淺談排污泵排水自動化

在水電站基坑開挖及其它深挖工程施工時，由于基坑滲水，必須利用排污泵將大量積水抽上地面排到下游河床中去，將積水控制在低水位線(底閥處)以上。若再多抽水，水泵體內(nèi)就會因充滿大量氣體而空轉(zhuǎn)不上水，從而會危害水泵的安全運行，造成能源的損耗。在施工實踐中，為了能確?？刂频退?，必須要：

①調(diào)節(jié)水泵閥門來控制流量，以避免水抽干后泵體內(nèi)進氣;

②關(guān)閉水泵閥門，水位低于低限制水位線時就人為停機。

基于以上兩種情況，本著利用現(xiàn)有的設(shè)備，只添加一些附件和電路，使輕載水泵能全載運行，從而達到既可自動控制減輕勞動強度的目的，又能節(jié)約能源消耗并減少工程投資。

1 排污泵自動化控制元器件

1.1 磁鋼浮子式水位信號器

浮子是一個內(nèi)裝永磁鐵的可浮動的塑料球。水位的升降使浮子相應(yīng)地產(chǎn)生變化，磁鐵的磁力使導管內(nèi)的干簧接點動作，發(fā)出相應(yīng)的水面信號，水位信號器原理見圖1。

1.2 示流信號器

示流信號器的原理見圖2。

當管中流量大于信號器規(guī)定的動作流量值時，靶及靶桿受力并帶動微動開關(guān)，使其常閉接點斷開，常開接點閉合，發(fā)出正常信號;當管中水流量減小時，靶桿上的作用力矩也減小。當流量小到低于信號器動作整定值時，微動開關(guān)常閉接點閉合、常開接點斷開發(fā)出報警信號。

1.3 水位自動檢測與顯示電路

1.3.1 水位檢測電路圖

若水位的相應(yīng)變化能通過信號燈顯示出來，則為水泵的開停機提供了良好的監(jiān)測作用。圖3即為水位自動控制與顯示電路圖。

1.3.2 水位自動檢測與顯示電路原理

當水位的變化使水位信號器中的浮子移動到下限水位位置時，浮球中的磁鐵靠近下限水位干簧管0G，干簧管中的鐵鎳合金片受磁力影響，常開接點閉合。見圖1和圖3。

路，OZJ繼電器線圈通電，繼電器吸合，OZJ常開觸點閉合，常閉觸點斷開，電流經(jīng)A點→1ZJ常閉

當水位到達低水位時，浮子的磁鐵靠近低水位干簧管1G，1G常開接點閉合。電流經(jīng)A點→1C

信號燈亮表示水位處于低水位。依此類推，2G閉合時，1XD信號燈滅，2XD中水位信號燈亮，表示水位處于中水位。3G閉合時，2XD信號燈滅，3XD高水位信號燈亮，提醒運行人員注意設(shè)備安全。

2 水位自動控制

2.1 排污泵自動、手動排水示意圖(見圖4)。

(1)潛水泵自動控制電路，見圖5。

潛水泵自動排水簡單可靠，可實現(xiàn)無人值班看守運行，適用于滲水、積水量不大的低洼地區(qū)。

(2)潛水泵自動、手動排水工作原理控制電路見圖5。

合上HK開關(guān)，拉開ZK開關(guān)即為手動排水，原理簡單，不再贅述。

2.2 有底閥灌水的離心泵自動控制

(1)有底閥的離心泵自動灌水示意圖見圖6。

做一水箱專為離心泵灌水，使水泵泵體內(nèi)時刻充滿水。水泵的吸水管徑在300 mm以下的小型水泵，可在吸水管上設(shè)置底閥，開泵前向吸水管中灌水啟動，設(shè)備和方法都較簡單。由于吸水管水頭損失較大，且底閥易被雜質(zhì)、泥沙等堵塞而關(guān)不嚴，影響灌水啟動，需經(jīng)常清理，故只適用于小型水泵。每臺離心泵出水管上一般都安置逆止閥，當揚程在20 m以下時，可以不設(shè)逆止閥。

(2)水箱澆灌水自動控制電路設(shè)計見圖7。

為確保水箱內(nèi)有足夠量的水為離心泵灌水，水箱的體積以至少能灌滿一臺離心泵為準，可采用防腐處理過的開口油箱即可。

工作原理：電流經(jīng)C相→TA按鈕→ZK開關(guān)→C1→C常閉→ZJ1線圈→A相，中間繼電器ZJ1通電吸合后常開接點閉合，接通接觸器C線圈，電流經(jīng)C相→TA按鈕→ZJ1常開(已閉合)→ZJ0常閉→C線圈→RJ常閉→A相。同時，接觸器常開觸點閉合自保，鎖定自?；芈?接觸器常閉觸點斷開，切斷ZJ線圈回路，ZJ1繼電器斷電，常開、常閉接點回原位。由此不難看出，接觸器C常閉的作用是避免ZJ1常開接點啟動接觸器C時間過長而設(shè)置的，以免在此時按停止按鈕時松開后又再次啟動。

(3)有底閥的離心泵水位自動控制與顯示電路設(shè)計見圖8。

(4)有底閥的離心泵自動控制電路原理見圖9。

和0XD信號燈斷電，繼電器斷電，銜接回歸原位，下限水位信號燈滅。1ZJ常閉接點的斷開，使得2號電機回路中2C線圈回路切斷，2號電機不能運行。

1ZJ常開觸點的閉合發(fā)生下列動作：

(a)電流經(jīng)A點→1ZJ常開(已閉合)→0ZJ常閉→2ZJ常閉→1SJ常閉→1ZJ線圈→0點，低水位

控制線路自鎖;

(b)1號電機控制回路電流經(jīng)C點→1TA按鈕→1ZJ常開(閉合)→0ZJ常閉→1C線圈→1RJ常閉→A點。

1ZJ常開接點啟動1號電機，1C接觸器吸合后，自保觸點閉合，自鎖回路，(注：1ZJ常開接點1 s后會斷開，因此，1ZJ常開觸點只閉合1 s)。

1SJ時間繼電器通電延時1 s后，1SJ常開接點閉合，自鎖回路;1SJ常閉觸點斷開切斷1ZJ線圈回路。

依此類推，中水位干簧管常開接點2G閉合時，和上述情況相似，分別會使2XD信號燈亮顯示中水位和啟動2號離心泵電機運行。

綜上所述，水位到達下限水位時停1號電機;水位到達低水位時啟動1號泵電機，停2號泵電機;水位到達中水位時啟動2號泵電機。

另外，從電路圖中還可看出，當1號泵上水量小或流量中斷時，示流信號器1SLX常閉接點閉合。電流經(jīng)A點→1C常開(已閉合)→1SLX常閉→1DL→0點，電鈴1DL報警、鳴叫。2號泵流量小或不上水時，電鈴2DL報警鳴叫。

(5)帶底閥的離心泵自動控制失靈時，可改為手動操作。這時只需拉下HK開關(guān)，按常規(guī)方法進行手工操作。

2.3 無底閥的離心泵排水自動化

2.3.1 真空吊水分析

吸水管不設(shè)底閥，水頭損失小，常用真空泵啟動。真空泵引水啟動迅速，效率較高，適用于各種規(guī)模的水泵。尤其是大型水泵和吸水管較長的水管。水泵引水時間一般為3～5 min。

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，有不少大型的給水泵站、排水泵站用的是水環(huán)式真空泵真空引水方式。這種方式中采用了真空罐、水封罐、汽水分離器、自動排氣閥、電接點真空壓力表等設(shè)備。通過對它們的剖析不難看出，真空度越高，引水管中的水位被提得越高。盡管如此，由于離心泵泵體、進水管中難免漏氣，實際上并不是很理想。筆者認為，去掉真空罐、水封罐、自動排氣閥后的真空泵仍能保持原有的排氣流量，保持其氣、水混合物在離心泵體內(nèi)的比值。

為了檢測氣、水的各自流量，制作了一個氣、水檢測器。該檢測器節(jié)省投資、安裝方便，適用于工地排水。結(jié)構(gòu)簡圖見圖10。

圖10中氣管、水管有一定高度差。氣管到積水水面的高度應(yīng)大于真空泵的吸程，以保證氣、水的正常分離。當從離心泵里的氣、水混合物經(jīng)過氣、水檢測器時，根據(jù)氣、水分離原理，氣體的比重輕，大部分從氣管道中經(jīng)過;水的比重比較大，絕大部分從水管中通過。氣道中的示流器檢測氣體流量;水管道中的示流器檢測水的流量。其氣體流量加水量就是氣、水混合體的總流量。

氣體流量臨界值是指在離心泵內(nèi)充滿水、氣的情況下，離心泵內(nèi)葉片旋轉(zhuǎn)能抽上水時，氣體在氣水混合物中所占的小百分比。不同型號的水泵有其不同的氣體流量臨界值，需要在實踐中測定。

氣、水檢測器的原理就是氣體流量大于整定動作流量時，示流器1SLX的電接點閉合或斷開，

出信號，水流量大于整定動作流量時，2SLX的電接點閉合或斷開，發(fā)出信號見圖11。它們的組合接點回路的開、斷會發(fā)出開啟離心泵的信號。

2.3.2 真空泵吊水示意圖(見圖12)

此電路和上一節(jié)中所講的差不多，只不過多加了兩個電磁閥線圈。在開啟離心泵前先開啟真空泵抽出離心泵中的空氣，當空氣和水的混合體被抽上來時，由于真空泵的吸程較氣管的高度低，所以氣體和水在氣水檢測器中分離。氣體經(jīng)過氣體管道，水經(jīng)過水管道后被真空泵抽入氣體分離器。氣體分離器中的水是專為真空泵密封和冷卻用的。

圖12中的電磁閥只在真空泵運轉(zhuǎn)時打開，而在離心泵運轉(zhuǎn)時關(guān)閉。

真空泵開啟后，電磁閥1DCF通電打開閥門，真空泵吊水，氣、水經(jīng)過氣、水檢測器時發(fā)出開1號離心泵信號，1號離心泵啟動運行。

同理，當積水水位到達中水位時，2ZJ常開接點的閉合開啟真空泵，電磁閥2DCF打開，氣、水經(jīng)過氣、水檢測器時發(fā)出開啟2號離心泵的信號，2號離心泵啟動運行，見圖13。

當自動控制失靈時，可拉下HK開關(guān)，合上1SK，開啟真空泵吊水，后開啟1號離心泵。同理，合上2SK，開啟真空泵吊水，再開啟2號離心泵就達到了手動控制的目的。

2.3.3 真空泵吊水自動控制及1號離心泵、2號離心泵自動控制線路設(shè)計(見圖14)

當積水水位到達低水位時，1ZJ常開接點的閉開啟真空泵，如在3～5 min內(nèi)1號泵不開啟時電鈴報警。真空泵開啟后，電磁閥1DCF通電打開閥門，真空吊水、氣、水經(jīng)過氣、水檢測器時發(fā)出開1號離心泵信號，1號離心泵啟動進行。

同理，當積水水位到達中水位時，2ZJ常開接點的閉合開啟真空泵，電磁閥2DCF打開，氣、水經(jīng)過氣、水檢測器時發(fā)出開啟2號離心泵的信號，2號離心泵啟動運行，見圖13。

當自動控制失靈時，可拉下HK開關(guān)，合上1SK，開啟真空泵吊水，后開啟1號離心泵。同理，合上2SK，開啟真空泵吊水，再開啟2號離心泵就達到了手動控制的目的。

工地排水是每一個工地*的重要工序，消耗能源大、投入人力多，對排水控制電路要求簡單、可靠。以上介紹的自動控制原理，能節(jié)省勞力投入，在控制電路出故障時能很方便地改為人工操作，以保證排水工作不間斷，因此，節(jié)電效果明顯。

以一枯為例，某一泵點設(shè)置了一臺8(20.3 cm)泵，流量為400 m\+3/h，揚程40 m，電機功率為55kW，通常情況下，控制閥門的出水量24 h運轉(zhuǎn)。基坑滲水量為150 m\+3/h。由于閥門關(guān)小了，水泵負載減輕，實測電機運行電流60 A左右，折合功率，按此推算，每臺8(20.3 cm)泵每月可節(jié)約13 500 kW·h電。年節(jié)約達162 000 kW·h。節(jié)電效果明顯，經(jīng)濟效益可觀。

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