MD 多級(jí)離心泵降級(jí)改造及注意事項(xiàng)

張 雨

（攀鋼集團(tuán)礦業(yè)公司攀枝花鐵礦，四川攀枝花 617063）

0 引言

攀鋼攀枝花鐵礦為新建露天轉(zhuǎn)地下開采鐵礦，年產(chǎn)量150萬噸，采用無底柱分段崩落法采礦工藝，地下開采標(biāo)高為1200～1320 m。在1200 m 水平設(shè)置井下中央水倉及排水設(shè)施，排水出口設(shè)置在1280 m 膠帶斜井出口。根據(jù)井下涌水量計(jì)算排水系統(tǒng)需選用6 臺(tái)MD580 多級(jí)離心泵，由于該礦原有7 臺(tái)存放多年的全新MD580-60×7 多級(jí)離心水泵，電機(jī)型號(hào)YKK5602-4，電壓等級(jí)10 kV，額定功率1000 kW，為減少新泵采購成本及設(shè)備積壓，決定在電機(jī)不變的情況下對(duì)該型水泵進(jìn)行降級(jí)改造后使用。

1 水泵降級(jí)改造方案及對(duì)比

1.1 有效揚(yáng)程估算及水泵級(jí)數(shù)的確定

水泵揚(yáng)程：

式中 H——水泵揚(yáng)程，m

Z1——水泵吸水池水面高程，m

Z2——水泵出水池水面高程，m

ζ——損失系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場排水管線設(shè)置估算為1.8

L——吸水管和出水管總長，m

Q——流量，m3/s；按580 m3/h，則Q≈0.16 m3/s

S——管道的比阻；S=10.3n2/D5.33

n——排水管內(nèi)壁糙率；無縫鋼管n=0.012

D——管內(nèi)徑，m

已知排水管內(nèi)徑n=0.357 m，則管道的比阻S=10.3n2/D5.33≈0.36。

水泵揚(yáng)程H=（Z2-Z1）+ζSLQ2≈108 m。

由以上計(jì)算可知，原水泵降級(jí)為2 級(jí)水泵就可以滿足井下排水需求。

1.2 降級(jí)方案對(duì)比

降低多級(jí)離心泵額定揚(yáng)程一般采用變頻調(diào)速、葉輪車削和降級(jí)3 種方法。由于本次揚(yáng)程下降比較多，不適合采用變頻調(diào)速及葉輪車削的方式，同時(shí)針對(duì)礦井下生產(chǎn)隨著后期采掘水平不斷往深部延伸，水倉降段將導(dǎo)致后期揚(yáng)程不斷增加，水泵將逐漸增加級(jí)數(shù)的實(shí)際，決定采用減少水泵級(jí)數(shù)的方式進(jìn)行改造。

現(xiàn)有多級(jí)離心泵為7 級(jí)水泵，按揚(yáng)程要求須降為2 級(jí)水泵。由于降級(jí)數(shù)量較多，一般比較成熟的方案為只保留首尾2 級(jí)葉輪及殼體，重新加工水泵軸的方案。其優(yōu)點(diǎn)是水泵結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，缺點(diǎn)是更換件多，改造成本比較高，后期不便再增加級(jí)數(shù)，同時(shí)水泵地腳及進(jìn)排水管道安裝位置將發(fā)生改變。另一種方案為保留首尾2 級(jí)葉輪及全部殼體，只去掉中間5 級(jí)葉輪，保留水泵軸不變的方案。其優(yōu)點(diǎn)是水泵安裝位置不發(fā)生改變，改造成本低，便于后期增加級(jí)數(shù)，缺點(diǎn)是水泵效率可能會(huì)降低，同時(shí)由于水泵級(jí)數(shù)由7 級(jí)降為2 級(jí)，降級(jí)數(shù)量較大，存在一定改造風(fēng)險(xiǎn)，經(jīng)考察多級(jí)離心水泵降級(jí)改造還沒有相關(guān)案例。

由于在中央水倉泵房施工中水泵安裝基礎(chǔ)及進(jìn)出口管道已施工完畢，同時(shí)通過井下涌水量的測算主排水泵開動(dòng)時(shí)間較短，通過以上分析比較最終決定采取保留原有水泵軸不變的方案進(jìn)行降級(jí)改造。

2 水泵降級(jí)改造及性能曲線

2.1 改造過程

將多級(jí)離心水泵解體，保留第一級(jí)及第七級(jí)葉輪及全部輪殼，去掉中間5 級(jí)葉輪及聯(lián)結(jié)平鍵，在第一級(jí)和第七級(jí)葉輪間安裝3 個(gè)隔套，為防止銹蝕，隔套采用不銹鋼材料，配合尺寸為Ф105（H8/g6）mm。裝配好的水泵軸做靜平衡試驗(yàn)后進(jìn)行總裝。改造后水泵結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 水泵結(jié)構(gòu)

2.2 降級(jí)前后水泵性能對(duì)比

按預(yù)定方案對(duì)多級(jí)離心泵降級(jí)改造后對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行了測試，水泵性能曲線變化如圖2、圖3 所示。

圖2 降級(jí)改造前水泵性能曲線

圖3 降級(jí)改造后水泵性能曲線

3 設(shè)計(jì)使用注意事項(xiàng)

3.1 水泵降級(jí)后揚(yáng)程對(duì)流量的影響

從水泵降級(jí)后性能曲線可以看出，揚(yáng)程H 曲線較為平緩，表明揚(yáng)程變化對(duì)流量的影響增大。井下排水管道路線復(fù)雜，閥門較多，增加了有效揚(yáng)程估算的難度，針對(duì)這種情況我們對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行了部分優(yōu)化減少管道阻力。

（1）采用射流泵真空引水方式代替底閥截流注水方式，使用ZPBZ 型氣水兩用射流泵，由于取消了傳統(tǒng)底閥，減少了水泵進(jìn)水阻力及電耗，降低了水泵發(fā)生汽蝕的可能性，引水效率和可靠性也大大提高。

（2）水泵出水口采用H76H 對(duì)夾蝶型止回閥代替原設(shè)計(jì)的H44H旋啟式止回閥，對(duì)夾蝶型止回閥具有閥瓣關(guān)閉快速，水錘壓力小，流道通暢，流體阻力小及可靠性高等特點(diǎn)，現(xiàn)場使用效果良好。

3.2 水泵降級(jí)對(duì)效率的影響

水泵降級(jí)后經(jīng)實(shí)測正常工作電流為24 A，工作電壓為10 kV，則電機(jī)實(shí)際功率N 為240 kW，則水泵效率η 為：

式中 K——備用系數(shù)，取1.1

r——水的密度，井下涌水近似取1050 kg/m3

Q——流量，m3/h；實(shí)際流量為530 m3/h

H——揚(yáng)程，m

N——電機(jī)功率，kW

水泵效率相對(duì)降級(jí)前有所下降，但由于礦井下涌水較少，每晝夜單臺(tái)泵運(yùn)行1～2 h 就可滿足井下排水的需要，所以總體能耗也在可控范圍內(nèi)。

3.3 水泵降級(jí)對(duì)汽蝕余量的影響

該型水泵降級(jí)前汽蝕余量為4.9 m，降級(jí)改造后對(duì)水泵進(jìn)行了測試，經(jīng)測試其汽蝕余量為5.36 m，增大了0.46 m，相應(yīng)水泵吸程就比降級(jí)前減少了約0.46 m。使用中為避免汽蝕對(duì)水泵結(jié)構(gòu)造成不良影響，相應(yīng)調(diào)整了中央水倉水位報(bào)警器的安裝高度。

3.4 水泵降級(jí)對(duì)泵體壽命的影響

水泵降級(jí)改造后可以有效降低水泵軸的扭矩力及負(fù)荷，提高泵體的使用壽命，延長易損件的更換周期，如軸承壽命大大提高，可以用普通軸承代替原有的加強(qiáng)型軸承。

4 結(jié)論

攀枝花礦6 臺(tái)井下主排水泵降級(jí)改造后經(jīng)現(xiàn)場實(shí)地運(yùn)行，水泵運(yùn)轉(zhuǎn)一切正常，性能滿足礦井下排水要求。通過本次降級(jí)改造的成功實(shí)施可以看出，降級(jí)改造是多級(jí)離心泵節(jié)能及改型利用的有效手段。降級(jí)改造前要充分考慮性能參數(shù)變化對(duì)水泵運(yùn)行的影響，根據(jù)現(xiàn)場情況確定合理降級(jí)方案才能在控制成本的基礎(chǔ)上滿足水泵的運(yùn)行要求，本次改造也為多級(jí)離心泵的類似降級(jí)改造提供了很好的經(jīng)驗(yàn)。