淺談列車清洗機(jī)水泵空轉(zhuǎn)保護(hù)

陳智釗

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510000）

廣佛線列車清洗機(jī)循環(huán)水泵、端洗水泵、反洗泵均使用格蘭富CR系列多級離心泵。循環(huán)水泵負(fù)責(zé)預(yù)冷工位、預(yù)濕工位和刷洗工位循環(huán)水的供給，端洗水泵負(fù)責(zé)端洗工位循環(huán)水的供給，反洗泵負(fù)責(zé)過濾塔的反沖洗。由于這些離心泵位于液面之上，相對容易出現(xiàn)水泵空轉(zhuǎn)的問題。如果這些水泵因空轉(zhuǎn)而出現(xiàn)問題，將對洗車作業(yè)造成影響。

本文以廣佛線列車清洗機(jī)為例，對列車清洗機(jī)采取的空轉(zhuǎn)保護(hù)措施進(jìn)行分析，并對其他補(bǔ)充的空轉(zhuǎn)保護(hù)措施進(jìn)行介紹，探討如何更好地預(yù)防水泵空轉(zhuǎn)的出現(xiàn)。

1 離心泵的工作原理及空轉(zhuǎn)的危害

離心泵是根據(jù)離心力原理設(shè)計的。離心泵的工作過程是：在使用前，應(yīng)先用水灌滿泵殼和進(jìn)水管，然后驅(qū)動電機(jī)，使葉輪和葉輪中的水做高速旋轉(zhuǎn)運動，此時，水受到離心力作用被甩出葉輪，經(jīng)泵殼的流道而流入水泵的出口，再由出口流入到出水管道；與此同時，水泵葉輪中心處由于水被甩出而形成真空，進(jìn)水池中的水在外界大氣壓作用下，沿進(jìn)水管流入葉輪進(jìn)口。由于葉輪的不斷旋轉(zhuǎn)，水就源源不斷地甩出和吸入，形成連續(xù)的揚水作用[1]。

離心泵啟動前，如果不灌滿水，葉輪只能帶動空氣旋轉(zhuǎn)，因空氣單位體積的質(zhì)量很小，產(chǎn)生的離心力小，泵內(nèi)產(chǎn)生不了足夠的低壓，水泵吸不上水，造成水泵空轉(zhuǎn)。

在軸封部位，無論是填料還是機(jī)械密封，都有靜止零件和旋轉(zhuǎn)零件的接觸和摩擦。水泵葉輪有密封環(huán)，它的間隙相當(dāng)小。水泵空轉(zhuǎn)時，由于沒有水的潤滑和冷卻，干摩擦?xí)馆S封燒壞，葉輪密封環(huán)出現(xiàn)磨損。嚴(yán)重時甚至出現(xiàn)抱軸，損壞軸承和其他水泵部件。

2 廣佛線列車清洗機(jī)采取的空轉(zhuǎn)保護(hù)措施

廣佛線列車清洗機(jī)循環(huán)水池水泵系統(tǒng)原理圖如圖1 所示，采取的空轉(zhuǎn)保護(hù)措施是安裝底閥、泵前補(bǔ)水、液位檢測和輸出壓力檢測。

2.1 安裝底閥

對于位于液面之上的離心泵，安裝底閥是確保水泵正常啟動的基本措施。為防止水泵空轉(zhuǎn)，水泵啟動前需要用水將泵殼內(nèi)的空間灌滿。底閥作為逆止閥，它的作用是維持灌泵后泵殼灌滿水的狀態(tài)。如果底閥失效，泵體和進(jìn)水管的水將漏去，泵體進(jìn)入空氣，會出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，水泵將不能正常啟動。因此，底閥的檢查是水泵維護(hù)的重要環(huán)節(jié)。

圖1 廣佛線列車清洗機(jī)循環(huán)水池水泵系統(tǒng)原理圖

2.2 泵前補(bǔ)水

泵停止工作后，如果底閥嚴(yán)密，泵體和入口管線內(nèi)積存的水不會漏掉。但由于底閥位于入口液面的底部，雜質(zhì)較多且易沉積在底閥的密封面上，泵體內(nèi)的水會因底閥不嚴(yán)密產(chǎn)生泄漏。通常這種泄漏量較小，但長時間會把泵體的水漏光。

由于有時洗車作業(yè)間隔較長，為確保泵啟動前泵殼灌滿水，需要對底閥不嚴(yán)密而漏掉的水進(jìn)行補(bǔ)充。泵前補(bǔ)水是在抽水管路上設(shè)置補(bǔ)水管路，把自來水引入抽水管路，目的就是用于對漏掉的水進(jìn)行補(bǔ)充。泵前補(bǔ)水由電控水閥控制，當(dāng)列車清洗機(jī)工作于“自動”或“手動”模式時，電控水閥打開補(bǔ)水。排氣溢流閥可以使泵體內(nèi)的空氣更容易排出，減少泵體補(bǔ)滿水的時間。當(dāng)泵體灌滿水后，多余的水從排氣溢流閥排出，可以作為人工確認(rèn)泵體灌滿水的一種方法。

2.3 液位檢測

循環(huán)水池液位檢測由液位傳感器實現(xiàn)，液位傳感器安裝有E1、E2、E3、E4、E5五根探針，用以決定各控制點的控制高度。圖2為循環(huán)水池的液位傳感器控制示意圖。E1為高液位，E2為供水停止高度，E3 為供水開啟高度，E4 為停泵報警高度，E5為公共極[2]。正常情況下，液位控制在供水停止和供水開啟高度之間。當(dāng)循環(huán)水池供水出現(xiàn)異常，水位低于停泵報警高度時，系統(tǒng)將禁止水泵啟動，確保水泵不會因為水池缺水而出現(xiàn)空轉(zhuǎn)。

圖2 循環(huán)水池液位傳感器示意圖

2.4 輸出壓力檢測

正常情況下，水泵輸出壓力高于0.2 MPa，如果泵體混有空氣，出現(xiàn)空轉(zhuǎn)，水泵的輸出壓力將遠(yuǎn)低于正常值。在水泵輸出管路安裝壓力傳感器，可以檢測出水泵的輸出壓力。PLC 循環(huán)檢測壓力傳感器反饋的信號，當(dāng)輸出壓力低于正常值的持續(xù)時間超過系統(tǒng)設(shè)定的時間（系統(tǒng)設(shè)定時間為50 秒），系統(tǒng)發(fā)出報警提醒操作人員，并停止水泵，防止水泵長時間空轉(zhuǎn)。輸出壓力檢測可以為底閥或泵前補(bǔ)水突然失效時提供保護(hù)。

3 其它補(bǔ)充的空轉(zhuǎn)保護(hù)措施

廣佛線列車清洗機(jī)采取的空轉(zhuǎn)保護(hù)措施可以有效防止水泵出現(xiàn)長時間空轉(zhuǎn)，但水泵仍然存在短時間空轉(zhuǎn)的風(fēng)險。這個風(fēng)險來自于對水泵起動前的狀態(tài)缺乏監(jiān)控。下面是其它空轉(zhuǎn)保護(hù)措施的介紹，可以作為空轉(zhuǎn)保護(hù)措施的補(bǔ)充。

3.1 水泵配套的空轉(zhuǎn)保護(hù)技術(shù)

部分國際知名水泵生產(chǎn)商（如德國KSB、丹麥格蘭富、德國耐馳等）在水泵的保護(hù)方面對其產(chǎn)品有配套的保護(hù)器件。這些保護(hù)器件除了空轉(zhuǎn)保護(hù)功能，有的還集成過熱保護(hù)、壓力檢測等功能。

例如，格蘭富保護(hù)器件LiqTec。LiqTec 的傳感器安裝在泵頭，如果傳感器檢測不到泵體存在液體，保護(hù)器件停止水泵運轉(zhuǎn)。傳感器檢測到泵體存在液體，保護(hù)器才允許水泵重新啟動[3]。傳感器直接檢測泵體是否存在液體，確保泵體灌滿液體才允許起動，在空轉(zhuǎn)保護(hù)方面比較可靠。

這些保護(hù)器件針對水泵專門開發(fā)，工作穩(wěn)定，性能安全可靠，但都是生產(chǎn)商針對自身產(chǎn)品開發(fā)的，相對缺乏通用性。

3.2 水泵起動前管路壓力檢測

水泵起動前輸出壓力檢測以廣佛線列車清洗機(jī)采取的空轉(zhuǎn)保護(hù)措施作為基礎(chǔ)，利用輸出壓力檢測的壓力傳感器，通過程序控制上的調(diào)整實現(xiàn)空轉(zhuǎn)保護(hù)。

水泵未起動時，出水管路閥門關(guān)閉，進(jìn)水管路、泵體、出水管路構(gòu)成一個連通的、較密封的空間，無論泵體和管路充滿的是水還是空氣，泵體、出水管路的壓力近似相等。當(dāng)泵前補(bǔ)水的自來水將進(jìn)水管路、泵體、出水管路灌滿水后，由于自來水管路的持續(xù)水壓，進(jìn)水管路、泵體、出水管路存在一定的壓力。根據(jù)觀察和試驗，當(dāng)泵體和管路灌滿水時，安裝在出水管路的壓力傳感器可以檢測到出水管路的壓力高于0.1 MPa。而泵體和管路未灌滿水時，壓力傳感器的檢測到的壓力接近為0。因此，出水管路壓力傳感器檢測到的壓力可以間接反映出泵體是否灌滿水。

通過程序的設(shè)計，可以實現(xiàn)泵體灌滿水才允許水泵啟動，超過正常補(bǔ)水時間仍未檢測到壓力時，禁止水泵啟動，并發(fā)出報警提醒，提前預(yù)防水泵空轉(zhuǎn)。水泵起動前管路壓力檢測和起動后輸出壓力檢測兩個措施相結(jié)合，可以更有效防止水泵出現(xiàn)空轉(zhuǎn)。

4 結(jié)束語

本文對以底閥為基礎(chǔ)的水泵空轉(zhuǎn)保護(hù)措施進(jìn)行分析，未分析以真空水箱為基礎(chǔ)的空轉(zhuǎn)保護(hù)措施。實踐證明，廣佛線列車清洗機(jī)采取的空轉(zhuǎn)保護(hù)措施可以有效防止水泵出現(xiàn)空轉(zhuǎn)。

［1］王福軍.水泵及水泵站［M］.中國農(nóng)業(yè)出版社，2011.

［2］VEIC-GF 列車自動清洗機(jī)培訓(xùn)教材［Z］.哈爾濱威克軌道交通技術(shù)開發(fā)有限公司，2010.

［3］CR-定制的解決方案［Z］.GRUNDFOS，2006.