礦井排水泵的節(jié)能改造

常杏元

（同煤集團(tuán)機(jī)電裝備科大機(jī)械有限公司， 山西 大同 037000）

引言

排水泵在運行過程中，會消耗一定的能源資源，尤其是在傳統(tǒng)工藝的影響下，存在資源浪費的問題。為了有效解決這一問題，需要不斷提高節(jié)能效果，進(jìn)行節(jié)能改造。

1 礦井排水泵改造方案

結(jié)合礦井排水泵的特點，制定了幾種方案，主要是在保持原有的排水泵外形和安裝尺寸不變以及電機(jī)不變的情況下，利用目前的新設(shè)計方法以及新工藝對其進(jìn)行改造，從而不斷提高排水泵的節(jié)能效果。比如可以利用排水泵過流部件來替換老型號排水泵過流部件，通過節(jié)能改造，可以使原有的排水泵工作效率提高8%～15%。此外，也可以在排水泵電機(jī)功率不變大的情況下，增加其排水量8%～15%，這樣可以保證其節(jié)能的效果。為了提高排水泵的效率，需要有目的地降低水力損失、容積損失以及機(jī)械損失等[1]。

2 減少水力損失

為了有效減少水力損失，需要對水力設(shè)計進(jìn)行重新分析，尤其是要注意相關(guān)參數(shù)，比如葉輪、導(dǎo)葉等參數(shù)對于排水泵有著明顯的影響。根據(jù)相關(guān)實踐研究可以發(fā)現(xiàn)，選擇合理的參數(shù)，可以提高水力效率，甚至能夠?qū)⑵涮岣叩?0%以上，因此在選擇改造措施的同時，也要注意對其參數(shù)進(jìn)行及時檢查，合理控制其設(shè)計方案。

2.1 水力設(shè)計

在水力設(shè)計的過程中，要重視從葉輪入口到背導(dǎo)葉出口的整個單級流程，尤其是要注意幾個重要的環(huán)節(jié)，具體如圖1中序號。

2.1.1 改善葉輪入口流動

要注意一個過渡區(qū)的作用，即從背導(dǎo)葉一直到葉輪入口區(qū)段，由靜止到旋轉(zhuǎn)會發(fā)生明顯的變化，這個過渡區(qū)的特點是容易因為轉(zhuǎn)彎急劇而造成樁機(jī)以及渦流等，所以在此處要判斷流道是否能提高效率[2]。

圖1 單機(jī)流程圖

2.1.2 改善葉輪內(nèi)的流動狀況

葉輪具有重要的作用，主要負(fù)責(zé)將機(jī)械能傳達(dá)到液體，之后液體的壓力和動能會有所提升。在改善葉輪內(nèi)流動狀況的過程中要注意以下幾個問題：

1）根據(jù)相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，可以利用一定措施有效改善葉輪內(nèi)的流動性能，主要方式是在流道進(jìn)口處保證收縮不大或擴(kuò)散減小。

2）注意葉輪兩側(cè)的蓋板的曲率半徑需要增大，才能保證更好的效果。

3）葉片進(jìn)出口可以根據(jù)圖2進(jìn)行設(shè)計，如圖2所示為葉片出入口邊形狀圖。

2.1.3 改善葉輪出口流動

圖2 葉片出入口邊形狀

改變液流方式，即從旋轉(zhuǎn)流道沖入靜止流道，可以有效地提高水泵效率。葉輪出口的參數(shù)設(shè)置直接關(guān)系著葉輪是否可以在最小損失下將機(jī)械能傳遞給液體，保證達(dá)到最高的效率。以下是幾個比較重要的參數(shù)，需要引起足夠的重視，尤其是在設(shè)計的過程中要進(jìn)行充分考慮。

1）葉片出口角。根據(jù)相關(guān)實踐證明，葉片出口角如果可以控制在22.5°～30°，就可以保持平穩(wěn)的特性[2]。

2）出口處的葉片和蓋板需要稍微傾斜或者完全垂直就可以保證一個更高的效率，稍傾的效果更好。

2.1.4 改善導(dǎo)葉內(nèi)的流動狀況

為了改善導(dǎo)葉內(nèi)的流動狀況，需要根據(jù)流速進(jìn)行分析，在葉輪出口處的液流速度快，并且，和低轉(zhuǎn)數(shù)水泵相比，此處動能較高。而且結(jié)合實際情況進(jìn)行研究，還可以發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉水力的損失占了1/2以上。為了減小損失，需要進(jìn)行綜合分析，不斷提升其效果。根據(jù)實踐研究發(fā)現(xiàn)，在導(dǎo)葉的設(shè)計和改進(jìn)過程中，需要注意以下幾點：

1）葉輪出口液流的絕對速度大，因此在其進(jìn)入導(dǎo)葉喉口之前要將其看作等速流動，同時也要注意避免存在渦流損失等問題，可以在擴(kuò)散管中采取擴(kuò)壓操作的方法。通過提高正導(dǎo)葉入口段的光潔度等方式，來不斷提高導(dǎo)葉運行的效率。

2）擴(kuò)散管內(nèi)由于沒有新的液流加入，因此屬于動能轉(zhuǎn)換為壓力能的最佳位置，所以在條件允許的情況下，要注意將其進(jìn)行設(shè)計改進(jìn)，減少擴(kuò)散管的彎曲度可以起到明顯的效果。在擴(kuò)散管流通面積增加的同時，會導(dǎo)致流程的不均勻，因此會造成面積增加速度比較緩慢，但是后半段的增加速度會快一些。

3）正導(dǎo)葉進(jìn)口的設(shè)計可以進(jìn)行改善，單側(cè)漸縮很短的喇叭口的作用明顯，在此之后再進(jìn)行擴(kuò)散，可以有效保證導(dǎo)葉的效率。

4）注意液流從擴(kuò)散管出口翻向背導(dǎo)葉時，由于場面比較混亂，可以將翻水處設(shè)計為圓弧形或者是在檢修的過程中將其加工成圓弧形，可以有效地減小翻水流阻。

2.2 加工制作方面

加工制作的改造十分重要，結(jié)合相關(guān)的分析可以發(fā)現(xiàn)加工組裝質(zhì)量對于排水泵的質(zhì)量有著直接的影響。所以在節(jié)能改造的同時，也要不斷提高產(chǎn)品的質(zhì)量，從而保證更好的效果。

2.2.1 模型與鑄造

模型和鑄造是一個關(guān)鍵因素，比如排水泵的導(dǎo)葉等水力性能關(guān)系著系統(tǒng)的可靠性。要求在設(shè)計的過程中，保證參數(shù)的準(zhǔn)確，注意鑄造的精確性。由于導(dǎo)葉和葉輪鑄造方式的特殊性，要對扭曲的葉片進(jìn)行精確的設(shè)計，保證鑄造工藝的質(zhì)量，才能保證鑄件的質(zhì)量。

2.2.2 加工組裝

加工組裝的過程影響整個系統(tǒng)的質(zhì)量，因此要保證加工組裝的準(zhǔn)確性，不斷提高排水泵的安全性。

1）初找正。葉輪、導(dǎo)葉加工初找正十分重要，通過初找正，能夠及時判斷流道端正對稱以及葉輪靜不平衡程度，并且合理控制流動和振動。

2）提高加工質(zhì)量，要保證流道的對正。

3）提高流道的光潔度，導(dǎo)葉流道流速低，光潔度對效率的影響不夠明顯，但一定要保證出、入口的端頭修薄和圓，這些處理能夠有效提高流道的光潔度。

3 減少容積損失

3.1 減小漏水間隙

為了有效減小漏水間隙，首先要將泵殼和轉(zhuǎn)子保持在同心狀態(tài)，注意檢修的同時，也要避免轉(zhuǎn)子晃度太大，避免對其造成損害。還要做好檢查，保證泵殼的止口間隙以及同心度及止口斷面的跳動處于正常的狀態(tài)，從而不斷減小漏水間隙。

3.2 增加漏水間隙阻力

注意圓形密封環(huán)的改造，在密封環(huán)、中間軸套等處開環(huán)形槽，還可以在平衡盤徑向間隙處開反向螺紋槽。采用這種方式能夠有效地增加漏水間隙阻力，從而減少泄露量。

3.3 提高密封件耐沖蝕以及耐磨的能力

為了提高礦井排水泵的效率，保障節(jié)能效果，要注意保證密封件的耐磨能力，才能對排水泵的安全運行起作用，要選擇高質(zhì)量的材料，注意保證材料的耐磨耐沖蝕的特征。利用上述措施，可以提高排水泵的容積效率。

4 結(jié)論

本改造方案可保證系統(tǒng)的總流量達(dá)到最大。在搶險排水的過程中，由于水位比較高，排水泵的吸水高度小，所以不必考慮排水泵會產(chǎn)生汽蝕的問題。另外，在搶險排水的過程中，要保證搶險運行方案的可行性，本文所提供的方案有助于搶險排水的安全性，而且可以提供最大的排水量，適合推廣使用。