浅谈排污泵排水自动化

浅谈排污泵排水自动化

在水电站基坑开挖及其它深挖工程施工时，由于基坑渗水，必须利用排污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，从而会危害水泵的安全运行，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 排污泵自动化控制元器件

1.1 磁钢浮子式水位信号器

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，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，水位信号器原理见图1。

1.2 示流信号器

示流信号器的原理见图2。

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。图3即为水位自动控制与显示电路图。

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。见图1和图3。

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)潜水泵自动控制电路，见图5。

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见图5。

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示意图见图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)水箱浇灌水自动控制电路设计见图7。

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见图8。

(4)有底阀的离心泵自动控制电路原理见图9。

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。结构简图见图10。

图10中气管、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，发出信号见图11。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 真空泵吊水示意图(见图12)

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。

图12中的电磁阀只在真空泵运转时打开，而在离心泵运转时关闭。

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，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。

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，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*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。

浅谈离心泵的调节方式与能耗分析

通过离心泵与管路系统的特性曲线图分析了离心泵流量调节的几种主要方式：出口阀门调节、泵变速调节和泵的串、并联调节。用特性曲线图分析了出口阀门调节和泵变速调节两种方式的能耗损失，并进行了对比，指出离心泵用变速调节流量比用出口阀门调节流量可以更好的节约能耗，且节能效率与流量变化大小有关。在实际应用时应该注意变速调节的范围，才能更好的应用离心泵变速调节。

离心泵是广泛应用于化工工业系统的一种通用流体机械。它具有性能适应范围广(包括流量、压头及对输送介质性质的适应性)、体积小、结构简单、操作容易、操作费用低等诸多优点。通常，所选离心泵的流量、压头可能会和管路中要求的不一致，或由于生产任务、工艺要求发生变化，此时都要求对泵进行流量调节，实质是改变离心泵的工作点。离心泵的工作点是由泵的特性曲线和管路系统特性曲线共同决定的，因此，改变任何一个的特性曲线都可以达到流量调节的目的。目前，离心泵的流量调节方式主要有调节阀控制、变速控制以及泵的并、串联调节等。由于各种调节方式的原理不同，除有自己的优缺点外，造成的能量损耗也不一样，为了寻求、能耗小、节能的流量调节方式，必须全面地了解离心泵的流量调节方式与能耗之间的关系。

1 泵流量调节的主要方式

1.1 改变管路特性曲线

改变离心泵流量简单的方法就是利用泵出口阀门的开度来控制，其实质是改变管路特性曲线的位置来改变泵的工作点。

1.2 改变离心泵特性曲线

根据比例定律和切割定律，改变泵的转速、改变泵结构(如切削叶轮外径法等)两种方法都能改变离心泵的特性曲线，从而达到调节流量(同时改变压头)的目的。但是对于已经工作的泵，改变泵结构的方法不太方便，并且由于改变了泵的结构，降低了泵的通用性，尽管它在某些时候调节流量经济方便[1]，在生产中也很少采用。这里仅分析改变离心泵的转速调节流量的方法。从图1中分析，当改变泵转速调节流量从Q1下降到Q2时，泵的转速(或电机转速)从n1下降到n2，转速为n2下泵的特性曲线Q-H与管路特性曲线He=H0+G1Qe2(管路特曲线不变化)交于点A3(Q2，H3)，点A3为通过调速调节流量后新的工作点。此调节方法调节效果明显、快捷、安全可靠，可以延长泵使用寿命，节约电能，另外降低转速运行还能有效的降低离心泵的汽蚀余量NPSHr，使泵远离汽蚀区，减小离心泵发生汽蚀的可能性[2]。缺点是改变泵的转速需要有通过变频技术来改变原动机(通常是电动机)的转速，原理复杂，投资较大，且流量调节范围小。

1.3 泵的串、并连调节方式

当单台离心泵不能满足输送任务时，可以采用离心泵的并联或串联操作。用两台相同型号的离心泵并联，虽然压头变化不大，但加大了总的输送流量，并联泵的总效率与单台泵的效率相同;离心泵串联时总的压头增大，流量变化不大，串联泵的总效率与单台泵效率相同。

2 不同调节方式下泵的能耗分析

在对不同调节方式下的能耗分析时，文章仅针对目前广泛采用的阀门调节和泵变转速调节两种调节方式加以分析。由于离心泵的并、串联操作目的在于提高压头或流量，在化工领域运用不多，其能耗可以结合图2进行分析，方法基本相同。

2.1 阀门调节流量时的功耗

离心泵运行时，电动机输入泵轴的功率N为：

N=vQH/η

式中N——轴功率，w;

Q——泵的有效压头，m;

H——泵的实际流量，m3/s;

v——流体比重，N/m3;

η——泵的效率。

当用阀门调节流量从Q1到Q2，在工作点A2消耗的轴功率为：

NA2=vQ2H2/η

vQ2H3——实际有用功率，W;

vQ2(H2-H3)——阀门上损耗得功率，W;

vQ2H2(1/η-1)——离心泵损失的功率，W。

2.2 变速调节流量时的功耗

在进行变速分析时因要用到离心泵的比例定律，根据其应用条件，以下分析均指离心泵的变速范围在±20%内，且离心泵本身效率的变化不大[3]。用电动机变速调节流量到流量Q2时，在工作点A3泵消耗的轴功率为：

NA3=vQ2H3/η

同样经变换可得：

NA3=vQ2H3+vQ2H3(1/η-1) (2)

式中 vQ2H3——实际有用功率，W;

vQ2H3(1/η-1)——离心泵损失的功率，W。

3 结论

对于目前离心泵通用的出口阀门调节和泵变转速调节两种主要流量调节方式，泵变转速调节节约的能耗比出口阀门调节大得多，这点可以从两者的功耗分析和功耗对比分析看出。通过离心泵的流量与扬程的关系图，可以更为直观的反映出两种调节方式下的能耗关系。通过泵变速调节来减小流量还有利于降低离心泵发生汽蚀的可能性。当流量减小越大时，变速调节的节能效率也越大，即阀门调节损耗功率越大，但是，泵变速过大时又会造成泵效率降低，超出泵比例定律范围，因此，在实际应用时应该从多方面考虑，在二者之间综合出的流量调节方法。

渠诚泵业-GRG高温管道离心泵,CDLF不锈钢多级管道离心泵,ZW直联式自吸泵,LW无堵塞立式管道排污泵