陳帥

內(nèi)容摘要：? ? 熱力地溝等通行地溝，為防止地溝內(nèi)進(jìn)入地下水、雨水等，對(duì)地溝內(nèi)設(shè)施帶來隱患，通常增設(shè)自動(dòng)抽水泵。本文對(duì)抽水泵運(yùn)行工況、環(huán)境溫度影響等進(jìn)行分析，通過全壽命周期研究，構(gòu)建抽水運(yùn)行模型，對(duì)自動(dòng)抽水設(shè)施運(yùn)行大數(shù)據(jù)觀察，從設(shè)備選型、安裝、維護(hù)等全過程分析，設(shè)計(jì)一套能延長設(shè)備壽命且抗干擾強(qiáng)的自動(dòng)抽水裝置。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)抽水泵;時(shí)間繼電器;全壽命周期

引言：

動(dòng)力地溝因地溝埋深不同，局部會(huì)有地下水等滲入地溝情況發(fā)生。為解決此問題，通常增設(shè)自動(dòng)抽水裝置。通過對(duì)既有熱力地溝抽水泵運(yùn)行現(xiàn)狀分析，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行環(huán)境溫度等均對(duì)水泵等設(shè)備設(shè)施帶來影響，同時(shí)抽水泵啟停上下限液位設(shè)置的選取，也會(huì)對(duì)抽水效果帶來影響。通過對(duì)電路原理、排水量等分析，提出電路增加延時(shí)繼電器等方案，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用，取得較好效果。

一、自動(dòng)抽水泵運(yùn)行工況分析

深水井、回水箱等設(shè)施，需根據(jù)水位情況，確定水泵上水或停止供水時(shí)間等。大多數(shù)要用液位自動(dòng)控制來完成。某廠區(qū)熱力地溝存有積水，設(shè)置在積水坑內(nèi)抽水泵須自動(dòng)抽水作業(yè)。熱力地溝內(nèi)蒸汽管道安裝在低處，啟動(dòng)控制電路中短時(shí)間內(nèi)頻繁啟動(dòng)，造成水泵電動(dòng)機(jī)壽命降低，甚至損壞。抽水不及時(shí)還會(huì)使積水浸泡蒸汽管道，產(chǎn)生大量熱氣，地溝內(nèi)環(huán)境溫度升高，對(duì)水泵安全運(yùn)行也會(huì)帶來較大影響。

二、基于全壽命周期的自動(dòng)抽水泵設(shè)計(jì)

從提升本質(zhì)安全度進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，對(duì)抽水泵運(yùn)行工況、環(huán)境溫度影響等分析，提出全壽命周期設(shè)計(jì)理論。通過對(duì)自動(dòng)抽水泵運(yùn)行、維保等研究，提出優(yōu)化自動(dòng)抽水裝置電路等設(shè)計(jì)方案。

水位探頭設(shè)計(jì)：自動(dòng)抽水系統(tǒng)液位自動(dòng)控制電路大多是通過水位探頭探測(cè)水的位置，通過水導(dǎo)電這一特點(diǎn)來將水位信息提供給控制電路，由控制電路輸出控制信號(hào)控制水泵電動(dòng)機(jī)。水位探測(cè)探頭如安裝在特別潮濕、高熱的環(huán)境中，會(huì)對(duì)信號(hào)傳輸帶來影響。通過觀察，針對(duì)其潮濕、高熱，且常年存有積水等特點(diǎn)，可選用高溫不銹鋼浮球。金屬電纜浮球液位開關(guān)，接點(diǎn)零件為水銀開關(guān)，耐高溫。電纜浮球開關(guān)利用水銀開關(guān)進(jìn)行信號(hào)傳輸，當(dāng)水銀開關(guān)上揚(yáng)一定角度，開關(guān)便會(huì)有ON或OFF信號(hào)輸出。性能穩(wěn)定可靠，安裝方便，價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無需保養(yǎng)，作為水位探頭比較經(jīng)濟(jì)適用。

探頭線纜安裝：為便于維修調(diào)試，采用可移動(dòng)線纜固定裝置。根據(jù)實(shí)際安裝深度，如5米深的抽水井，采用5米左右的管、桿等材料，進(jìn)行固定線纜，同時(shí)在其上標(biāo)注刻度，便于調(diào)試探頭安裝高度及位置。此裝置可以隨時(shí)取出，減少安全隱患，同時(shí)便于維護(hù)調(diào)試。從探頭選擇到安裝，均考慮了成本、維修及操作的方便性、安全性，設(shè)計(jì)進(jìn)行全壽命周期的考量。選取探頭位置，通過實(shí)驗(yàn)，在刻度桿上來調(diào)整安裝適合的高度，依據(jù)刻度進(jìn)行調(diào)整及固定線纜。

抽水泵選擇：首先對(duì)熱力地溝內(nèi)抽水量進(jìn)行估算，結(jié)合季節(jié)特點(diǎn)、地下水含量、雨季等因素，根據(jù)地溝內(nèi)存水量（如約60立方米），通過連通管，將地溝內(nèi)存水導(dǎo)入至臨近抽水井內(nèi)。根據(jù)抽水井的實(shí)際尺寸，如2米×2米×5米，并進(jìn)行多組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析比對(duì)，依據(jù)地溝內(nèi)存水自壓流入至臨近抽水井內(nèi)流速、時(shí)間及熱力地溝內(nèi)水位上漲時(shí)間，構(gòu)建抽水模型。經(jīng)計(jì)算，選擇一臺(tái)380V的自動(dòng)抽水泵，水泵流量15立方米/小時(shí)。既可滿足抽水需求。

延時(shí)保護(hù)電路設(shè)計(jì)：控制電路中增加時(shí)間繼電器，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水位情況，調(diào)整延時(shí)時(shí)間，通電延時(shí)后，減少水泵電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，同時(shí)根據(jù)實(shí)際排水情況，有效設(shè)定啟停時(shí)間。時(shí)間繼電器是在電路中起著按時(shí)間控制作用的繼電器，當(dāng)它的感測(cè)部分接受輸入信號(hào)（通電或斷電）以后，它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)需要經(jīng)過一定的時(shí)間延時(shí)才會(huì)動(dòng)作，并輸出信號(hào)以操縱控制回路。根據(jù)實(shí)際存水情況，為將熱力地溝內(nèi)積水液面降到地溝底部，要計(jì)算好抽水井內(nèi)的浮球安裝位置。根據(jù)連通器原理，同時(shí)要考慮抽水井內(nèi)進(jìn)水流速。抽水井內(nèi)浮球安裝位置過底，會(huì)造成水泵頻繁啟停。抽水井內(nèi)浮球安裝位置過高，會(huì)造成熱力地溝內(nèi)的積水過多，沒有達(dá)到及時(shí)抽水的效果，并且遇到積水浸泡地溝底部的蒸汽管道時(shí)，因產(chǎn)生大量熱氣，會(huì)對(duì)自動(dòng)抽水系統(tǒng)帶來影響，也會(huì)縮小水泵使用壽命。為此，計(jì)算好相對(duì)合理的安裝高度與位置，非常重要。如在此2米×2米×5米的抽水井內(nèi)，依據(jù)熱力地溝與抽水井底部的高度差，作為浮球探頭的安裝位置參考。將浮球水平點(diǎn)安在距離抽水井底部1米處，并且固定在刻度桿尺上，抽水效果會(huì)比較理想。

延時(shí)保護(hù)電路設(shè)計(jì)有如下兩種方案：

方案一，在啟動(dòng)回路上增加延時(shí)繼電器。通過水銀開關(guān)上揚(yáng)角度，可以計(jì)算啟停水泵的工作時(shí)間。根據(jù)此模型的設(shè)計(jì)構(gòu)想，一次啟停大約抽水1立方米，水泵工作時(shí)間約4分鐘左右。此時(shí)，要依據(jù)抽水井內(nèi)進(jìn)水流速，抽水泵的排水時(shí)間，設(shè)計(jì)啟動(dòng)延時(shí)電路。當(dāng)水銀開關(guān)上揚(yáng)一定角度，開關(guān)有ON信號(hào)輸出時(shí)，增加時(shí)間繼電器，延長時(shí)間計(jì)算約20分鐘。增加此延時(shí)時(shí)間繼電器后，可實(shí)現(xiàn)水位上限傳輸信號(hào)，經(jīng)20分鐘后反饋，啟動(dòng)水泵抽水，水銀開關(guān)下?lián)P一定角度，開關(guān)有OFF信號(hào)輸出時(shí)，達(dá)到停止下限信號(hào)，抽水泵自動(dòng)停止工作。此種方法，可減少水泵頻繁啟停，可延長自動(dòng)抽水系統(tǒng)壽命。但也存在一定弊端，當(dāng)水銀開關(guān)上揚(yáng)一定角度，開關(guān)有ON信號(hào)輸出時(shí)，因延時(shí)沒有立即啟動(dòng)，由于浮力作用浮球繼續(xù)向上漂浮，當(dāng)浮力線纜與水面垂直時(shí)，會(huì)對(duì)浮球產(chǎn)生較大拉力。也會(huì)對(duì)浮球壽命帶來一定影響。

方案二，在控制電路上增加停止延時(shí)繼電器。依據(jù)抽水井內(nèi)進(jìn)水流速，抽水泵排水時(shí)間，設(shè)計(jì)停止延時(shí)電路。可在水銀開關(guān)下?lián)P一定角度，開關(guān)有OFF信號(hào)輸出時(shí)，增加時(shí)間繼電器，延長時(shí)間經(jīng)計(jì)算，此處約15分鐘左右。工作原理為，在水銀開關(guān)上揚(yáng)一定角度，開關(guān)有ON信號(hào)輸出時(shí)，水泵正常啟動(dòng)。啟動(dòng)水泵抽水，抽水4分左右，達(dá)到停止下限信號(hào)，抽水泵沒有立即停止工作，而是通過延時(shí)時(shí)間繼電器，延長一定時(shí)間（約15分鐘），抽水泵才自動(dòng)停止工作。此種方法，可減少水泵頻繁啟停，延長自動(dòng)抽水系統(tǒng)壽命。通過在停止回路增加此延時(shí)時(shí)間繼電器后，可實(shí)現(xiàn)水位上限達(dá)到后，啟動(dòng)水泵抽水，抽水4分左右，達(dá)到停止下限信號(hào)，因時(shí)間繼電器延時(shí)，此時(shí)水泵繼續(xù)抽水，大約延長15分鐘后，抽水泵自動(dòng)停止工作。整個(gè)過程，水泵工作大約20分鐘左右。此方案利用上限信號(hào)進(jìn)行啟動(dòng)抽水泵，既對(duì)熱力地溝起到及時(shí)抽水，又減少了水泵電機(jī)頻繁啟停，提升了抽水泵等設(shè)備壽命周期。因浮球線纜是自然下垂，只是重力作用，沒有因浮力造成對(duì)浮球的損傷，也延長了浮球探頭使用壽命。

三、自動(dòng)抽水泵運(yùn)行效果

通過基于全壽命周期的自動(dòng)抽水泵設(shè)計(jì)，通過實(shí)驗(yàn)，科學(xué)調(diào)整探頭位置，科學(xué)設(shè)定延時(shí)繼電器時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了及時(shí)排水，水泵啟停間隔時(shí)間也更加合理。系統(tǒng)壽命周期也得到延長。因潮濕、高熱環(huán)境干擾等也有效得到解決。也不會(huì)因?yàn)槌樗患皶r(shí)使地溝內(nèi)存水過多。

結(jié)束語：

自動(dòng)抽水泵全壽命周期設(shè)計(jì)需要不斷優(yōu)化，同時(shí)要不定期對(duì)自動(dòng)抽水系統(tǒng)進(jìn)行檢查保養(yǎng)，科學(xué)調(diào)整探頭位置，設(shè)定延時(shí)繼電器延時(shí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)延長水泵電動(dòng)機(jī)壽命，科學(xué)排水，減少因地表存水等對(duì)熱力管道浸泡帶來的腐蝕影響，減少安全隱患。

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