论文摘要：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，将积水控制在最低水位线(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，为了能确保控制最低水位，必须要：
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①调节水泵阀门来控制流量，以避免水抽干后泵体内进气；jd@)o0kc
②关闭水泵阀门，水位低于最低限制水位线时就人为停机。%~8n|?Hn
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。udKj hs\Y
1 水泵自动化控制元器件2M?y_Q %
1.1 磁钢浮子式水位信号器6~ [?q|J Y
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簧片封闭在玻璃管内，常开的舌簧片分别固定在玻璃管的两端，在永磁场的作用下，簧片被磁化，其自由端产生的磁性正好相反，利用“异性相吸”的原理，克服簧片的作用力矩，使簧片动作，从而使电路闭合，当永磁体远离干簧管时，簧片即断开。l B@?8f sY`
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，永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，水位信号器原理见图1。=YLTNo v
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1.2 示流信号器CqWr=HAt
示流信号器的原理见图2。*Ke4(H1e
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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。.~p0e FR6*
1.3 水位自动检测与显示电路E
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1.3.1 水位检测电路图j KBuEI!i
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。;{wD.8 _h :
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1.3.2 水位自动检测与显示电路原理q2wGR7 IA/{
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。`R(]v~S
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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`52D? a/
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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→1cDgY8w?cv
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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。lPB#X=
2 水位自动控制k�+a YlY;
2.1 潜水泵自动、手动排水示意图(见图4)。Q2 M V Vp@
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(1)潜水泵自动控制电路，见图5。aguUol*
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。k1Nh r3^i
(2)潜水泵自动、手动排水工作原理控制电路见图5。:("?$8
合上hk开关，拉开zk开关即为手动排水，原理简单，不再赘述。E}YK!{?^
2.2 有底阀灌水的离心泵自动控制9 nBs):f
(1)有底阀的离心泵自动灌水示意图见图6。Z':m ,
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做一水箱专为离心泵灌水，使水泵泵体内时刻充满水。水泵的吸水管径在300 mm以下的小型水泵，可在吸水管上设置底阀，开泵前向吸水管中灌水启动，设备和方法都较简单。由于吸水管水头损失较大，且底阀易被杂质、泥沙等堵塞而关不严，影响灌水启动，需经常清理，故只适用于小型水泵。每台离心泵出水管上一般都安置逆止阀，当扬程在20 m以下时，可以不设逆止阀。 7oV8sPy
(2)水箱浇灌水自动控制电路设计见图7。@;`0?9)
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为确保水箱内有足够量的水为离心泵灌水，水箱的体积以至少能灌满一台离心泵为准，可采用防腐处理过的开口油箱即可。C6 o3\UBbJ
工作原理：电流经c相→ta按钮→zk开关→c1→c常闭→zj1线圈→a相，中间继电器zj1通电吸合后常开接点闭合，接通接触器c线圈，电流经c相→ta按钮→zj1常开(已闭合)→zj0常闭→c线圈→rj常闭→a相。同时，接触器常开触点闭合自保，锁定自保回路；接触器常闭触点断开，切断zj线圈回路，zj1继电器断电，常开、常闭接点回原位。由此不难看出，接触器c常闭的作用是避免zj1常开接点启动接触器c时间过长而设置的，以免在此时按停止按钮时松开后又再次启动。6;Vm Ly'J
(3)有底阀的离心泵水位自动控制与显示电路设计见图8。0 g?RGm'Ins
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（4）有底阀的离心泵自动控制电路原理见图9。uFJN-t=67
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和0xd信号灯断电，继电器断电，衔接回归原位，下限水位信号灯灭。1zj常闭接点的断开，使得2号电机回路中2c线圈回路切断，2号电机不能运行。g WGX$VB
1zj常开触点的闭合发生下列动作：!p7YJP*ksOY
(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�r;m-#?f
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控制线路自锁；}
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(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。kB9?L =
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)。8zu;^MRD~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。4On|{(
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。 N'@ W?A
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。9&[].d3
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。LZO1zGf/;
(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。YKO[g4Rfv
2.3 无底阀的离心泵排水自动化 KN#ks[
2.3.1 真空吊水分析!3HCYWOV
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。9W}�1.\YjU
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。nE�&UCq\
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。L ^3HF)% h
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。e{OK!:2:,)
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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最小百分比。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。 @j ~#L~y
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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， Q| ",ZA+(9H
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。tUBF F5D;
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2.3.2 真空泵吊水示意图(见图12) F9VWAp
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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。Zx-Z
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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。& O iTaK
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。o[aCw Mjb`
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。) 1\6UKe8
当自动控制失灵时，可拉下hk开关，合上1sk，开启真空泵吊水，最后开启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。`V{*^w )�(
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) ]f }M*b#
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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。_p QzGAZ]
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。L3= Xg +b
当自动控制失灵时，可拉下hk开关，合上1sk，开启真空泵吊水，最后开启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。e8$O7 $h&
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。Kxqm*vYx
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。} ~SwZ y .
