提高主排水系统效率的技术研究

种庆福

（窑街煤电集团有限公司三矿，甘肃 兰州 730080）

1 项目研究技术路线

（1）主排水系统存在问题的统计分析。（2）研究主排水系统存在问题的解决方法。（3）准备项目所需的设备、材料、配件。（4）对项目进行实施。（5）总结项目实施情况。

2 项目研究内容和目标

2.1 研究内容

（1）如何改进开机方式，缩短开机时间。（2）如何提高排水效率。

2.2 研究目标

（1）提高主排水系统的可靠性。（2）提高主排水系统的排水效率，实现节能效果。

3 项目研究内容

3.1 主排水系统概况

三矿井主排水系统由1650水泵房、1525水泵房及1400水泵房3个泵房组成。1525水泵房承担六采区1525及以上水平矿井涌水的排水任务；1650水泵房承担五采区1650以上水平矿井涌水及1400水泵房排上来的矿井水的排水任务；1400水泵房承担五采区、六采区1450水平、1400水平(含1400水平以下临时排水设施排上来的水)及七采区水平矿井涌水的排水任务。

（1）1650水泵房：安装有200D43×6型水泵3台、200D43×8型水泵1台，配用电机功率分别为315kW电机3台，450kW电机1台，排水能力为288m3/h，2趟排水管路通过皮带斜井直通地面排洪沟和净化车间水池，管径为￠300mm；泵房有甲、乙2个水仓,甲仓容积为1960m3，乙仓容积为2500m3。（2）1525水泵房：共安装4台水泵，其中3台水泵为200D43×9型，配用电机功率为450kW，排水能力为288m3/h，另有1台150D水泵，配给功率160kW，排水能力为150m3/h。200D43×9型水泵将矿井水排至地面排洪沟和净化车间水池，排水管路2趟，管径为￠200mm；150D型水泵将水排至1700水池和1600水池，用于井下防尘和设备冷却；泵房有甲、乙2个水仓，甲仓容积为1250m3，乙仓容积为1424m3。（3）1400水泵房：安装有4台200D43×8型水泵，配用电机功率为450kW，排水能力为288m3/h，2趟排水管路通至1650水仓，管径为￠250mm；泵房有甲、乙2个水仓，甲仓容积为1350 m3，乙仓容积为1400m3。

3.2 排水系统存在的问题

（1）目前采用射流器对水泵进行排气，依靠大气压力对水泵进行充水，对水泵的密封性能要求高，充水时间长。（2）水泵排水时真空度低，排水效率低、排水时间长、耗能多。（3）系统维护的工作量大，系统可靠性低。

3.3 问题解决方案

（1）离心泵的工作原理。离心泵是利用叶轮旋转而使水产生的离心力来工作。离心泵在启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，然后启动电机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，水在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入水泵的压水管路。水泵叶轮中心处，由于水在离心力的作用下被甩出后形成真空，吸水池中的水便在大气压力的作用下被压进泵壳内，叶轮通过不停地转动，使得水在叶轮的作用下不断流入与流出，达到了输送水的目的。（2）解决方案。从离心泵的工作原理可知，离心泵启动前，必须使泵壳和吸水管内充满水，而且在排水过程中，必须依靠大气压源源不断的将水从吸水池内压入水泵。以上环节必须确保水泵的密封性能可靠，且密封性能的好坏直接决定水泵的排水效率高低。若能够使水泵摆脱对密封性能和大气压的依赖性，采用一种可靠的方法向水泵供水，就能提高排水效率。经研究，决定采用潜水泵为主排水泵供水，即将潜水泵安装在主排水泵的吸水管上。采用潜水泵供水必须满足2个条件：一是潜水泵的流量必须和主排水泵的流量相当，这样才能满足主排水泵的排水需求；二是潜水泵的扬程必须满足主排水泵的吸程要求。经选型，选用了一种流量280m3/h、扬程10m的7.5kW潜水泵。

4 研究的创新点

采用潜水泵代替射流泵为水泵充水，该方法对水泵密封性能的要求低，水泵上水快、充水时间短，水泵开机时间短，系统的可靠性得到提高，排水效率得到有效提高。

5 项目研究取得的成果

5.1 开机时间大大缩短，提高了系统的可靠性

选用1650水泵房的主排水泵做开机试验，试验数据见表1。

表1

从表1的试验数据可知，2种充水方式的开机时间差，主要体现在泵体充水过程，原有方式开机时间约15min，现有方式开机时间约2min，2种方式开机时间相差约13min。在矿井涌水正常的情况下，这13min时间的意义不大，但在遇到涌水量突然增大的紧急情况时，这13min就显得十分重要了。在正常情况下，可采用潜水泵充水的方式开机，当潜水泵故障时，在不更换潜水泵的情况下，仍然可以采用射流泵开机，也就是说，射流泵充水的开机方式现在是备用，提高了系统的可靠性。

5.2 对水泵的密封性要求低，维护工作量小

原来的开机方式，对水泵的密封性能要求很高。若密封性能降低，将无法排空泵体内的空气，大气压无法向泵体内冲水，也就无法开机，必须及时更换密封材料（盘根），更换盘根费时较长。采用大流量潜水泵往泵体供水，对水泵的密封要求较低，可以解决这一问题，延长了盘根的使用时间，减少了盘根的更换频次，减小了维护工作量。

5.3 提高了排水效率，降低了排水时间，节能效果显著

水泵的密封性能直接决定大气压往泵体内供水的效率，可以说是水泵的密封性能越好，水泵的上水量越大。采用潜水泵供水却刚好避开了这一问题，水泵的供水可通过潜水泵源源不断的供应，使水泵有了足够的上排水源，无疑增加水泵的流量，提高了排水效率。仍以1650水泵房为例，改造前，水泵电机的工作电流平均22A，改造后水泵电机的工作电流平均28A，改造前后的工作电压不变，水泵的工作效率提升了27%。我们对1650水泵房改造前、后1个月的运行记录进行了统计。改造前每天平均开机时间为21.5h，这个时间已超出了《煤矿安全规程》的规定；改造后天平均开机时间为14.5h；前后开机时间减少了7h。开机时间缩短了，也就意味着减少了电能的消耗，节能效果显著。

5.4 克服了汽蚀现象，提高了水泵使用寿命

原来采用负压供水，难免在泵体内残留空气，存在汽蚀现象。而潜水泵为正压供水，刚好克服了这一问题，减少了汽蚀对叶轮的损伤，提高了水泵的使用寿命。

5.5 改善了作业环境，减少噪声对职工的危害

每天开机时间减少了7h，减少了职工接触设备运行噪声的时间，改善了职工的作业环境，减少了噪声对职工的危害，得到了职工的好评。

6 取得的效益

6.1 经济效益

（1）每天节省运行时间电能W1：

（2）潜水泵每天用能W2：

（3）主排水泵与原来相比每天多用电能W3：

（4）每天节省电能W4：

（5）每年节省电费P：

6.2 安全效益

该项目提高了排水效率，提高了系统的可靠性、安全性。

6.3 其他效益

（1）减少了职工接触噪声的时间，改善了职工作业环境，得到了职工的好评。

（2）减少了维护工作量。

7 存在的问题和以后努力的方向

（1）存在问题。由于潜水泵充水的时间很短，整个开机过程十分紧凑，在实际开机过程中，水泵工不能很好的把握潜水泵和主泵启动时间点，容易造成潜水泵存在短时间的憋压问题，潜水泵的密封材料使用寿命降低，增加了设备维护难度。每年增加潜水泵的维护费用约5万元，但与取得效益相比，完全可以接受。

（2）今后努力的方向。将主泵和潜水泵实行联动开机，尽可能缩短潜水泵和主泵的开机时间差，解决潜水泵的憋压问题。