礦井主排水泵運(yùn)行效率提高措施研究

王澤晉

1 主排水泵損壞機(jī)理分類(lèi)

1.1 汽蝕破壞

在礦井生產(chǎn)作業(yè)中，當(dāng)沉淀池中的水流入水井時(shí)，通常也會(huì)攜帶著大量煤灰，而煤灰中所含的灰濃度通常較大，易造成汽蝕現(xiàn)象，當(dāng)泵件運(yùn)行時(shí)，汽蝕現(xiàn)象也會(huì)在某種程度上磨損泵件，易產(chǎn)生水力沖擊，剝落泵件表面的金屬材料，同時(shí)當(dāng)煤灰較多時(shí)，水中出現(xiàn)煤灰沉淀后，產(chǎn)生的沉淀會(huì)阻礙泵吸水，且易使泵發(fā)生堵塞。水中所含的活性物質(zhì)也會(huì)腐蝕泵件，會(huì)加速泵件的磨損速度[1]。

1.2 機(jī)械性磨損

機(jī)械磨損屬于日常生產(chǎn)作業(yè)中最常見(jiàn)的一種磨損形式，泵件運(yùn)行時(shí)會(huì)發(fā)生此種磨損，普通的機(jī)械磨損通常不會(huì)對(duì)泵件造成太大影響，而當(dāng)有硬質(zhì)顆粒夾雜于機(jī)械性磨損時(shí)便會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，夾雜的硬質(zhì)顆粒產(chǎn)生的磨損主要有下列四種。

（1）變形磨損。隨著泵件的高速運(yùn)行，其內(nèi)部的硬質(zhì)顆粒也會(huì)高度運(yùn)動(dòng)，高速運(yùn)動(dòng)的硬質(zhì)顆粒一旦接觸到機(jī)械表面便會(huì)瞬間產(chǎn)生較大的沖擊力，劃傷硬件表面，使硬件變形。為使這種磨損產(chǎn)生的影響盡量小，一方面應(yīng)盡量防止泵件各部件間夾雜硬質(zhì)顆粒，另一方面可通過(guò)改變泵件韌性，來(lái)使硬質(zhì)顆粒產(chǎn)生的實(shí)際沖擊變小，進(jìn)而來(lái)使這種磨損變小。

（2）切削磨損。在泵件運(yùn)行作業(yè)中，硬質(zhì)顆粒可能會(huì)從不同角度來(lái)對(duì)泵件表面產(chǎn)生撞擊，致使泵件發(fā)生磨損。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，為使該種撞擊的磨損作用盡量小，應(yīng)盡量提高泵件各部件表面的剪切強(qiáng)度，以有效減輕該種撞擊形成的磨損[2]。

（3）斜向磨損。該種磨損可以說(shuō)是上述兩種磨損綜合作用的結(jié)果，當(dāng)出現(xiàn)斜向磨損時(shí)，即有雙重沖擊力來(lái)對(duì)泵件形成撞擊，會(huì)嚴(yán)重磨損部件。若想有效減小斜向磨損，則應(yīng)想方設(shè)法提升泵件性能，應(yīng)確保其剪切強(qiáng)度及韌性大小都達(dá)標(biāo)。

（4）研磨性磨損。該種磨損主要為硬質(zhì)顆粒以高壓的形式來(lái)對(duì)泵件表面產(chǎn)生的各種磨損，其本質(zhì)為研磨力磨損泵件，為使這種研磨磨損盡量小，則應(yīng)提升零件表面硬度，應(yīng)讓零件表面的硬度顯著高于顆粒硬度，進(jìn)而可使磨損減小。

1.3 電化學(xué)沖蝕磨損

通常應(yīng)用于該領(lǐng)域的泵件一般都由金屬構(gòu)成，當(dāng)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)，通常會(huì)有較弱的電解池出現(xiàn)，同時(shí)隨著工作時(shí)間的延長(zhǎng)，會(huì)有電解現(xiàn)象在泵件表面出現(xiàn)，當(dāng)泵件表面發(fā)生電解現(xiàn)象時(shí)，會(huì)有一層較薄的腐蝕層出現(xiàn)于泵件表面，會(huì)加速泵件磨損。

2 主排水泵運(yùn)用中存在的問(wèn)題

（1）所選的水泵存在過(guò)大的富余揚(yáng)程。在選用水泵時(shí)，一方面應(yīng)滿(mǎn)足排水系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性需求，應(yīng)綜合考慮到地質(zhì)排水高度因素，排水管管徑因素，長(zhǎng)度因素以及沿程損失因素等。另一方面應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)相關(guān)規(guī)定，來(lái)科學(xué)、合理地確定水泵臺(tái)數(shù)及各水泵的排水能力等，應(yīng)讓它們滿(mǎn)足同時(shí)工作，有備用以及可進(jìn)行檢修替換等條件，但因受排水高度的限制以及水泵選型的影響，應(yīng)依據(jù)礦井最大用水量來(lái)合理布設(shè)水泵臺(tái)數(shù)，可讓某幾個(gè)水泵具有較大的富余揚(yáng)程。若讓大部分水泵富余揚(yáng)程普遍偏大，電機(jī)負(fù)荷也會(huì)增大，會(huì)造成水泵運(yùn)行工況點(diǎn)嚴(yán)重偏離高效區(qū)，影響運(yùn)行效率，同時(shí)也會(huì)致使排水口出口出現(xiàn)過(guò)大動(dòng)壓，降低管網(wǎng)效率[3]。

（2）排水系統(tǒng)能力不配套。因當(dāng)前所用的很多排水系統(tǒng)大多都是之前建造的，受歷史條件的影響，很多管路路徑設(shè)計(jì)不科學(xué)、不合理，不僅管徑細(xì)，管路長(zhǎng)，彎管較多，而且有很多急轉(zhuǎn)彎，管路存在較大的沿程損失，會(huì)使水壓損耗加大，影響運(yùn)行效率。

（3）一些水泵所用材質(zhì)差，無(wú)法長(zhǎng)期高效運(yùn)行。雖近年來(lái)本礦井也在逐步進(jìn)行著水泵的更新?lián)Q代，很多使用時(shí)間久，經(jīng)多次修理的水泵正在逐步被淘汰，但所引入的新水泵水泵葉輪所使用的材料仍然不是很理想，大多以球墨鑄鐵為主，這種材料耐汽蝕性較差，以致很多泵在首級(jí)葉輪進(jìn)水口位置就出現(xiàn)了汽蝕現(xiàn)象，葉輪剝落現(xiàn)象、掉塊現(xiàn)象較明顯，會(huì)嚴(yán)重影響水泵的流量情況和揚(yáng)程大小，降低水泵運(yùn)行效率。

（4）水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，使水泵損壞速度加快。①偏硬的水質(zhì)，易使平衡軸套以及平衡套泄水間隙過(guò)小，會(huì)加速平衡盤(pán)及平衡板的磨損。②過(guò)高的煤砂含量，會(huì)嚴(yán)重沖刷葉輪及導(dǎo)葉輪片等部件。③一些排水管路存在嚴(yán)重的結(jié)垢現(xiàn)象，特別是環(huán)形管路結(jié)垢最為明顯。而就老舊礦井而言，原設(shè)計(jì)安裝管徑通常較細(xì)，發(fā)生結(jié)垢現(xiàn)象會(huì)嚴(yán)重影響過(guò)流端面，這樣會(huì)增大管阻，降低管網(wǎng)運(yùn)行效率。④一些礦井易出現(xiàn)較嚴(yán)重的水倉(cāng)淤積現(xiàn)象，水中的雜質(zhì)還易把水泵過(guò)流通道堵塞，使泵內(nèi)過(guò)流斷面變小，限制水泵運(yùn)行效率。對(duì)于沒(méi)有布設(shè)沉淀池，具有較大涌水量的礦井，因水溝內(nèi)所流水通常較湍急，會(huì)有較多的煤泥及砂石，當(dāng)這些雜質(zhì)未經(jīng)充分沉淀直接流入水倉(cāng)后，會(huì)加速水泵過(guò)流部件的損壞，同時(shí)當(dāng)有較多的淤泥存在于吸水井處時(shí)，還易把吸水龍頭堵塞，致使排水困難或出現(xiàn)不能順利排水現(xiàn)象，易給礦井生產(chǎn)埋下重大安全隱患[4]。

（5）一些水泵未及時(shí)檢修更換，性能不達(dá)標(biāo)。每年檢測(cè)檢驗(yàn)中心應(yīng)細(xì)致、系統(tǒng)地檢驗(yàn)各單位的主排水系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)運(yùn)行效率較低的排水系統(tǒng)各生產(chǎn)礦井應(yīng)及時(shí)尋找原因，并采取相關(guān)措施進(jìn)行徹底維修，必要時(shí)應(yīng)及時(shí)更換水泵。但在實(shí)際生產(chǎn)中因各種原因，很多泵或管路都無(wú)法及時(shí)檢修，這些設(shè)備易長(zhǎng)期處于低效運(yùn)行狀態(tài)[5]。

3 應(yīng)對(duì)措施

（1）應(yīng)預(yù)留部分安全資金，有計(jì)劃，有步驟地更換運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)、存在嚴(yán)重結(jié)垢、阻力較大的管路，對(duì)無(wú)法及時(shí)更換的管路，應(yīng)做徹底的除垢工作，讓實(shí)際排水管徑盡量大，讓流速盡量上升為經(jīng)濟(jì)流速。

（2）可選用讓多管并聯(lián)的形式來(lái)進(jìn)行排水，以盡量提升管網(wǎng)效率。在礦井正常排水作業(yè)中，可讓備用管路與現(xiàn)用管路進(jìn)行并聯(lián)排水，以有效降低管網(wǎng)阻力，最大限度提升管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行效率。

（3）應(yīng)對(duì)水泵揚(yáng)程進(jìn)行科學(xué)、合理的調(diào)整，讓水泵始終處于高效運(yùn)行區(qū)。應(yīng)從本礦井實(shí)際情況出發(fā)，根據(jù)所需揚(yáng)程情況進(jìn)行調(diào)整。若水泵富余揚(yáng)程小于等于單級(jí)揚(yáng)程，應(yīng)與水泵修理廠及時(shí)溝通，可把水輪的輪葉處進(jìn)行適當(dāng)切除，讓其直徑變??；若水泵富余楊程比單級(jí)揚(yáng)程大，則可通過(guò)精簡(jiǎn)水泵輪數(shù)或水泵段數(shù)，來(lái)讓水泵揚(yáng)程一致于排水高度。

（4）應(yīng)及時(shí)淘汰陳舊性能落后的水泵，應(yīng)用新型高效節(jié)能型水泵。依據(jù)對(duì)不銹鋼水泵葉輪與球墨鑄鐵水泵葉輪的長(zhǎng)期、準(zhǔn)確測(cè)試，發(fā)現(xiàn)不銹鋼葉輪水泵效率要明顯高于球墨鑄鐵葉輪水泵效率。因此各單位應(yīng)加快原老舊水泵的更新?lián)Q代速度，及時(shí)引入新型高效節(jié)能水泵，以為礦井創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益[6]。

（5）應(yīng)采用相關(guān)措施來(lái)處理水倉(cāng)淤積現(xiàn)象，以延長(zhǎng)水泵運(yùn)行壽命。對(duì)于淤積現(xiàn)象較嚴(yán)重的礦井，一方面應(yīng)重視定期更換水倉(cāng)入口處的蓖子，謹(jǐn)防水倉(cāng)內(nèi)混入大粒徑雜質(zhì)。另一方面可布設(shè)一沉淀池于水溝流經(jīng)處，并定期清理沉淀池。在清挖沉淀池時(shí)可借助自動(dòng)清挖設(shè)備，來(lái)提高清挖效率，縮短清挖時(shí)間，同時(shí)減輕工人作業(yè)強(qiáng)度。

（6）應(yīng)及時(shí)清洗吸水龍頭，以降低阻力，讓有效過(guò)流面積增大，進(jìn)而降低電能消耗。

（7）強(qiáng)化水溝維修管理，確保水溝暢通無(wú)阻，同時(shí)應(yīng)重視及時(shí)檢查檢修水泵相關(guān)供電設(shè)備，確保水泵可實(shí)現(xiàn)高水位吸水運(yùn)行。此外水泵日常運(yùn)行作業(yè)中，應(yīng)在用電高峰時(shí)段來(lái)臨前，把水排至較低水位，當(dāng)結(jié)束高峰后，把水泵吸水高度降低，便可實(shí)現(xiàn)高水位排水，這樣不僅有助于提升水泵日常運(yùn)行效率，而且可用來(lái)進(jìn)行削峰填谷，有效節(jié)約部分電能，降低生產(chǎn)成本[7]。

（8）應(yīng)依據(jù)相關(guān)規(guī)定，定期大修主排水泵，運(yùn)行作業(yè)中多使用高效泵。同時(shí)進(jìn)行大修作業(yè)時(shí)應(yīng)重視檢查水泵的易損部件，一旦發(fā)現(xiàn)部件存在問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)更換，同時(shí)應(yīng)盡量減輕部件機(jī)械磨損，并讓各部件間隙應(yīng)達(dá)標(biāo)，防止部件發(fā)生漏液現(xiàn)象。此外應(yīng)對(duì)水泵的平衡盤(pán)及串水套間隙進(jìn)行科學(xué)、合理的調(diào)整，讓水泵的容積損失與乏水損失盡量小，此外，在日常生產(chǎn)作業(yè)中，還應(yīng)根據(jù)各水泵的實(shí)際運(yùn)行情況，應(yīng)盡量少開(kāi)低效泵，多開(kāi)高效泵，這樣也可顯著提高礦井水泵系統(tǒng)運(yùn)行效率[8]。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，礦井主排水泵運(yùn)行效率的高低，不僅會(huì)影響到礦井能源消耗，而且易影響到礦井安全生產(chǎn)。對(duì)此，必須充分了解礦井主排水泵損壞機(jī)理，明確礦井主排水泵應(yīng)用中存在的問(wèn)題，并采取相關(guān)措施進(jìn)行應(yīng)對(duì)，只有這樣才能提高礦井主排水泵運(yùn)行效率，才能為企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。