矿用排水泵空转自动检测及断电保护装置
导语：本成果提供了在无人值守的情况下水泵空转检测和自动停电功能，在排水泵启动运行的情况下打开该装置可实现控制开关的自动停电，防止水排干后水泵长时间空转、干烧造成损坏。该装置可安装在矿井偏远地点或需要无人值守的排水地点。
一
项目背景
矿用排水泵是煤矿井下的主要排水设备，不仅使用数量多而且使用频繁，运行过程中如果排水泵长时间空转会造成损坏，甚至引发事故。
实际生产中排水泵被启动后无专人看守或人员渎职离开时，若积水被排光后能实现自动停泵操作，就会避免水泵损坏事故的发生。
目前市场上销售的相关自动控制装置实现了排水泵的自动启停功能，但大多为地面环境使用开发的产品，不具备防爆功能;另外上述自动控制装置内电子元件使用环境要求严苛，不适用于煤矿井下潮湿、多尘的工作环境。
为解决上述问题、实现排水泵空转断电保护功能，在水泵的排水管路中增设压力开关、单向阀、截止阀等原件，并对排水泵控制开关的控制回路进行改造，利用压力开关检测管路中的排水情况并将信号传递给开关的控制回路实现空转断电功能。
二
研究内容
1.技术方案
该自动检测、断电装置包括用于控制水泵启停的控制开关，用于安装在排水管路中检测水流、水压的压力开关，安装在排水管路中防止余水倒流的单向阀，安装在压力开关前方进行启闭操作的截止阀等。
2.工作原理
排水管路中安设的单向阀能防止水泵空转时管路中余水倒流造成压力开关误动作，在单向阀和水泵泵体之间的管路上设置一分支管路安装截止阀和压力开关，打开截止阀后压力开关检测排水泵的运行情况;压力开关的动合触点和水泵控制开关中的控制电路连接。
当无人值守工况下水泵运行时，压力开关检测到管路中无水、水泵空转时将信号传递给排水泵开关控制回路，控制回路继电器动作切断排水泵的主电源，从而实现排水泵的断电保护功能。
图1 排水泵空转自动检测及断电保护装置工作示意图
图2 排水泵控制开关控制回路改造示意图
图2中红色部分为电气线路改造时增设的原件和线路。QF为隔离开关，KM1为水泵控制回路接触器，KM2为压力开关检测、保护回路接触器，SF1为水泵控制开关控制回路启动按钮，SF2为水泵控制开关控制回路停止按钮，SP为压力开关动合触点，HR1、HR2为指示灯。
3.具体实施方式
为了进一步说明本保护设计的技术细节，现结合图1、图2进行说明：
(1)在排水泵排水管路中设置单向阀2，在单向阀2和排水泵体1之间设置检测、保护分支管路，检测、保护管路上安装截止阀3和KHY0.1型矿用本安型压力开关4。
(2)对排水泵的控制开关控制回路进行改造：在控制开关电控腔中增设1件JHK-36-2本安型控制继电器KM2和电源指示灯HR2，压力开关通过控制开关的远控电缆线路、接线柱和控制开关连接。
其中在启动按钮SF1处并联增设压力开关检测、保护回路，该保护回路中串联连接继电器KM2和指示灯HR2，回路两端分别和压力开关两个动合触点和启动按钮SF1的两个常开触点连接;将继电器KM2的两个常闭触点连接到启动按钮SF1的自保回路中，和控制回路接触器KM1和指示灯HR1串联后形成联动自保回路。
(3)该保护装置采用北京天地玛珂电液控制系统有限公司生产的KHY0.1型矿用本安型压力开关，测量范围为0--0.1MPa，当压力范围在0.05--0.1MPa时输出信号为导通状态，电源采用0-36V的本安电源。压力开关检测、保护回路中采用JHK-36-2本安型控制继电器，额定电压为36V/AC。
4.工作模式
(1)初始模式:待机状态下控制开关的控制回路状况如图2所示。
(2)人工启、停作业模式:关闭截止阀3，水泵运行进入人工启、停作业模式。
由图3可知，按下启动按钮SF1后水泵启动运行，同时线圈KM1带电后自保回路KM1接通，指示灯HR1亮，松开启动按钮SF1后自保回路通电继续维持水泵运行。
按下停止按钮SF2后水泵停止运行。
图3 人工启、停作业模式控制电路图
(3)无人工况下运行模式(检测、保护模式)
水泵1在人工启动运行后，人员离开前打开截止阀3，此时水泵运行进入自动检测、保护模式。
打开截止阀3，水泵排水进入压力开关4后其动合触点接通，线圈KM1和KM2同时带电，指示灯HR2亮，此时自保回路断开，压力开关所在的检测、保护回路代替自保回路通电运行维持水泵继续运转。
当积水被排空水泵空转时，单向阀2阻止了排水管路中的余水回流，压力开关4检测到管路中没有压力水流后触点断开，线圈KM1和KM2同时失电，水泵主电源断开停止运行，同时控制回路恢复到初始状态。
遇到特殊情况时，按下按钮SF2也可实现人工紧急停泵操作。
图4 无人工况下运行模式控制电路图
三
应用效果
该矿用排水泵空转自动检测及断电保护装置改造费用低，便于安装、使用，运行效果可靠、稳定，达到了预期的效果。
原先该矿每年损坏近40台，按5000元/台计算，每年造成的直接经济损失近20万元。分析原因，大多数排水泵是人员停机不及时长时间空转、干烧引起的损坏。
在矿井排水泵加装了自动停机保护装置后，由原先的每班4人专职排水减少为1人兼职巡视排水作业，杜绝了因空转、干烧原因引起的损坏。经统计和核算，年可节约费用约46万元。
