煤矿水泵运行状况及节能技术研究

[摘 要]本文指出水泵运行中存在的问题，并针对其问题，提出了改进的措施，对煤矿水泵进行节能研究有着突出重要的意义。

[关键词]水泵；运行状况；节能改造

中图分类号：TM921.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）48-0078-01

1 引言

在煤矿。水泵是最主要的耗电设备之一。但由于这些设备长期连续运行和常常处于低负荷及变负荷运行状态，运行工况点偏离高效点.运行效率降低.大量的能源在终端利用中被白白地浪费，因此，对煤矿水泵进行节能研究有着突出重要的意义。

2 煤矿水泵运行状况及节能分析

煤矿运行的泵种类繁多，数量多，耗电量大，大功率的水泵的经济运行.直接关系到煤矿企业生产成本高低，目前我国煤矿中除少量采用汽动给水泵。液力耦合器及双速电机外，基本上都采用定速驱动。这种定速驱动的泵，由于采用出口阀调节流量。都存在严重的节流损耗。由于水泵的运行偏离高效点，使运行效率降低。有资料显示：绝大多数排水系统效率高，吨水百米电耗低，但约有20%的被测设备性能不佳，有的水泵能耗指标不符合《生产矿井质量标准化标准》的规定，能源损失和浪费很大，已经到了非改不可的地步了。主要存在以下问题：

2.1 水泵自身效率

目前仍有一部分矿井使用老型号的低效泵。这些水泵本身效率就非常低，工况效率不可能高；大部分矿井虽然采用较先进的D或PJ型泵，但由于检修安装质量不高，导致机械损失、水力损失、容积损失加大，效率明显降低。

2.2 水泵运行工况效率

虽然水泵本身效率较高。但运行工况效率低。产生这种现象的主要原因是由于选用水泵的扬程高或流量太大。运行工况点偏离了工业利用区的经济合理段。没有发挥出高效泵的作用。

2.3 管路效率

排水管路与水泵匹配不合理.管径偏小或管路阻力偏大。吨水百米电耗最低工况就是系统效率最大工况，而系统效率在工业利用区内随流量增加而增大，把力图在泵的效率最高点作为选择水泵的一条原则是不能达到尽量降低能耗的；排水管路挂垢严重，使管路阻力增大，导致管路效率降低。。

2.4 水力效率

水力效率决定于水力损失。水力损失包括摩擦、冲击和涡流损失。这些损失是水在叶轮和各通流部件运动时由于边壁摩擦。过流断面形状和尺寸的改变而引起的水流速度大小和方向的变化所致。据资料分析表明。分段式多级水泵一级水力损失分布的大致比例是：进水段流道中的流水速度较小。其摩擦和冲击损失较小.水力损失主要发生在叶轮和随后的通流部件中。叶轮中的损失可以说是最大的，约占了总损失的一半。

2.5 容积效率

容积效率决定于容积损失。容积损失包括大口环、小口环的循环流损失。通过密封填函和平衡盘的泄漏损失。

2.6 水中固体颗粒的作用

由于水中固体颗粒的作用。长期运行后的水泵叶片出口边缘被磨损，致使叶片出口角发生变化。磨损造成出口角加大后可能引起特性曲线的变化，趋势是出口角愈大，特性愈平稳。叶片出口边缘背面磨损后的情况类似于削薄叶片背面，结果可能引起特性曲线的变化趋势是在额定流量范围内增加扬程。

2.7 叶轮流道堵塞严重

由于矿井水仓或沉淀池的功效不足和入水口攔截漂浮物措施不力，不少矿井出现污泥及木屑杂物不同程度的堵塞水泵流道的现象。在管道特性不变的情况下，随着叶轮流道堵塞程度的发展，水泵特性曲线显示其扬程曲线内缩，效率特性朝着流量减少方向移动，工况点沿管路特性曲线向流量减少方向滑移。

3 节能改造的措施

针对我国水泵使用及运行实际情况，下面从提高水泵本身效率及与管网匹配程度两方面对水泵节能进行研究。

3.1 减小水泵内部损失。提高泵效率

泵在把原动机的机械能转换成流体的机械能的过程中，要产生各种能量损失，这些损失按其性质可分为机械损失、容积损失和流动损失三部分。由于水泵内部流体运动的复杂性。上述各种损失至今仍不能用理论方法计算出精确的结果，主要依靠试验方法测定，再由此总结出半经验半理论的计算公式。要提高水泵本身的效率。就要减少上述各种损失。

（1）水泵的机械效率主要取决于泵机叶轮的几何形状，亦即决定于比转速值，所以应注意以下几点。

①在选择或设计扬程高的水泵时。应该选择或设计转速较高而叶轮直径D：较小的这类泵，避免选用或设计转速低而D2大的这类泵。②在选择或设计高扬程的低比转速水泵时，可采用多级的泵.或适当增大叶轮叶片的出口安装角。尽量避免采用大的D2来达到高扬程的目的。③降低叶轮盖板外表面和泵壳内表面的粗糙度，从而使泵的效率提高。

（2）减小泵的容积损失，提高容积效率主要从两方面着手：一是减小动、静间隙形成的泄漏流动的过流截面；二是设法增加泄漏流道的流动阻力。

（3）为减少水泵内部的流动损失，提高流动效率，在设计或改造泵时，应注意以下几点：

①水泵装配合理，叶轮出El与导水圈吻合。②清除水圈向返水圈翻转的过程流道中的飞边、毛刺等铸造缺陷。③合理确定过流部件各部位的流速值。④在流道内要尽量避免或减少出现脱流。⑤要合理选择各过流部件的进、出口角度，以减少流体的冲击损失。⑥过流通道变化要尽可能地平缓；在流道内要避免有尖角、突然转弯和扩大。⑦流道表面应尽量做到光滑和光洁，避免有粘砂、飞边、毛刺等铸造缺陷。

3.2 正确选定水泵的设计参数：对选型不当的水泵进行技术改造

一台水泵是否节电取决于很多因素，除自身的效率外，还与管网设计是否合理、阻力大小及与管网是否匹配良好等因素有关。所谓匹配指的是水泵设计的流量和扬程应与管网所需流量和扬程相符.也就是说水泵所产生的扬程应能克服管网阻力，满足管网流量的需要。离心式水泵的流量通常是用调节门来调节的。调节门关得越小。节流损失越大.水泵使用效率越低。实现水泵和管网合理地匹配是节能降耗最有效的途径。endprint

为了减轻或防止因水泵的额定参数大于实际运行参数而造成运行效率和可靠性降低。可以根据不同情况分别采用切割叶片及更换高效叶轮两种方法对水泵进行技术改造。我国现在使用的水泵有许多模型，效率指标均不高，对这部分泵，可以用高效泵替换它。也可以设计模型效率高的叶轮更换原叶轮，达到节能的目的。在我国已有科研部门和高校对这方面进行研究，并在实践中取得很好的效果。

3.3 电机换级和水泵降速

若泵扬程富裕量达50%-60%，则可将转速降低一档，以利节电。

3.4 水泵调速节能

采用变速调节，可以有效地减轻叶轮和轴承的磨损，延长设备使用寿命，降低噪声，大大改善起动性能；工艺条件的改善也能够产生巨大的经济效益；也可以利用变频技术对电机进行调速。

水泵除由于设计中层层加码，留有过大的富裕量，造成能源浪费之外。还由于为满足生产工艺上的要求，采用节流调节，造成更大的能源浪费现象。为了降低水泵的能耗，除了提高水泵本身的效率，降低管路系统阻力，合理配套并实现经济调度外。采用调速驱动是一种更加有效的途径。

3.5 检查水泵叶轮、叶片磨损情况.及时更换损坏叶轮

水泵的叶轮是决定其特性的关键部件。长期运行后的水泵叶片出口边缘被磨损。在一定限度内吨百电耗不会有增加的可能.但当出现叶轮磨损致水头不足或叶片磨损致扬程不足时须更换叶轮。

3.6 及时更换口环

口环是易损元件之一.我们须按使用说明书要求定期检查和更换。此外，对密封填函的泄漏损失进行有效控制，使压盖压紧的均匀程度趋于合理，使水滴保持均匀外滴。同时对磨损、老化的填料及时更换，确保泄漏损失有效减少。此外，定期检修和更换平衡盘平衡环，从而保持正常的平衡间隙。

3.7 加强污水的沉

应尽可能将水中的木屑拦阻在水泵装置以外。尽量加强污水的沉淀措施，减少煤泥等在矿井水中的含量.从而减少堵塞的可能性。

3.8 防止外界空气进入水泵系统

在操作上还应注意防止外界空气袭人进水管和水泵进水段。水泵进水侧填函。进水管上的真空表接口孔。进水线上各部件的法兰接I=l都是空气袭人的途径。此外.应确保水位下限须在过滤器法兰端面以上300-400mm，否则空气有可能穿过水层进入水管。

4 结语

矿山排水设备的用电量在矿井各项电耗之中占有很大比例，一般高达30%以上，因此，通过对排水设备的性能测定，及时掌握水泵的运行状况，对排水系统效率低，吨水百米电耗高的水泵，应认真分析原因，进而采取相應措施，以保证排水设备安全经济运行。

作者简介

刘艳芳（1984.12），陕西神木人，毕业于陕西能源职业技术学院电气自动化专业，研究方向为水泵原理与运行状况分析。endprint