一种虹吸式自吸管中泵及其控制方法与流程

1.本发明涉及一种管中泵，具体是指一种虹吸式自吸管中泵及其控制方法。


背景技术：

2.目前，随着住宅城市化的进展以及农村生活水平的不断提高，楼宇供水设备的需求也在不断上升，管中泵已经是人们日常生活中必不可少的一部分。但是现有管中泵及其他传统的水泵都因为设计原因而存在以下三种缺陷：其一，不具有自吸功能，该些管中泵在使用时，都必须要在管中泵的进水管底部装上止回阀，然后再往管中泵的进水管中注满水。由于在抽水时进水管中不能存在任何空气，因此单就往进水管中注水这一行为而言，便往往要反复几次才能达到使用要求，极大的浪费了时间。其二，传统的管中泵在工作过程中很容易造成真空状态，当管道中没水或叶轮没有水时，便会损坏水泵机封和电机，使得其损坏率或故障率非常高，不利于推广和使用。其三，传统的管中泵在工作过程中汲水的极限高度只能达到4米左右，当水池与水泵之间的高度超过4米以后，该管中泵便不能再有效使用，该汲水高度远远达不到人们的实际需求，其使用非常受限。
3.综上所述，现有的管中泵存在以上的诸多缺陷，不能被广泛的推广和使用，如有有效解决上述问题，便是人们目前的当务之急。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种虹吸式自吸管中泵及其控制方法。
5.本发明提供如下技术方案：一种虹吸式自吸管中泵，主要由泵体，在泵体内部形成的泵腔，设置在泵腔内部的电机，设置在泵腔内部并与电机同轴相连的叶轮，设置在泵体上并与泵腔相连通的真空泵，以及设置在泵体外部用于控制电机和真空泵的启停和用于检测泵腔和叶轮水位的控制系统组成；所述泵体的进水口与进水管相连接，泵体的出水口端设有止回阀。
6.进一步地，所述控制系统由电源变压电路，与该电源变压电路相连接真空泵控制电路、电机控制电路、液位检测控制电路及电机信号控制电路组成；所述液位检测控制电路由中间继电器ka，液位传感器，以及与该中间继电器ka相连接的三极管开关电路组成；所述电机信号控制电路通过中间继电器ka的常开触点与该三极管开关电路相连接，所述液位传感器与三极管开关电路相连接并为其提供液位信号。
7.所述电源变压电路由变压器t1、变压器t2及二极管桥式整流电路组成，所述变压器t1的初级线圈分别与外部动力线路的a相线和b相线相连接，其次级线圈则与真空泵控制电路相连接；所述变压器t2的初级线圈与外部动力线路的b相线和c相线相连接，其次级线圈则与二极管桥式整流电路的输入端相连，该二极管桥式整流电路的输出端则与液位检测控制电路相连接。
8.所述电机控制电路由熔断器fu及接触器km的常开触点组成，所述接触器km的常开
触点的一端分别与外部动力线路的a相线、b相线和c相线相连接，其另一端则经熔断器fu后与电机的电源控制端相连接。
9.所述电机信号控制电路由接触器km及中间继电器ka的常开触点组成，该中间继电器ka的常开触点的一端与外部动力线路的b相线相连接，其另一端则经接触器km后与外部动力线路的a相线相连接并形成电回路。
10.所述真空泵控制电路由时间继电器kt，时间继电器kt的常闭触点，以及接触器km的常闭触点组成；所述时间继电器kt串接在变压器t1的次级线圈的两端，该真空泵的电源控制端的一端与时间继电器kt的一端相连接，真空泵的电源控制端的另一端则依次经接触器km的常闭触点和时间继电器kt的常闭触点后与时间继电器kt的另一端相连接并形成电回路。
11.所述三极管开关电路包括信号控制芯片u，滤波电路，电容c1，电容c2，三极管vt1，三极管vt2，三极管vt3，二极管t2，一端与信号控制芯片u的9号管脚相连接、另一端与三极管vt3的基极相连接的电阻r3，一端与信号控制芯片u的8号管脚相连接、另一端与三极管vt1的基极相连接的电阻r4，一端与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、另一端与三极管vt3的集电极相连接的电阻r1，n极与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、p极与三极管vt2的集电极相连接的二极管t1，一端与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、另一端与三极管vt2的集电极相连接的电容c2；所述三极管vt3的发射极分别与三极管vt1的集电极和三极管vt2的基极相连接，三极管vt2的发射极经二极管t2后与二极管桥式整流电路输出端的负极相连接，三极管vt1的发射极与二极管桥式整流电路输出端的负极相连接，所述电容c1串接在二极管桥式整流电路输出端的正极与负极之间，所述滤波电路的输入端与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、其输出端则与信号控制芯片u的1号管脚相连接；所述中间继电器ka的一端与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接，其另一端与三极管vt2的集电极相连接。
12.为更好的保护本发明的实施，本发明还优选的在所述控制系统中还设有第一感应保护电路和第二感应保护电路，所述第一感应保护电路由互感器l1、二极管t3、电阻r5、稳压电容c6和电容c7组成，所述互感器l1与外部动力线路的c相线进行互感，该互感器l1的输出端依次经二极管t3和电阻r5后与控制芯片u的7号管脚相连接，稳压电容c6的一端与二极管t3的n极相连接、其另一端接地，电容c7的一端与控制芯片u的7号管脚相连接、其另一端接地；
13.所述第二感应保护电路由互感器l2、二极管t4、电阻r6、稳压电容c8和电容c9组成，所述互感器l2与外部动力线路的a相线进行互感，该互感器l2的输出端依次经二极管t4和电阻r6后与控制芯片u的6号管脚相连接，稳压电容c8的一端与二极管t4的n极相连接、其另一端接地，电容c9的一端与控制芯片u的6号管脚相连接、其另一端接地。
14.所述液位传感器的数量为三个，其中一个液位传感器设置于进水管内部，另一个液位传感器设置在泵腔底部，第三个液位传感器设置于叶轮位置处；所述三个液位传感器均与信号控制芯片u相连接，并由信号控制芯片u对其传输的液位信号进行放大处理。
15.本发明还提供了一种虹吸式自吸管中泵的控制方法，包括以下步骤：
16.s1、接通外部电源，液位传感器实时采集泵腔、叶轮及进水管中的水位信息，并将采集的信息实时传输给信号控制芯片u进行信号增大处理；
17.s2、当液位传感器发出无水信号后，信号控制芯片u同时向三极管vt3和三极管vt1发送工作电压，二极管桥式整流电路输出端的正极电流依次经电阻r1、三极管vt3和三极管vt1后流回二极管桥式整流电路输出端的负极，中间继电器ka被短路，电机处于断路状态，真空泵启动进入工作状态，排出泵腔和进水管中的空气；
18.s3、外部水池中的水在大气压作用下进入到管中泵的进水管中，并随着进水管和泵腔内空气的排出同步上升到泵腔内部；
19.s4、时间继电器kt在一个时间周期结束时，时间继电器kt的常闭触点打开；系统判定泵腔和叶轮中是否有水，如有，则信号控制芯片u关断三极管vt1的工作电压，二极管桥式整流电路输出端的正极电流经电阻r1、三极管vt3加载在三极管vt2的基极，三极管vt2导通，中间继电器ka被导通，中间继电器ka的常开触点闭合，接触器km得电，接触器km的常开触点闭合，电机启动工作。
20.进一步地，所述第一感应保护电路和第二感应保护电路实时采集外部动力线路的互感信息，并判定采集到的互感信息是否超出额度指标；如两相互感信息都未超出额定指标，则不执行任何动作；如任意一相线互感信息超出额定指标，则信号控制芯片u则导通三极管vt1，三极管vt3和三极管vt1均被导通，三极管vt2被短路，中间继电器ka被短路，中间继电器ka的常开触点从闭合状态打开，继电器km失电，电机停止运行。
21.所述时间继电器kt的延时时间为20～40s，且该时间继电器kt的延时时间与真空泵的管径大小成反比。
22.本发明与现有技术相比，具有的优点及有益效果是：
23.1、本发明开创性的将虹吸原理通过技术方法应用在了管中泵中，从而能彻底的克服传统管中泵使用时必须要先往管道中灌满水才能继续使用的缺陷，能大幅度的节省使用管中泵时的准备时间。
24.2、本发明在使用时无需再在与管中泵相连接的进水管底部增加止回阀，而从极大的简化了使用流程，极大的降低了管中泵的使用要求。
25.3、本发明的虹吸高度(水池与管中泵之间的高度差)最大可达13m，远远大于现有管中泵4m的汲水极限高度，其应用面更加广泛，能适应各种不同高度差的情形。
附图说明
26.图1为本发明的整体结构示意图；
27.图2为本发明的控制系统电路原理图。
28.上述附图中的附图标记名称分别为：1—泵体，2—泵腔，3—电机，4—叶轮，5—真空泵，6—控制系统，7—进水管，8—止回阀。
具体实施方式
29.以下将参考附图来详细描述本发明的优选实施例，本领域中的技术人员将领会的是，这些描述仅为描述性的、示例性的，并且不应被解释为限定了本发明的保护范围。
30.实施例1
31.如图1所示，本发明的虹吸式自吸管中泵主要由泵体1，在泵体1内部形成的泵腔2，设置在泵腔2内部的电机3，设置在泵腔2内部并与电机3同轴相连的叶轮4，设置在泵体1上
并与泵腔2相连通的真空泵5，以及设置在泵体1外部并用于控制电机3、叶轮4和真空泵5的控制系统6组成。
32.所述泵体1设有一个进水口和出水口，该进水口与外部的进水管7相连接，而泵体1的出水口端处则设有止回阀8，以防止被排出的水倒流回泵腔2中。所述的真空泵5与泵体1内部的泵腔2相连通，当真空泵5启动时，该真空泵5便能将泵腔2和进水管7中的空气排出在泵体1外，使得泵腔2和进水管7处于真空负压状态，在外部大气压力的作用下，便能使得水池中的水出现虹吸现象，被自动压入到进水管7中，从而实现自吸。当叶轮4检测泵腔2内部有水时，便会自动启动电机3进行抽水工作。
33.本发明的控制系统由电源变压电路，与该电源变压电路相连接真空泵控制电路、电机控制电路、液位检测控制电路及电机信号控制电路组成。其中，所述液位检测控制电路由中间继电器ka，液位传感器，以及与该中间继电器ka相连接的三极管开关电路组成。连接时，所述电机信号控制电路通过中间继电器ka的常开触点与该三极管开关电路相连接，所述液位传感器与三极管开关电路相连接并为其提供液位信号，其整体结构如图2所示。
34.具体的，该电源变压电路由变压器t1、变压器t2及二极管桥式整流电路组成。所述变压器t1的初级线圈的一个输入端与外部动力线路的a相线相连接，其另一个输入端则与外部动力线路的b相线相连接，而变压器t1的次级线圈则与真空泵控制电路相连接。
35.同样，变压器t2的初级线圈的一个输入端与外部动力线路的b相线相连接，其另一输入端则与外部动力线路的c相线相连接，变压器t2的次级线圈则与二极管桥式整流电路的输入端相连，该二极管桥式整流电路的输出端则与液位检测控制电路相连接。
36.本发明中，通过变压器t2的作用，使得该二极管桥式整流电路的输出端能输出12v的直流电压。同理，通过变压器t1的作用，使得该变压器t1的次级线圈输出24v的电压。
37.所述电机信号控制电路由接触器km及中间继电器ka的常开触点组成，该中间继电器ka的常开触点的一端与外部动力线路的b相线相连接，其另一端则经接触器km后与外部动力线路的a相线相连接并形成电回路。
38.本发明中的时间继电器kt的延时时间长短根据实际情况及真空泵5的管径有着直接关系，该时间继电器kt的延时时间与真空泵5的管径大小成反比。即，当真空泵5的管径越大，则该时间继电器kt的延时时间就越短。该时间继电器kt的延时时间优先设置为20～40s之间。
39.所述真空泵控制电路由时间继电器kt，时间继电器kt的常闭按钮，以及接触器km的常闭触点组成；所述真空泵的电源控制端的一端与时间继电器kt的一端相连接、其另一端则依次经接触器km的常闭触点和时间继电器kt的常闭按钮后与时间继电器kt的另一端相连接并形成电回路。
40.所述电机控制电路由熔断器fu及接触器km的常开触点组成，该接触器km的常开触点的一端分别与外部动力线路的a相线、b相线和c相线相连接，其另一端则经熔断器fu后与电机3的电源控制端相连接。
41.所述三极管开关电路由信号控制芯片u，滤波电路，电容c1，电容c2、三极管vt1，三极管vt2，三极管vt3，二极管t1，二极管t2，电阻r1，电阻r3和电阻r4组成。
42.连接时，电阻r3的一端与信号控制芯片u的9号管脚相连接、另一端与三极管vt3的基极相连接的，电阻r4的一端与信号控制芯片u的8号管脚相连接、另一端与三极管vt1的基
极相连接。其中，电阻r3和电阻r4的阻值均为47kω。电阻r1的阻值为10kω，其一端与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、另一端与三极管vt3的集电极相连接；所述的中间继电器ka的一端与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、另一端与三极管vt2的集电极相连接，所述二极管t1的n极与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、p极与三极管vt2的集电极相连接，电容c2的正极与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、其负极与三极管vt2的集电极相连接。
43.同时，为防止真空泵5和电机3的误动，本发明还在三极管vt3的基极与二极管桥式整流电路输出端的负极之间串接有电容c5，在三极管vt1的基极与二极管桥式整流电路输出端的负极之间串接有电容c3。
44.所述三极管vt3的发射极分别与三极管vt1的集电极和三极管vt2的基极相连接，三极管vt2的发射极经二极管t2后与二极管桥式整流电路输出端的负极相连接，三极管vt1的发射极也与二极管桥式整流电路输出端的负极相连接。所述电容c1则串接在二极管桥式整流电路输出端的正极与负极之间，所述第一滤波电路的输入端与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、其输出端则与信号控制芯片u的1号管脚相连接。
45.所述信号控制芯片u采用m324集成芯片来实现，所述滤波电路则由电阻r2和电容c4组成，连接时，电阻r2的一端与二极管桥式整流电路输出端的正极相连接、其另一端则与信号控制芯片u的1号管脚相连接，而电容c4的一端也与信号控制芯片u的1号管脚相连接、其另一端则接地。
46.为防止外部动力线路的电流和电压过载导致损坏控制系统，因此，本发明还特意设有第一感应保护电路和第二感应保护电路。
47.所述第一感应保护电路由互感器l1、二极管t3、电阻r5、稳压电容c6和电容c7组成。连接时，互感器l1与外部动力线路的c相线进行互感，该互感器l1的输出端依次经二极管t3和电阻r5后与控制芯片u的7号管脚相连接，稳压电容c6的一端与二极管t3的n极相连接、其另一端接地，电容c7的一端与控制芯片u的7号管脚相连接、其另一端接地。
48.所述第二感应保护电路由互感器l2、二极管t4、电阻r6、稳压电容c8和电容c9组成，所述互感器l2与外部动力线路的a相线进行互感，该互感器l2的输出端依次经二极管t4和电阻r6后与控制芯片u的6号管脚相连接，稳压电容c8的一端与二极管t4的n极相连接、其另一端接地，电容c9的一端与控制芯片u的6号管脚相连接、其另一端接地。
49.所述液位检测控制电路由三个液位传感器构成，其中一个液位传感器设置于进水管7内部，另一个液位传感器设置在泵腔2底部，第三个液位传感器设置于叶轮4位置处；所述三个液位传感器均与信号控制芯片u相连接，并由信号控制芯片u对其传输的液位信号进行放大处理。
50.实施例2
51.本实施例是基于实施例1中的电路结构而实现的控制方法，其包括以下步骤：
52.s1、接通外部电源，液位传感器实时采集泵腔、叶轮及进水管中的水位信息，并将采集的信息实时传输给信号控制芯片u进行信号增大处理。该步骤中所述的接通外部电源，是指整个虹吸式自吸管中泵的电源与外部动力线路相接通，接通后，所有的电子元器件均处于待机工作状态。
53.s2、当液位传感器发出无水信号后，信号控制芯片u同时向三极管vt3和三极管vt1
发送工作电压，二极管桥式整流电路输出端的正极电流依次经电阻r1、三极管vt3和三极管vt1后流回二极管桥式整流电路输出端的负极，中间继电器ka被短路，电机处于断路状态，真空泵启动进入工作状态，排出泵腔和进水管中的空气。
54.s3、外部水池中的水在大气压作用下进入到管中泵的进水管中，并随着进水管和泵腔内空气的排出同步上升到泵腔内部。由于泵腔2和进水管7中的空气都被真空泵5排出在管中泵外，因此泵腔2和进水管7中便会形成负压，由于外部大气压力的存在，此时便会产生虹吸现象，水池中的水便会在大气压作用下沿着进水管7上升而进入到泵腔2内部。
55.s4、时间继电器kt在一个时间周期结束时，时间继电器kt的常闭触点打开；系统判定泵腔和叶轮中是否有水，如有，则信号控制芯片u关断三极管vt1的工作电压，二极管桥式整流电路输出端的正极电流经电阻r1、三极管vt3加载在三极管vt2的基极，三极管vt2导通，中间继电器ka被导通，中间继电器ka的常开触点闭合，接触器km得电，接触器km的常开触点闭合，电机启动工作。此时，当接触器km得电时，接触器km的常闭触电打开，则真空泵控制电路被彻底断开，真空泵5停止工作。通过该设计，真空泵5与电机3之间便形成了一个互锁，即同一时间内，只能有一台水泵工作，从而有效避免泵腔2内被抽成真空，损坏机封。
56.所述时间继电器kt的延时时间为20～40s，且该时间继电器kt的延时时间与真空泵5的管径大小成反比，即当真空泵5的管径越大，则说明真空泵5排气能力越大，泵腔2内的空气就排出越快，该时间继电器kt的延时时间便越短；当真空泵5的管径越小，则说明真空泵5排气能力越小，泵腔2内的空气就排出越慢，该时间继电器kt的延时时间便越长。
57.为保护控制系统不被损坏，本发明在运行时，第一感应保护电路和第二感应保护电路将实时采集外部动力线路的互感信息，并判定采集到的互感信息是否超出额度指标。如外部动力线路的a相和c相互感信息都未超出额定指标，说明电路工作正常，则不执行任何动作；如任意一相线互感信息超出额定指标，则信号控制芯片u则导通三极管vt1，三极管vt3和三极管vt1均被导通，三极管vt2被短路，中间继电器ka被短路，中间继电器ka的常开触点从闭合状态打开，继电器km失电，电机停止运行，从而达到保护控制系统的目的。
58.如上所述，便可较好的实现本发明。