一种柱塞泵供水系统、消防机械及建筑物的制作方法

本发明涉及供水技术领域，更具体而言，涉及一种柱塞泵供水系统、消防机械及建筑物。

背景技术：

随着国内经济的高速发展，人口越来越快地向城市集聚，商用及民用超高层建筑高度的不断攀升，高层建筑由于高度高、层数多、结构复杂、人员集中，火灾时燃烧猛烈，蔓延迅速，极易形成立体燃烧，给火灾扑灭带来极大困难。扑救高层建筑火灾，能够及时而不间断地组织向火场供水，满足灭火所需的水量和水压，直接关系到灭火施救的成败。显然，扑救超高层建筑火灾需要功能强大的消防灭火设备。

现有超高层建筑发生火灾时，通常有三种灭火方案。

(1)利用移动消防装备直接供水。当建筑内的固定消防设施不能满足正常使用或不能满足灭火用水需求时，消防人员只能通过垂直铺设水带，利用消防车组织直接供水。(2)利用移动消防装备与固定消防设施相结合供水。固定消防泵无法正常运行或室内消防给水不能满足灭火需求时，应利用消防车通过水泵接合器向大楼消防管网供水，但必须对供水进行减压。(3)利用固定消防设施供水。超高层建筑发生火灾，消防人员到场时，若外部观察火势不大，应立即携带水带、水枪和接口，利用消防电梯迅速登高至着火层，直接使用室内消火栓灭火，同时启动消防泵向室内消防管网供水。

上述三种方式，受消防装备供水压力和流量的限制(消防车最大供水压力一般在2.0mpa左右；室内消火栓最大供水压力一般在2.5mpa左右，供水流量40l/s)，再考虑到管路的沿程损失，供水高度一般在250米以下，不能满足250米以上的超高层建筑消防灭火的需求。

为满足超高层建筑消防灭火的需求，中国专利申请号为201110273188.3的中国发明专利申请公开了一种高层建筑固定消防系统，包括泵房和置于高层建筑内的消防竖管，泵房内设置有柱塞泵，通过柱塞泵的交替工作以满足超高层供水的流量和压力需求。但是由于受换向时间的限制，该水泵泵送连续性不高，常出现“断流”现象，因而对于高层建筑或超高层建筑的灭火效果也并不理想。

现有技术中，还存在有一种交替轮流换向的柱塞泵组(如申请号为201110348257.2公开的中国发明专利申请)，该泵组始终保持只有一个柱塞泵处于换向位置，且理论上正反行程中介质输出口压力和流量相等，可保证较好的泵送连续性。但仍存在三个问题：

(1)液压系统为开环控制，油缸速度无法监控并及时调整，实际工作中油泵的流量并不会按理想状态平均分配到各柱塞泵，因此设备连续运行中必然会出现2个或2个以上的油缸同时换向的问题，大大降低了设备的供水连续性。

(2)设备里所有柱塞泵动作的液压油源由单泵提供，或由一个发动机提供，一旦该泵或发动机出现故障，则整套设备便处于瘫痪状态，这对争分夺秒的消防作业是一个极大隐患。

(3)为保证正反行程中介质输出口压力和流量相等，该柱塞泵设计体积很大，且不易安装布置和维修保养。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种柱塞泵供水系统、消防机械及建筑物，以提高供水的连续性和可靠性，至少其中之一。

一方面，本发明提供了一种柱塞泵供水系统，包括用于供水的多个柱塞泵、驱动多个所述柱塞泵供水的油泵、及用于单独控制每个所述柱塞泵的换向阀，每个柱塞泵均包括通过活塞杆连接的油缸和水缸；同时，还包括控制器及位置传感器，所述位置传感器用于获取每个所述柱塞泵的活塞杆的移动位置，所述位置传感器的信号输出端与所述控制器连接，所述控制器的信号输出端与所述换向阀连接，所述控制器用于根据所述位置传感器的信号通过所述换向阀控制多个所述柱塞泵的动作时序，和/或，所述控制器用于根据所述位置传感器的信号控制每个所述柱塞泵的活塞杆的移动速度。

上述的柱塞泵供水系统，优选地，所述油泵包括多个，所述换向阀包括多个，一个所述油泵的出口通过至少一个换向阀与一个所述柱塞泵的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通；一个所述柱塞泵的水缸有杆腔和/或水缸无杆腔通过进水单向阀与水箱连通，并通过出水单向阀与供水口连通。

上述的柱塞泵供水系统，优选地还包括用于驱动多个所述油泵的多个动力装置，每个动力装置至少与一个所述油泵驱动连接，所述控制器的信号输出端还与多个所述动力装置连接，用于根据每个所述动力装置驱动油泵的数量控制所述动力装置的输出功率。

上述的柱塞泵供水系统，优选地所述控制器用于根据所述位置传感器的信号计算所述柱塞泵的活塞杆的移动速度，并控制每个所述柱塞泵的活塞杆的移动速度，或所述控制器用于根据所述位置传感器的信号判定每个所述柱塞泵及其驱动油路是否出现故障，并通过所述换向阀调整多个所述柱塞泵的动作时序。

上述的柱塞泵供水系统，优选地还包括用于检测每个所述柱塞泵的供水流量的流量传感器，所述流量传感器的信号输出端与所述控制器连接，所述控制器用于根据所述流量传感器的信号判定每个所述柱塞泵及其驱动油路是否出现故障，并通过所述换向阀调整多个所述柱塞泵的动作时序。

上述的柱塞泵供水系统，优选地所述换向阀为电磁比例换向阀，所述控制器用于根据所述位置传感器的信号通过所述电磁比例换向阀控制每个所述柱塞泵的活塞杆的移动速度；或，

所述油泵为变量泵，所述控制器的信号输出端还与所述变量泵的控制端连接，所述控制器用于根据所述位置传感器的信号通过所述变量泵控制每个所述柱塞泵的活塞杆的移动速度。

上述的柱塞泵供水系统，优选地多个所述柱塞泵包括第一柱塞泵、第二柱塞泵，所述油泵包括第一油泵、第二油泵，所述换向阀包括第一换向阀、第二换向阀，所述位置传感器包括第一位置传感器、第二位置传感器，所述第一油泵的出口通过第一换向阀与第一柱塞泵的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通，所述第二油泵的出口通过第二换向阀与第二柱塞泵的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通，所述第一柱塞泵、第二柱塞泵的水缸有杆腔和水缸无杆腔分别通过进水单向阀与水箱连通，所述第一柱塞泵、第二柱塞泵的水缸有杆腔和水缸无杆腔还分别通过出水单向阀与供水口连通，所述控制器的信号输出端与所述第一换向阀、第二换向阀连接，所述第一位置传感器用于获取所述第一柱塞泵的活塞杆的移动位置，所述第二位置传感器用于获取所述第二柱塞泵的活塞杆的移动位置，所述控制器用于根据所述第一位置传感器、第二位置传感器的信号通过所述第一换向阀、第二换向阀控制所述第一柱塞泵、第二柱塞泵的动作时序，和/或，所述控制器用于根据所述第一位置传感器、第二位置传感器的信号控制所述第一柱塞泵、第二柱塞泵的活塞杆的移动速度。

上述的柱塞泵供水系统，优选地多个所述柱塞泵还包括第三柱塞泵、第四柱塞泵，所述油泵还包括第三油泵、第四油泵，所述换向阀还包括第三换向阀、第四换向阀，所述位置传感器包括第三位置传感器、第四位置传感器，所述第三油泵的出口通过第三换向阀与第三柱塞泵的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通，所述第四油泵的出口通过第四换向阀与第四柱塞泵的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通，所述第三柱塞泵、第四柱塞泵的水缸有杆腔和水缸无杆腔分别通过进水单向阀与水箱连通，所述第三柱塞泵、第四柱塞泵的水缸有杆腔和水缸无杆腔还分别通过出水单向阀与供水口连通，所述控制器的信号输出端还与所述第三换向阀、第四换向阀连接，所述第三位置传感器用于获取所述第三柱塞泵的活塞杆的移动位置，所述第四位置传感器用于获取所述第四柱塞泵的活塞杆的移动位置，所述控制器用于根据所述第三位置传感器、第四位置传感器的信号通过所述第三换向阀、第四换向阀控制所述第三柱塞泵、第四柱塞泵的动作时序，和/或，所述控制器用于根据所述第一位置传感器、第二位置传感器的信号控制所述第三柱塞泵、第四柱塞泵的活塞杆的移动速度。

上述的柱塞泵供水系统，优选地所述第一油泵、第二油泵驱动连接第一动力装置，所述第三油泵、第四油泵驱动连接第二动力装置，所述换向阀为三位四通电磁换向阀，所述换向阀具有m型中位机能。

另一方面，本发明还提出了一种消防机械，包括上任一种的柱塞泵供水系统。

再一方面，本发明还提出了一种建筑物，包括建筑本体，同时，还包括设置在所述建筑本体内的至少一个如上所述的柱塞泵供水系统，所述柱塞泵供水系统的供水口通过管路延伸至所述建筑本体的顶部，所述管路的末端设置有喷头，所述管路包括至少一段软管。

本发明提供了一种柱塞泵供水系统、消防机械及建筑物，包括用于供水的多个柱塞泵、驱动多个柱塞泵供水的油泵、及用于单独控制每个柱塞泵的换向阀，每个柱塞泵均包括通过活塞杆连接的油缸和水缸；同时，还包括控制器及位置传感器，位置传感器用于获取每个柱塞泵的活塞杆的移动位置，位置传感器的信号输出端与控制器连接，控制器的信号输出端与换向阀连接，控制器用于根据位置传感器的信号通过换向阀控制多个柱塞泵的动作时序，和/或，控制器用于根据位置传感器的信号控制每个柱塞泵的活塞杆的移动速度。本发明的柱塞泵供水系统及建筑物，由于设置了获取每个柱塞泵的活塞杆的移动位置的位置传感器，控制器并可以据此控制各个柱塞泵的动作时序和/或移动速度，即，柱塞泵供水系统的采用闭环控制，可保证多个柱塞泵长时间按设计时序动作，泵送连续性好，流量脉动小。同时，通过位置传感器，柱塞泵的速度(反映为活塞杆的移动速度)可以监控并及时调整，实际工作中，油泵的流量可以根据需要分配到各个柱塞泵，因此系统连续运行中不会出现2个或2个以上的柱塞泵同时换向的问题，大大提高了系统供水的连续性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例提供一种柱塞泵供水系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种柱塞泵供水系统的原理图；

图3为本发明实施例提供的一种柱塞泵供水系统的柱塞泵的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要说明的是，本文中提到的第一、第二、第三、第四，只用于区分特征相同或类似的不同零部件，不作为零部件本身的限定，各零部件之间也没有先后关系或依赖关系；另外，本文中的“和/或”，既包括“和”的情况，也包括“或”的情况。

一方面，请参考图1-3，本发明具体实施例提供的一种柱塞泵供水系统，包括用于供水的多个柱塞泵10、驱动多个柱塞泵10供水的油泵20、及用于单独控制每个柱塞泵10的换向阀30，每个柱塞泵10均包括通过活塞杆10-1连接的油缸10-2和水缸10-3，具体地，如图3所示，油缸10-2内设置有油缸活塞，水缸10-3内设置有水缸活塞，活塞杆10-1的两端分别连接在油缸活塞和水缸活塞上，当液压油进入油缸10-2后，会带动油缸活塞移动，从而带动活塞杆10-1移动，从而带动水缸活塞移动，水缸活塞的移动会完成供水作业(如消防供水、生活供水等)，具体可以参考现有技术；同时，如图1、2所示，本发明的柱塞泵供水系统还还包括控制器40及位置传感器50，位置传感器50用于获取每个柱塞泵10的活塞杆10-1的移动位置，由于柱塞泵10的活塞杆10-1与油缸活塞和水缸活塞连接，位置传感器50也可以通过先获取油缸活塞和/或水缸活塞的移动位置，从而得出活塞杆10-1的移动位置，前述的移动位置，具体可以理解为活塞杆相对于油缸和/或水缸的位置。且位置传感器50的信号输出端与控制器40连接，控制器40的信号输出端与换向阀30连接，控制器40用于根据位置传感器50的信号通过换向阀30控制多个柱塞泵10的动作时序，和/或，控制器40用于根据位置传感器50的信号控制每个柱塞泵10的活塞杆10-1的移动速度。

本方案中，动作时序可以理解为各个柱塞泵10的启动顺序、启动时间间隔，换向时间间隔等，至少其中之一。本方案中的移动速度，可以理解为活塞杆10-1每个行程移动的平均速度，或者活塞杆10-1相对于油缸或水缸在每个位置的移动速度，前者控制简单，后者控制精度高，具体可以根据需要确定。同时，为了进一步减小供水的脉动，移动速度可以进一步考虑活塞杆的往返行程，如图3中，活塞杆10-1向上移动时，由于水缸的无杆腔供水，活塞杆10-1单位移动长度的供水量大，可以控制活塞杆10-1移动的平均速度慢；反之，活塞杆10-1向下移动时，水缸的有杆腔供水，活塞杆10-1移动的平均速度快。通过该方案，可以保证柱塞泵10在正反行程中供水口压力和流量相等，从而不需要将柱塞泵10的体积设计很大，从而便于柱塞泵10的安装布置和维修保养。

需要说明的是，位置传感器50可以为一切能够获取活塞杆10-1位置的传感器，比如接近开关、直线位移传感器、拉线式位移传感器等。

本方案中，柱塞泵供水系统的采用闭环控制，可保证多个柱塞泵30长时间按设计时序动作，泵送连续性好，流量脉动小。同时，通过位置传感器50，柱塞泵30的速度(反映为活塞杆10-1的移动速度)可以监控并及时调整，实际工作中，油泵的流量可以根据需要分配到各个柱塞泵10，因此系统连续运行中不会出现2个或2个以上的柱塞泵10同时换向的问题，大大提高了系统供水的连续性。

上述方案中，位置传感器50的设置方式和位置可以有多种选择，比如位置传感器50设置在油缸10-2上，或水缸10-3上，用于测量油缸活塞或水缸活塞的移动位置，当然，还可以设置在油缸与水缸之间，直接测量活塞杆10-1的移动位置。具体地，如图3所示，位置传感器包括伸入油缸10-2的无杆腔的测量杆，油缸10-2的活塞及活塞杆10-1上设置有轴向孔，测量杆进一步伸入该轴向孔中，通过测量杆可以获取到活塞杆10-1的移动位置。

上述的柱塞泵供水系统，油泵20可以为一个，也可以为多个，优选地，油泵20包括多个，如2个、4个、6个、8个、10个等，对应地，换向阀30也包括多个，一个油泵20的出口通过至少一个换向阀30与一个柱塞泵10的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通(换向阀30可以为电控换向阀，或电控换向阀+液控换向阀，或电控换向阀+多个插装阀等)；一个柱塞泵10的水缸有杆腔和/或水缸无杆腔通过进水单向阀61与水箱70连通，并通过出水单向阀62与供水口80连通。进水单向阀61和出水单向阀62均为单向阀，只是其与水缸的连接方式不同，具体地，进水单向阀61的出口与水缸10-3连接，出水单向阀62的进口与水缸10-3连接，具体可以参考图2。同时，由于一个柱塞泵10由一个油泵20供油，并由至少一个换向阀30控制，因此，每个柱塞泵10的驱动油路是独立的，当一个柱塞泵10及该柱塞泵10的驱动油路出现故障，不会影响其它柱塞泵10，控制器40可以控制其它柱塞泵10改变动作时序后继续工作，且供水的连续性影响小，该系统对故障的应对能力强。

上述的柱塞泵供水系统，优选地，还包括用于驱动多个油泵20的多个动力装置90，每个动力装置90至少与一个油泵20驱动连接，控制器40的信号输出端还与多个动力装置90连接，用于根据每个动力装置90驱动油泵20的数量控制动力装置90的输出功率。动力装置可以为燃油发动机，电动机等，当某个动力装置90驱动的某个油泵20出现故障，则，该动力装置90驱动的其它油泵20的功率总需求下降，若动力装置90的输出功率不变，容易造成能量浪费，且容易造成油泵、柱塞泵等部件的损坏，通过本方案，可以实现动力装置与负载功率的匹配，降低能源消耗，提高动力装置90和油泵20的使用寿命。

上述的柱塞泵供水系统，控制器40用于根据位置传感器50的信号计算柱塞泵10的活塞杆10-1的移动速度(移动速度v＝单位时间的移动距离ds/单位时间dt)，并控制每个柱塞泵10的活塞杆10-1的移动速度，或控制器40用于根据位置传感器50的信号判定每个柱塞泵10及其驱动油路是否出现故障，并通过换向阀30调整多个柱塞泵10的动作时序。具体地，当位置传感器50检测的位置信息，与标准的或预设的活塞杆10的位置信息存在一定偏差时(比如，活塞杆10-1长时间不动作，活塞杆10-1的动作速度明显减慢等等)，可以判定柱塞泵10及其驱动油路可能存在故障，此时，可以调整其它柱塞泵10的动作时序，保证供水的连续性，当然还可以发出报警信号，提醒操作人员及时处理。

为更准确地判断柱塞泵10及其驱动油路的是否出现故障，该系统还可以包括用于检测每个柱塞泵10的供水流量的流量传感器100，流量传感器100可以设置在水缸10-3的出水单向阀62的出口处，流量传感器100的信号输出端与控制器40连接，控制器40用于根据流量传感器100的信号判定每个柱塞泵10及其驱动油路是否出现故障，并通过换向阀30调整多个柱塞泵10的动作时序。当流量传感器100获得的流量值明显低于预算值或标准值时，可以判定柱塞泵10及其驱动油路可能存在故障，此时，可以调整其它柱塞泵10的动作时序，保证供水的连续性，当然还可以发出报警信号，提醒操作人员及时处理。

为便于对柱塞泵10的活塞杆10-1的移动速度(直接反映供水速度)的控制，上述的柱塞泵供水系统，优选地，换向阀30为电磁比例换向阀，控制器40用于根据位置传感器50的信号通过电磁比例换向阀控制每个柱塞泵10的活塞杆10-1的移动速度；或，油泵20为变量泵，控制器40的信号输出端还与变量泵的控制端连接，控制器40用于根据位置传感器50的信号通过变量泵控制每个柱塞泵10的活塞杆10-1的移动速度。通过电磁比例换向阀或变量泵调整移动速度，控制方便，当然也可以同时调节电磁比例换向阀和变量泵。

上述的柱塞泵供水系统，优选地，如图2所示，多个柱塞泵10包括第一柱塞泵11、第二柱塞泵12，油泵20包括第一油泵21、第二油泵22，换向阀30包括第一换向阀31、第二换向阀32，位置传感器50包括第一位置传感器51、第二位置传感器52，第一油泵21的出口通过第一换向阀31与第一柱塞泵11的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通，第二油泵22的出口通过第二换向阀32与第二柱塞泵12的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通，第一柱塞泵11、第二柱塞泵12的水缸有杆腔和水缸无杆腔分别通过进水单向阀61与水箱70连通，第一柱塞泵11、第二柱塞泵12的水缸有杆腔和水缸无杆腔还分别通过出水单向阀62与供水口80连通，控制器40的信号输出端与第一换向阀31、第二换向阀32连接，第一位置传感器51用于获取第一柱塞泵11的活塞杆10-1的移动位置，第二位置传感器52用于获取第二柱塞泵12的活塞杆10-1的移动位置，控制器40用于根据第一位置传感器51、第二位置传感器52的信号通过第一换向阀31、第二换向阀32控制第一柱塞泵11、第二柱塞泵12的动作时序，和/或，控制器40用于根据第一位置传感器51、第二位置传感器52的信号控制第一柱塞泵11、第二柱塞泵12的活塞杆10-1的移动速度。

进一步地，多个柱塞泵10还包括第三柱塞泵13、第四柱塞泵14，油泵20还包括第三油泵23、第四油泵24，换向阀30还包括第三换向阀33、第四换向阀34，位置传感器50包括第三位置传感器53、第四位置传感器54，第三油泵23的出口通过第三换向阀33与第三柱塞泵13的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通，第四油泵24的出口通过第四换向阀34与第四柱塞泵14的油缸有杆腔和油缸无杆腔连通，第三柱塞泵13、第四柱塞泵14的水缸有杆腔和水缸无杆腔分别通过进水单向阀61与水箱70连通，第三柱塞泵13、第四柱塞泵14的水缸有杆腔和水缸无杆腔还分别通过出水单向阀62与供水口80连通，控制器40的信号输出端还与第三换向阀33、第四换向阀34连接，第三位置传感器53用于获取第三柱塞泵13的活塞杆10-1的移动位置，第四位置传感器54用于获取第四柱塞泵14的活塞杆10-1的移动位置，控制器40用于根据第三位置传感器53、第四位置传感器54的信号通过第三换向阀33、第四换向阀34控制第三柱塞泵13、第四柱塞泵14的动作时序，和/或，控制器40用于根据第一位置传感器51、第二位置传感器52的信号控制第三柱塞泵13、第四柱塞泵14的活塞杆10-1的移动速度。

进一步地，第一油泵21、第二油泵22驱动连接第一动力装置91，第三油泵23、第四油泵24驱动连接第二动力装置92，换向阀30为三位四通电磁换向阀30，换向阀30具有m型中位机能。如图2所示，m型中位机能的换向阀30，在中位时，压力油进口与回油口连通，两个工作油口截止，从而实现对每个柱塞泵10的单独控制。

该柱塞泵供水系统除了上述四个油泵、四个换向阀、四个柱塞泵外，还可以包括六个油泵、六个换向阀、六个柱塞泵，八个油泵、八个换向阀、八个柱塞泵，十个油泵、十个换向阀、十个柱塞泵等等；动力装置除了包括两个外，还可以包括三个、四个、五个等等，设置方式可以参考图2的设置。

上述的柱塞泵供水系统可以运用于消防装备，如高喷消防车、登高平台消防车，也可以固定设置于高层建筑物内，作为建筑物的专用消防设施。

另一方面，本发明还提出了一种消防机械，包括上任一种的柱塞泵供水系统，该消防机械可以为消防车、消防车载泵等。

再一方面，本发明还提供了一种建筑物，包括建筑本体，同时还包括设置在建筑本体内的至少一个如上所述的柱塞泵供水系统，柱塞泵供水系统的供水口80通过管路延伸至建筑本体的顶部(可以在每个楼层设置分支)，管路的末端设置有喷头，如消防水炮，管路包括至少一段软管，如水带。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。