【摘 要】解決煤礦企業(yè)離心式水泵因底閥原因造成打不上水或因突然停電造成水泵損壞問題，根本出路在于排水設(shè)備、設(shè)施及構(gòu)成部件的合理性和控制技術(shù)的高度自動(dòng)化、智能化。文章從實(shí)際研究應(yīng)用出發(fā)，基于提高排水系統(tǒng)效率和自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制以及遠(yuǎn)程監(jiān)控，達(dá)到節(jié)能降耗，減人提效的目的， 闡述無底閥排水系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)方法。

【關(guān)鍵詞】排水系統(tǒng)；自動(dòng)控制；優(yōu)化

0.引言

工業(yè)水泵是一種連續(xù)輸送水介質(zhì)的設(shè)備，因此被廣泛地應(yīng)用于礦山、化工、電力、鋼鐵、石油等工礦企業(yè)中作為必不可少的給排水設(shè)備之一。對(duì)于排水揚(yáng)程高，用水量需求大的取水（抽排）設(shè)備，大都選用傳統(tǒng)的有底閥排水的多級(jí)離心式水泵，在使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)打不上水或造成水泵底閥和水泵泵（殼）體損壞現(xiàn)象，嚴(yán)重地影響和制約了工礦企業(yè)的安全生產(chǎn)發(fā)展。因此解決工礦企業(yè)離心式水泵因底閥原因造成打不上水或因突然停電造成水泵損壞問題，根本出路在于排水設(shè)備、設(shè)施及構(gòu)成部件的合理性和高度自動(dòng)化、智能化。本著從實(shí)際研究應(yīng)用出發(fā)，提高排水系統(tǒng)效率和功能性自動(dòng)化及控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守，和節(jié)能降耗及減人提效的目的，從而達(dá)到為企業(yè)的安全生產(chǎn)發(fā)展和自動(dòng)化控制創(chuàng)造條件。

1.問題的提出

1.1有底閥水泵打不上水原因分析

（1）未注滿引水或吸水管漏氣或有氣泡。

（2）水泵體盤根箱漏氣。

（3）水泵底閥關(guān)閉不嚴(yán)或損壞。

1.2有底閥水泵正常工作必須滿足的條件

（1）水泵和啟動(dòng)裝置完好。

（2）電源和供電質(zhì)量穩(wěn)定、合格。

（3）取水源水介質(zhì)合格無雜質(zhì)。

（4）操作正確無誤。

由上：有底閥水泵在使用過程中存在的問題歸納如下：

1）運(yùn)行中突然停電時(shí)，底閥和水泵泵體（殼）經(jīng)常被水壓坐（沖）壞。造成水泵不能正常工作，危及工礦企業(yè)安全和影響生產(chǎn)又增加了維修工作量和維護(hù)費(fèi)用。

2）底閥增加吸水管道阻力，并經(jīng)常發(fā)生底閥關(guān)閉不良造成注入水泵引水困難、排空不凈、水泵啟動(dòng)次數(shù)多，開水泵時(shí)若一次啟動(dòng)不上水需要再次注入引水啟動(dòng)水泵，耗電量增加。

3）因底閥安裝工作在取水點(diǎn)（位）水下約5-8米深，底閥經(jīng)常被異物阻塞，檢修底閥困難，有時(shí)檢修人員還必須潛入水下進(jìn)行檢修處理，工作條件惡劣，勞動(dòng)強(qiáng)度大，特別是寒冷的冬天給檢修人員身體健康造成了不良影響。

綜上所述：安裝在水泵吸水管端的底閥在水泵排（抽）過程中不僅增加了吸水管道阻力，降低了吸水楊程和水泵效率又增加了維修工作量和維護(hù)費(fèi)用，也增大了電量消耗。

2.無底閥排水裝置工作原理

2.1制作準(zhǔn)備及安裝

（1）將原水泵配置安裝在水泵吸水管端的吸水管拆下并取下底閥（單向逆止閥），端頭安裝雜物過濾罩。

（2）在水泵吸（進(jìn)）水端增加安裝制作的無底閥排水裝置總成并從新制作安裝水泵吸（進(jìn)）水端和無底閥排水裝置總成出水端連接的過渡連接管。

（3）將吸水管與無底閥排水裝置總承的進(jìn)水端正確連接，其安裝完后如圖1所示。

2.2工作原理

（1）水泵啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)前打開引水閘閥向水泵殼體內(nèi)和無底閥裝置箱體內(nèi)注入引水，引水經(jīng)泵體、水泵吸（進(jìn)）水端過渡連接管向無底閥裝置箱體注水，隨著水量增加將箱體內(nèi)的空氣從自動(dòng)浮球閥逆流排出直到排出水為止，即：箱體內(nèi)無空氣，水已注滿，關(guān)閉引水閘閥。

（2）啟動(dòng)水泵運(yùn)轉(zhuǎn)在水泵葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)做功的作用下將無底閥裝置箱體內(nèi)的水介質(zhì)經(jīng)水泵吸（進(jìn)）水端過渡連接管、泵體葉輪逐級(jí)做功加壓到水泵出水端，經(jīng)外部連接管路將水送到用（排）水點(diǎn)。

（3）水泵工作時(shí)首先吸（抽）的是箱體內(nèi)的水，由于箱體內(nèi)的水被水泵吸（抽）出，使箱體內(nèi)形成真空與此同時(shí)箱體上安裝的自動(dòng)浮球逆流閥被箱體內(nèi)負(fù)壓吸至關(guān)閉，阻斷了外界空氣進(jìn)入箱體，所以被取水點(diǎn)的水在外界大氣壓力的作用下連續(xù)不斷地經(jīng)過吸水管端頭雜物過濾罩進(jìn)入吸水管到無底閥裝置箱體內(nèi)，從而保證了水泵將連續(xù)排（抽）出的水經(jīng)管網(wǎng)輸送到用（排）水地點(diǎn)。

3.無底閥排水系統(tǒng)控制功能自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)

排水的步驟一般是：水位達(dá)到高水位時(shí)開始向水箱內(nèi)注水，當(dāng)水箱內(nèi)水滿時(shí)停止注水，開啟水泵開始打水，當(dāng)水泵的壓力達(dá)到要求時(shí)最后開啟出水閥門正常工作。當(dāng)水位到達(dá)低水位時(shí)首先關(guān)閉出水閥門然后關(guān)閉水泵停止排水。

3.1傳感器的選用

紅外傳感器：主要用來監(jiān)測(cè)排水裝置水箱內(nèi)水是否注滿，給系統(tǒng)提供開停信息，避免誤操作。

正壓力傳感器：用來監(jiān)測(cè)水泵內(nèi)部的壓力，當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)啟動(dòng)水泵，當(dāng)壓力低于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)停泵。

負(fù)壓力傳感器：主要用在水泵啟動(dòng)之后，監(jiān)測(cè)排水部分水箱內(nèi)吸水管路的真空度。

液位傳感器：主要用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水倉(cāng)水位變化的，系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前水位變化情況，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高水位起泵和低水位停泵。

流量傳感器：主要用來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主排水管路的流量，可以用來計(jì)算總排水量。

3.2 PLC及觸摸屏選用

PLC可以選擇在工礦企業(yè)使用比較廣泛地西門子的PLC以及觸摸屏。PLC是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，控制著系統(tǒng)的所有的關(guān)聯(lián)設(shè)備和實(shí)時(shí)監(jiān)控著它們的狀態(tài)，根據(jù)不同的情況發(fā)出不同的指令來實(shí)現(xiàn)各個(gè)設(shè)備的關(guān)聯(lián)動(dòng)作，使整個(gè)系統(tǒng)能夠可靠穩(wěn)定的工作。

觸摸屏是操作人員和數(shù)據(jù)的一個(gè)交換界面，通過觸摸屏可以實(shí)時(shí)觀察到各設(shè)備的工作狀態(tài)和傳感器所采集的數(shù)據(jù)。

其整個(gè)系統(tǒng)工作示意圖如圖2所示。

4.工作方式

4.1本地手動(dòng)

本地手動(dòng)即由操作人員在觸摸屏上手動(dòng)直接控制啟動(dòng)和停止關(guān)聯(lián)設(shè)備。開啟過程為：打開注水閥和排氣閥— 開始注水—檢測(cè)到水箱已滿—開啟水泵—水泵壓力達(dá)到設(shè)定值—開啟閥門—正常工作。

4.2本地自動(dòng)

本地自動(dòng)控制方式可實(shí)現(xiàn)一鍵啟動(dòng)/停止，水位超限自動(dòng)啟動(dòng)。其開啟過程如上圖3所示。

4.3遠(yuǎn)程監(jiān)控

遠(yuǎn)程監(jiān)控控制方式是通過可編程控制器預(yù)留的通信接口將傳感器實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)和各關(guān)聯(lián)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度中心，在地面調(diào)度中心通過電腦來實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制個(gè)關(guān)聯(lián)設(shè)備的啟動(dòng)停止。

5.總結(jié)

無底閥排水裝置制造工藝簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，無需能源和動(dòng)力輔助，無損壞，無噪聲，同時(shí)簡(jiǎn)化了水泵操作過程。取消了水泵底閥，減小了管道阻力，提高了水泵的工作效率、降低了電耗，減少了水泵的維修工作量和維護(hù)費(fèi)用。自動(dòng)控制技術(shù)穩(wěn)定、可靠，實(shí)現(xiàn)并達(dá)到了遠(yuǎn)程監(jiān)控，無人值守，和節(jié)能降耗及減人提效的目的，為企業(yè)安全生和自動(dòng)化的產(chǎn)發(fā)展創(chuàng)造了條件。

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