主排水泵事故分析

（五矿矿业（安徽）工程设计有限公司，安徽 合肥 230000）

铁矿主排水泵站，关系到矿山的安全生产，主排水泵的选型设计也越来越受到重视。在实际生产过程中常常会发生主排水泵平衡盘碎裂，轴承振动过大，水泵阀门不能正常打开，或者过电流，等等问题[1]。现通过实际生产过程中遇到的问题，对我们以后生产过程中主排水泵的选择提供一些宝贵的经验[2]。

1 事故发生

某矿主排水泵站设在-320m水平，-320m中段正常涌水量按21814.8m3/d设防，最大涌水量按33234m3/d设防。排水高度为327.8m。-320m中央水泵站内设有为5台MD550-50×8型多级离心泵，单机功率900kW。正常涌水时两台水泵同时工作，通过一条φ402×12型水管排至地表，最大涌水时4台水泵同时工作通过两条φ402×12型水管排至地表[3]。一台备用。该矿业-320m中央排水泵房主排水泵自安装后一直不能正常运行，多台水泵出现平衡盘损坏，水泵轴承振动大的问题，并且水泵正常运行阀门只能开20%，如果继续开大阀门，电机运行声音增大，电流超过额定电流，出现过载的情况。在水泵阀门20%开度的情况下，通过流量计的测量水泵流量已经达到550m³/h。

2 分析产生事故的原因

结合矿山现有水泵运行状况分析，现有水泵运行不良的原因。经核实现有水泵主要存在两大问题：第一水泵平衡盘碎裂，第二电机发热而引起的轴承损坏。水泵平衡盘碎裂主要可能是水泵发生了气蚀而导致的，电机发热说明水泵电机功率可能选择过小。现通过实际工况分析进行论证，由于水泵特性曲线和管路曲线比较复杂现通过VB和matlab设计一款小型软件对水泵性能曲线和管路特性曲线进行模拟，然后寻找水泵实际工况点。

（1）一台水泵通过一条管路时，且不考虑淤积此时水泵实际流速最大，功率达到最大值可验算水泵电机选择是否过小。

图1 软件模拟的水泵性能曲线和管路特性曲线寻找水泵实际工况点

通过曲线得出：实际工况点扬程H=345.01m，流量Q=632.57m³/h，轴功率Nzh=830.12kW。气蚀余量NPSH=5.6m。

①通过工况实际工况点对水泵电机发热问题进行分析：计算电机功率Nd=K×Nzh/ηch=1.1×830.12/0.95=961kW。电机铭牌功率900kW，电机过载，而出现发热。②通过实际运行工况点对水泵平衡碎裂问题进行分析：Hx≤Hd-Hqhx-NPSH。Hx=10.8-0.24-1.74-5.6=3.22≤4.9（实际要求吸上高度）。Hx—水泵在具体安装点的吸上高度。Hd—水泵安装地点大气压头。Hq—饱和蒸汽压头。hx—水泵吸水管扬程损失。NPSH—水泵必须气蚀余量。由上述计算可知：当水泵达到实际工况点时候，水泵允许的吸上高度只有3.22m，故水泵必然会产生气蚀。从而导致水泵平衡盘碎裂。

（2）两台水泵通过一条水管排至地表时，水泵正常工作时大部分属于这种工况，此工况可以用来核算电耗，以及校核实际运行是否发生气蚀。

通过曲线得出：实际工况点扬程H=371.38m，流量Q=582.81m³/h，轴功率Nzh=798.63kW。气蚀余量NPSH=5.0m。

图2 水泵性能曲线和管路特性曲线寻找水泵实际工况点

①通过工况实际工况点对水泵电机发热问题进行分析：计算电机功率Nd=K＊Nzh/ηch=1.1×798.63/0.95=924.73kW。通过计算可以看出，如果两台水泵并联会对电机过载有所改善，但是依然会存在过载的问题。②通过实际运行工况点对水泵平衡碎裂问题进行分析：Hx≤Hd-Hq-hx-NPSH。Hx=10.8-0.24-1.47-5.0=4.09≤4.9m（实际要求吸上高度）。Hx——水泵在具体安装点的吸上高度。Hd——水泵安装地点大气压头。Hq——饱和蒸汽压头。hx——水泵吸水管扬程损失。NPSH——水泵必须气蚀余量。

由上述计算可知：当两台水泵并联工作时，会对水泵的气蚀问题有所改善，但是依然不能完全消除。

3 提出解决方案

综合以上分析可以得出此主排水泵站，出现平衡盘碎裂，主要原因是水泵流量选择过大导致吸水管流速也过大造成进气管损失过大而导致水泵发生了气蚀现象，（最好选择低一级的水泵）。出现电机发热主要原因在于水泵实际工作过程中难免会出现一条水泵向一趟水管里面排水的情况，水泵设计过程中没有在一条水泵对应一条水管时验算水泵功率，而导致水泵电机选择过小（最好选择高一级的电机）。

综合经济技术各方面的考虑，也可以从以下几个方面来对主排水泵站的实际运行进行控制，应该也能防止上述事故发生，满足主排水泵站的实际排水要求：①通过失调水泵出口开度增加水泵出口阻力使水泵流量尽量接近550m³/h，这样使水泵尽量在额定工况点附近运行，对改善电机发热和改善气蚀均有好处。②通过提高吸水井最低水位线液面（最多只能提高0.5m），可以对水泵气蚀问题有所改善。③随着排水时间的增加，水管内部也会有许多淤积，这样对于改善水泵电机过载也是有好处的。④后期随着采矿工作面全面拉开，矿井实际涌水量增加，同时开启两台水泵排水，也对改善水泵电机过载和气蚀大有好处。⑤后期随着地表管路的铺设，以及地表新水池的建设，水泵排至地表新水池，也会增加部分管阻，对于改善水泵工作性能都是很有好处的。