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浅谈水泵排水自动化

   在水电站基坑开挖及其它深挖工程施工时，由于基坑渗水，必须利用水泵将大量积水抽上地面排到下游河床中去，将积水控制在*低水位线(底阀处)以上。若再多抽水，水泵体内就会因充满大量气体而空转不上水，从而会危害水泵的**运行，造成能源的损耗。在施工实践中，为了能确保控制*低水位，必须要：

    ①调节水泵阀门来控制流量，以避免水抽干后泵体内进气；
    ②关闭水泵阀门，水位低于*低限制水位线时就人为停机。

    基于以上两种情况，本着利用现有的设备，只添加一些附件和电路，使轻载水泵能全载运行，从而达到既可自动控制减轻劳动强度的目的，又能节约能源消耗并减少工程投资。

    1  水泵自动化控制元器件

    1.1  磁钢浮子式水位信号器

    磁钢浮子式水位信号器基本上是由浮子、导管、干簧管以及外管等组成。干簧管是把两片铁镍合金**封闭在玻璃管内，常开的舌**分别固定在玻璃管的两端，在永磁场的作用下，**被磁化，其自由端产生的磁性正好相反，利用“异性相吸”的原理，克服**的作用力矩，使**动作，从而使电路闭合，当永磁体远离干簧管时，**即断开。

    浮子是一个内装永磁铁的可浮动的塑料球。水位的升降使浮子相应地产生变化，长久磁铁的磁力使导管内的干簧接点动作，发出相应的水面信号，水位信号器原理。

    1.2  示流信号器
    当管中流量大于信号器规定的动作流量值时，靶及靶杆受力并带动微动开关，使其常闭接点断开，常开接点闭合，发出正常信号；当管中水流量减小时，靶杆上的作用力矩也减小。当流量小到低于信号器动作整定值时，微动开关常闭接点闭合、常开接点断开发出报警信号。

    1.3  水位自动检测与显示电路

    1.3.1  水位检测电路图
    若水位的相应变化能通过信号灯显示出来，则为水泵的开停机提供了良好的监测作用。
    1.3.2  水位自动检测与显示电路原理

    当水位的变化使水位信号器中的浮子移动到下限水位位置时，浮球中的磁铁靠近下限水位干簧管0G，干簧管中的铁镍合金片受磁力影响，常开接点闭合。

路，OZJ继电器线圈通电，继电器吸合，OZJ常开触点闭合，常闭触点断开，电流经A点→1ZJ常闭
    当水位到达低水位时，浮子的磁铁靠近低水位干簧管1G，1G常开接点闭合。电流经A点→1C
    信号灯亮表示水位处于低水位。依此类推，2G闭合时，1XD信号灯灭，2XD中水位信号灯亮，表示水位处于中水位。3G闭合时，2XD信号灯灭，3XD高水位信号灯亮，提醒运行人员注意设备**。

    2  水位自动控制

    2.1  潜水泵自动、手动排水。
    (1)潜水泵自动控制电路。

    潜水泵自动排水简单可靠，可实现无人值班看守运行，适用于渗水、积水量不大的低洼地区。

    (2)潜水泵自动、手动排水工作原理控制电路。
    合上HK开关，拉开ZK开关即为手动排水，原理简单，不再赘述。
    2.2  有底阀灌水的离心泵自动控制

    (1)有底阀的离心泵自动灌水。
    做一水箱专为离心泵灌水，使水泵泵体内时刻充满水。水泵的吸水管径在300 mm以下的小型水泵，可在吸水管上设置底阀，开泵前向吸水管中灌水启动，设备和方法都较简单。由于吸水管水头损失较大，且底阀易被杂质、泥沙等堵塞而关不严，影响灌水启动，需经常清理，故只适用于小型水泵。每台离心泵出水管上一般都安置逆止阀，当扬程在20 m以下时，可以不设逆止阀。

    (2)水箱浇灌水自动控制电路设计。
    为确保水箱内有足够量的水为离心泵灌水，水箱的体积以至少能灌满一台离心泵为准，可采用防腐处理过的开口油箱即可。
    工作原理：电流经C相→TA按钮→ZK开关→C1→C常闭→ZJ1线圈→A相，中间继电器ZJ1通电吸合后常开接点闭合，接通接触器C线圈，电流经C相→TA按钮→ZJ1常开(已闭合)→ZJ0常闭→C线圈→RJ常闭→A相。同时，接触器常开触点闭合自保，锁定自保回路；接触器常闭触点断开，切断ZJ线圈回路，ZJ1继电器断电，常开、常闭接点回原位。由此不难看出，接触器C常闭的作用是避免ZJ1常开接点启动接触器C时间过长而设置的，以免在此时按停止按钮时松开后又再次启动。

    (3)有底阀的离心泵水位自动控制与显示电路设计。
    （4）有底阀的离心泵自动控制电路原理。
    和0XD信号灯断电，继电器断电，衔接回归原位，下限水位信号灯灭。1ZJ常闭接点的断开，使得2号电机回路中2C线圈回路切断，2号电机不能运行。

    1ZJ常开触点的闭合发生下列动作：

    (a)电流经A点→1ZJ常开(已闭合)→0ZJ常闭→2ZJ常闭→1SJ常闭→1ZJ线圈→0点，低水位控制线路自锁；

    (b)1号电机控制回路电流经C点→1TA按钮→1ZJ常开(闭合)→0ZJ常闭→1C线圈→1RJ常闭→A点。

    1ZJ常开接点启动1号电机，1C接触器吸合后，自保触点闭合，自锁回路，(注：1ZJ常开接点1 s后会断开，因此，1ZJ常开触点只闭合1 s)。

    1SJ时间继电器通电延时1 s后，1SJ常开接点闭合，自锁回路；1SJ常闭触点断开切断1ZJ线圈回路。

    依此类推，中水位干簧管常开接点2G闭合时，和上述情况相似，分别会使2XD信号灯亮显示中水位和启动2号离心泵电机运行。

    综上所述，水位到达下限水位时停1号电机；水位到达低水位时启动1号泵电机，停2号泵电机；水位到达中水位时启动2号泵电机。

    另外，从电路图中还可看出，当1号泵上水量小或流量中断时，示流信号器1SLX常闭接点闭合。电流经A点→1C常开(已闭合)→1SLX常闭→1DL→0点，电铃1DL报警、鸣叫。2号泵流量小或不上水时，电铃2DL报警鸣叫。

    (5)带底阀的离心泵自动控制失灵时，可改为手动操作。这时只需拉下HK开关，按常规方法进行手工操作。

    2.3  无底阀的离心泵排水自动化

    2.3.1  真空吊水分析
    吸水管不设底阀，水头损失小，常用真空泵启动。真空泵引水启动迅速，效率较高，适用于各种规模的水泵。尤其是大型水泵和吸水管较长的水管。水泵引水时间一般为3～5 min。
    据有关资料统计，有不少大型的给水泵站、排水泵站用的是水环式真空泵真空引水方式。这种方式中采用了真空罐、水封罐、汽水分离器、自动排气阀、电接点真空压力表等设备。通过对它们的剖析不难看出，真空度越高，引水管中的水位被提得越高。尽管如此，由于离心泵泵体、进水管中难免漏气，实际上并不是很理想。笔者认为，去掉真空罐、水封罐、自动排气阀后的真空泵仍能保持原有的排气流量，保持其气、水混合物在离心泵体内的比值。

    为了检测气、水的各自流量，制作了一个气、水检测器。该检测器节省投资、安装方便，适用于工地排水。结构简图。
    气管、水管有一定高度差。气管到积水水面的高度应大于真空泵的吸程，以保证气、水的正常分离。当从离心泵里的气、水混合物经过气、水检测器时，根据气、水分离原理，气体的比重轻，大部分从气管道中经过；水的比重比较大，绝大部分从水管中通过。气道中的示流器检测气体流量；水管道中的示流器检测水的流量。其气体流量加水量就是气、水混合体的总流量。
    气体流量临界值是指在离心泵内充满水、气的情况下，离心泵内叶片旋转能抽上水时，气体在气水混合物中所占的*小百分比。不同型号的水泵有其不同的气体流量临界值，需要在实践中测定。
    气、水检测器的原理就是气体流量大于整定动作流量时，示流器1SLX的电接点闭合或断开，
出信号，水流量大于整定动作流量时，2SLX的电接点闭合或断开，发出信号。它们的组合接点回路的开、断会发出开启离心泵的信号。
    2.3.2  真空泵吊水

    此电路和上一节中所讲的差不多，只不过多加了两个电磁阀线圈。在开启离心泵前先开启真空泵抽出离心泵中的空气，当空气和水的混合体被抽上来时，由于真空泵的吸程较气管的高度低，所以气体和水在气水检测器中分离。气体经过气体管道，水经过水管道后被真空泵抽入气体分离器。气体分离器中的水是专为真空泵密封和冷却用的。
    真空泵开启后，电磁阀1DCF通电打开阀门，真空泵吊水，气、水经过气、水检测器时发出开1号离心泵信号，1号离心泵启动运行。

    同理，当积水水位到达中水位时，2ZJ常开接点的闭合开启真空泵，电磁阀2DCF打开，气、水经过气、水检测器时发出开启2号离心泵的信号，2号离心泵启动运行。

    当自动控制失灵时，可拉下HK开关，合上1SK，开启真空泵吊水，*后开启1号离心泵。同理，合上2SK，开启真空泵吊水，再开启2号离心泵就达到了手动控制的目的。

    2.3.3  真空泵吊水自动控制及1号离心泵、2号离心泵自动控制线路设计

    当积水水位到达低水位时，1ZJ常开接点的闭合开启真空泵，如在3～5 min内1号泵不开启时电铃报警。真空泵开启后，电磁阀1DCF通电打开阀门，真空吊水、气、水经过气、水检测器时发出开1号离心泵信号，1号离心泵启动进行。

    同理，当积水水位到达中水位时，2ZJ常开接点的闭合开启真空泵，电磁阀2DCF打开，气、水经过气、水检测器时发出开启2号离心泵的信号，2号离心泵启动运行，见图13。

    当自动控制失灵时，可拉下HK开关，合上1SK，开启真空泵吊水，*后开启1号离心泵。同理，合上2SK，开启真空泵吊水，再开启2号离心泵就达到了手动控制的目的。

    工地排水是每一个工地不可缺少的重要工序，消耗能源大、投入人力多，对排水控制电路要求简单、可靠。以上介绍的自动控制原理，能节省劳力投入，在控制电路出故障时能很方便地改为人工操作，以保证排水工作不间断，因此，节电效果明显。

    以一枯为例，某一泵点设置了一台8(20.3 cm)泵，流量为400 m\+3/h，扬程40 m，电机功率为55kW，通常情况下，控制阀门的出水量24 h运转。基坑渗水量为150 m\+3/h。由于阀门关小了，水泵负载减轻，实测电机运行电流60 A左右，折合功率，按此推算，每台8(20.3 cm)泵每月可节约13 500 kW·h电。年节约达162 000 kW·h。节电效果明显，经济效益可观。

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