千米深井排水水泵叶轮气蚀问题分析及解决方案

曾晓杰（山东鑫国煤电有限责任公司，山东 肥城 271613）

千米深井排水水泵叶轮气蚀问题分析及解决方案

曾晓杰
（山东鑫国煤电有限责任公司，山东 肥城 271613）

针对千米矿井主排水泵在运行过程中存在的叶轮气蚀问题进行理论分析，提出了解决解决的关键技术方案。

千米深井；排水；水泵叶轮；气蚀，关键技术

千米深井中央泵房排水泵作为矿井安全保障的主要排水设备，以离心式为主，由于深部岩体开挖岩溶突水具有瞬时突发性和不可预测性，在设计时一般采用运行可靠的直接承井排水方式。千米以上深度矿井一般都有“高地应力、高地温、高岩溶水压”等明显特征，千米矿井深部岩温一般在34℃～43℃，其排水泵排水温度也在30℃以上，对排水泵叶轮造成严重气蚀。因此，排水设备必须解决水泵汽蚀问题。

1 千米矿井排水气蚀问题分析

目前，排水设备叶轮气蚀主要是当泵抽送水的绝对压力小于水的汽化压力时，水便开始汽化，产生蒸汽，形成气泡，这些气泡随液体向前流动至某高压处时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧缩小以致破裂，形成水击造成的。水加热到一定程度就会变成水蒸汽，而水蒸汽冷却到一定温度又会凝结成水，在一个大气压的作用下，把水加热到100℃就开始沸腾，汽化产生大量汽泡,而温度和压力是它们互相转化的条件，当作用在水面上的压力较高时，使水汽化所需要的温度就高；当作用在水面上的压力较低时，使水汽化所需要的温度就低。在深部矿井排水温度高于正常温度的情况下，通过增大进入水泵内水的压力是避免气蚀的重要方法。

离心泵启动前传统做法是必须引水,即将泵体和吸水管充满水，否则水泵的叶轮只能搅动泵体内的空气。目前常用引水方式是真空泵、底阀或射流，但这些方式的共同缺点是通过负压使泵体和吸水管充满水，在较低（负压）压力作用下，当深井排水温度远高于20℃∽25℃正常温度时，汽化现象更加严重，气蚀问题更加突出。

2 解决气蚀问题的关键技术

针对常用负压引水方式造成的气蚀问题，采取正压供水方式，在离心泵吸水管底部串联潜水泵，其潜水泵供水水量大于并满足于离心泵排水量、扬程大于并满足于离心泵的吸水高度和泵体高度，使离心泵处于微正压状态下运转状态，从而提高水的汽化温度同时通过增大进入水泵内水的压力使水泡提前破裂，以避免泵的气蚀。主要技术为：

一是在电气控制方面，潜水泵的启动控制与离心泵的控制系统必须相互闭锁，即离心泵开泵时，首先启动潜水泵，然后再开动离心泵；离心泵停泵时先停止离心泵，再停潜水泵。

二是在潜水泵安全可靠运行方面，设计设置了各种状态显示、保护装置，对加工工艺也要严格要求，并具有如下特点：1）独特的电缆密封设计，有效的防止由于电缆破裂而造成的泄漏；2）接线腔内的漏水检测探头可以对接线腔内的泄漏发出报警信号，控制系统对泵实施保护；3）电机定子采用F级绝缘，每相均装有过热过载保护元件；4）电动机转轴采用不锈钢材质，转自进行动平衡检测，使泵运转更平稳；5）隔套自循环冷却系统对电机定子进行冷却，改善了电机的工作环境，使泵允许在露出液面或在干式状态下运行；6）设置二道密封监视，任一密封泄漏便可报警；7）材质为碳化硅的双端面机械密封，保障了泵的长期安全可靠运行；8）新型的副叶轮流体动力密封既可减小机械密封处的压力以延长机械密封的寿命，也可减小轴向力以延长轴承的寿命；9）流道式叶轮设计不仅使泵具有通过能力强、抗堵塞、效率高等特点，更使泵具有全扬程特性，使泵的流量调节和选型更方便。该水泵适用水温条件最高可达60℃，被抽送液体的PH值为6～9。

三是在潜水泵安装方面为保证检修方便，通过悬挂装置固定在吸水井上部的横梁上，底部设置定位装置，并安装上下移动的导向轨，潜水泵与离心泵吸水管之间采用快速软连接方式，拆除和安装做到快速、简捷、方便。

3 工业性应用效果

以肥矿集团陈蛮庄煤矿中央排水泵房工业性试验为例，测试结果如下：

陈蛮庄煤矿中央泵房共装备PJ200A×12型多级离心式水泵5台，额定流量420m3/h,扬程1140m，配套电机功率2400kW，电动机额定电流I=165A。采用潜水泵串联排水方式后，经运行11个月后，打开水泵泵体，经检查发现，水泵叶轮叶面未出现麻坑等明显冲击现象，水泵效率仍然保持出厂时的78％左右。达到预期的试验目的，完全符合煤矿的要求，取得了较好的应用效果。

4 结论

采用离心泵正压供水技术后，解决了千米深井中高温水水泵叶轮叶面气蚀，可以为国内外同行业提供强力的技术支持，具有极高的推广价值。

[1] 中国煤炭建设协会.（GB50451-2008）煤矿井下排水泵机排水管路设计规范[S].

曾晓杰（1973-），女，毕业于山东科技大学，现从事机电技术工作。