煤礦水泵運(yùn)行狀況及節(jié)能技術(shù)研究

[摘 要]本文指出水泵運(yùn)行中存在的問(wèn)題，并針對(duì)其問(wèn)題，提出了改進(jìn)的措施，對(duì)煤礦水泵進(jìn)行節(jié)能研究有著突出重要的意義。

[關(guān)鍵詞]水泵；運(yùn)行狀況；節(jié)能改造

中圖分類號(hào)：TM921.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）48-0078-01

1 引言

在煤礦。水泵是最主要的耗電設(shè)備之一。但由于這些設(shè)備長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行和常常處于低負(fù)荷及變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行工況點(diǎn)偏離高效點(diǎn).運(yùn)行效率降低.大量的能源在終端利用中被白白地浪費(fèi)，因此，對(duì)煤礦水泵進(jìn)行節(jié)能研究有著突出重要的意義。

2 煤礦水泵運(yùn)行狀況及節(jié)能分析

煤礦運(yùn)行的泵種類繁多，數(shù)量多，耗電量大，大功率的水泵的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行.直接關(guān)系到煤礦企業(yè)生產(chǎn)成本高低，目前我國(guó)煤礦中除少量采用汽動(dòng)給水泵。液力耦合器及雙速電機(jī)外，基本上都采用定速驅(qū)動(dòng)。這種定速驅(qū)動(dòng)的泵，由于采用出口閥調(diào)節(jié)流量。都存在嚴(yán)重的節(jié)流損耗。由于水泵的運(yùn)行偏離高效點(diǎn)，使運(yùn)行效率降低。有資料顯示：絕大多數(shù)排水系統(tǒng)效率高，噸水百米電耗低，但約有20%的被測(cè)設(shè)備性能不佳，有的水泵能耗指標(biāo)不符合《生產(chǎn)礦井質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，能源損失和浪費(fèi)很大，已經(jīng)到了非改不可的地步了。主要存在以下問(wèn)題：

2.1 水泵自身效率

目前仍有一部分礦井使用老型號(hào)的低效泵。這些水泵本身效率就非常低，工況效率不可能高；大部分礦井雖然采用較先進(jìn)的D或PJ型泵，但由于檢修安裝質(zhì)量不高，導(dǎo)致機(jī)械損失、水力損失、容積損失加大，效率明顯降低。

2.2 水泵運(yùn)行工況效率

雖然水泵本身效率較高。但運(yùn)行工況效率低。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因是由于選用水泵的揚(yáng)程高或流量太大。運(yùn)行工況點(diǎn)偏離了工業(yè)利用區(qū)的經(jīng)濟(jì)合理段。沒(méi)有發(fā)揮出高效泵的作用。

2.3 管路效率

排水管路與水泵匹配不合理.管徑偏小或管路阻力偏大。噸水百米電耗最低工況就是系統(tǒng)效率最大工況，而系統(tǒng)效率在工業(yè)利用區(qū)內(nèi)隨流量增加而增大，把力圖在泵的效率最高點(diǎn)作為選擇水泵的一條原則是不能達(dá)到盡量降低能耗的；排水管路掛垢嚴(yán)重，使管路阻力增大，導(dǎo)致管路效率降低。。

2.4 水力效率

水力效率決定于水力損失。水力損失包括摩擦、沖擊和渦流損失。這些損失是水在葉輪和各通流部件運(yùn)動(dòng)時(shí)由于邊壁摩擦。過(guò)流斷面形狀和尺寸的改變而引起的水流速度大小和方向的變化所致。據(jù)資料分析表明。分段式多級(jí)水泵一級(jí)水力損失分布的大致比例是：進(jìn)水段流道中的流水速度較小。其摩擦和沖擊損失較小.水力損失主要發(fā)生在葉輪和隨后的通流部件中。葉輪中的損失可以說(shuō)是最大的，約占了總損失的一半。

2.5 容積效率

容積效率決定于容積損失。容積損失包括大口環(huán)、小口環(huán)的循環(huán)流損失。通過(guò)密封填函和平衡盤的泄漏損失。

2.6 水中固體顆粒的作用

由于水中固體顆粒的作用。長(zhǎng)期運(yùn)行后的水泵葉片出口邊緣被磨損，致使葉片出口角發(fā)生變化。磨損造成出口角加大后可能引起特性曲線的變化，趨勢(shì)是出口角愈大，特性愈平穩(wěn)。葉片出口邊緣背面磨損后的情況類似于削薄葉片背面，結(jié)果可能引起特性曲線的變化趨勢(shì)是在額定流量范圍內(nèi)增加揚(yáng)程。

2.7 葉輪流道堵塞嚴(yán)重

由于礦井水倉(cāng)或沉淀池的功效不足和入水口攔截漂浮物措施不力，不少礦井出現(xiàn)污泥及木屑雜物不同程度的堵塞水泵流道的現(xiàn)象。在管道特性不變的情況下，隨著葉輪流道堵塞程度的發(fā)展，水泵特性曲線顯示其揚(yáng)程曲線內(nèi)縮，效率特性朝著流量減少方向移動(dòng)，工況點(diǎn)沿管路特性曲線向流量減少方向滑移。

3 節(jié)能改造的措施

針對(duì)我國(guó)水泵使用及運(yùn)行實(shí)際情況，下面從提高水泵本身效率及與管網(wǎng)匹配程度兩方面對(duì)水泵節(jié)能進(jìn)行研究。

3.1 減小水泵內(nèi)部損失。提高泵效率

泵在把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成流體的機(jī)械能的過(guò)程中，要產(chǎn)生各種能量損失，這些損失按其性質(zhì)可分為機(jī)械損失、容積損失和流動(dòng)損失三部分。由于水泵內(nèi)部流體運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜性。上述各種損失至今仍不能用理論方法計(jì)算出精確的結(jié)果，主要依靠試驗(yàn)方法測(cè)定，再由此總結(jié)出半經(jīng)驗(yàn)半理論的計(jì)算公式。要提高水泵本身的效率。就要減少上述各種損失。

（1）水泵的機(jī)械效率主要取決于泵機(jī)葉輪的幾何形狀，亦即決定于比轉(zhuǎn)速值，所以應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

①在選擇或設(shè)計(jì)揚(yáng)程高的水泵時(shí)。應(yīng)該選擇或設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速較高而葉輪直徑D：較小的這類泵，避免選用或設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速低而D2大的這類泵。②在選擇或設(shè)計(jì)高揚(yáng)程的低比轉(zhuǎn)速水泵時(shí)，可采用多級(jí)的泵.或適當(dāng)增大葉輪葉片的出口安裝角。盡量避免采用大的D2來(lái)達(dá)到高揚(yáng)程的目的。③降低葉輪蓋板外表面和泵殼內(nèi)表面的粗糙度，從而使泵的效率提高。

（2）減小泵的容積損失，提高容積效率主要從兩方面著手：一是減小動(dòng)、靜間隙形成的泄漏流動(dòng)的過(guò)流截面；二是設(shè)法增加泄漏流道的流動(dòng)阻力。

（3）為減少水泵內(nèi)部的流動(dòng)損失，提高流動(dòng)效率，在設(shè)計(jì)或改造泵時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

①水泵裝配合理，葉輪出El與導(dǎo)水圈吻合。②清除水圈向返水圈翻轉(zhuǎn)的過(guò)程流道中的飛邊、毛刺等鑄造缺陷。③合理確定過(guò)流部件各部位的流速值。④在流道內(nèi)要盡量避免或減少出現(xiàn)脫流。⑤要合理選擇各過(guò)流部件的進(jìn)、出口角度，以減少流體的沖擊損失。⑥過(guò)流通道變化要盡可能地平緩；在流道內(nèi)要避免有尖角、突然轉(zhuǎn)彎和擴(kuò)大。⑦流道表面應(yīng)盡量做到光滑和光潔，避免有粘砂、飛邊、毛刺等鑄造缺陷。

3.2 正確選定水泵的設(shè)計(jì)參數(shù)：對(duì)選型不當(dāng)?shù)乃眠M(jìn)行技術(shù)改造

一臺(tái)水泵是否節(jié)電取決于很多因素，除自身的效率外，還與管網(wǎng)設(shè)計(jì)是否合理、阻力大小及與管網(wǎng)是否匹配良好等因素有關(guān)。所謂匹配指的是水泵設(shè)計(jì)的流量和揚(yáng)程應(yīng)與管網(wǎng)所需流量和揚(yáng)程相符.也就是說(shuō)水泵所產(chǎn)生的揚(yáng)程應(yīng)能克服管網(wǎng)阻力，滿足管網(wǎng)流量的需要。離心式水泵的流量通常是用調(diào)節(jié)門來(lái)調(diào)節(jié)的。調(diào)節(jié)門關(guān)得越小。節(jié)流損失越大.水泵使用效率越低。實(shí)現(xiàn)水泵和管網(wǎng)合理地匹配是節(jié)能降耗最有效的途徑。endprint

為了減輕或防止因水泵的額定參數(shù)大于實(shí)際運(yùn)行參數(shù)而造成運(yùn)行效率和可靠性降低。可以根據(jù)不同情況分別采用切割葉片及更換高效葉輪兩種方法對(duì)水泵進(jìn)行技術(shù)改造。我國(guó)現(xiàn)在使用的水泵有許多模型，效率指標(biāo)均不高，對(duì)這部分泵，可以用高效泵替換它。也可以設(shè)計(jì)模型效率高的葉輪更換原葉輪，達(dá)到節(jié)能的目的。在我國(guó)已有科研部門和高校對(duì)這方面進(jìn)行研究，并在實(shí)踐中取得很好的效果。

3.3 電機(jī)換級(jí)和水泵降速

若泵揚(yáng)程富裕量達(dá)50%-60%，則可將轉(zhuǎn)速降低一檔，以利節(jié)電。

3.4 水泵調(diào)速節(jié)能

采用變速調(diào)節(jié)，可以有效地減輕葉輪和軸承的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低噪聲，大大改善起動(dòng)性能；工藝條件的改善也能夠產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益；也可以利用變頻技術(shù)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

水泵除由于設(shè)計(jì)中層層加碼，留有過(guò)大的富裕量，造成能源浪費(fèi)之外。還由于為滿足生產(chǎn)工藝上的要求，采用節(jié)流調(diào)節(jié)，造成更大的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。為了降低水泵的能耗，除了提高水泵本身的效率，降低管路系統(tǒng)阻力，合理配套并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度外。采用調(diào)速驅(qū)動(dòng)是一種更加有效的途徑。

3.5 檢查水泵葉輪、葉片磨損情況.及時(shí)更換損壞葉輪

水泵的葉輪是決定其特性的關(guān)鍵部件。長(zhǎng)期運(yùn)行后的水泵葉片出口邊緣被磨損。在一定限度內(nèi)噸百電耗不會(huì)有增加的可能.但當(dāng)出現(xiàn)葉輪磨損致水頭不足或葉片磨損致?lián)P程不足時(shí)須更換葉輪。

3.6 及時(shí)更換口環(huán)

口環(huán)是易損元件之一.我們須按使用說(shuō)明書(shū)要求定期檢查和更換。此外，對(duì)密封填函的泄漏損失進(jìn)行有效控制，使壓蓋壓緊的均勻程度趨于合理，使水滴保持均勻外滴。同時(shí)對(duì)磨損、老化的填料及時(shí)更換，確保泄漏損失有效減少。此外，定期檢修和更換平衡盤平衡環(huán)，從而保持正常的平衡間隙。

3.7 加強(qiáng)污水的沉

應(yīng)盡可能將水中的木屑攔阻在水泵裝置以外。盡量加強(qiáng)污水的沉淀措施，減少煤泥等在礦井水中的含量.從而減少堵塞的可能性。

3.8 防止外界空氣進(jìn)入水泵系統(tǒng)

在操作上還應(yīng)注意防止外界空氣襲人進(jìn)水管和水泵進(jìn)水段。水泵進(jìn)水側(cè)填函。進(jìn)水管上的真空表接口孔。進(jìn)水線上各部件的法蘭接I=l都是空氣襲人的途徑。此外.應(yīng)確保水位下限須在過(guò)濾器法蘭端面以上300-400mm，否則空氣有可能穿過(guò)水層進(jìn)入水管。

4 結(jié)語(yǔ)

礦山排水設(shè)備的用電量在礦井各項(xiàng)電耗之中占有很大比例，一般高達(dá)30%以上，因此，通過(guò)對(duì)排水設(shè)備的性能測(cè)定，及時(shí)掌握水泵的運(yùn)行狀況，對(duì)排水系統(tǒng)效率低，噸水百米電耗高的水泵，應(yīng)認(rèn)真分析原因，進(jìn)而采取相應(yīng)措施，以保證排水設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

作者簡(jiǎn)介

劉艷芳（1984.12），陜西神木人，畢業(yè)于陜西能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院電氣自動(dòng)化專業(yè)，研究方向?yàn)樗迷砼c運(yùn)行狀況分析。endprint