力；所述内循环回路和外循环回路均流经所述换热器并在所述换热器内进行热交换；所述内循环回路还流经所述发动机并带出所述发动机的热量；所述外循环回路从所述泵体出水端引水，流经所述换热器并换热后流出到所述泵体进水端。
9.可选的，还包括节流阀；当采用所述直接冷却系统时，所述节流阀设置于所述冷却进水管或冷却出水管；当采用所述间接冷却系统时，所述节流阀设置于所述外循环回路中。
10.可选的，所述发动机为航空活塞发动机，包括本体、排气管和消音装置；所述消音装置通过所述排气管与所述发动机本体的排气口连接，降低所述发动机的噪声。
11.可选的，还包括第一压力传感器、第二压力传感器、转速传感器和控制器；所述第一压力传感器位于所述主进水管入口处，所述第二压力传感器位于所述泵体出水端，所述第一压力传感器和第二压力传感器用于检测所处位置的流体压力；所述转速传感器位于所述联轴器的轴上，用于检测所述发动机输出轴转速；所述控制器包括无线接收器和多个电气接口，所述控制器通过所述电气接口与所述发动机连接，实现对所述发动机的控制，所述无线接收器用于接收远程控制器传递来的控制信号。
12.可选的，所述旁路分流管与所述主进水管和主出水管连接位置的角度均小于30
°
。
13.可选的，所述主进水管与主出水管内管道截面面积比在1.2~1.8之间，所述旁路分流管沿着水流方向的内径逐渐减小。
14.可选的，所述旁路分流管入口处至少设有一个导流叶片。
15.其中，一种自适应增压消防泵控制方法，采用如上述的自适应增压消防泵，包括以下步骤：检测步骤，由所述第一压力传感器检测所述主进水管处的水压；转换步骤，如果未检测到水压，所述发动机停止工作，如果所述水压大于等于设定值，进入旁路步骤，如果所述水压小于设定值，进入增压步骤；旁路步骤，所述导流阀切换状态，所述主进水管处的进水流入所述旁路分流管；增压步骤，所述导流阀切换状态，所述主进水管处的进水流入所述泵体，所述发动机启动并为泵体提供增压动力，所述第二压力传感器检测所述主出水管水压，所述主出水管水压由所述发动机的输出转速调节。
16.或者，一种自适应增压消防泵控制方法，采用如上述的自适应增压消防泵，包括以下步骤：冷却步骤，冷却液进入所述发动机，与所述发动机换热后，流出所述发动机；冷却液流量由所述泵体主进水管和主出水管的压力差自动调节或/和由节流阀主
动调节；由压力差自动调节时，发动机的不同工作功率会产生不同的主进水管和主出水管水压，压差越大冷却水流量相应越大，冷却效率越高；由节流阀主动调节时，节流阀根据发动机实际温度和最佳工作温度区间自动调节开合角度，调节冷却效率，具体包括：获得发动机实际温度，将发动机实际温度与最佳工作温度区间进行比较；当发动机实际温度低于最佳工作温度区间时，如果节流阀阀门开度角已经最小，不进行调节；如果节流阀阀门开度角不是最小，则调小阀门开度角；当发动机实际温度高于最佳工作温度区间时，如果节流阀阀门开度角已经最大，发出提示并降低发动机功率；如果节流阀阀门开度角不是最大，则调大阀门开度角；结束本次调节，开始下次调节。
17.如上所述，本发明的一种自适应增压消防泵及控制方法，至少具有以下有益效果：具有增压和旁路中继两种工作模式，并能根据出水需求压力和实际进水压力切换工作模式，本发明的一种自适应增压消防泵，包括发动机、联轴器和泵体，泵体包括主进水管、主出水管、旁路分流管和导流阀，泵体及主进、主出水管用于增压工作模式，旁路分流管用于中继工作模式。在灭火过程中，可以快速切换工作模式，既能保证稳定且持续的水压输出，又能避免不必要的增压，降低了系统能耗，延长了系统续航时间，满足末端灭火装备如消防枪、消防炮的水压大小和持续时间要求，对于保障末端灭火装备的射程、流量、灭火效能有着重要作用。
附图说明
18.图1显示为本发明一种自适应增压消防泵及间接冷却系统的示意图。
19.图2显示为本发明一种自适应增压消防泵及直接冷却系统的示意图。
20.图3显示为本发明一种自适应增压消防泵的俯视示意图。
21.图4显示为本发明一种自适应增压消防泵的直接冷却系统示意图。
22.图5显示为本发明一种自适应增压消防泵的间接冷却系统示意图。
23.图6显示为本发明一种自适应增压消防泵的导流叶片示意图。
24.图7显示为本发明一种自适应增压消防泵的使用场景示意图。
25.图8显示为本发明一种自适应增压消防泵控制方法的增压和旁路控制步骤。
26.图9显示为本发明一种自适应增压消防泵控制方法的输出控制逻辑示意图。
27.图10显示为本发明一种自适应增压消防泵控制方法的节流阀冷却控制逻辑示意图。
28.其中：固定供水系统5、自适应增压消防泵6、末端灭火装备7、着火对象8、发动机11、本体111、排气管112、消音装置113、尾气排放口1131、联轴器12、泵体13、主进水管131、主出水管132、旁路分流管133、导流叶片1331、导流阀134、直接冷却系统14、节流阀一141、冷却出水管142、冷却进水管143、间接冷却系统15、节流阀二151、换热器152、内循环回路153、循环泵154、外循环回路155、控制器16、第一压力传感器17、第二压力传感器18。
具体实施方式
29.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
30.请参阅图1至图10。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
31.以下各个实施例仅是为了举例说明。各个实施例之间，可以进行组合，其不仅仅限于以下单个实施例展现的内容。
32.本实施例请参阅图1，包括发动机11、联轴器12和泵体13，所述泵体13包括主进水管131和主出水管132，所述泵体13通过所述联轴器12与所述发动机11连接并获得动力，所述泵体13还包括旁路分流管133和导流阀134；所述旁路分流管133一端与所述主进水管131连接，另一端与所述主出水管132连接；所述导流阀134设置于所述旁路分流管133与所述主进水管131的连接处，用于控制所述主进水管131处的进水流入所述泵体13或流入所述旁路分流管133。
33.高压喷水灭火是现行最便于实施和最经济的灭火方式之一，为了保证水流能够喷到着火点，同时也为了提高水流的输送效率，相关技术中一般会对管内水流进行升压处理。消防灭火时，高压消防供水往往是由现场固定消防供水系统与远程供水系统相结合的方式进行，由现场固定供水系统，通常是消防栓或消防车，提供水源和基础水压，然后由远程供水系统进行中继和升压，从而将高压水源引入着火点附近，再由末端喷水设备喷出。
34.如图7所示，其中8为着火对象，如建筑物，7为末端灭火装备，一般为高压水枪，6为本实施例的自适应增压消防泵，5是固定供水系统，可以是固定的消防栓或者消防车。随着灭火的进行，消防员需要对不同距离、不同高度的着火点进行交叉灭火，这就导致末端高压水枪的需求压力是动态变化的，而水源的基础压力一般是相对稳定的。
35.在现有技术中，增压泵常用于连接在水管的中部，如图7中6的位置，调节水管中水流的压强。是否需要增压、增压多少一般由进水端固定供水系统5的输出压力和出水端末端灭火装备7的需求压力决定，当进水端的固定供水系统5压力满足出水端的需求压力时，无需增压；相反，当进水端压力不能满足出水端的需求压力时，则应开启增压泵增压。
36.上述现有技术存在的问题是，增压泵连接于管路中部，当流体压力充足时，其动力无需开启，然而这种情况下，泵体的叶片，以及与叶片连接的动力轴、电机等反而会成为负载，阻碍水流的流动，对大功率增压泵回路或者具有多个增压环节的回路而言，压差损失可能非常严重，导致末端水压不能满足需求，增压回路成了“减压”回路。
37.另一方面，如果在流体压力充足时仍然保持增压泵开启，会导致增压泵的有效服役寿命变短，更重要的是，会增加系统的无效能耗，导致燃油消耗过快，可能影响后续灭火工作。
38.本实施例中自适应增压消防泵与现有技术的主要区别是增加了旁路分流管133和导流阀134，旁路分流管133越过泵体13，直接连接在泵体13的出水和进水端，导流阀134用于控制水流方向，可以控制水流进入泵体13还是直接从旁路流走。具体使用时，如果需要增压，则水流进入增压泵增压后流出，如果原进水压力足够，则保持原有压力经旁路分流管133直接输出。一来可以实现增压的效果，二来可以切换旁路模式节省能耗，提高消防现场持续输出的能力，而且切换速度快，切换过程不会影响消防灭火工作。
39.本实施例请参阅图4，自适应增压消防泵还包括直接冷却系统14；所述直接冷却系统14包括冷却进水管143和冷却出水管142；所述冷却进水管143从所述泵体13出水端引水，并流入所述发动机11；所述冷却出水管142一端连接于所述发动机11的冷却出水口，另一端连接于所述泵体13进水端。
40.具体实施时，冷却水管可以安装于泵体13出水或进水口，也可以安装于泵体13的出水管和进水管上，其本质上是一样的。
41.当泵处于工作状态时，主出水管132处的压力会大于主进水管131处的压力，此时在冷却回路的两端形成液体压差，水就会自动从主出水管132处进入冷却回路，流过发动机11，然后从冷却出水管流回主进水管131，从而形成冷却回路，源源不断的将冷水带入发动机11进行换热，并且还能根据发动机11的功率，也就是主出水管132和主进水管131两端的压差自动调节冷却水流量，功率越大，压差越大，冷却水的流量也越多。本方式的冷却回路结构简单且完全自发进行，还能根据发动机11功率自动调节，可靠性高、成本低，换热效果好。
42.作为本实施例的进一步方案，还可以在冷却回路中设置节流阀，如图4所示的节流阀一141，作为流量控制部件，用于控制冷却液的流量，这样做的效果是，降低主升压回路的损耗。具体来说，当泵的出水压和进水压差距很大时，冷却回路的流量也会相应很大，甚至可能远超过发动机所需的实际冷却水流量，此时若不加以限制，会徒增主回路的损耗。
43.可选的，本实施例还提供了另外一种冷却方式，请参阅图5，包括间接冷却系统15；所述间接冷却系统15包括换热器152、内循环回路153、循环泵154和外循环回路155；所述循环泵154位于所述内循环回路153中并为所述内循环回路153提供动力；所述内循环回路153和外循环回路155均流经所述换热器152并在所述换热器152内进行热交换；所述内循环回路153还流经所述发动机11并带出所述发动机11的热量；所述外循环回路155从所述泵体13出水端引水，流经所述换热器152并换热后流出到泵体13进水端。
44.在间接冷却方式中，发动机中的冷却液不参与泵体13中流体的内循环，发动机11中冷却液的流动动力由循环泵154提供，而外循环的动力则与上一实施例同样。该实施例方案的外部水源不会进入发动机11内部，而是通过两个冷却液循环回路进行换热，好处是，使用范围更广，发动机维护简单。
45.具体来说，发动机内循环冷却回路自成体系，封闭流动，因而可以使用油类或专用冷却液，与水相比，该类型冷却液能够有效避免冷却回路装置中的部件腐蚀生锈，起到更好
的保护作用，降低发动机维护成本；另一方面，外循环回路水流不会进入发动机，也使得在水质恶劣的灭火环境中，水中的泥沙、微生物藻类等不会进入发动机，因此，其使用范围更广，几乎不受水质的限制。
46.作为本实施例的进一步方案，还可以在外循环回路中设置节流阀，如图5所示的节流阀二151，作为流量控制部件，用于控制冷却液的流量，这样做的效果是，降低主升压回路的损耗。具体来说，当泵的出水压和进水压差距很大时，冷却回路的流量也会相应很大，甚至可能远超过发动机所需的实际冷却水流量，此时若不加以限制，会徒增主回路的损耗。
47.本实施例请参阅图1和图2，所述发动机11为航空活塞发动机，包括本体111、排气管112和消音装置113；所述消音装置113通过所述排气管112与所述发动机11本体111的排气口连接，降低所述发动机11的噪声。
48.现有技术中，考虑到消防泵的存放、运输和部署要求，只能选用外形相对规整的普通发动机，此类发动机外形虽然更规整，但是效率更低、质量更大。
49.本实施例中，发动机采用航空活塞发动机，具有质量轻、体积小、功率大的特点，与此同时，也存在噪音大的问题，因此发动机带有消音装置，极大限度的降低了发动机工作时的噪音。质量轻、体积小便于存放和运输，例如装载在消防车有限空间中，到达现场后也便于消防员快速部署，而功率大则可以为末端灭火设备提供足够的水压，使水流能够喷到远端和高处的着火点。
50.利用航空活塞发动机呈异形构造的特点，进行巧妙的布局和设计，充分利用因发动机外形呈异形未被利用的空间，在不改变消防泵整体空间的占用下，在同等体积下，与现有技术的消防泵相比具有更低的质量、更大的功率。
51.本实施例请参阅图3，自适应增压消防泵还包括第一压力传感器17、第二压力传感器18、转速传感器和控制器16；所述第一压力传感器17位于所述主进水管131入口处，所述第二压力传感器18位于所述泵体13出水端，所述第一压力传感器17和第二压力传感器18用于检测所处位置的流体压力；所述转速传感器位于所述联轴器12的轴上，用于检测所述发动机11输出轴转速；所述控制器16包括无线接收器和多个电气接口，所述控制器16通过所述电气接口与所述发动机11连接，实现对所述发动机11的控制，所述无线接收器用于接收远程控制器传递来的控制信号。
52.本实施例的自适应消防增压系统包括增压和旁路两种工作模式，至于到底进行哪一种模式，则需要根据进水压力和出水端的需求压力来综合确定。最原始的方式，是人工感知水压，如果觉得原进水水压足够就切换为旁路模式，如果觉得原进水水压不足就切换为增压模式。这种方式在某些场景下确实可行，但是当管路复杂，特别是管路没有直接输出，而是又接入其他管道时，比如管道中途有多个增压系统的情况，操作者无法感知到中途管内水压情况。
53.本实施例中，在增压泵两侧增加压力传感器，由压力传感器获取水压压力数据，更便于判断增压泵所需进行的工作模式，同时，通过传感器方式收集水压数据，也更便于对管道、泵体、管内情况等进行监控，简化管道回路检修和排障过程。
54.当处于增压模式时，需要增压多少需要根据输出端水压需求和输入端实际水压综合确定，而具体的增压效果，则由发动机的转速决定，转述越高增压越多，在联轴器的轴上安装速传感器，可以检测发动机转速，从而获取发动机的输出状态，形成控制参数和实际动作效果之间的闭环，有利于对发动机功率及转速的精确控制，从而控制增压效果。
55.控制器上设置无线接收器，可以方便远程调节输出功率。例如，在灭火过程中，消防员可以随手携带遥控器，根据需要扑灭的火点高度调节输出功率，而无需达到消防泵的边上，有利于灭火工作的稳步推进。
56.本实施例请参阅图3，所述旁路分流管133与所述主进水管131和主出水管132连接位置的角度均小于30
°
。
57.弯曲的管道会减损管道内的流体压力，且弯曲的角度越小对压力的减损越明显。其中一个原因是，流体流经管道弯曲处时，弯道内侧和外侧的流体流过的行程不同，水分子间形成速度差异，甚至流过弯道局部时形成死水区或涡旋区，液体在此区域并不参加主流动，而是不断的打旋，加速液体间的摩擦、造成质点碰撞，产生局部能量损失。
58.对中低压流体而言，一般要求弯管的角度不小于90
°
，考虑到本实施例消防泵的应用场景，管内流体压力可能较大，当进行旁路模式时，小于30
°
的管道连接角度相当于水流方向的角度大于150
°
，水流方向改变较小，更有利于保持水管中的压力，减小因为流经本实施例的自适应增压泵旁路结构而产生的压力损失。
59.进一步，所述旁路分流管133的轴线可以为曲率连续的弧线。同上述近似的原理，管道本身的弯曲也会对其内部流体造成压力损耗，管道的弯曲角度和弯曲半径越小，对压力的损耗越大。曲率连续是指曲线点点连续，既旁路分流管的轴线为一条光滑的曲线，从而将流体在旁路分流管中的压力损失降到可接受的程度。
60.本实施例中，所述主进水管131与主出水管132内管道截面面积比在1.2~1.8之间，所述旁路分流管133沿着水流方向的内径逐渐减小。
61.泵的主进口和主出口流量不变，但是压力不同，在高速流动和压力变化条件下，与流体接触的金属表面会发生洞穴状腐蚀破坏的现象，常发生在泵的高速减压区，在此形成空穴，空穴在高压区被压破并产生冲击压力，破坏金属表面上的保护膜，而使腐蚀速度加快，然后逐渐扩大成洞穴。
62.流经泵的进口和出口流体流量是相同的，如果按吸水管管径大、出水管管径小设计，则相应的，吸水管流速就会较出水管流速小，这样既可以减少吸水管水力损失，又能防止泵体发生汽蚀。另一方面，较小的出水管管径设计，也有利于降低后端管道的直径，减少后端管道铺设的物料成本。
63.旁路分流管一端与主进水管连接，另一端与主出水管连接，其内径逐渐减小有利于实现从主进水管的截面逐渐过渡到主出水管的截面，避免由于管径突变对流体的压强造成影响。
64.本实施例请参阅图6，所述旁路分流管133入口处至少设有一个导流叶片1331。
65.导流叶片也常用于汽车空调的出风口，一般用于改变流体的方向，同时最大限度的减少换向给流体带来的阻力。具体在本实施例中，管道中的流体压力远大于空调的场景。导流叶片设置在旁路分流管的入口处，除了具有协助换向、降低流路切换损失的作用外，还一定程度具有保护管道的作用。单个导流叶片为片状结构，导流叶片设置在流体换向处，对
流体方向有引导作用。当高压水流进入时，原本只有管道的一侧会受到较大的冲击，在设置导流叶片后，相当于将原管道切割成多个水流通道，水的冲击力被导流叶片分散，并沿着导流叶片传导到管径四周，减小了高压水流对管道单侧的冲击。具体实施时，导流叶片可以设置为网格形状，也可以为间隔的片状结构。
66.本实施例提供一种自适应增压消防泵控制方法，请参阅图8，包括以下步骤：检测步骤，由所述第一压力传感器17检测所述主进水管131处的水压；转换步骤，如果未检测到水压，所述发动机11停止工作，如果所述水压大于等于设定值，进入旁路步骤，如果所述水压小于设定值，进入增压步骤；旁路步骤，所述导流阀134切换状态，所述主进水管131处的进水流入所述旁路分流管133；增压步骤，所述导流阀134切换状态，所述主进水管131处的进水流入所述泵体13，所述发动机11启动并为泵体13提供增压动力，所述第二压力传感器18检测所述主出水管132水压，所述主出水管132水压由所述发动机11的输出转速调节。
67.在实际的灭火场景中，消防员根据目标着火点的距离和高度会得出一个需求水压压力，或者消防员也可以动态控制发动机的输出功率来调节合适的输出水压。在消防员给定目标压力或者调节压力过程中，自适应增压消防泵会检测进水的压力，当进水压力符合条件时，切换到节省能源的旁路模式；当进水压力低于需要的压力时，切换到增压模式，并根据实际输出水压和目标水压之间的差距调节发动机功率。
68.具体来说，在增压模式下，本实施例提供了两种调节方式，请参阅图9。第一种方式，如图9右侧部分所示，消防员通过遥控器一样的装置设定固定的目标压力信号，自适应增压消防泵通过改变发动机转述从而使输出水压与目标水压一致；第二种方式，消防员通过遥控器一样的装置手动选择加大或减小油门，发动机转速相应改变，消防员无需设定具体压力值，只需要主观观察水压是否足够喷到着火点即可。
69.旁路和增压两种模式可以由导流阀手动切换，也可由电磁控制的导流阀自动切换，通过旁路和增压两种模式的自适应，能够极大限度的节省消防泵的能耗，为灭火工作提供更持续的水压输出。
70.增压模式下的两种调节方式方便了消防员的操作，提供遥控器控制，消防员无需离开灭火岗位即可调节水压输出，有利于灭火工作。
71.本实施例提供一种自适应增压消防泵控制方法，请参阅图10，包括以下步骤：冷却步骤，冷却液进入所述发动机11，与所述发动机11换热后，流出所述发动机11，冷却液流量由所述泵体13主进水管131和主出水管132的压力差自动调节或/和由节流阀主动调节；由压力差自动调节时，发动机的不同工作功率会产生不同的主进水管和主出水管水压，压差越大冷却水流量相应越大，冷却效率越高；由节流阀主动调节时，节流阀根据发动机实际温度和最佳工作温度区间自动调节开合角度，调节冷却效率，具体包括 ：获得发动机实际温度，将发动机实际温度与最佳工作温度区间进行比较；当发动机实际温度低于最佳工作温度区间时，如果节流阀阀门开度角已经最小，不进行调节；如果节流阀阀门开度角不是最小，则调小阀门开度角；
当发动机实际温度高于最佳工作温度区间时，如果节流阀阀门开度角已经最大，发出提示并降低发动机功率；如果节流阀阀门开度角不是最大，则调大阀门开度角；结束本次调节，开始下次调节。
72.其中，发动机的最佳工作温度区间可以是发动机预设的值，也可以是操作人员基于现场情况设定的温度范围。
73.当发动机持续在大功率条件下工作时，内燃机原理的发动机会产生大量的热，继续大功率输出会影响发动机寿命，而减小输出会影响消防灭火工作。
74.现有技术中，主要采用在发动机上设置水箱的方式冷却，当水箱中的水因为吸热而沸腾后，就需要停机换水或者不停的添加冷水，这种方式虽然具有冷却效果，但是不能根据发动机实际温度和最佳工作温度进行调节，而且操作繁琐，不利于灭火工作开展。
75.在现有技术的改进中，常常采用流动的液体作为换热途径，但是一般都是固定的流量，通过持续的流动和换热降低发动机温度，这种方式简化了操作过程，冷却过程不需要人为参与，但是仍然不能根据发动机的输出功率和最佳工作温度进行自动调节。具体在本实施例中，要以发动机输出增压的水流作为冷却水源时，如果不对冷却水流量进行控制，一方面不能获得最佳的冷却流量从而维持发动机最佳工作温度区间，另一方面，过大的冷却水流量也会对发动机的输出功率和增压效果产生不必要的损耗。
76.本实施例提供了一种冷却方式，直接以消防泵回路中的水流作为冷却介质，以消防泵输入和输出端的压差作为冷却液动力，使冷却液流过发动机并与发动机换热实现冷却的效果，冷却效果好，冷却流量可以根据发动机输出功率，也就是泵体两端压差自动调节。
77.为了防止因为压差过大导致冷却水流量超过实际需要的冷却水流量，还可以在冷却回路中设置一个节流阀，避免过大的冷却水分流徒增主回路的水压损耗。
78.请参阅图4和图5，结合图10，冷却液回路中设置有节流阀。冷却水流量在直接冷却系统和间接冷却系统中分别通过节流阀一141和节流阀二151进行主动流量控制，通过接收发动机内置温度传感器信号，监测发动机温度，当发动机温度高于最佳工作温度区间时，增大节流阀开度角，当发动机温度低于最佳工作温度区间时，减小节流阀开度角，保持分流水流量足够的前提下，降低分流冷却水的流量，从而降低系统的输出水压损失，提高系统的能效和发动机的性能。
79.本实施例中，通过发动机内置温度传感器检测发动机内部温度，并与发动机最佳工作温度区间进行比较，当发动机的实际温度不在此范围时，通过节流阀的开度角主动改变冷却水的流量，对发动机的温度进行调节，并在调节控制后相应更新控制结果，具体包括发出提示、警报、降低发动机功率等，一方面可以让发动机总是处于最佳的工作温度区间，另一方面可以避免过大的冷却水分流徒增主回路的水压损耗。
80.本实施例中，当发动机实际温度不在发动机最佳工作温度区间，且节流阀的开度角已经最小或者最大时，系统还会主动发出提示并调整发动机功率，从而避免发动机损坏，造成停机无水压输出，进而对消防灭火工作产生影响等情况。
81.综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点，具有高度产业利用价值。
82.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完
成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

技术特征：
1.一种自适应增压消防泵，包括发动机（11）、联轴器（12）和泵体（13），所述泵体（13）包括主进水管（131）和主出水管（132），所述泵体（13）通过所述联轴器（12）与所述发动机（11）连接并获得动力，其特征在于：所述泵体（13）还包括旁路分流管（133）和导流阀（134）；所述旁路分流管（133）一端与所述主进水管（131）连接，另一端与所述主出水管（132）连接；所述导流阀（134）设置于所述旁路分流管（133）与所述主进水管（131）的连接处，用于控制所述主进水管（131）处的进水流入所述泵体（13）或流入所述旁路分流管（133）。2.如权利要求1所述的一种自适应增压消防泵，其特征在于：还包括直接冷却系统（14）；所述直接冷却系统（14）包括冷却进水管（143）和冷却出水管（142）；所述冷却进水管（143）从所述泵体（13）出水端引水，并流入所述发动机（11）；所述冷却出水管（142）一端连接于所述发动机（11）的冷却出水口，另一端连接于所述泵体（13）进水端。3.如权利要求1所述的一种自适应增压消防泵，其特征在于：还包括间接冷却系统（15）；所述间接冷却系统（15）包括换热器（152）、内循环回路（153）、循环泵（154）和外循环回路（155）；所述循环泵（154）位于所述内循环回路（153）中并为所述内循环回路（153）提供动力；所述内循环回路（153）和外循环回路（155）均流经所述换热器（152）并在所述换热器（152）内进行热交换；所述内循环回路（153）还流经所述发动机（11）并带出所述发动机（11）的热量；所述外循环回路（155）从所述泵体（13）出水端引水，流经所述换热器（152）并换热后流出到所述泵体（13）进水端。4.如权利要求2或3任一项所述的一种自适应增压消防泵，其特征在于：还包括节流阀；当采用所述直接冷却系统（14）时，所述节流阀设置于所述冷却进水管（143）或冷却出水管（142）；当采用所述间接冷却系统（15）时，所述节流阀设置于所述外循环回路（155）中。5.如权利要求1所述的一种自适应增压消防泵，其特征在于：所述发动机（11）为航空活塞发动机，包括本体（111）、排气管（112）和消音装置（113）；所述消音装置（113）通过所述排气管（112）与所述发动机（11）本体（111）的排气口连接，降低所述发动机（11）的噪声。6.如权利要求1所述的一种自适应增压消防泵，其特征在于：还包括第一压力传感器（17）、第二压力传感器（18）、转速传感器和控制器（16）；所述第一压力传感器（17）位于所述主进水管（131）入口处，所述第二压力传感器（18）位于所述泵体（13）出水端，所述第一压力传感器（17）和第二压力传感器（18）用于检测所处位置的流体压力；所述转速传感器位于所述联轴器（12）的轴上，用于检测所述发动机（11）输出轴转速；
所述控制器（16）包括无线接收器和多个电气接口，所述控制器（16）通过所述电气接口与所述发动机（11）连接，实现对所述发动机（11）的控制，所述无线接收器用于接收远程控制器传递来的控制信号。7.如权利要求1所述的一种自适应增压消防泵，其特征在于，所述旁路分流管（133）与所述主进水管（131）和主出水管（132）连接位置的角度均小于30
°
；和/或，所述主进水管（131）与主出水管（132）内管道截面面积比在1.2~1.8之间，所述旁路分流管（133）沿着水流方向的内径逐渐减小。8.如权利要求1所述的一种自适应增压消防泵，其特征在于，所述旁路分流管（133）入口处至少设有一个导流叶片（1331）。9.一种自适应增压消防泵控制方法，其特征在于，采用如权利要求6所述的自适应增压消防泵，包括以下步骤：检测步骤，由所述第一压力传感器（17）检测所述主进水管（131）处的水压；转换步骤，如果未检测到水压，所述发动机（11）停止工作，如果所述水压大于等于设定值，进入旁路步骤，如果所述水压小于设定值，进入增压步骤；旁路步骤，所述导流阀（134）切换状态，所述主进水管（131）处的进水流入所述旁路分流管（133）；增压步骤，所述导流阀（134）切换状态，所述主进水管（131）处的进水流入所述泵体（13），所述发动机（11）启动并为所述泵体（13）提供增压动力，所述第二压力传感器（18）检测所述主出水管（132）水压，所述主出水管（132）水压由所述发动机（11）的输出转速调节。10.一种自适应增压消防泵控制方法，其特征在于，采用如权利要求4所述的自适应增压消防泵，包括以下步骤：冷却步骤，冷却液进入所述发动机（11），与所述发动机（11）换热后，流出所述发动机（11）；冷却液流量由所述泵体（13）主进水管（131）和主出水管（132）的压力差自动调节或/和由节流阀主动调节；由压力差自动调节时，发动机的不同工作功率会产生不同的主进水管和主出水管水压，压差越大冷却水流量相应越大，冷却效率越高；由节流阀主动调节时，节流阀根据发动机实际温度和最佳工作温度区间自动调节开合角度，调节冷却效率，具体包括：获得发动机实际温度，将发动机实际温度与最佳工作温度区间进行比较；当发动机实际温度低于最佳工作温度区间时，如果节流阀阀门开度角已经最小，不进行调节；如果节流阀阀门开度角不是最小，则调小阀门开度角；当发动机实际温度高于最佳工作温度区间时，如果节流阀阀门开度角已经最大，发出提示并降低发动机功率；如果节流阀阀门开度角不是最大，则调大阀门开度角；结束本次调节，开始下次调节。

技术总结
本发明提供一种自适应增压消防泵及控制方法，属于消防设备技术领域。城市消防由于高层林立、建筑繁密、道路狭窄等问题，消防车常常在有限空间灭火现场难以部署。同时，现场固定消防供水系统往往存在压力不足、压力不稳，以及距离着火点较远、沿程管线水压损失大的问题。本发明提供的一种自适应增压消防泵及控制方法，包括发动机、联轴器和泵体，泵体包括主进水管、主出水管、旁路分流管和导流阀，可以根据输出水压需求和实际输入水压切换增压模式或中继模式，持续且稳定的输出水压，满足末端灭火装备如消防枪、消防炮的工作压力要求，对于保障末端灭火装备的射程、流量、灭火效能有着重要作用。重要作用。重要作用。


技术研发人员：苏琳 路頔 华万仁 徐捷
受保护的技术使用者：应急管理部上海消防研究所
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/8/9