【文章內(nèi)容簡介】 。閘閥通中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 7 常適用于不需要經(jīng)常啟閉，而且保持閘板全開或全閉的工況。不適用于作 為調(diào)節(jié)或節(jié)流使用。 圖 22閘閥結(jié)構(gòu)圖 調(diào)節(jié)閘閥安裝在靠近水泵排水管上方的排水管路上，位于逆止閥的下方。其功用為 : （ 1） 調(diào)節(jié)水泵的流量和揚程； （ 2） 起動時將它完全關閉，以降低起動電流。 調(diào)節(jié)閘閥的優(yōu)點是流動阻力和關閉壓力較小，安裝時無方向性，能夠方便地來調(diào)節(jié)水泵的流量和揚程等。其缺點是密封面容易擦傷，檢修較為困難，高度尺寸較大，在安裝位置受到限制時，安裝不便，結(jié)構(gòu)較復雜，價格較高。 放水閘閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥上方的排水管路的放水管上，其作用為檢修 排水管路時放水用。 逆止閥安裝在調(diào)節(jié)閘閥的上方，其作用是當水泵突然停止運轉(zhuǎn) (如突然停電 )時，或者在未關閉調(diào)節(jié)閘閥的情況下停泵時，能自動關閉，切斷水流，使水泵不致受到水力沖擊而遭到損壞。 、放氣栓和旁通管 灌引水漏斗是在水泵初次起動時，向水泵和吸水管中灌引水用。在向水泵和吸水管中灌引水時，要通過放氣栓 (又叫氣嘴 )將水泵和吸水管中的空氣放掉。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 8 當排水管中有存水時，也可通過旁通管向水泵和吸水管中灌引水，此時要將旁通管上的閥門打開。此外，還可通過旁通管，利用排水管中的壓力水的反沖作用，沖掉 積存于水泵流通部分和附著于濾水器上的雜物，但此時須通過連接在底閥上的鐵絲或鏈條將底閥提起。 壓力表安裝在水泵的排水接管上，為檢測排水管中水壓大小用。常用的壓力表為普通彈簧管壓力表，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑有 60,100,150,200和 250mm 五種。壓力表所測出的壓力叫做表壓力或相對壓力，它比絕對壓力小 1個大氣壓。 真空表安裝在水泵的吸水接管上，為檢測吸水管的真空度用。根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征也可分為徑向無邊、徑向帶邊和軸向帶邊三種。表殼的公稱直徑 和壓力表一樣，也分為 60,100,150， 200和 250mm 五種。真空表測量范圍為 MPa(一個大氣壓 )。 射流泵和真空泵的介紹 離心式水泵在起動前必須將吸水管和泵腔內(nèi)注滿水才能進入運行狀態(tài)，否則水泵轉(zhuǎn)動時將無法吸水，形成“干燒”，嚴重影響水泵的使用壽命。在無底閥的排水系統(tǒng)中，水泵每次起動都要灌水，這一工作由抽真空設備完成，一般使用射流泵或真空泵。它們的工作原理不同，但都能在系統(tǒng)中使水泵工作腔達到一定的真空度，保證系統(tǒng)正常工作。 水泵房排水設備一般安置在水井液面以上，所以水泵啟動前的灌水 一般采用吸入式。為了減小井水吸入阻力，提高泵站運行效率，吸水管路不宜設置底閥。無底閥吸入式灌水，要采用撞門的引水設備，對水泵排水腔和吸水管路進行抽真空，使水泵運行前充滿水。引水設備一般為真空泵或射流泵。真空泵和射流泵中所用到的閥門都是球閥。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 9 球閥（ 如 圖 23）是由旋塞閥演變而來。它具有相同的啟閉動作，不同的是閥芯旋轉(zhuǎn)體不是塞子而是球體。當球旋轉(zhuǎn) 90度時，在進、出口處應全部呈現(xiàn)球面，從而截斷流動。球閥在管路中主要用來做切斷、分配和改變介質(zhì)的流動方向。 圖 23 球閥結(jié)構(gòu)圖 真空泵工作原理 真空泵是用各種方法在某一封閉空間中產(chǎn)生、改善和維持真空的裝置。真空泵可以定義為：利用機械、物理、化學或物理化學的方法對被抽容器進行抽氣而獲得真空的器件或設備。隨著真空應用的發(fā)展，真空泵的種類已發(fā)展了很多種，其抽速從每秒零點幾升到每秒幾十萬、數(shù)百萬升。極限壓力 (極限真空 )從粗真空到 1012Pa 以上的超高真空范圍。 由于真空應用部門所涉及的工作壓力的范圍很寬，因此任何一種類型的真空泵都不可能完全適用于所有的工作壓力范圍，只能根據(jù)不同的工作壓力范圍和不同的工作要求，使用不同類型的真空泵。為 了使用方便和各種真空工藝過程的需要，有時將各種真空泵按其性能要求組合起來，以機組型式應用。 凡是利用機械運動 (轉(zhuǎn)動或滑動 )以獲得真空的泵，稱為機械真空泵。機械真空泵按其工作原理及結(jié)構(gòu)特點分述如下： 它是利用泵腔容積的周期變化來完成吸氣和排氣以達到抽氣目的的真空泵。氣體在排出泵腔前被壓縮。這種泵分為往復式及旋轉(zhuǎn)式兩種。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 10 （ 1） 往復式真空泵 利用泵腔內(nèi)活塞往復運動，將氣體吸入、壓縮并排出。又稱為活塞式空泵。 （ 2） 旋轉(zhuǎn)式真空泵 利用泵腔內(nèi)轉(zhuǎn)子部件的旋轉(zhuǎn)運動 將氣體吸入、壓縮并排出。它大致有如下幾種分類： 1)油封式真空泵 它是利用真空泵油密封泵內(nèi)各運動部件之間的間隙，減少泵內(nèi)有害空間的一種旋轉(zhuǎn)變?nèi)菡婵毡谩＿@種泵通常帶有氣鎮(zhèn)裝置。它主要包括旋片式真空泵、定片式真空泵、滑閥式真空泵、余擺線真空泵等。 2)液環(huán)真空泵 將帶有多葉片的轉(zhuǎn)子偏心裝在泵殼內(nèi)。當它旋轉(zhuǎn)時，把工作液體拋向泵殼形成與泵殼同心的液環(huán)，液環(huán)同轉(zhuǎn)子葉片形成了容積周期變化的幾個小的旋轉(zhuǎn)變?nèi)菸艢馇?。工作液體通常為水或油，所以亦稱為水環(huán)式真空泵或油環(huán)式真空泵。 3)干式真空泵 它是一種泵內(nèi)不用油 類 (或液體 )密封的變?nèi)菡婵毡?。由于干式真空泵泵腔?nèi)不需要工作液體，因此，適用于半導體行業(yè)、化學工業(yè)、制藥工業(yè)及食品行業(yè)等需要無油清潔真空環(huán)境的工藝場合。 4)羅茨真空泵泵內(nèi)裝有兩個相反方向同步旋轉(zhuǎn)的雙葉形或多葉形的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子間、轉(zhuǎn)子同泵殼內(nèi)壁之間均保持一定的間隙。 5）動量傳輸泵 它依靠高速旋轉(zhuǎn)的葉片或高速射流，把動量傳輸給氣體或氣體分子，使氣體連續(xù)不斷地從泵的入口傳輸?shù)匠隹凇? 它是利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子把動量傳輸給氣體分子，使之獲得定向速度，從而被壓縮、被驅(qū)向排氣口后為 前級抽走的一種真空泵。這種泵具體可分為： （ 1)牽引分子泵氣體分子與高速運動的轉(zhuǎn)子相碰撞而獲得動量，被驅(qū)送到泵的出口。 （ 2)渦輪分子泵 靠高速旋轉(zhuǎn)的動葉片和靜止的定葉片相互配合來實現(xiàn)抽氣的。這種泵通常在分子流狀態(tài)下工作。 （ 3)復合分子泵它是由渦輪式和牽引式兩種分子泵串聯(lián)組合起來的一種復合型的分子真空泵。 真空泵運行效率高，水泵啟動快，但需要提供專門的驅(qū)動設備。射流泵結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，根據(jù)礦井的地下環(huán)境和條件，射流泵的應用更為普遍。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 11 射流泵工作原理 射流泵的工作原理是水射流時的 “虹吸現(xiàn)象”。水力射流泵裝置的泵送是通過兩種運動流體的能量轉(zhuǎn)換來達到的。地面泵提供的高壓動力流體通過噴嘴把其位能 (壓力 )轉(zhuǎn)換成高速流體的動能噴射流體將其周圍的井液從匯集室吸入喉道而充分混合 ,同時動力液把動量傳給井液而增大井液能量 ,在喉道末端 ,兩種完全混合的流體仍具有很高的流速 (動能 ),此時 ,它們進人一擴散管通過流速降低而把 部分動能轉(zhuǎn)換成壓能 ,流體獲得的這一壓力足以把自己從井下返出地面 ,其結(jié)構(gòu)原理如圖 24。 ； 3. 擴散管 ； ； 圖 24射流泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 離心式水泵的啟停過程 離心式水泵的啟動過程 首先監(jiān)測水倉水位，當水倉水位到達設定的高水位時，接通控制射流泵的電磁閥的線圈，開啟射流泵，為離心式水泵進行注水。在射流泵的作用下，水泵入口處的真空度會增加，配水井中的水會在大氣壓的作用下 注入 離心泵的腔體直至注滿，當水泵入口處的真空度達到要求后（水泵入口處的真空度增加到一定的數(shù)值時不在會繼續(xù)增加），接通水泵機組中的電動機觸點來開啟水泵。在電動機啟動過程中，水泵出口處的壓力會逐漸增加。最后會達到某一數(shù)值（通常 為該離心式水泵的堵轉(zhuǎn)水頭）而不再增加，達到預先設定的中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 12 壓力值后，為該水泵開啟其出口處的電動閘閥，使得這個水泵機組進行排水。同時，關閉射流泵，停止為其引水。 離心式水泵的停機過程 水位在水泵的作用下逐漸下降，直到達到需要關閉水泵的水平，即水位下降到安全水位以下，這時要先關閉排水管的電動閘閥，再關閉逆止閥，防止排水管中井水倒流，隨后關閉水泵電機，使其停止工作。 多臺水泵的井下排水系統(tǒng)組成及功能實現(xiàn) 為了防止因備用泵及其電氣設備或備用管路長期不用 .而使電機和電氣設備受潮或其他故障未經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)，當工作 泵出現(xiàn)緊急故障或排水管路需要維修的情況需投入備用泵和備用管路時，而不能及時投入以至影響礦井安全，本系統(tǒng)程序設計了 3臺泵和 2條管路的井下排水系統(tǒng)，如圖 25。 水 倉離 心 泵 1 0 離 心 泵 2 0 離 心 泵 3 0 電 機 1 電 機 2 電 機 3排 水 閥1 3 排 水 閥1 4 逆 止 閥1 2 閘 閥1 1 排 水 管 2排 水 管 1逆 止 閥2 2 閘 閥2 1 閘 閥3 1 逆 止 閥3 2 排 水 閥2 3 排 水 閥2 4 排 水 閥3 3 排 水 閥3 4 低 水 位 h 1高 水 位 h 3排 氣 閥射 流 泵注 水 閥排 氣 閥射 流 泵注 水 閥排 氣 閥射 流 泵注 水 閥防 塵 水中 水 位 h 2 圖 25 煤礦井下排水系統(tǒng)圖 系統(tǒng)工作原理如下：以離心泵 10和排水管 1作為常用工作系統(tǒng)，離心泵20，離心泵 30和排水 管 2作為備用的輪換系統(tǒng)。 先不考慮避峰填谷機制的運用， 當排水 系統(tǒng)需要排水時， 即假定水位 h2時， 射流泵先將水泵注滿水抽中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 13 真空， 即打開射流泵的 注水閥和排氣閥，進行水泵的抽真空， 當水泵出水口壓力到達預定值時，開啟閘閥 11，并關閉排氣閥和注水閥，停止射流泵工作。 當排水管路出口的壓力到達預定值時，開啟排水閥 14，進行排水。井水排完時， 即井下水位低于 h1時， 先關閉排水閥 14，在關閉逆止閥 11，防止水井倒流打壞水泵，最后 關閉水泵電機停止工作。 系統(tǒng)所要實現(xiàn)三個主要功能： ， 啟停 ， ，本 文將著重闡述避峰填谷機制在煤礦井下排水系統(tǒng)的運用。 本章小結(jié) 本章詳細敘述了離心式水泵排水系統(tǒng)的組成、工作原理 ，球閥和閘閥的區(qū)別和特點，射流 泵和真空泵的區(qū)別以及各自的工作原理，離心式水泵的啟動和停機過程，整個 排水系統(tǒng)的 工作流程以及實現(xiàn)功能簡介。 中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 14 3 系統(tǒng) 硬件設計 可編程控制技術(shù) PLC 的主要特點 PLC（ Programmable Logic Controller），即 可編程邏輯控制器 ， 定義是 ： 一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算 ， 順序控制 、定時 、 計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入 /輸出控制各種類型 的機械或生產(chǎn)過程。 的特點 （ 1） 靈活、通用 在繼電器控制系統(tǒng)中，使用的控制裝置是大量的繼電器，整個系統(tǒng)是 根據(jù)設計好的電氣控制圖，由人工通過布線、焊接、固定等手段組裝完成的，其過程費時費力。如果因為工藝上少許變化，需要改變電氣控制系統(tǒng)時，原先整個電氣控制系統(tǒng)將被全部拆除，而重新進行布線、焊接、固定等工作，耗費大量人力、物力、和時間。而 PLC 是通過在存儲器中的程 序?qū)崿F(xiàn)控制功能，若控制功能需要改變，只需修改程序及少量接線即可。而且，同一臺 PLC還可用于不同控制對象，通過改變軟件則可實現(xiàn)不同 控制 的控制要求。因此，PLC 具有很大的靈活性和通用性，結(jié)構(gòu)形式多 樣化，可以適用于各種不同規(guī)模、不同工業(yè)控制要求。 （ 2） 可靠性高、抗干擾能力強 可靠性是工業(yè)控制器件的重要指標。因此，要求在各種惡劣工作環(huán) 境和條件 (如電磁干擾、灰塵等 )下可靠工作，將故障率降至最低。 PLC 具有很高的可靠性和抗干擾能力，不會出現(xiàn)繼電器一接觸器控制系統(tǒng)中接線老化、脫焊、觸點電弧等現(xiàn)象，故被稱為“專為適應惡劣工業(yè)環(huán)境而設計的計算機”。 （ 3） 編程簡單、使用方便 PLC 采用面向控制過程、面向問題的 “ 自然語言 ” 編程，容易掌握。 目前， PLC 大多 采用梯形圖語言編程方式，它既繼承了繼電器控制線路 的清晰直觀感，又考慮到電氣技術(shù)人員的讀圖習慣和應用實際，電氣技術(shù)人員易于中國礦業(yè)大學 2021 屆本科生畢業(yè)設計 15 編程，程序修改靈活方便。這種面向控制過程、面向問題的編程方式，與匯編語言相比，雖然增加了解釋程序和程序執(zhí)行時間，但對大多數(shù)機電控制設備來說， PLC 的控制速度還是足夠快的。此外， PLC 的 I/O 接口可直接與控制現(xiàn)場的用戶設備聯(lián)接。如繼電 器、接觸器、電磁閥等聯(lián)接，具有較強的驅(qū)動能力。 （ 4） 接線簡單 PLC 只需將輸入設備 (如按鈕、開關等 )與輸入端子聯(lián)接，將輸出設 備 (如接觸器、電磁閥等 )與輸出端