在水電站基坑開挖及其它深挖工程施工時
，由於基坑滲水
，必須利用排汙泵將大量積水抽上地麵排到下遊河床中去
，將積水控製在最低水位線(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
，為了能確保控製最低水位
，必須要
：
①調節水泵閥門來控製流量
，以避免水抽幹後泵體內進氣;
②關閉水泵閥門
，水位低於最低限製水位線時就人為停機
。
基於以上兩種情況
，本著利用現有的設備
，隻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製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 排汙泵自動化控製元器件
1.1 磁鋼浮子式水位信號器
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
，其自由端產生的磁性正好相反
，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產生變化
，永久磁鐵的磁力使導管內的幹簧接點動作
，發出相應的水麵信號
，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
。
當管中流量大於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
。當流量小到低於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 水位自動檢測與顯示電路
1.3.1 水位檢測電路圖
若水位的相應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測作用。圖3即為水位自動控製與顯示電路圖
。
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於低水位
。依此類推
，2G閉合時
，1XD信號燈滅
，2XD中水位信號燈亮
，表示水位處於中水位
。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 水位自動控製
2.1 排汙泵自動
、手動排水示意圖(見圖4)
。
(1)潛水泵自動控製電路
，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
，適用於滲水
、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製電路見圖5
。
合上HK開關
，拉開ZK開關即為手動排水
，原理簡單
，不再贅述
。
2.2 有底閥灌水的離心泵自動控製
(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
，可在吸水管上設置底閥
，開泵前向吸水管中灌水啟動
，設備和方法都較簡單
。由於吸水管水頭損失較大
，且底閥易被雜質
、泥沙等堵塞而關不嚴
，影響灌水啟動
，需經常清理，故隻適用於小型水泵
。每台離心泵出水管上一般都安置逆止閥
，當揚程在20 m以下時
，可以不設逆止閥
。
(2)水箱澆灌水自動控製電路設計見圖7
。
為確保水箱內有足夠量的水為離心泵灌水
，水箱的體積以至少能灌滿一台離心泵為準
，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常開接點啟動接觸器C時間過長而設置的
，以免在此時按停止按鈕時鬆開後又再次啟動
。
(3)有底閥的離心泵水位自動控製與顯示電路設計見圖8
。
(4)有底閥的離心泵自動控製電路原理見圖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
控製線路自鎖;
(b)1號電機控製回路電流經C點→1TA按鈕→1ZJ常開(閉合)→0ZJ常閉→1C線圈→1RJ常閉→A點
。
1ZJ常開接點啟動1號電機
，1C接觸器吸合後
，自保觸點閉合
，自鎖回路
，(注
：1ZJ常開接點1 s後會斷開，因此
，1ZJ常開觸點隻閉合1 s)
。
1SJ時間繼電器通電延時1 s後
，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製失靈時
，可改為手動操作
。這時隻需拉下HK開關，按常規方法進行手工操作
。
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
，適用於各種規模的水泵
。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
。
據有關資料統計
，有不少大型的給水泵站
、排水泵站用的是水環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
，由於離心泵泵體
、進水管中難免漏氣
，實際上並不是很理想
。筆者認為
，去掉真空罐
、水封罐
、自動排氣閥後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的比值
。
為了檢測氣
、水的各自流量
，製作了一個氣
、水檢測器
。該檢測器節省投資
、安裝方便
，適用於工地排水
。結構簡圖見圖10
。
圖10中氣管
、水管有一定高度差
。氣管到積水水麵的高度應大於真空泵的吸程
，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於整定動作流量時
，示流器1SLX的電接點閉合或斷開
，
出信號
，水流量大於整定動作流量時
，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)
此電路和上一節中所講的差不多
，隻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
，由於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為真空泵密封和冷卻用的。
圖12中的電磁閥隻在真空泵運轉時打開
，而在離心泵運轉時關閉
。
真空泵開啟後
，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
、水經過氣
、水檢測器時發出開啟2號離心泵的信號
，2號離心泵啟動運行
，見圖13
。
當自動控製失靈時
，可拉下HK開關
，合上1SK
，開啟真空泵吊水
，最後開啟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製的目的
。
2.3.3 真空泵吊水自動控製及1號離心泵
、2號離心泵自動控製線路設計(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1號泵不開啟時電鈴報警
。真空泵開啟後
，電磁閥1DCF通電打開閥門
，真空吊水
、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
、水經過氣
、水檢測器時發出開啟2號離心泵的信號
，2號離心泵啟動運行
，見圖13
。
當自動控製失靈時
，可拉下HK開關
，合上1SK
，開啟真空泵吊水
，最後開啟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製的目的
。
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
，對排水控製電路要求簡單
、可靠
。以上介紹的自動控製原理
，能節省勞力投入
，在控製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
，節電效果明顯
。
以一枯為例
，某一泵點設置了一台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
，控製閥門的出水量24 h運轉
。基坑滲水量為150 m\+3/h
。由於閥門關小了
，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
，每台8(20.3 cm)泵每月可節約13 500 kW·h電
。年節約達162 000 kW·h
。節電效果明顯
，經濟效益可觀
。
|
