煤礦主要水泵的性能測定與研究

王玉琳

摘 要：礦井主水泵運行的可靠性、經濟性直接影響著煤礦開采的安全與成本。本文通過對礦井主水泵性能的測定方法研究，確定出水泵的性能參數、特性曲線、管路特性曲線，并根據所測定的結果進行分析處理，保證水泵在良好的工況點運行，降低生產成本，提高經濟效益。

關鍵詞：礦井；水泵；性能測定

水泵是煤礦生產的主要固定設備之一，它的任務是把涌入井下巷道的礦井水排至地面，預防水災事故，對企業的安全生產起著非常重要的作用。由于其運行連續、耗電量大（約占煤礦生產總耗電量的20～30%甚至更高），節省能耗顯得尤為重要。為了保證設備安全經濟運行，充分發揮效能，應當定期對其進行性能測定，對測定中發現的問題，及時解決，改善設備的運轉狀態。

目前礦井排水主要使用離心式水泵，通過測定能夠找出水泵各個參數之間的變化規律，繪制其在一定轉速下的特性曲線，與原性能曲線進行比較，此外還應繪出管路特性曲線，兩者的交點即為水泵的工況點，分析原因進行維護、調整，保證水泵運行的工況點在其效率高的區域內。水泵的基本參數有：流量、揚程、功率、效率、轉速。

1 測定前的準備工作

測定前的準備工作主要是檢查試驗裝置，校正和修理各種儀表，對測定條件、環境和測定目的進行必要的準備。例如開始測定之前，需要進行盤車并檢查各部軸承。中、大修后的水泵，經過數十小時的運轉磨合后，才能進行測定。利用調節閘閥開度大小確定測點時，流量的控制可以是從小到大，也可以從大到小。也可以用這兩種方法交替進行，以便修正相應測點的讀數。各種不同流量的調節，至少要改變5～6次，即5～6個測點，必要時可以曾加更多的測點。

2 性能參數測定

2.1 水泵流量的測定

流量有多種測定方法，選擇一種既精確又方便的測定方法能夠保證測試的精度和效率。水堰法由于操作簡單，得到了廣泛應用，當水經堰槽流過堰板的堰口時，根據堰上水頭的高低即可計算出流量。

（1）900三角堰流量計算公式：

Q=a﹒H5/2

式中Q——流量 （l/s）

H——堰口水頭 （m）

a——流量系數

a=1354+4/H +（140+200/）（H/B-0.09）2

B——堰槽寬度 （m）

D——堰槽底面至堰口底點距離 （m）

（2）矩形堰流量計算公式

Q=abH3/2

式中Q——流量 （l/s）

H——堰口水頭 （m）

b——堰口寬度

a——流量系數

a=1785+2.95/H +237H/D-428+34

B——堰槽寬度 （m）

D——堰槽底面至堰口底點距離 （m）

2.2 水泵揚程的測定

（1）總揚程測定

測定總揚程的時候，在水泵的進、出水法蘭盤小孔上，分別安裝真空表和壓力表，并在表的連通管上裝上旋塞。測定時打開旋塞，記下讀數，然后按下式算出揚程：

H=100P1+100Pm+Z+（Vd2-Vs2）/2g

式中 H——總揚程 m

P1——壓力表讀數 MPa

Pm——真空表讀數 MPa

Z——壓力表和真空表間垂直距離 m

Vd——排水管中流速 m/s

Vs——吸水管中流速 m/s

當吸、排水管管徑相等時，（Vd2-Vs2）/2g=0，一般（Vd2-Vs2）/2g和Z兩項數值很小，也可忽略不計。

（2）排水垂高測定

排水垂高即吸水井水面至排水管出口的垂直距離，可根據礦井井口與泵房標高資料計算，也可以在水泵閘閥上方裝一只壓力表，停泵后關好閘閥，記下壓力表讀數，即可按下式計算：

Hsy=100P2+Hx+Hz

式中 Hsy——排水垂高 m

P2——閘閥上方壓力表讀數 MPa

Hx——吸水井水面至水泵軸線垂直距離 m

Hz——閘閥上方壓力表至水泵軸線垂直距離 m

2.3 水泵功率的測定

（1）水泵的有效功率

水泵的有效功率是指水泵的輸出功率，是單位時間內從泵中輸送出去的水在泵中獲得的有效能量。可按下式計算：

Pe=γQH/1000 （Kw）

式中 γ——水的重度 N/m3

Q——水泵的流量 m3/s

H——水泵的總揚程 m

（2）水泵的軸功率

水泵的軸功率是指水泵的輸入功率，當電動機直接帶動水泵時，就等于電動機的輸出功率。可由下式計算：

Pz=M·n/9550

Pz——水泵的軸功率 Kw

M——水泵軸上的扭矩 N·m

n——水泵轉速 r/min

2.4 效率

（1）水泵的效率

由于水泵有各種能量的損失，軸功率一定比有效功率大一些，水泵的有效功率與軸功率之比即為水泵效率。即：

η=Pe/Pz×100%

（2）管路效率

指水泵排水垂高與總揚程之比。即：

ηg=Hsy/H×100%

2.5 水泵的轉速

由于礦用離心式水泵都是由電動機通過聯軸器直接拖動，因此，水泵的轉速亦即電動機的轉速。在不同工況時，所需電動機的功率也不同，對異步電動機則其轉速亦稍有改變，在繪制水泵特性曲線時，都應該換算為水泵標準轉速下的工況。其換算關系如下：

Q=Q1（n/n1）

H=H1（n/n1）2

P=P1（n/n1）3

式中Q、H、P、n為標準轉速下的流量、揚程、軸功率、轉速

Q1、H1、P1、n1為實測到的流量、揚程、軸功率、轉速

2.6 管路特性測定

測量閘閥在全開度時的流量、揚程，確定管路阻力系數，即：

R=（H-Hsy）/Q2

由計算出的管路阻力系數，得到管路特性方程H=Hsy+R Q2。

3 測定結果分析處理

水泵測定完畢，根據記錄、計算整理的結果繪制水泵的特性曲線和管路特性曲線，即可進行分析，如果測定水泵離開經濟運行區太遠，達不到要求，應找出原因，進行檢修處理。

導致水泵不能充分發揮效能的常見原因有：流道過度磨損，葉片變形；排水垂高與水泵揚程相差太遠或吸水高度過高；水質污濁，有煤粉或其他顆粒混入；水泵裝配質量差；排水管內結積污垢較多；測定儀器誤差太大等等。

參考文獻

[1]商德勇，牛清娜，吳海淼. 礦用排水泵性能參數測定方法的研究[J].煤礦機械.2009，9

[2]楊家延.煤礦固定設備[M].煤炭工業出版.1993