УСТАНОВКА ПОГРУЖНОГО НАСОСА С УСТРОЙСТВОМ "ДЕЛЬТА-ОЗК" ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Техническое решение относится к насосным установкам с устройствами управления режимами работы и может быть использовано в автоматических установках погружных насосов для перекачивания воды из скважин и колодцев с малым дебитом.
В последнее время запатентованы различные конструкции погружных насосов (см., например [8, 9]) и блоков управления, которые могут быть использованы для регулирования их работы: устройство [7] сигнализации помпажа, устройство [6] автоматического управления агрегатом, погружной блок [5] для системы телеметрии погружного насоса.
Для эффективного использования насосных установок и систем требуется совмещение и совокупное использование в одной автоматической установке насоса и устройства управления режимами его работы, поэтому насосная станция (установка) [4] традиционно состоит из приемного устройства (водозабора), насоса, трубопроводов, накопительных емкостей и комплектующего оборудования (приборов, регуляторов и др.). Аналогичный состав имеют установки погружных насосов [2, 3].
Так, известная водопадающая станция [2] содержит емкости для перемещения воды, насос, трубопровод с вентилями и датчики уровня воды, обеспечивающие включение и выключение вентилей и насоса при заданных параметрах.
Однако установка [2] недостаточно раскрывает структуру устройства регулирования перекачки воды и другие признаки, необходимые для адекватного автоматизированного управления работой установки. Более полное и корректное описание насосной установки с устройством для автоматического управления режимами перемещения воды приведено в [1].
Скважинная насосная установка [1], принятая за прототип, содержит связанные трубопроводом принимающую емкость (водозабор) с размещенным в ней погружным насосом и накопительную емкость, а также устройство для управления режимом работы погружного насоса, которое включает датчики уровня воды (УВ) в водозаборе и накопительной емкости. При этом устройство регулирования режимами работы установки [1] представляет собой поплавковое механическое устройство, датчики УВ в водозаборе и накопительной емкости выполнены в виде поплавков, перемещение которых при изменении УВ преобразуется в электрические сигналы, а поплавки снабжены клапанами и механическими контактами фиксаторов положений «открыто» и «перекрыто».
Однако поплавковые датчики УВ установки [1], традиционно используемые в насосных установках (см. например [4]), недостаточно надежны и, в ряде случаев, имеют значительные габариты, которые затрудняют их применение в скважинах малого диаметра (например, на садовых участках, участках индивидуального строительства и т.п.), вследствие чего сфера использования установки [1] ограничена.
Сущность предлагаемого технического решения заключается в создании установки погружного насоса с автоматическим электронным управлением режимами работы, которая была бы доступна для широкого эффективного применения на садовых и индивидуальных участках с водозаборными скважинами малого диаметра и малым дебитом воды.
Основной технический результат предлагаемой установки погружного насоса с устройством «ДЕЛЬТА-ОЗК» (ДЕЛЬТА-ОЗК - специальное обозначение) для автоматического управления - повышение надежности
посредством замены механических узлов устройства управления режимов работы автоматическим электронным блоком с токовыми датчиками специальной конструкции, а также обеспечение компактности и повышение эксплутационных свойств без усложнения конструкции и увеличения ее стоимости.
Технический результат достигается следующим образом.
Установка погружного насоса содержит связанные трубопроводом водозабор с размещенным в нем погружным насосом и накопительную емкость, а также устройство для управления режимом работы погружного насоса, которое включает датчики уровня воды (УВ) в водозаборе и накопительной емкости.
Отличие предлагаемой установки заключается в том, что устройство для управления режимом работы погружного насоса включает соединенные посредством сигнальных проводов электронный блок управления и датчики УВ в водозаборе и накопительной емкости, которые выполнены в виде пар стержневых электродов, причем пара электродов датчика УВ в накопительной емкости имеет в своей средней части покрытие из электроизоляционного материала, а электронный блок управления содержит электронную схему управления (ЭСУ), таймер и блок выбора режима работы, при этом первый и второй входы ЭСУ подключены соответственно к датчикам УВ в водозаборе и накопительной емкости, третий вход ЭСУ подключен к выходу таймера, четвертый вход ЭСУ подключен к первому выходу блока выбора режима работы, второй выход которого подключен к входу таймера, а выход ЭСУ подключен к управляющему входу погружного насоса.
Установка также отличается тем, что электронная схема управления ЭСУ содержит два канала управления соответственно по сигналам датчика УВ в водозаборе и по сигналам датчика УВ в накопительной емкости, каждый из которых включает последовательно соединенные оптрон и логическую схему, при этом в каждом канале оптрон является согласующим
устройством датчика УВ с логической схемой, которая состоит из компаратора, триггера и исполнительного реле, включенного в коллектор составного транзистора, а выходы логических схем подключены к управляющему входу погружного насоса.
Кроме того установка отличается тем, что блок выбора режима работы включает переключатель режима работы погружного насоса, переключатель режима работы таймера и светодиодный индикатор режимов работы.
При этом таймер выполнен в виде встроенного в электронный блок электронного таймера, выполненного с возможностью производить пуск и останов погружного насоса через интервалы времени от 0,1 до 4,0 часов, установленные потребителем посредством переключателя блока выбора режима работы.
Отличием установки также является то, что стержневые электроды датчика УВ в накопительной емкости выполнены цилиндрической формы с трубкой из электроизоляционного материала, насажанной на среднюю часть электродов, причем длина изоляционной трубки составляет от 0,5 до 0,7 длины стержневого электрода.
В конкретном случае выполнения установки в качестве оптрона использован серийный оптоэлектронный прибор ОЭП-2.
Установка используется преимущественно в тех случаях, когда водозабором является скважина или колодец с малым дебитом воды, при этом мощность погружного насоса составляет не более 1,2 кВт.
В ряде случаев выполнения установки электронный блок управления снабжен дополнительным входом для подключения кабеля дистанционного управления.
При этом в частных случаях связывающий водозабор и накопительную емкость трубопровод может быть снабжен запорным вентилем и трубоотводом для использования перекачиваемой из водозабора воды при наполненной накопительной емкости.
На чертеже приведена общая конструктивная схема установки погружного насоса с устройством «ДЕЛЬТА-ОЗК» для автоматического управления.
Установка погружного насоса содержит размещенный в водозаборе 1 погружной насос 2, накопительную емкость 3, трубопровод 4, электронный блок 5 управления, датчик 6 УВ в водозаборе и датчик 7 УВ в накопительной емкости с электродами 8 и электроизоляционным покрытием 9. Электронный блок 5 управления включает электронную схему 10 управления, таймер 11 и блок 12 выбора режима работы погружного насоса. Электронная схема 10 управления включает оптроны 13 и 14 каналов датчиков УВ в водозаборе и в накопительной емкости, а также логические схемы 15 и 16 первого и второго каналов. В установку могут быть введены дополнительный вход 17 для дистанционного управления и запорный вентиль 18.
Работа установки погружного насоса заключается в следующем.
При наличии воды в водозаборе (скважине) 1 и отсутствии ее в накопительной емкости 3 насос 2 включается (кабель питания насоса 2 на чертеже не показан) и начинает перекачку воды из скважины 1 в накопительную емкость 3 по трубопроводу 4. Наличие воды в водозаборе 1 определяется токовым датчиком УВ: при УВ, достигшем датчика 6, между его электродами протекает ток, величина которого контролируется оптроном 14 электронной схемы 10 ЭСУ электронного блока 5 управления. При достижении УВ в накопительной емкости 3 верхней (неизолированной) части электродов 8 датчика 7 электронная схема 10 ЭСУ вырабатывает сигнал отключения насоса 2, подаваемый на его управляющий вход. После разбора воды из накопительной емкости 3 и достижении в ней УВ нижней неизолированной части электродов 8 датчика 7 насос 2 снова включается, и цикл повторяется. Электроизоляционное покрытие 9 электродов 8 накопительной емкости 3 предотвращает чрезмерно резкое возрастание тока
между электродами 8 (поскольку ток пропорционален поверхности электродов, размещенных в воде).
Если же УВ в емкости 3 не достиг заданного значения, а УВ в водозаборе 1 упал ниже нижнего конца электродов датчика 6 (так называемый уровень «сухого хода»), насос 2 отключается, а затем снова автоматически включается через заданный таймером 11 интервал времени, перекачивая накопившуюся в водозаборе 1 за этот интервал времени воду в емкость 3.
Работой установки управляет электронный блок 5 управления по командам, поступившим с блока 12 выбора режимов работы. Автоматическое управление осуществляется по двум каналам (по сигналам датчиков 6 и 7 соответственно), в которых оптроны 13 и 14 являются согласующими устройствами датчиков 6 и 7 соответственно с логическими схемами 15 и 16, исполнительные реле которых в зависимости от УВ в водозаборе 1 и накопительной емкости 3 вырабатывают сигналы пуска и останова, поступающие на управляющий вход погружного насоса 2. Блок 12 выбора режима работы посредством переключателя режима работы таймера 11 определяет интервалы повторного включения насоса 2, которые могут быть установлены в пределах от 0,1 до 4,0 часов, а посредством переключателя режима работы погружного насоса 2 принудительно отключается датчик 7 накопительной емкости 3 для использования перекачиваемой воды из водозабора 1 при наполненной емкости 3 (при этом запорный вентиль 18 перекрывает основной трубопровод 4 между водозабором 1 и емкостью 3 и направляет воду в дополнительный трубопровод). Для индикации режимов работы, выбираемых блоком 12, служит светодиодный индикатор.
При этом работа электронной схемы 10 определяется значениями тока от датчиков 6 и 7, причем величина тока датчика 7 накопительной емкости 3 регулируется насаженной на среднюю часть цилиндрических электродов 8 изоляционной трубкой (изоляционное покрытие), длина которой составляет от 0,5 до 0,7 длины стержневого электрода 8.
В конкретном случае выполнения установки в устройстве автоматического управления «ДЕЛЬТА-ОЗК» в качестве оптронов 13 и 14 могут быть использованы заводские серийные оптоэлектронные приборы ОЭП-2.
Для расширения функциональных возможностей установки электронный блок 5 управления может быть снабжен дополнительным входом 17 для подключения кабеля дистанционного управления.
Таким образом предложенная установка погружного насоса с устройством «ДЕЛЬТА-ОЗК» для автоматического управления обеспечивает эффективную и надежную работу погружного насоса по перекачиванию воды из водозабора с применением компактных токовых датчиков специальной конструкции и электронной схемы управления, что обуславливает доступность широкого использования этой установки на садовых и индивидуальных участках с водозаборными скважинами малого диаметра и малым дебитом воды.
ИСТОЧНИКИ ПО УРОВНЮ ТЕХНИКИ
I. Прототип и аналоги:
1. RU 2132969 С1, 10.07.1999 (прототип).
2. RU 2215194 С2, 27.10.2003 (аналог).
II. Дополнительные источники по уровню техники:
3. RU 49589 U1, 27.11.2005.
4. Новый политехнический словарь /Под ред. А.Ю.Ишлинского. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2003. - 671 с. (с.321, 391, 571).
5. RU 46889 U1, 27.07.2005.
6. RU 2213889 С2, 10.10.2003.
7. RU 565560 А1, 10.11.2005.
8. RU 2157467 С1, 10.10.2000.
9. RU 2265140 C1, 27.11.2005.