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淺談排汙泵排水自動化
点击次数:1693 来源网站: 发布时间:2020-04-07
在水電站基坑開挖及其它深挖工程施工時,由于基坑滲水,必須利用排汙泵將大量積水抽上地面排到下遊河床中去,將積水控制在最低水位線(底閥處)以上。若再多抽水,水泵體內就會因充滿大量氣體而空轉不上水,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,爲了能確保控制最低水位,必須要:
 
  ①調節水泵閥門來控制流量,以避免水抽幹後泵體內進氣;
 
  ②關閉水泵閥門,水位低于最低限制水位線時就人爲停機。
 
  基于以上兩種情況,本著利用現有的設備,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,又能節約能源消耗並減少工程投資。
 
  1 排污泵自动化控制元器件
 
  1.1 磁钢浮子式水位信号器
 
  磁鋼浮子式水位信號器基本上是由浮子、導管、幹簧管以及外管等組成。幹簧管是把兩片鐵鎳合金簧片封閉在玻璃管內,常開的舌簧片分別固定在玻璃管的兩端,在永磁場的作用下,簧片被磁化,其自由端産生的磁性正好相反,利用“異性相吸”的原理,克服簧片的作用力矩,使簧片動作,從而使電路閉合,當永磁體遠離幹簧管時,簧片即斷開。
 
  浮子是一個內裝永磁鐵的可浮動的塑料球。水位的升降使浮子相應地産生變化,永久磁鐵的磁力使導管內的幹簧接點動作,發出相應的水面信號,水位信號器原理見圖1。
 
  1.2 示流信号器
 
  示流信號器的原理見圖2。
 
  當管中流量大于信號器規定的動作流量值時,靶及靶杆受力並帶動微動開關,使其常閉接點斷開,常開接點閉合,發出正常信號;當管中水流量減小時,靶杆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,微動開關常閉接點閉合、常開接點斷開發出報警信號。
 
  1.3 水位自动检测与显示电路
 
  1.3.1 水位检测电路图
 
  若水位的相應變化能通過信號燈顯示出來,則爲水泵的開停機提供了良好的監測作用。圖3即爲水位自動控制與顯示電路圖。
 
  1.3.2 水位自动检测与显示电路原理
 
  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幹簧管0G,幹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A點→1ZJ常閉
 
  當水位到達低水位時,浮子的磁鐵靠近低水位幹簧管1G,1G常開接點閉合。電流經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備安全。
 
  2 水位自动控制
 
  2.1 排污泵自动、手动排水示意图(见图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,可實現無人值班看守運行,適用于滲水、積水量不大的低窪地區。
 
  (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,拉開ZK開關即爲手動排水,原理簡單,不再贅述。
 
  2.2 有底阀灌水的离心泵自动控制
 
  (1)有底閥的離心泵自動灌水示意圖見圖6。
 
  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)水箱澆灌水自動控制電路設計見圖7。
 
  爲確保水箱內有足夠量的水爲離心泵灌水,水箱的體積以至少能灌滿一台離心泵爲准,可采用防腐處理過的開口油箱即可。
 
  工作原理:電流經C相→TA按鈕→ZK開關→C1→C常閉→ZJ1線圈→A相,中間繼電器ZJ1通電吸合後常開接點閉合,接通接觸器C線圈,電流經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,鎖定自保回路;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常開接點啓動接觸器C時間過長而設置的,以免在此時按停止按鈕時松開後又再次啓動。
 
  (3)有底閥的離心泵水位自動控制與顯示電路設計見圖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常開觸點的閉合發生下列動作:
 
  (a)電流經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C點→1TA按鈕→1ZJ常開(閉合)→0ZJ常閉→1C線圈→1RJ常閉→A點。
 
  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。
 
  依此類推,中水位幹簧管常開接點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啓動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;水位到達低水位時啓動1號泵電機,停2號泵電機;水位到達中水位時啓動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,可改爲手動操作。這時只需拉下HK開關,按常規方法進行手工操作。
 
  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、排水泵站用的是水環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。
 
  爲了檢測氣、水的各自流量,制作了一個氣、水檢測器。該檢測器節省投資、安裝方便,適用于工地排水。結構簡圖見圖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大于真空泵的吸程,以保證氣、水的正常分離。當從離心泵裏的氣、水混合物經過氣、水檢測器時,根據氣、水分離原理,氣體的比重輕,大部分從氣管道中經過;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充滿水、氣的情況下,離心泵內葉片旋轉能抽上水時,氣體在氣水混合物中所占的最小百分比。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,發出信號見圖11。它們的組合接點回路的開、斷會發出開啓離心泵的信號。
 
  2.3.2 真空泵吊水示意图(见图12)
 
  此電路和上一節中所講的差不多,只不過多加了兩個電磁閥線圈。在開啓離心泵前先開啓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。氣體經過氣體管道,水經過水管道後被真空泵抽入氣體分離器。氣體分離器中的水是專爲真空泵密封和冷卻用的。
 
  圖12中的電磁閥只在真空泵運轉時打開,而在離心泵運轉時關閉。
 
  真空泵開啓後,電磁閥1DCF通電打開閥門,真空泵吊水,氣、水經過氣、水檢測器時發出開1號離心泵信號,1號離心泵啓動運行。
 
  同理,當積水水位到達中水位時,2ZJ常開接點的閉合開啓真空泵,電磁閥2DCF打開,氣、水經過氣、水檢測器時發出開啓2號離心泵的信號,2號離心泵啓動運行,見圖13。
 
  當自動控制失靈時,可拉下HK開關,合上1SK,開啓真空泵吊水,最後開啓1號離心泵。同理,合上2SK,開啓真空泵吊水,再開啓2號離心泵就達到了手動控制的目的。
 
  2.3.3 真空泵吊水自动控制及1号离心泵、2号离心泵自动控制线路设计(见图14)
 
  当积水水位到达低水位时,1ZJ常开接点的闭开启真空泵,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,當積水水位到達中水位時,2ZJ常開接點的閉合開啓真空泵,電磁閥2DCF打開,氣、水經過氣、水檢測器時發出開啓2號離心泵的信號,2號離心泵啓動運行,見圖13。
 
  當自動控制失靈時,可拉下HK開關,合上1SK,開啓真空泵吊水,最後開啓1號離心泵。同理,合上2SK,開啓真空泵吊水,再開啓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不可缺少的重要工序,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,能節省勞力投入,在控制電路出故障時能很方便地改爲人工操作,以保證排水工作不間斷,因此,節電效果明顯。
 
  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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