主排水泵事故分析

（五礦礦業(yè)（安徽）工程設(shè)計有限公司，安徽 合肥 230000）

鐵礦主排水泵站，關(guān)系到礦山的安全生產(chǎn)，主排水泵的選型設(shè)計也越來越受到重視。在實際生產(chǎn)過程中常常會發(fā)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]?，F(xiàn)通過實際生產(chǎn)過程中遇到的問題，對我們以后生產(chǎn)過程中主排水泵的選擇提供一些寶貴的經(jīng)驗[2]。

1 事故發(fā)生

某礦主排水泵站設(shè)在-320m水平，-320m中段正常涌水量按21814.8m3/d設(shè)防，最大涌水量按33234m3/d設(shè)防。排水高度為327.8m。-320m中央水泵站內(nèi)設(shè)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(yè)-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(xiàn)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(xù)開大閥門，電機運行聲音增大，電流超過額定電流，出現(xiàn)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(jīng)達到550m3/h。

2 分析產(chǎn)生事故的原因

結(jié)合礦山現(xiàn)有水泵運行狀況分析，現(xiàn)有水泵運行不良的原因。經(jīng)核實現(xiàn)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(fā)熱而引起的軸承損壞。水泵平衡盤碎裂主要可能是水泵發(fā)生了氣蝕而導(dǎo)致的，電機發(fā)熱說明水泵電機功率可能選擇過小?，F(xiàn)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(fù)雜現(xiàn)通過VB和matlab設(shè)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(fā)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(xiàn)發(fā)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(chǎn)生氣蝕。從而導(dǎo)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(fā)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(fā)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(lián)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(lián)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(xiàn)平衡盤碎裂，主要原因是水泵流量選擇過大導(dǎo)致吸水管流速也過大造成進氣管損失過大而導(dǎo)致水泵發(fā)生了氣蝕現(xiàn)象，（最好選擇低一級的水泵）。出現(xiàn)電機發(fā)熱主要原因在于水泵實際工作過程中難免會出現(xiàn)一條水泵向一趟水管里面排水的情況，水泵設(shè)計過程中沒有在一條水泵對應(yīng)一條水管時驗算水泵功率，而導(dǎo)致水泵電機選擇過?。ㄗ詈眠x擇高一級的電機）。

綜合經(jīng)濟技術(shù)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(yīng)該也能防止上述事故發(fā)生，滿足主排水泵站的實際排水要求：①通過失調(diào)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(fā)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(nèi)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(shè)，以及地表新水池的建設(shè)，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。