主排水泵事故分析

（五礦礦業（安徽）工程設計有限公司，安徽 合肥 230000）

鐵礦主排水泵站，關系到礦山的安全生產，主排水泵的選型設計也越來越受到重視。在實際生產過程中常常會發生主排水泵平衡盤碎裂，軸承振動過大，水泵閥門不能正常打開，或者過電流，等等問題[1]。現通過實際生產過程中遇到的問題，對我們以后生產過程中主排水泵的選擇提供一些寶貴的經驗[2]。

1 事故發生

某礦主排水泵站設在-320m水平，-320m中段正常涌水量按21814.8m3/d設防，最大涌水量按33234m3/d設防。排水高度為327.8m。-320m中央水泵站內設有為5臺MD550-50×8型多級離心泵，單機功率900kW。正常涌水時兩臺水泵同時工作，通過一條φ402×12型水管排至地表，最大涌水時4臺水泵同時工作通過兩條φ402×12型水管排至地表[3]。一臺備用。該礦業-320m中央排水泵房主排水泵自安裝后一直不能正常運行，多臺水泵出現平衡盤損壞，水泵軸承振動大的問題，并且水泵正常運行閥門只能開20%，如果繼續開大閥門，電機運行聲音增大，電流超過額定電流，出現過載的情況。在水泵閥門20%開度的情況下，通過流量計的測量水泵流量已經達到550m3/h。

2 分析產生事故的原因

結合礦山現有水泵運行狀況分析，現有水泵運行不良的原因。經核實現有水泵主要存在兩大問題：第一水泵平衡盤碎裂，第二電機發熱而引起的軸承損壞。水泵平衡盤碎裂主要可能是水泵發生了氣蝕而導致的，電機發熱說明水泵電機功率可能選擇過小。現通過實際工況分析進行論證，由于水泵特性曲線和管路曲線比較復雜現通過VB和matlab設計一款小型軟件對水泵性能曲線和管路特性曲線進行模擬，然后尋找水泵實際工況點。

（1）一臺水泵通過一條管路時，且不考慮淤積此時水泵實際流速最大，功率達到最大值可驗算水泵電機選擇是否過小。

圖1 軟件模擬的水泵性能曲線和管路特性曲線尋找水泵實際工況點

通過曲線得出：實際工況點揚程H=345.01m，流量Q=632.57m3/h，軸功率Nzh=830.12kW。氣蝕余量NPSH=5.6m。

①通過工況實際工況點對水泵電機發熱問題進行分析：計算電機功率Nd=K×Nzh/ηch=1.1×830.12/0.95=961kW。電機銘牌功率900kW，電機過載，而出現發熱。②通過實際運行工況點對水泵平衡碎裂問題進行分析：Hx≤Hd-Hqhx-NPSH。Hx=10.8-0.24-1.74-5.6=3.22≤4.9（實際要求吸上高度）。Hx—水泵在具體安裝點的吸上高度。Hd—水泵安裝地點大氣壓頭。Hq—飽和蒸汽壓頭。hx—水泵吸水管揚程損失。NPSH—水泵必須氣蝕余量。由上述計算可知：當水泵達到實際工況點時候，水泵允許的吸上高度只有3.22m，故水泵必然會產生氣蝕。從而導致水泵平衡盤碎裂。

（2）兩臺水泵通過一條水管排至地表時，水泵正常工作時大部分屬于這種工況，此工況可以用來核算電耗，以及校核實際運行是否發生氣蝕。

通過曲線得出：實際工況點揚程H=371.38m，流量Q=582.81m3/h，軸功率Nzh=798.63kW。氣蝕余量NPSH=5.0m。

圖2 水泵性能曲線和管路特性曲線尋找水泵實際工況點

①通過工況實際工況點對水泵電機發熱問題進行分析：計算電機功率Nd=K＊Nzh/ηch=1.1×798.63/0.95=924.73kW。通過計算可以看出，如果兩臺水泵并聯會對電機過載有所改善，但是依然會存在過載的問題。②通過實際運行工況點對水泵平衡碎裂問題進行分析：Hx≤Hd-Hq-hx-NPSH。Hx=10.8-0.24-1.47-5.0=4.09≤4.9m（實際要求吸上高度）。Hx——水泵在具體安裝點的吸上高度。Hd——水泵安裝地點大氣壓頭。Hq——飽和蒸汽壓頭。hx——水泵吸水管揚程損失。NPSH——水泵必須氣蝕余量。

由上述計算可知：當兩臺水泵并聯工作時，會對水泵的氣蝕問題有所改善，但是依然不能完全消除。

3 提出解決方案

綜合以上分析可以得出此主排水泵站，出現平衡盤碎裂，主要原因是水泵流量選擇過大導致吸水管流速也過大造成進氣管損失過大而導致水泵發生了氣蝕現象，（最好選擇低一級的水泵）。出現電機發熱主要原因在于水泵實際工作過程中難免會出現一條水泵向一趟水管里面排水的情況，水泵設計過程中沒有在一條水泵對應一條水管時驗算水泵功率，而導致水泵電機選擇過小（最好選擇高一級的電機）。

綜合經濟技術各方面的考慮，也可以從以下幾個方面來對主排水泵站的實際運行進行控制，應該也能防止上述事故發生，滿足主排水泵站的實際排水要求：①通過失調水泵出口開度增加水泵出口阻力使水泵流量盡量接近550m3/h，這樣使水泵盡量在額定工況點附近運行，對改善電機發熱和改善氣蝕均有好處。②通過提高吸水井最低水位線液面（最多只能提高0.5m），可以對水泵氣蝕問題有所改善。③隨著排水時間的增加，水管內部也會有許多淤積，這樣對于改善水泵電機過載也是有好處的。④后期隨著采礦工作面全面拉開，礦井實際涌水量增加，同時開啟兩臺水泵排水，也對改善水泵電機過載和氣蝕大有好處。⑤后期隨著地表管路的鋪設，以及地表新水池的建設，水泵排至地表新水池，也會增加部分管阻，對于改善水泵工作性能都是很有好處的。