礦井主排水泵產(chǎn)生噪聲喘振原因分析及防護(hù)措施研究

宋寅剛

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)掌石溝煤業(yè)有限公司，山西高平 048400）

0 前言

由于振動(dòng)、噪音等現(xiàn)象多伴隨著多級(jí)離心泵的運(yùn)轉(zhuǎn)而出現(xiàn)，常常導(dǎo)致離心泵出現(xiàn)效率低下、流量及揚(yáng)程下降等諸多問題，出現(xiàn)喘振故障。一旦發(fā)生喘振故障，就會(huì)導(dǎo)致泵內(nèi)水力沖擊加大，進(jìn)而對(duì)泵內(nèi)對(duì)流元件表面造成大力沖擊，形成凹坑、疲勞和剝落，當(dāng)喘振故障嚴(yán)重時(shí)，葉輪在很短的時(shí)間內(nèi)就可能被損壞。同時(shí)，水體中所蘊(yùn)含的一些有害氣體可能由此而析出并腐蝕金屬表面，過早的對(duì)泵內(nèi)過流元件造成損壞。因此需要加強(qiáng)對(duì)多級(jí)離心泵運(yùn)行過程中振動(dòng)及噪音情況的關(guān)注，盡量避免因揚(yáng)程和效率下降而引發(fā)的設(shè)備運(yùn)行故障，提高煤礦生產(chǎn)的安全性[1]。

1 噪音、振動(dòng)使流量、揚(yáng)程和效率下降的分析

通常而言，進(jìn)氣和汽蝕等問題造成運(yùn)行中多級(jí)離心泵的喘振故障。

1.1 進(jìn)氣現(xiàn)象

所謂進(jìn)氣現(xiàn)象，指的是在多級(jí)離心泵運(yùn)行過程中在正常吸入液體的過程中所伴隨的少量空氣的進(jìn)入，而氣體往往具有較大的膨脹性和可壓縮性，當(dāng)空氣處于葉輪低壓區(qū)時(shí)，較低的外界壓力導(dǎo)致空氣體積的快速膨脹，當(dāng)膨脹后空氣進(jìn)入泵腔中時(shí)又會(huì)因泵腔內(nèi)的高壓而導(dǎo)致體積的下降，在泵腔內(nèi)形成小范圍高壓區(qū)，受液體流動(dòng)的影響，空氣在不同壓力區(qū)域體現(xiàn)為不同的縮放體積。也就是說，當(dāng)空氣進(jìn)入泵腔內(nèi)時(shí)，因所出壓力環(huán)境不同，其體積也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化，對(duì)泵腔內(nèi)低壓區(qū)的真空度及吸上能力產(chǎn)生影響，處于高壓區(qū)內(nèi)時(shí)，過大的水力沖擊力導(dǎo)致多級(jí)離心泵的振動(dòng)及噪音問題，進(jìn)一步降低離心泵的效率、揚(yáng)程以及流量，影響多級(jí)離心泵設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)[2]。

1.1.1 液體降落帶氣

處于液體循環(huán)系統(tǒng)中的多級(jí)離心泵運(yùn)行時(shí)，在液體自高處向貯料桶降落的過程中，必然攜帶少量的空氣，且空氣隨液體沉入貯料桶深入后經(jīng)過一段時(shí)間才會(huì)再次溢出。當(dāng)處于大流量泵中且貯料桶的水位較低時(shí)，液體中的空氣來不及溢出就會(huì)被泵一起吸入，導(dǎo)致空氣進(jìn)入泵腔。

在煤炭生產(chǎn)中，若小井設(shè)計(jì)不合理，在使用離心泵的過程中就容易造成空氣隨液體進(jìn)入泵腔[3]。

1.1.2 漩渦進(jìn)氣

處于循環(huán)系統(tǒng)中的液體，當(dāng)液位發(fā)生下降時(shí)，會(huì)在中心形成一個(gè)旋渦，容易導(dǎo)致空氣由旋渦中心進(jìn)入。

當(dāng)煤礦主排水系統(tǒng)中出現(xiàn)水龍頭插入水面深入不夠、小井水位設(shè)訓(xùn)不足時(shí)，就會(huì)因液位降低而導(dǎo)致中心旋渦的出現(xiàn)[4]。

另外，因主排水系統(tǒng)的水面高度不足、吸水管漏氣、在未注滿水的情況下啟動(dòng)水泵等情況出現(xiàn)時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致空氣進(jìn)入離心泵內(nèi)部，使得多級(jí)離心泵產(chǎn)生振動(dòng)、噪音等現(xiàn)象，降低離心泵的效率、揚(yáng)程及流量，從而出現(xiàn)系統(tǒng)故障。

1.2 汽蝕現(xiàn)象

汽蝕現(xiàn)象主要指當(dāng)液體處于泵葉輪內(nèi)最低壓力區(qū)時(shí)，因泵內(nèi)壓強(qiáng)變化而達(dá)到液體的飽和蒸氣壓，導(dǎo)致液體出現(xiàn)蒸發(fā)形成氣泡的情形，后氣泡隨水流進(jìn)入高壓區(qū)再次凝結(jié)成液態(tài)，因體積驟然縮小而在泵腔內(nèi)形成空洞，導(dǎo)致周圍的水快速地向空洞涌入，造成巨大沖力，隨著壓力的不斷上升，再次達(dá)到液體的飽和蒸氣壓導(dǎo)致液體再次形成氣泡，再冷卻成液體，如此反復(fù)，直到將沖擊能量全部消耗完[5]。

當(dāng)汽蝕情形存在時(shí)，多級(jí)離心泵就無法正常工作，也就是說處于水泵入口處的液體壓強(qiáng)力要與液體的飽和蒸氣壓相當(dāng)，且要留有一定的余量空間。所以說只有在汽蝕條件滿足有效汽蝕余量不低于水泵的最小汽蝕余量時(shí)，才能確保多級(jí)離心泵的正常運(yùn)行。常用的汽蝕安全余量為在標(biāo)準(zhǔn)余量基礎(chǔ)上增加0.3 m，也就是NPSHa＞NPSHr+0.3 m。其中，有效汽蝕余量用NPSHa表示，m表示處于泵入口處的液體的單位能量較最低汽化壓力能頭高出的部分，其高低取決于吸入管路系統(tǒng)的流量及參數(shù)，并由此決定了水泵能否產(chǎn)生汽蝕。NPSHa值與汽蝕產(chǎn)生的可能性成反比，最小汽蝕余量用NPSHr表示，泵的參數(shù)及結(jié)構(gòu)決定了m值的大小，也就是葉輪的設(shè)計(jì)和工況對(duì)m起到?jīng)Q定性作用，最小汽蝕余量值隨著水泵的制成而確定[6]。

2 防護(hù)措施

2.1 防止多級(jí)離心水泵進(jìn)氣的方法

（1）擴(kuò)大水倉(cāng)儲(chǔ)量，提高水倉(cāng)水位，確保水中的空氣有足夠的溢出空間，通常至少需要半個(gè)小時(shí)以上的沉靜時(shí)間。

（2）降低水倉(cāng)與頂部的落差，減少因液體降落而攜帶空氣的概率。

（3）加深水龍插頭在水面中的深度，至少應(yīng)插入水深1米以上，當(dāng)流量較大時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步加大深度，避免旋渦的產(chǎn)生。

（4）加強(qiáng)水井的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)合理的直徑和儲(chǔ)水量，確保水泵運(yùn)行過程中水位不至于下降太快，使得水龍頭進(jìn)入深度不足而導(dǎo)致空氣進(jìn)入。

（5）時(shí)刻關(guān)注液位的變化，及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充[7]。

2.2 多級(jí)離心水泵避免汽蝕發(fā)生

要確保多級(jí)離心泵的正常使用，就必須提高有效汽蝕余量。在實(shí)際工作中需要圍繞吸入管路系統(tǒng)入手，實(shí)現(xiàn)對(duì)有效汽蝕余量的提升。

（1）通過降低離心泵安裝高度的方式，使得離心泵能更好地吸收液體。

（2）在不具備相關(guān)輔助條件的情況下，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水溝溢出水及地面水的引流，使其沿水井壁下流。

（3）通過加大管徑、減少管路附件等方法降低吸入管路的阻力。

（4）將泵送液體溫度控制在合理范圍，避免液體蒸發(fā)成氣泡。

（5）當(dāng)揚(yáng)程和流量一定時(shí)，采用NPSHr值較小的雙吸泵。

（6）可采用增加升降泵的方式置于吸入管管口。

2.3 在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)時(shí)應(yīng)采取的措施

（1）加大對(duì)流道表面打磨好清理的力度，確保光潔的流道表面，將阻力降到最低。

（2）通過加大葉輪進(jìn)口處直徑的方式實(shí)現(xiàn)進(jìn)口流速的有效降低。

（3）盡可能降低泵的轉(zhuǎn)速。

（4）在離心泵進(jìn)口進(jìn)行誘導(dǎo)輪設(shè)計(jì)。

（5）選用一些耐汽蝕的材料用于過流元件的設(shè)計(jì)[8]。

3 結(jié)論

（1）多級(jí)離心泵運(yùn)行過程中的振動(dòng)、噪音的現(xiàn)象多是由進(jìn)氣和汽蝕造成的，并由此而降低離心泵的流量、揚(yáng)程及效率，因此需要結(jié)合實(shí)際查找問題原因，并采取針對(duì)性措施，本文正是基于此展開的論述，能夠有效指導(dǎo)煤炭企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)。

（2）高度重視泵的選型和改造，為多級(jí)離心泵的正常運(yùn)轉(zhuǎn)提供基礎(chǔ)保障。