矿用潜水电泵优化设计探讨

矿用潜水电泵优化设计探讨

栗跃鹏

(山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西沁水048214)

摘要：针对目前矿用潜水电泵的应用现状与问题进行探讨分析,提出了一整套系统化的优化设计方案,以此提高矿用潜水系统在矿井水抢险中的应用以及提高了给排水系统的作业效率。

关键词:矿用潜水电泵优化设计矿井

中图分类号：F407.1；F416.1文献标识码：A

作者简介：栗跃鹏(1988-)，男，汉族，毕业于中北大学信息商务学院，电气工程及其自动化专业，本科学历，助理工程师职称，山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司技术员。

收稿日期：2015-04-28

Discussion on optimization design of electric submersible pump

LI Yuepeng

Abstract:This paper is an analysis of current situation and problems in the application of submersible pump, puts forward a set of systematic optimized design scheme, in order to improve the application of mine diving system in coal mine water disaster and improve the working efficiency of water supply and drainage system.

Keywords:electric submersible pump；optimization design；mine

1矿用潜水电泵应用的现状与问题

矿用潜水电泵主要运用于深井的提水工作,在设置潜水电泵相关参数主要包括了扬程与流量,目前矿用潜水电泵在我国深井提水作业中的现状与问题主要有以下几个方面：

1)在现在的矿用潜水电泵中,主要还是采用继电器来进行控制,同时需要人工对潜水电泵的开关和切换电路连接方式进行操作。但是,矿井的作业环境比较恶劣,具有的线路比较复杂,具有极高的作业困难,因此导致了矿井下面的排水系统缺乏足够的工作效率,在一定程度上造成了经济效益方面的损失。

2)通常,矿井事故在刚开始发生的时候,往往出现比较严重的积水现象,在这种情况下,如果使用矿用潜水电泵进行抢险,容易因为大量积水而影响潜水电泵串联系统与并联系统之间的转换,需要经过大量的人力以及时间才能够操作,如此一来对于抢险的时机准确及时的把握产生严重的影响,甚至造成严重的人身生命安全的威胁以及经济上的损失。

3)在对矿井事故进行抢险的后期,因为矿井下面的巷道过于窄小,对潜水电泵并联转换为串联的操作产生一定的局限性,而且进行并联向串联的转换操作必须通过人力进行,在井下作业本身存在着极大的难度,容易导致抢险的工作人员错过抢险的最佳时机,也对潜水电泵的作业效率带来负面的作用[4]。

2如何优化设计矿用潜水电泵设备

为了解决在矿井事故中顺利采用矿用潜水电泵进行抢险以及提高潜水电泵在矿井排水系统中的应用效率,从潜水电泵的实际情况出发,在对矿用潜水电泵的技术系统进行深入分析研究的基础上,针对所出现的具体问题提出一整套有系统的建议性方案,从而提高潜水电泵的技术系统[3]。

(1)矿用潜水电泵的系统优化设计

图1

矿用潜水电泵的系统包括了两个主要的组成部分,一个是潜水电机,另一个是潜水泵。对于矿用潜水电泵的研究主要是针对潜水电机以及潜水泵这两个子系统的研究。在我们日常生活中以及消防工作中所使用的给排水系统就是潜水电泵中的一种超系统,基于这个理论来进行关于矿用潜水电泵的优化设计,需要对其进行可跃变形式的改造与设计,以此来提高潜水电泵的作业效率。这个设计的关键在于对潜水电机以及潜水泵进行设计。设计系统如图1所示。

(2)矿用潜水电泵的优化设计

潜水电泵的设计包括了上泵与下泵的设计。其中,上泵的设计指的是潜水泵位于电机的上方,如此一来可以在矿井作业的过程中减小潜水泵所占用的位置,这种潜水电泵的设计结构比较适用于小型作业的潜水泵以及深井使用的潜水电泵；另一方面,下泵的设计指的是潜水泵位于电机的下方,并且具有两种形式,分别是内装式和外装式：在内装式的结构中,液体从电泵输出以后,首先会在电机的周围环形流通道经过,使其对电机进行冷却后，再从电泵出口流出,该种电泵结构具有防止电机升温的优点[1]。

(3)矿用潜水电泵控制系统的优化设计

图2

对于矿用潜水电泵控制系统的设计主要采用的设计方式是排水管的测量传感器以及PLC控制系统。在PLC控制系统中,CPU是主要的控制核心,其他执行器以及传感器发挥着辅助性的控制作用,通过该设计可以对潜水电泵进行实时控制,在控制潜水电泵的开关的时候可以操作上泵与下泵的控制阀来进行控制,也就是可以使潜水电泵自动进行串联与并联之间的转换。

图2是关于PLC的梯形图程序。在上图中,10.0、10.1、10.2、Q0.0、Q0.2、S1、S2分别代表了PLC结构的安全水位、低水位、高水位、闸口的开关K1、闸口的开关K2、并联控制开关、串联控制开关。其作业的过程具体操作步骤如下:当矿井的水位到达并联控制开关的位置,闸口开关K1自动开启，闸口开关K2自动关闭,此时,矿用潜水电泵的作业状态处于双泵并联独立运行状态中,同时矿井下放的积水从上泵进入,经过升压后,在下泵的出口流出,而剩下的积水会从下泵的吸水口进入,经过升压后,从上泵的出口流出,最终两边流出的水汇聚在潜水电泵的总出水口处,此时其扬程没有发生任何变化,而流量则比单泵多一倍。

当矿井下方的水位到达串联控制开关的位置高度,闸口开关K2自动打开,此时闸口开关K1会自动关闭,潜水电泵自动进入串联的作业状态,矿井下的水会从下泵吸水口流进,经过升压后,从下泵的出水口流出,所流出来的水会经过管道进入上泵,经过二次升压之后,最终给水会从上泵的出水口流出,在整个过程中,矿用潜水电泵所需要的流量保持不变,而其扬程则提升了一倍。

当矿井下方积水的水位到达了安全水位的时候,矿用潜水电泵自动停止作业,由此可达到矿用潜水电泵之自动化、智能化的设计目标。

综上所述,矿用潜水电泵的优化设计中,需要根据实际的情况来进行水泵控制阀的切换,以保证矿用潜水电泵可以得到正常的使用,与此同时,让矿用潜水电泵更加科学合理的应用于矿井的给排水系统以及矿井事故的抢险工作中。这种优化设计有利于提高水力模型的流量与扬程,从而保证了矿用潜水电泵的强度与稳定安全性能,满足深井提水的实际需求。

3案例实践

以某地区的矿井水事故为例,经过专家人员的研究证明，决定在该地区安装了所优化设计的给排水系统,所适用的潜水电泵其扬程是800 m,流量为100/m3/h,一共两台,排水管路是Q345B。经过一段比较长时间的应用与检验,发现其运行稳定且安全,没有发生故障与矿井水灾事故。由此可见采用矿用潜水电泵优化系统对于矿井安全稳定的运行具有明显的保障作用,具有极其理想的推广价值。

4结语

现阶段我国正处于市场经济高速发展的阶段,矿用潜水电泵为我国的给排水系统以及减轻矿井水灾事故的发生带来有力的保障，但是目前该技术设备的运用仍然存在着多方面的问题,需要对其进行优化设计,以提高其作业效率,提高其在矿井水灾事故抢险工作中的安全保障性,并且实现了矿用潜水电泵的自动化,减少了人力物力与时间,有利于提高矿井作业的经济效益。

参考文献

[1]施卫东,孙新庆,陆伟刚,曹卫东,张华. 矿用潜水电泵性能正交试验[J]. 排灌机械工程学报, 2011(01)

[2]高传昌,汪顺生,刘正勇. 大型潜水电泵接力排水系统运行工况研究[J]. 排灌机械, 2004(02)

[3]李万清. 煤矿大型潜水电泵安装实践[J]. 中州煤炭, 2013(12)

[4]杨武洲,蒋猛,唐晓宾,杨郑. 大型潜水电泵在立井抢险排水中的吊装[J]. 中州煤炭, 2000(01)

[5]矿用隔爆型潜水电泵通过鉴定[J]. 煤矿机电,1987(05)