千米深井排水水泵葉輪氣蝕問(wèn)題分析及解決方案

曾曉杰（山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司，山東 肥城 271613）

千米深井排水水泵葉輪氣蝕問(wèn)題分析及解決方案

曾曉杰
（山東鑫國(guó)煤電有限責(zé)任公司，山東 肥城 271613）

針對(duì)千米礦井主排水泵在運(yùn)行過(guò)程中存在的葉輪氣蝕問(wèn)題進(jìn)行理論分析，提出了解決解決的關(guān)鍵技術(shù)方案。

千米深井；排水；水泵葉輪；氣蝕，關(guān)鍵技術(shù)

千米深井中央泵房排水泵作為礦井安全保障的主要排水設(shè)備，以離心式為主，由于深部巖體開(kāi)挖巖溶突水具有瞬時(shí)突發(fā)性和不可預(yù)測(cè)性，在設(shè)計(jì)時(shí)一般采用運(yùn)行可靠的直接承井排水方式。千米以上深度礦井一般都有“高地應(yīng)力、高地溫、高巖溶水壓”等明顯特征，千米礦井深部巖溫一般在34℃～43℃，其排水泵排水溫度也在30℃以上，對(duì)排水泵葉輪造成嚴(yán)重氣蝕。因此，排水設(shè)備必須解決水泵汽蝕問(wèn)題。

1 千米礦井排水氣蝕問(wèn)題分析

目前，排水設(shè)備葉輪氣蝕主要是當(dāng)泵抽送水的絕對(duì)壓力小于水的汽化壓力時(shí)，水便開(kāi)始汽化，產(chǎn)生蒸汽，形成氣泡，這些氣泡隨液體向前流動(dòng)至某高壓處時(shí)，氣泡周?chē)母邏阂后w致使氣泡急劇縮小以致破裂，形成水擊造成的。水加熱到一定程度就會(huì)變成水蒸汽，而水蒸汽冷卻到一定溫度又會(huì)凝結(jié)成水，在一個(gè)大氣壓的作用下，把水加熱到100℃就開(kāi)始沸騰，汽化產(chǎn)生大量汽泡,而溫度和壓力是它們互相轉(zhuǎn)化的條件，當(dāng)作用在水面上的壓力較高時(shí)，使水汽化所需要的溫度就高；當(dāng)作用在水面上的壓力較低時(shí)，使水汽化所需要的溫度就低。在深部礦井排水溫度高于正常溫度的情況下，通過(guò)增大進(jìn)入水泵內(nèi)水的壓力是避免氣蝕的重要方法。

離心泵啟動(dòng)前傳統(tǒng)做法是必須引水,即將泵體和吸水管充滿水，否則水泵的葉輪只能攪動(dòng)泵體內(nèi)的空氣。目前常用引水方式是真空泵、底閥或射流，但這些方式的共同缺點(diǎn)是通過(guò)負(fù)壓使泵體和吸水管充滿水，在較低（負(fù)壓）壓力作用下，當(dāng)深井排水溫度遠(yuǎn)高于20℃∽25℃正常溫度時(shí)，汽化現(xiàn)象更加嚴(yán)重，氣蝕問(wèn)題更加突出。

2 解決氣蝕問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)常用負(fù)壓引水方式造成的氣蝕問(wèn)題，采取正壓供水方式，在離心泵吸水管底部串聯(lián)潛水泵，其潛水泵供水水量大于并滿足于離心泵排水量、揚(yáng)程大于并滿足于離心泵的吸水高度和泵體高度，使離心泵處于微正壓狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而提高水的汽化溫度同時(shí)通過(guò)增大進(jìn)入水泵內(nèi)水的壓力使水泡提前破裂，以避免泵的氣蝕。主要技術(shù)為：

一是在電氣控制方面，潛水泵的啟動(dòng)控制與離心泵的控制系統(tǒng)必須相互閉鎖，即離心泵開(kāi)泵時(shí)，首先啟動(dòng)潛水泵，然后再開(kāi)動(dòng)離心泵；離心泵停泵時(shí)先停止離心泵，再停潛水泵。

二是在潛水泵安全可靠運(yùn)行方面，設(shè)計(jì)設(shè)置了各種狀態(tài)顯示、保護(hù)裝置，對(duì)加工工藝也要嚴(yán)格要求，并具有如下特點(diǎn)：1）獨(dú)特的電纜密封設(shè)計(jì)，有效的防止由于電纜破裂而造成的泄漏；2）接線腔內(nèi)的漏水檢測(cè)探頭可以對(duì)接線腔內(nèi)的泄漏發(fā)出報(bào)警信號(hào)，控制系統(tǒng)對(duì)泵實(shí)施保護(hù)；3）電機(jī)定子采用F級(jí)絕緣，每相均裝有過(guò)熱過(guò)載保護(hù)元件；4）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸采用不銹鋼材質(zhì)，轉(zhuǎn)自進(jìn)行動(dòng)平衡檢測(cè)，使泵運(yùn)轉(zhuǎn)更平穩(wěn)；5）隔套自循環(huán)冷卻系統(tǒng)對(duì)電機(jī)定子進(jìn)行冷卻，改善了電機(jī)的工作環(huán)境，使泵允許在露出液面或在干式狀態(tài)下運(yùn)行；6）設(shè)置二道密封監(jiān)視，任一密封泄漏便可報(bào)警；7）材質(zhì)為碳化硅的雙端面機(jī)械密封，保障了泵的長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行；8）新型的副葉輪流體動(dòng)力密封既可減小機(jī)械密封處的壓力以延長(zhǎng)機(jī)械密封的壽命，也可減小軸向力以延長(zhǎng)軸承的壽命；9）流道式葉輪設(shè)計(jì)不僅使泵具有通過(guò)能力強(qiáng)、抗堵塞、效率高等特點(diǎn)，更使泵具有全揚(yáng)程特性，使泵的流量調(diào)節(jié)和選型更方便。該水泵適用水溫條件最高可達(dá)60℃，被抽送液體的PH值為6～9。

三是在潛水泵安裝方面為保證檢修方便，通過(guò)懸掛裝置固定在吸水井上部的橫梁上，底部設(shè)置定位裝置，并安裝上下移動(dòng)的導(dǎo)向軌，潛水泵與離心泵吸水管之間采用快速軟連接方式，拆除和安裝做到快速、簡(jiǎn)捷、方便。

3 工業(yè)性應(yīng)用效果

以肥礦集團(tuán)陳蠻莊煤礦中央排水泵房工業(yè)性試驗(yàn)為例，測(cè)試結(jié)果如下：

陳蠻莊煤礦中央泵房共裝備PJ200A×12型多級(jí)離心式水泵5臺(tái)，額定流量420m3/h,揚(yáng)程1140m，配套電機(jī)功率2400kW，電動(dòng)機(jī)額定電流I=165A。采用潛水泵串聯(lián)排水方式后，經(jīng)運(yùn)行11個(gè)月后，打開(kāi)水泵泵體，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，水泵葉輪葉面未出現(xiàn)麻坑等明顯沖擊現(xiàn)象，水泵效率仍然保持出廠時(shí)的78％左右。達(dá)到預(yù)期的試驗(yàn)?zāi)康?，完全符合煤礦的要求，取得了較好的應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

采用離心泵正壓供水技術(shù)后，解決了千米深井中高溫水水泵葉輪葉面氣蝕，可以為國(guó)內(nèi)外同行業(yè)提供強(qiáng)力的技術(shù)支持，具有極高的推廣價(jià)值。

[1] 中國(guó)煤炭建設(shè)協(xié)會(huì).（GB50451-2008）煤礦井下排水泵機(jī)排水管路設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

曾曉杰（1973-），女，畢業(yè)于山東科技大學(xué)，現(xiàn)從事機(jī)電技術(shù)工作。