提高礦井主排水泵運行效率的探討

趙文濤

（黑龍江礦安安全生產技術有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 概述

長期以來，礦井一直屬于高耗能單位。在礦井生產中，尤其突出的當屬機電設備的耗能，特別是井下主排水泵需要消耗大量的能量[1,2]。本文綜合對礦井主要排水設計的觀點，提出了新的設計思路，可大大增強礦井排水工程的安全性、可靠性及其經濟性。現將內容簡述，并與各位同行一起進行探討。

2 主排水泵選擇

通常情況下，礦井排水主要通過離心式水泵進行。礦井排水設備主要涉及到水泵、管路與電動機幾個部分，其運行效率與成本主要通過噸水百米電耗來進行衡量。由于離心水泵本身就是一種工作效率高、設備投入比較少、現場維修方便等諸多特性，所以目前的礦井主要排水泵房一般都是采用離心水泵和隔爆式電動機的組合模式。

3 離心水泵特點

離心水泵主要指的是一種能夠利用水流離心力的機器，水泵在其運轉過程中大致可以概括地劃分為以下幾個方面：即注水、閘閥的運行和操縱、安全性穩定運行[3]。注水環節是整個排水系統能夠可靠地運行的基礎和前提，離心水泵只有當其葉輪已經完全被水淹沒時才能工作。因此在起動前先向泵里灌滿大量的水，之后用高速的葉輪將泵里面的水進行高速旋轉，水泵以這種方式作為離心運動，向外推卸時將水從葉輪上拋出送到出水管。外面的水在較大氣壓的影響下，從進口管道直接流入泵內。葉輪伴隨著電動機不斷高速旋轉，水也不斷由低處向高處流出。離心式水泵吸水揚程應根據大氣壓強確定。它主要是指通過采用“吸進”，“甩出”的一種方法運動來吸收和排放水。這被統稱為“吸水揚程”，葉片在高速旋轉時會形成一個小型的低壓地帶，依靠較強的大氣壓將水流動并帶到較低的地帶。

4 泵件損壞機理分析

4.1 汽蝕破壞

我們認為當泵件的葉片能夠以高速旋轉狀態運行時水由于泵體壓力小而被大氣壓入之后，當水泡擴散到位于高壓地帶的區域時很有可能因為泵件壓力的增加而迅速凝聚，這時其體積隨之降低，導致泵件里金屬表面都遭受到了侵蝕。當泵件內部發生汽蝕時，水中的各種活性材料也都會在某種程度受到侵蝕和損害，致使泵件的磨損速度和程度大大提高[4]。礦井生產中，沉淀池的水流到達井側時，大量的巖灰等粒子被輸送到井側。檢測結果表明，水中巖灰等顆粒的灰分濃度非常高，灰分的粒度和硬度比較小，對泵部件沒有磨損，干擾小。但是，由于存在大量的巖灰巖水，將導致汽蝕提前出現，對泵件造成汽蝕磨損，而且，因巖灰等顆粒相對較多，在水里將出現沉淀現象，沉淀之后會堵塞吸水管，這樣在吸水的時候就會形成一定的阻力。

4.2 機械性磨損

泵件工作的時候將會發生機械磨損，這是可控性磨損的范疇，是非常普通的消耗磨損，一般對泵件的工作產生相對較小的干擾。而其與硬質顆粒相互間的磨損卻能夠產生非常嚴重的影響，主要包括以下四種磨損[5]。

一是變形磨損。當泵件處于工作狀態的時候，硬質顆粒會處于高速運動狀態之中，能夠對泵件表面產生直接沖擊，在瞬間形成非常強大的力，導致泵件變形。為降低該磨損的發生，通過改變泵件的韌性，來減小硬質顆粒的沖擊，從而減小這種磨損。

二是切削磨損。當泵件工作的時候，泵件的表面會受到硬質顆粒各個角度的撞擊，導致其受到磨損。此時應當提高其表面的剪切強度，降低由于撞擊而產生的這種磨損。

三是斜向磨損。第一種和第二種磨損進行結合則形成了斜向磨損，發生這種磨損的時候，也就是雙重沖擊力來撞擊泵件，使其受到最大的磨損。如果想減小這種磨損，則必須千方百計地提高泵件的綜合性能，保證其具備剪切強度與韌性。

四是研磨磨損。也就是硬顆粒通過高壓的方式磨損了泵件表面，對其形成研磨力，導致其受到磨損。為減小該種磨損，則必須提高其硬度，當其表面硬度能夠明顯高于顆粒的硬度時，可以有效減小磨損。

4.3 電化學沖蝕磨損

一般情況下，該領域應用的泵件往往由金屬構成，運轉的時候將產生相對微弱的電解池，伴隨工作時間增加，其表面將出現電解現象，從而使其磨損速度加快。按照使用要求，泵件的材質同樣存在一定的差異，在使用的時候電解程度將存在差異。在其表面電解的時候將形成一層比表面強度小的腐蝕層，這樣就可以使其磨損提速。

針對某礦水泵效率低進行分析如下：

一是葉輪材料。當前，主排水之中應用的葉輪大部分為鑄鐵材料制成，耐磨、耐汽蝕性能較差，當它的入口邊緣受到磨損的時候，入口角產生改變，形成異常沖擊，使得水力損失有所增加，導致水泵工作效率減小，甚至還會出現穿孔現象。

二是導葉套、密封環材料的耐磨性能無法滿足需求。從拆檢結果進行分析，密封間隙磨損，是由于這個部位受切削磨損、研磨性磨損等共同作用，磨損后密封間隙變大，泄漏損失提高，流量降低，水泵運行效率減小。

三是某一水平泵房的水泵存在配套的電動機功率過大問題，形成“大馬拉小車”模式。在水泵運行過程中，電動機負載小，電動機效率低，電能損失多，導致水泵效率不高。

四是某一水平泵房存在設計問題，水泵的額定揚程與水泵實際排高相差太多，從而導致水泵效率偏低。

五是水因素。水里含有大量固體微粒，導致葉輪阻塞，使其效率減小。

5 提高水泵運行效率的策略

如果想使水泵的效率提高，一定要按照水質狀況來確定泵的材料與型號，確保其能夠處于高效的狀態下工作[6]。

（1）與制造廠商聯系，定制耐磨、耐汽蝕性相對較好的水泵，例如利用錫青銅生產首級葉輪，利用耐磨合金球墨鑄鐵制造次級葉輪、導葉等各種部件，各級葉輪間裝2Cr13不銹鋼口環，通過鋅基合金制造前段、出口段的口環[7]。

（2）當水泵運行的時候選擇相應的抗汽蝕策略。首先，對泵吸入裝置進行優化，提高有效汽蝕余量；其次，切實強化對水泵部件的維護和管理；其他的方法，例如減小汽化壓力等。

（3）遠程監控礦井主排水泵，即在水泵工作的時候使用信息技術手段和設備，這種方法可以在地面上監測井下水泵的動態狀況，利用遠程監控平臺查詢其歷史數據資料。另外，井下還配備了防爆型網絡攝像機，這樣利用光纖就能夠把圖像傳至地面。

6 結論

綜上所述，通過改進礦井排水的傳統方法，在選擇水泵的材料和型號時，要仔細綜合分析，及時發現問題，然后選擇更加合理的方法進行解決，使水泵能夠處于高效的運行狀態，既提高了工人的工作效率，又提升了礦井排水系統的安全穩定性。