CN114134919B - 一种全自动控制式真空深井装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种全自动控制式真空深井装置，采用真空泵、安装于真空深井内的潜水泵、电动三通转向阀、潜水泵启动水位控制计、潜水泵关闭水位控制计以及控制器，电动三通转向阀具有三个接口，其中，第一接口通过第一管道与真空泵连接，第二接口通过第二管道与潜水泵连接，第三接口作为真空吸管口，潜水泵启动水位控制计高于所述潜水泵关闭水位控制计设置，控制器根据水位高低对所述电动三通转向阀进行控制，使得所述电动三通转向阀导通第一接口与第三接口，或者导通第一接口与第二接口，将真空泵与潜水泵进行一体化设计，控制器根据水位控制计进行逻辑判断，实现全自动化控制真空深井工作，达到降本增效目的。

Description

一种全自动控制式真空深井装置
技术领域
本发明属于降水自动控制领域，特别涉及一种全自动控制式真空深井装置。
背景技术
在建筑行业中，真空深井是一种广泛应用于土体疏水、降水的装置。目前真空深井基本采用井管内设置一台潜水泵和一根真空吸管组成，潜水泵和真空吸管是两套独立的装置，真空吸管由井管外地面上安装的真空泵提供吸力。真空吸管在井管内形成负压，使得井管外土体内自由水加速向井管内汇聚；真空吸管原则上不能吸到井管内水，否则会引起井管内真空负压值下降，影响真空深井降水效果。真空泵工作时需保持泵内有一定注水量，因而需要进场停泵进行加水作业。深井管内汇聚而来的水，靠井管内设置的潜水泵进行抽水；由于潜水泵在干抽状态下会引发泵体损坏，因此井管内有水时需要人员开启潜水泵抽水，水抽干后需由人员关闭潜水泵。
基于上述传统真空深井的工作原理，潜水泵开启、关闭需要人员24小时进行巡视，一旦井管内汇聚水不能及时排出，真空管吸水后，真空深井的降水效果就会大打折扣。真空泵在运行过程中需要阶段性注水作业，不仅影响真空泵需临时停泵，同时还需人工进行注水操作。同时，真空深井内存在潜水泵的排水管和真空吸管两根管子，对真空深井的密闭性存在一定程度影响。
发明内容
本发明旨在提供一种全自动控制式真空深井装置，为了解决传统真空深井的上述弊端，将真空泵与潜水泵进行一体化设计，控制器通过潜水泵启动水位控制计、潜水泵关闭水位控制计进行逻辑判断，实现全自动化控制真空深井工作，达到降本增效目的。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种全自动控制式真空深井装置，包括：真空泵、安装于真空深井内的潜水泵、电动三通转向阀、潜水泵启动水位控制计、潜水泵关闭水位控制计以及控制器，所述电动三通转向阀具有三个接口，其中，第一接口通过第一管道与真空泵连接，第二接口通过第二管道与潜水泵连接，第三接口作为真空吸管口，所述第二管道沿着真空深井竖向设置，所述潜水泵启动水位控制计以及潜水泵关闭水位控制计分别设置于所述第二管道上，且潜水泵启动水位控制计高于所述潜水泵关闭水位控制计设置，所述控制器分别与所述电动三通转向阀、所述潜水泵启动水位控制计以及潜水泵关闭水位控制计通讯连接，所述控制器根据水位高低对所述电动三通转向阀进行控制，使得所述电动三通转向阀关闭第二接口并导通第一接口与第三接口，或者关闭第三接口并导通第一接口与第二接口。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述电动三通转向阀包括连接管段、第一管段、第二管段、第三管段、电动转向阀片以及驱动机构，所述第一管段与第二管段对称设置于连接管段的一端的管壁上，所述连接管段与所述第三管段的轴向平行，所述第三管段与所述第一管段相垂直，所述第一管段与所述第二管段同轴设置，所述连接管段的一端封闭，所述第三管段密封连接于所述连接管段的另一端的上部，所述电动转向阀片设置于所述连接管段内，所述电动转向阀片的一端与所述连接管段的另一端的下侧铰接，所述驱动机构在控制器的控制下能够带动所述电动转向阀片所述连接管段内转动，当所述电动转向阀片转动到水平位置时关闭第二接口并导通第一接口与第三接口，当所述电动转向阀片转动到竖直位置时关闭第三接口并导通第一接口与第二接口。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述第一管道上设有真空压力表以及流量计，所述真空压力表以及流量计分别与控制器通讯连接，技术参数满足：H1<K*70，其中，H1是真空吸管口到第一管道的管顶高度，H1的单位均为m，K为真空压力表的读数，单位为kPa。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，技术参数满足：(H3+H2)*D*D>(5～10)*H1*d*d，其中，H3是潜水泵关闭水位控制计到井底高度，H2是真空吸管口到潜水泵关闭水位计高度，H1是真空吸管口到第一管道的管顶高度，D是真空深井的宽度，第一管道和第二管道的直径均是d，H1、H2、H3的单位均为m，D、d的单位均为mm。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述连接管段的横截面为圆形，所述连接管段沿着连接管段的轴向的投影覆盖所述第三管段沿着连接管段道的轴向的投影，所述第三管段的管壁与所述连接管段的管壁齐平并相切。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述连接管段的横截面为方形，所述连接管段沿着连接管段的轴向的投影覆盖所述第三管段沿着连接管段道的轴向的投影。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，当井内水位低于潜水泵关闭水位控制计所在位置时，电动三通转向阀自动关闭与潜水泵的连接口，同时潜水泵关闭；同时真空泵保持工作状态，将第一管道内水真空吸出后，继续维持井内负压。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，当井内水位上升至潜水泵启动水位控制计所在位置时，电动转向阀自动关闭真空吸管口，避免负压继续增长引起水位继续升高；潜水泵工作，进行排水。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述钻孔内下部填充滤水填充料，上部填充密封材料，所述滤水填充料与密封材料的分界线位于所述电动三通转向阀的上方。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述真空深井的底部设置沉砂井管段，所述潜水泵位于沉砂井管段的上方，所述真空深井上除沉砂井管段以外的井管壁上布设通孔，且所述真空深井上除沉砂井管段以外的井管壁上套设井管滤网。
由以上公开的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明提供的一种全自动控制式真空深井装置，采用真空泵、安装于真空深井内的潜水泵、电动三通转向阀、潜水泵启动水位控制计、潜水泵关闭水位控制计以及控制器，所述电动三通转向阀具有三个接口，其中，第一接口通过第一管道与真空泵连接，第二接口通过第二管道与潜水泵连接，第三接口作为真空吸管口，所述第二管道沿着真空深井竖向设置，所述潜水泵启动水位控制计以及潜水泵关闭水位控制计分别设置于所述第二管道上，且潜水泵启动水位控制计高于所述潜水泵关闭水位控制计设置，所述控制器分别与所述电动三通转向阀、所述潜水泵启动水位控制计以及潜水泵关闭水位控制计通讯连接，所述控制器根据水位高低对所述电动三通转向阀进行控制，使得所述电动三通转向阀关闭第二接口并导通第一接口与第三接口，或者关闭第三接口并导通第一接口与第二接口。通过布置潜水泵启动水位控制计以及潜水泵关闭水位控制计，获知井内水位高低情况，并根据水位高低情况对电动三通转向阀进行控制，实现了水位高时自动抽、排水，水位低时自动抽真空，维持井内负压的功能，从而在在真空深井运行阶段能实现全天候无间隙全自动运行与信息收集工作；可以大幅度降低真空深井运行阶段劳动力需求，大幅提升真空深井运行效率和稳定性。既能一定程度缓解目前建筑行业劳动力不足，又能提升土体降水实施效率、加快施工进度、保障基坑施工安全，实现经济、质量、安全、进度等多重综合效益提升，此外，通过将现有技术中的真空吸管与潜水泵排水管结合为一根管子，提升真空深井密闭性能；利用潜水泵抽水自动补偿真空泵阶段性注水需求；通过自动启闭潜水泵、实现抽水与吸气的功能融合；结合5G技术，实现井管内水位测量和抽水量数据采集工作。
附图说明
图1是本发明一种全自动控制式真空深井装置的结构示意图。
图2是电动三通转向阀的结构示意图。
图3是当井内水位低于潜水泵关闭水位控制计所在位置时全自动控制式真空深井装置的结构示意图。
图4是图3的A部放大示意图。
图5是当井内水位上升至潜水泵启动水位控制计所在位置时全自动控制式真空深井装置的结构示意图。
图6是图5的C部放大示意图。
图中：1-真空泵、2-真空深井、21-沉砂井管段、3-钻孔、4-潜水泵、5-电动三通转向阀、5.1-第一接口、5.2-第二接口、5.3-第三接口、50-连接管段、51-第一管段、52-第二管段、53-第三管段、54-电动转向阀片、6-潜水泵启动水位控制计、7-潜水泵关闭水位控制计、8-第一管道、9-排水/排气口、10-第二管道、11-真空压力表、12-流量计、14-井管滤网、15-滤水填充料、16-密封材料。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。以下将由所列举之实施例结合附图，详细说明本发明的技术内容及特征。需另外说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。为叙述方便，下文中所述的“上”、“下”与附图的上、下的方向一致，但这不能成为本发明技术方案的限制。
请参阅图1至图6，本实施例公开了一种全自动控制式真空深井装置，包括：真空泵1、安装于真空深井2内的潜水泵4、电动三通转向阀5、潜水泵启动水位控制计6、潜水泵关闭水位控制计7以及控制器，所述电动三通转向阀5具有三个接口，其中，第一接口5.1通过第一管道8与真空泵1连接，第二接口5.2通过第二管道10与潜水泵4连接，第三接口5.3作为真空吸管口，所述第二管道10沿着真空深井2竖向设置，所述潜水泵启动水位控制计6以及潜水泵关闭水位控制计7分别设置于所述第二管道10上，且潜水泵启动水位控制计6高于所述潜水泵关闭水位控制计7设置，所述控制器分别与所述电动三通转向阀5、所述潜水泵启动水位控制计6以及潜水泵关闭水位控制计7通讯连接，所述控制器根据水位高低对所述电动三通转向阀5进行控制，使得所述电动三通转向阀5关闭第二接口5.2并导通第一接口5.1与第三接口5.3，或者关闭第三接口5.3并导通第一接口5.1与第二接口5.2。
本发明提供的一种全自动控制式真空深井装置，采用真空泵1、安装于真空深井2内的潜水泵4、电动三通转向阀5、潜水泵启动水位控制计6、潜水泵关闭水位控制计7以及控制器，所述电动三通转向阀5具有三个接口，其中，第一接口5.1通过第一管道8与真空泵1连接，第二接口5.2通过第二管道10与潜水泵4连接，第三接口5.3作为真空吸管口，所述第二管道10沿着真空深井2竖向设置，所述潜水泵启动水位控制计6以及潜水泵关闭水位控制计7分别设置于所述第二管道10上，且潜水泵启动水位控制计6高于所述潜水泵关闭水位控制计7设置，所述控制器分别与所述电动三通转向阀5、所述潜水泵启动水位控制计6以及潜水泵关闭水位控制计7通讯连接，所述控制器根据水位高低对所述电动三通转向阀5进行控制，使得所述电动三通转向阀5关闭第二接口5.2并导通第一接口5.1与第三接口5.3，或者关闭第三接口5.3并导通第一接口5.1与第二接口5.2。通过布置潜水泵启动水位控制计6以及潜水泵关闭水位控制计7，获知井内水位高低情况，并根据水位高低情况对电动三通转向阀5进行控制，实现了水位高时自动抽、排水，水位低时自动抽真空，维持井内负压的功能，从而在在真空深井2运行阶段能实现全天候无间隙全自动运行与信息收集工作；可以大幅度降低真空深井2运行阶段劳动力需求，大幅提升真空深井2运行效率和稳定性。既能一定程度缓解目前建筑行业劳动力不足，又能提升土体降水实施效率、加快施工进度、保障基坑施工安全，实现经济、质量、安全、进度等多重综合效益提升。其通过将现有技术中的真空吸管与潜水泵的排水管结合为一个管子即第一管道，提升真空深井2的密闭性能；利用潜水泵4抽水自动补偿真空泵1阶段性注水需求；通过自动启闭潜水泵4、实现抽水与吸气的功能融合；结合5G技术，实现井管内水位测量和抽水量数据采集工作。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述第一管段51密封连接于真空泵1的一端的顶部上，真空泵1的另一端侧壁的上部设有排水/排气口9。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述电动三通转向阀5包括连接管段50、第一管段51、第二管段52、第三管段53、电动转向阀片54以及驱动机构(未图示)，所述第一管段51与第二管段52对称设置于连接管段50的一端的管壁上，所述连接管段50与所述第三管段53的轴向平行，所述第三管段53与所述第一管段51相垂直，所述第一管段51与所述第二管段52同轴设置，所述连接管段50的一端封闭，所述第三管段53密封连接于所述连接管段50的另一端的上部，所述电动转向阀片54设置于所述连接管段50内，所述电动转向阀片54的一端与所述连接管段50的另一端的下侧铰接，所述驱动机构在控制器的控制下能够带动所述电动转向阀片54所述连接管段50内转动，当所述电动转向阀片54转动到水平位置时关闭第二接口5.2并导通第一接口5.1与第三接口5.3，当所述电动转向阀片54转动到竖直位置时关闭第三接口5.3并导通第一接口5.1与第二接口5.2。所述驱动机构可以为电机，通过电机的正转和反转，实现电动转向阀片54水平位置和竖直位置的切换。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述第一管道8上设有真空压力表11以及流量计12，所述真空压力表11以及流量计12分别与控制器通讯连接，技术参数满足：H1<K*70，其中，H1是真空吸管口到第一管道8的管顶高度，H1的单位均为m，K为真空压力表的读数，单位为kPa。通过满足H1<K*70条件，第一管道8中即使存有水，也能通过真空度将第一管道8内水排出。因为第一管道8作为抽气和排水共用段，在潜水泵4关闭后，第一管道8可能存在管内满水情况，有这个技术参数，就能将第一管道8内水排出，不影响后续抽气。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，技术参数满足：(H3+H2)*D*D>(5～10)*H1*d*d，其中，H3是潜水泵关闭水位控制计到井底高度，H2是真空吸管口到潜水泵关闭水位计高度，H1是真空吸管口到第一管道8的管顶高度，D是真空深井的宽度，第一管道8和第二管道10的直径均是d，H1、H2、H3的单位均为m，D、d的单位均为mm。通过满足(H3+H2)*D*D>(5～10)*H1*d*d条件，能保障潜水泵一旦开启后，有水可以抽排出至真空泵1，规避潜水泵4无效往复空转循环。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述连接管段50的横截面为圆形，所述连接管段50沿着连接管段50的轴向的投影覆盖所述第三管段53沿着连接管段50道的轴向的投影，所述第三管段53的管壁与所述连接管段50的管壁齐平并相切。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述连接管段50的横截面为方形，所述连接管段50沿着连接管段50的轴向的投影覆盖所述第三管段53沿着连接管段50道的轴向的投影。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，当井内水位低于潜水泵关闭水位控制计7所在位置时，电动三通转向阀5自动关闭与潜水泵4的连接口，同时潜水泵4关闭；同时真空泵1保持工作状态，将第一管道内水真空吸出后，继续维持井内负压，确保井内有一定存水，满足真空泵1工作需求。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，当井内水位上升至潜水泵启动水位控制计6所在位置时，电动转向阀自动关闭真空吸管口，避免负压继续增长引起水位继续升高；潜水泵4工作，进行排水。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述钻孔3内下部填充滤水填充料15，上部填充密封材料16，所述滤水填充料15与密封材料16的分界线位于所述电动三通转向阀5的上方，所述真空深井2由上至下分为上部和下部，所述电动三通转向阀5位于所述下部内，所述下部填充滤水填充料15，可以阻止周围土体的泥沙涌入深井，所述上部填充密封材料16，以提高真空深井2的密封性，确保真空度。
优选的，在上述的全自动控制式真空深井装置中，所述真空深井2的底部设置沉砂井管段21，所述潜水泵位于沉砂井管段21的上方，所述真空深井2上除沉砂井管段以外的井管壁上布设通孔，且所述真空深井2上除沉砂井管段21以外的井管壁上套设井管滤网14，通过设置上述结构的沉砂井管段21，当土中砂、泥经井管滤网以及井管壁上布设的通孔流入真空深井2内时，可以在沉砂井管段21进行沉淀，不影响潜水泵4的工作。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种全自动控制式真空深井装置，其特征在于，包括：真空泵、安装于真空深井内的潜水泵、电动三通转向阀、潜水泵启动水位控制计、潜水泵关闭水位控制计以及控制器，所述真空深井设置于钻孔内，所述电动三通转向阀具有三个接口，其中，第一接口通过第一管道与真空泵连接，第二接口通过第二管道与潜水泵连接，第三接口作为真空吸管口，所述第二管道沿着真空深井竖向设置，所述潜水泵启动水位控制计以及潜水泵关闭水位控制计分别设置于所述第二管道上，且潜水泵启动水位控制计高于所述潜水泵关闭水位控制计设置，所述控制器分别与所述电动三通转向阀、所述潜水泵启动水位控制计以及潜水泵关闭水位控制计通讯连接，所述控制器根据水位高低对所述电动三通转向阀进行控制，使得所述电动三通转向阀关闭第二接口并导通第一接口与第三接口，或者关闭第三接口并导通第一接口与第二接口。
2.如权利要求1所述的全自动控制式真空深井装置，其特征在于，所述电动三通转向阀包括连接管段、第一管段、第二管段、第三管段、电动转向阀片以及驱动机构，所述第一管段与第二管段对称设置于连接管段的一端的管壁上，所述连接管段与所述第三管段的轴向平行，所述第三管段与所述第一管段相垂直，所述第一管段与所述第二管段同轴设置，所述连接管段的一端封闭，所述第三管段密封连接于所述连接管段的另一端的上部，所述电动转向阀片设置于所述连接管段内，所述电动转向阀片的一端与所述连接管段的另一端的下侧铰接，所述驱动机构在控制器的控制下能够带动所述电动转向阀片所述连接管段内转动，当所述电动转向阀片转动到水平位置时关闭第二接口并导通第一接口与第三接口，当所述电动转向阀片转动到竖直位置时关闭第三接口并导通第一接口与第二接口。
3.如权利要求1所述的全自动控制式真空深井装置，其特征在于，所述第一管道上设有真空压力表以及流量计，所述真空压力表以及流量计分别与控制器通讯连接，技术参数满足：H1<K*70，其中，H1是真空吸管口到第一管道的管顶高度，H1的单位均为m，K为真空压力表的读数，单位为kPa。
4.如权利要求1所述的全自动控制式真空深井装置，其特征在于，技术参数满足：(H3+H2)*D*D>(5～10)*H1*d*d，其中，H3是潜水泵关闭水位控制计到井底高度，H2是真空吸管口到潜水泵关闭水位计高度，H1是真空吸管口到第一管道的管顶高度，D是真空深井的宽度，第一管道和第二管道的直径均是d，H1、H2、H3的单位均为m，D、d的单位均为mm。
5.如权利要求2所述的全自动控制式真空深井装置，其特征在于，所述连接管段的横截面为圆形，所述连接管段沿着连接管段的轴向的投影覆盖所述第三管段沿着连接管段道的轴向的投影，所述第三管段的管壁与所述连接管段的管壁齐平并相切。
6.如权利要求2所述的全自动控制式真空深井装置，其特征在于，所述连接管段的横截面为方形，所述连接管段沿着连接管段的轴向的投影覆盖所述第三管段沿着连接管段道的轴向的投影。
7.如权利要求1所述的全自动控制式真空深井装置，其特征在于，当井内水位低于潜水泵关闭水位控制计所在位置时，电动三通转向阀自动关闭与潜水泵的连接口，同时潜水泵关闭；同时真空泵保持工作状态，将第一管道内水真空吸出后，继续维持井内负压。
8.如权利要求1所述的全自动控制式真空深井装置，其特征在于，当井内水位上升至潜水泵启动水位控制计所在位置时，电动转向阀自动关闭真空吸管口，避免负压继续增长引起水位继续升高；潜水泵工作，进行排水。
9.如权利要求1所述的全自动控制式真空深井装置，其特征在于，所述钻孔内下部填充滤水填充料，上部填充密封材料，所述滤水填充料与密封材料的分界线位于所述电动三通转向阀的上方。
10.如权利要求1所述的全自动控制式真空深井装置，其特征在于，所述真空深井的底部设置沉砂井管段，所述潜水泵位于沉砂井管段的上方，所述真空深井上除沉砂井管段以外的井管壁上布设通孔，且所述真空深井上除沉砂井管段以外的井管壁上套设井管滤网。
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