提高矿井主排水泵运行效率的探讨

赵文涛

（黑龙江矿安安全生产技术有限公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

1 概述

长期以来，矿井一直属于高耗能单位。在矿井生产中，尤其突出的当属机电设备的耗能，特别是井下主排水泵需要消耗大量的能量[1,2]。本文综合对矿井主要排水设计的观点，提出了新的设计思路，可大大增强矿井排水工程的安全性、可靠性及其经济性。现将内容简述，并与各位同行一起进行探讨。

2 主排水泵选择

通常情况下，矿井排水主要通过离心式水泵进行。矿井排水设备主要涉及到水泵、管路与电动机几个部分，其运行效率与成本主要通过吨水百米电耗来进行衡量。由于离心水泵本身就是一种工作效率高、设备投入比较少、现场维修方便等诸多特性，所以目前的矿井主要排水泵房一般都是采用离心水泵和隔爆式电动机的组合模式。

3 离心水泵特点

离心水泵主要指的是一种能够利用水流离心力的机器，水泵在其运转过程中大致可以概括地划分为以下几个方面：即注水、闸阀的运行和操纵、安全性稳定运行[3]。注水环节是整个排水系统能够可靠地运行的基础和前提，离心水泵只有当其叶轮已经完全被水淹没时才能工作。因此在起动前先向泵里灌满大量的水，之后用高速的叶轮将泵里面的水进行高速旋转，水泵以这种方式作为离心运动，向外推卸时将水从叶轮上抛出送到出水管。外面的水在较大气压的影响下，从进口管道直接流入泵内。叶轮伴随着电动机不断高速旋转，水也不断由低处向高处流出。离心式水泵吸水扬程应根据大气压强确定。它主要是指通过采用“吸进”，“甩出”的一种方法运动来吸收和排放水。这被统称为“吸水扬程”，叶片在高速旋转时会形成一个小型的低压地带，依靠较强的大气压将水流动并带到较低的地带。

4 泵件损坏机理分析

4.1 汽蚀破坏

我们认为当泵件的叶片能够以高速旋转状态运行时水由于泵体压力小而被大气压入之后，当水泡扩散到位于高压地带的区域时很有可能因为泵件压力的增加而迅速凝聚，这时其体积随之降低，导致泵件里金属表面都遭受到了侵蚀。当泵件内部发生汽蚀时，水中的各种活性材料也都会在某种程度受到侵蚀和损害，致使泵件的磨损速度和程度大大提高[4]。矿井生产中，沉淀池的水流到达井侧时，大量的岩灰等粒子被输送到井侧。检测结果表明，水中岩灰等颗粒的灰分浓度非常高，灰分的粒度和硬度比较小，对泵部件没有磨损，干扰小。但是，由于存在大量的岩灰岩水，将导致汽蚀提前出现，对泵件造成汽蚀磨损，而且，因岩灰等颗粒相对较多，在水里将出现沉淀现象，沉淀之后会堵塞吸水管，这样在吸水的时候就会形成一定的阻力。

4.2 机械性磨损

泵件工作的时候将会发生机械磨损，这是可控性磨损的范畴，是非常普通的消耗磨损，一般对泵件的工作产生相对较小的干扰。而其与硬质颗粒相互间的磨损却能够产生非常严重的影响，主要包括以下四种磨损[5]。

一是变形磨损。当泵件处于工作状态的时候，硬质颗粒会处于高速运动状态之中，能够对泵件表面产生直接冲击，在瞬间形成非常强大的力，导致泵件变形。为降低该磨损的发生，通过改变泵件的韧性，来减小硬质颗粒的冲击，从而减小这种磨损。

二是切削磨损。当泵件工作的时候，泵件的表面会受到硬质颗粒各个角度的撞击，导致其受到磨损。此时应当提高其表面的剪切强度，降低由于撞击而产生的这种磨损。

三是斜向磨损。第一种和第二种磨损进行结合则形成了斜向磨损，发生这种磨损的时候，也就是双重冲击力来撞击泵件，使其受到最大的磨损。如果想减小这种磨损，则必须千方百计地提高泵件的综合性能，保证其具备剪切强度与韧性。

四是研磨磨损。也就是硬颗粒通过高压的方式磨损了泵件表面，对其形成研磨力，导致其受到磨损。为减小该种磨损，则必须提高其硬度，当其表面硬度能够明显高于颗粒的硬度时，可以有效减小磨损。

4.3 电化学冲蚀磨损

一般情况下，该领域应用的泵件往往由金属构成，运转的时候将产生相对微弱的电解池，伴随工作时间增加，其表面将出现电解现象，从而使其磨损速度加快。按照使用要求，泵件的材质同样存在一定的差异，在使用的时候电解程度将存在差异。在其表面电解的时候将形成一层比表面强度小的腐蚀层，这样就可以使其磨损提速。

针对某矿水泵效率低进行分析如下：

一是叶轮材料。当前，主排水之中应用的叶轮大部分为铸铁材料制成，耐磨、耐汽蚀性能较差，当它的入口边缘受到磨损的时候，入口角产生改变，形成异常冲击，使得水力损失有所增加，导致水泵工作效率减小，甚至还会出现穿孔现象。

二是导叶套、密封环材料的耐磨性能无法满足需求。从拆检结果进行分析，密封间隙磨损，是由于这个部位受切削磨损、研磨性磨损等共同作用，磨损后密封间隙变大，泄漏损失提高，流量降低，水泵运行效率减小。

三是某一水平泵房的水泵存在配套的电动机功率过大问题，形成“大马拉小车”模式。在水泵运行过程中，电动机负载小，电动机效率低，电能损失多，导致水泵效率不高。

四是某一水平泵房存在设计问题，水泵的额定扬程与水泵实际排高相差太多，从而导致水泵效率偏低。

五是水因素。水里含有大量固体微粒，导致叶轮阻塞，使其效率减小。

5 提高水泵运行效率的策略

如果想使水泵的效率提高，一定要按照水质状况来确定泵的材料与型号，确保其能够处于高效的状态下工作[6]。

（1）与制造厂商联系，定制耐磨、耐汽蚀性相对较好的水泵，例如利用锡青铜生产首级叶轮，利用耐磨合金球墨铸铁制造次级叶轮、导叶等各种部件，各级叶轮间装2Cr13不锈钢口环，通过锌基合金制造前段、出口段的口环[7]。

（2）当水泵运行的时候选择相应的抗汽蚀策略。首先，对泵吸入装置进行优化，提高有效汽蚀余量；其次，切实强化对水泵部件的维护和管理；其他的方法，例如减小汽化压力等。

（3）远程监控矿井主排水泵，即在水泵工作的时候使用信息技术手段和设备，这种方法可以在地面上监测井下水泵的动态状况，利用远程监控平台查询其历史数据资料。另外，井下还配备了防爆型网络摄像机，这样利用光纤就能够把图像传至地面。

6 结论

综上所述，通过改进矿井排水的传统方法，在选择水泵的材料和型号时，要仔细综合分析，及时发现问题，然后选择更加合理的方法进行解决，使水泵能够处于高效的运行状态，既提高了工人的工作效率，又提升了矿井排水系统的安全稳定性。