电容式水泵缺水保护器研究与设计.doc

电容式水泵缺水保护器研究与设计 钱宏琦1 陈海虹1 周洁1 1.贵州大学机械工程学院 贵州贵阳 550003 摘要： 利用电容器电极间介质改变，因而介电常数改变并引起电容量改变的原理，及时监测水泵壳体内有无液体存在，避免水泵壳体内缺水造成水泵损坏。 关键词：电容 保护 水位 水泵 The research and the design of the pump waterless protector with capacitor Hong-qi Qian1 Hai-hong Chen1 Jie Zhou1 1.Collage of Tecklogie Mechanic, Guizhou University Guizhou Guiyang 550003 Summary: When the Media between the electrode of the capacitor changes, dielectric constant also changes as well as the capacitance. with the help of this character we can understand in time whether there is liquid in the Case of Pump, in order not to make it waterless oder damaged. Keywords: Capacitance ; Protection ；Water Level; Water Pump 绪言 水泵是矿山生产中的重要设备，对保证矿山生产与安全起着十分重要的作用。水泵正常工作时，水泵壳体内必须始终充满水，并相对于大气形成负压，以保证水泵不断从吸水口把水吸入、从排水口排水。当水泵壳体破损后，水泵壳体内不能形成负压。泄漏状态较轻时，导致水泵扬程下降，严重时造成水泵无法抽水。水泵启动时如水泵壳体内无水，也会造成水泵不能启动。水泵壳体内无水运行极易导致水泵损坏。 所以及时检测水泵蜗壳内是否充满了水是保证水泵系统正常工作的措施之一。目前市面采用的是水泵缺水保护装置很多，但都各有所不足。 我们根据矿山排水系统的状况，设计了电容式水泵缺水保护器。经现场使用，该保护器能及时检测水泵壳体内是否缺水，造价较低，可靠性高，是一种较好的装置。这种保护器对离心泵、柱塞泵都可以使用。本设计已申报国家实用新型专利。 2、电容式水泵缺水保护器原理 电容式水位检测的原理图如图1所示，在两个同心圆柱状极板1和2中放入被测介质。设被测介质的介电常数为ε1，空气的介电常数为ε2，当液位发生改变时，两极板间的电容量C会发生变化。总的电容量C为上下两部分电容量之和。 Illustration 1: Principle of the Capacity Water-Level Detect. 当保护器极板间充满液体介质时，h = h1，被测介质的介电常数为ε1，其电容为 （1-1） 当检测器极板间为空气介质时，h = h2；空气的介电常数为ε2 ≈1， （1-2） 式中 h---总电极长度，h = h1 + h2; R，r---两个同心圆电极半径。 当被测液体为水时，ε1 ≈ 80，C1/ C2≈80,所以通过测量电容量的大小可以很容易的判断水泵壳体内是否充满水。 3、电容式水泵缺水保护器设计 Illustration 2: Set up of the Capacity Pump Protector. 电容式水泵缺水保护器示意图如附图2所示。保护器通过螺纹连接在水泵上。实际安装时，可利用水泵泵体上的人工注水孔的内螺纹安装保护器，而不需另外在泵体上开孔攻丝固定保护器，所以使用很方便。保护器电极之间的内腔与水泵壳体内腔相通。当水泵壳体充满水时，电极与保护器壳体之间也充满水，水为电容器极板中的介质。当因为某种原因水泵壳体中水位下降，进入空气时，保护器内腔也进入空气，极板间介质换为空气，传感器的电容量发生改变。因空气的介电常数远小于水，所以水泵缺水保护器的灵敏度很高， 浮球起自动排气阀的作用，当保护器中有空气时，浮球自由下落，保护器腔内空气与大气相通。当水泵壳体注水后，随着水位上升，浮球上升，空气排完后，浮球上升，堵住排气孔。 Illustration 3: main Principle of the electry Mechine 4、电器保护原理 保护器壳体与壳体内电极构成一等效电容器CX。电极经绝缘处理，用塑料支架固定在壳体上，并用导线连接到壳体外的放大器。当水