礦用排水泵空轉自動檢測及斷電保護裝置
導語：本成果提供了在無人值守的情況下水泵空轉檢測和自動停電功能，在排水泵啟動運行的情況下打開該裝置可實現控制開關的自動停電，防止水排干后水泵長時間空轉、干燒造成損壞。該裝置可安裝在礦井偏遠地點或需要無人值守的排水地點。
一
項目背景
礦用排水泵是煤礦井下的主要排水設備，不僅使用數量多而且使用頻繁，運行過程中如果排水泵長時間空轉會造成損壞，甚至引發事故。
實際生產中排水泵被啟動后無專人看守或人員瀆職離開時，若積水被排光后能實現自動停泵操作，就會避免水泵損壞事故的發生。
目前市場上銷售的相關自動控制裝置實現了排水泵的自動啟停功能，但大多為地面環境使用開發的產品，不具備防爆功能;另外上述自動控制裝置內電子元件使用環境要求嚴苛，不適用于煤礦井下潮濕、多塵的工作環境。
為解決上述問題、實現排水泵空轉斷電保護功能，在水泵的排水管路中增設壓力開關、單向閥、截止閥等原件，并對排水泵控制開關的控制回路進行改造，利用壓力開關檢測管路中的排水情況并將信號傳遞給開關的控制回路實現空轉斷電功能。
二
研究內容
1.技術方案
該自動檢測、斷電裝置包括用于控制水泵啟停的控制開關，用于安裝在排水管路中檢測水流、水壓的壓力開關，安裝在排水管路中防止余水倒流的單向閥，安裝在壓力開關前方進行啟閉操作的截止閥等。
2.工作原理
排水管路中安設的單向閥能防止水泵空轉時管路中余水倒流造成壓力開關誤動作，在單向閥和水泵泵體之間的管路上設置一分支管路安裝截止閥和壓力開關，打開截止閥后壓力開關檢測排水泵的運行情況;壓力開關的動合觸點和水泵控制開關中的控制電路連接。
當無人值守工況下水泵運行時，壓力開關檢測到管路中無水、水泵空轉時將信號傳遞給排水泵開關控制回路，控制回路繼電器動作切斷排水泵的主電源，從而實現排水泵的斷電保護功能。
圖1 排水泵空轉自動檢測及斷電保護裝置工作示意圖
圖2 排水泵控制開關控制回路改造示意圖
圖2中紅色部分為電氣線路改造時增設的原件和線路。QF為隔離開關，KM1為水泵控制回路接觸器，KM2為壓力開關檢測、保護回路接觸器，SF1為水泵控制開關控制回路啟動按鈕，SF2為水泵控制開關控制回路停止按鈕，SP為壓力開關動合觸點，HR1、HR2為指示燈。
3.具體實施方式
為了進一步說明本保護設計的技術細節，現結合圖1、圖2進行說明：
(1)在排水泵排水管路中設置單向閥2，在單向閥2和排水泵體1之間設置檢測、保護分支管路，檢測、保護管路上安裝截止閥3和KHY0.1型礦用本安型壓力開關4。
(2)對排水泵的控制開關控制回路進行改造：在控制開關電控腔中增設1件JHK-36-2本安型控制繼電器KM2和電源指示燈HR2，壓力開關通過控制開關的遠控電纜線路、接線柱和控制開關連接。
其中在啟動按鈕SF1處并聯增設壓力開關檢測、保護回路，該保護回路中串聯連接繼電器KM2和指示燈HR2，回路兩端分別和壓力開關兩個動合觸點和啟動按鈕SF1的兩個常開觸點連接;將繼電器KM2的兩個常閉觸點連接到啟動按鈕SF1的自保回路中，和控制回路接觸器KM1和指示燈HR1串聯后形成聯動自保回路。
(3)該保護裝置采用北京天地瑪珂電液控制系統有限公司生產的KHY0.1型礦用本安型壓力開關，測量范圍為0--0.1MPa，當壓力范圍在0.05--0.1MPa時輸出信號為導通狀態，電源采用0-36V的本安電源。壓力開關檢測、保護回路中采用JHK-36-2本安型控制繼電器，額定電壓為36V/AC。
4.工作模式
(1)初始模式:待機狀態下控制開關的控制回路狀況如圖2所示。
(2)人工啟、停作業模式:關閉截止閥3，水泵運行進入人工啟、停作業模式。
由圖3可知，按下啟動按鈕SF1后水泵啟動運行，同時線圈KM1帶電后自保回路KM1接通，指示燈HR1亮，松開啟動按鈕SF1后自保回路通電繼續維持水泵運行。
按下停止按鈕SF2后水泵停止運行。
圖3 人工啟、停作業模式控制電路圖
(3)無人工況下運行模式(檢測、保護模式)
水泵1在人工啟動運行后，人員離開前打開截止閥3，此時水泵運行進入自動檢測、保護模式。
打開截止閥3，水泵排水進入壓力開關4后其動合觸點接通，線圈KM1和KM2同時帶電，指示燈HR2亮，此時自保回路斷開，壓力開關所在的檢測、保護回路代替自保回路通電運行維持水泵繼續運轉。
當積水被排空水泵空轉時，單向閥2阻止了排水管路中的余水回流，壓力開關4檢測到管路中沒有壓力水流后觸點斷開，線圈KM1和KM2同時失電，水泵主電源斷開停止運行，同時控制回路恢復到初始狀態。
遇到特殊情況時，按下按鈕SF2也可實現人工緊急停泵操作。
圖4 無人工況下運行模式控制電路圖
三
應用效果
該礦用排水泵空轉自動檢測及斷電保護裝置改造費用低，便于安裝、使用，運行效果可靠、穩定，達到了預期的效果。
原先該礦每年損壞近40臺，按5000元/臺計算，每年造成的直接經濟損失近20萬元。分析原因，大多數排水泵是人員停機不及時長時間空轉、干燒引起的損壞。
在礦井排水泵加裝了自動停機保護裝置后，由原先的每班4人專職排水減少為1人兼職巡視排水作業，杜絕了因空轉、干燒原因引起的損壞。經統計和核算，年可節約費用約46萬元。
