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        煤礦用輕型化應(yīng)急救援用潛水電泵的研制

        2020-08-31 07:01:18宋占松
        煤礦機(jī)電 2020年4期
        關(guān)鍵詞:電泵揚(yáng)程潛水

        宋占松

        (安標(biāo)國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心, 北京 100013)

        0 引言

        目前國內(nèi)的煤礦用應(yīng)急救援用潛水電泵的質(zhì)量和體積比較大,適應(yīng)性不強(qiáng),可靠性和配套性也較差。為進(jìn)一步降低其質(zhì)量和體積,提高可靠性和可移動(dòng)性,提升礦井水災(zāi)應(yīng)急救援排水能力,有必要研制輕型化應(yīng)急救援用潛水電泵。

        1 國內(nèi)外生產(chǎn)技術(shù)比較

        我國煤礦用潛水電泵早年主要為引進(jìn)前蘇聯(lián)的產(chǎn)品。經(jīng)過近年來的發(fā)展,現(xiàn)在我國擁有5~70 m潛水電泵的生產(chǎn)企業(yè)12家,生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品的規(guī)格型號(hào)均已超過了大部分國外公司。但我國泵的制造工藝及材料與德國、瑞典等先進(jìn)國家的相比還存在一定的差距,尤其是在可靠性與使用壽命上,在國際上只能算中等水平[1]。由國外較為有代表性的安德里茨集團(tuán)德國里茨公司生產(chǎn)的救援排水潛水電泵與國內(nèi)參數(shù)作比較,見表1。

        表1 國內(nèi)外技術(shù)參數(shù)比較

        由表1可知,與國外同類產(chǎn)品相比,國內(nèi)潛水電泵行業(yè)技術(shù)明顯落后,處于國外20世紀(jì)80~90年代的水平,不能適應(yīng)當(dāng)前礦山排水應(yīng)急救援的需要[2]。德國里茨公司泵的管路部分起導(dǎo)流及懸吊泵工作部分和電動(dòng)機(jī)的作用,管路部分由逆止閥、揚(yáng)水管、泵座等零件組成。

        2 目前存在的問題

        應(yīng)急救援用潛水電泵屬機(jī)電一體化大型裝備,從參數(shù)計(jì)算(如電磁、水力、壽命等)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇,到制造工藝技術(shù)專業(yè)化要求都比較高,特別是潛水電動(dòng)機(jī)技術(shù)和機(jī)泵配合技術(shù),需要長期的技術(shù)研究和經(jīng)驗(yàn)積累,同時(shí)還需真機(jī)實(shí)際試驗(yàn)才能保證其安全可靠性。而我國潛水電泵生產(chǎn)企業(yè)除少數(shù)幾家具備一定的研發(fā)能力,普遍技術(shù)研發(fā)能力差,造成產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊。市場無序競爭也不利于產(chǎn)品水平的提高。目前主要存在以下問題。

        1) 現(xiàn)有的排水救援裝備笨重、使用壽命短,缺少耐磨性好、承壓性能強(qiáng)的軸瓦材料。主要表現(xiàn)在一些產(chǎn)品的技術(shù)性能過低或不全;一些潛水電泵吸入口過濾網(wǎng)罩面積過小,經(jīng)常發(fā)生堵塞,影響排水效果;一些潛水電泵設(shè)計(jì)的介質(zhì)適應(yīng)能力過低,只能適應(yīng)固體顆粒體積分?jǐn)?shù)4%以下甚至更低的水質(zhì),造成磨損過快;一些潛水電泵適應(yīng)水質(zhì)的pH值范圍較窄,在酸性水源中,耐酸材料磨損很快,需要經(jīng)常更換設(shè)備;一些產(chǎn)品在電機(jī)功率匹配上不合理,經(jīng)常超載而燒毀電動(dòng)機(jī)。

        2) 排水設(shè)備成套性、適應(yīng)性差。泵、電動(dòng)機(jī)、管路、電控、閥、電纜一體化的配套能力較差,不同廠家的水泵、管路及相關(guān)部件的性能、特點(diǎn)有差別,容易出現(xiàn)不匹配的問題,對(duì)排水環(huán)境適應(yīng)性也不同,缺乏成套性,影響排水作業(yè)效率,甚至影響排水作業(yè)順利進(jìn)行。在有些煤礦救援中,就出現(xiàn)臨時(shí)尋找且長距離調(diào)集備用耐高壓柔性排水管、合適的備用水泵和排水管路、管路接頭等設(shè)備和配件,安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力,多次出現(xiàn)水泵損毀情況,較長時(shí)間達(dá)不到理想的排水能力,降低了救援效率并增加了救援消耗[3]。

        3) 現(xiàn)有產(chǎn)品在輕型化方面還有很大的差距。在井下運(yùn)輸非常困難,嚴(yán)重影響救援的進(jìn)度。

        因此,水泵的輕型化是提高煤炭產(chǎn)能的關(guān)鍵因素。

        3 輕型化應(yīng)急救援用潛水電泵的研究分析

        3.1 水泵輕型化分析

        目前應(yīng)急救援用潛水電泵的特點(diǎn)包括揚(yáng)程高、流量大、配置電動(dòng)機(jī)功率大、體積大、質(zhì)量大,而且潛水深度深,電動(dòng)機(jī)承壓大,氣密性要求高。由于使用環(huán)境對(duì)潛水泵提出了更高的要求,故對(duì)材料選型、鑄造和加工工藝也提出了更高的要求,零部件的大型化、電壓等級(jí)提高、潛水深度提高、水壓力增加對(duì)檢測設(shè)備、檢驗(yàn)條件提出了更高的要求。

        由水泵的理論可知:流量比例定律Q1/Q2=n1/n2;揚(yáng)程比例定律H1/H2=(n1/n2)2;水泵的功率P∝Q×H。由此可推出:P1/P2=(n1/n2)3;式中:Q為流量;n為轉(zhuǎn)速;H為揚(yáng)程。

        在水泵尺寸不變的情況下,水泵的輸出功率與轉(zhuǎn)速成3次方正比關(guān)系。在功率不變的情況下,轉(zhuǎn)速提高,可大大減小水泵的體積。

        3.2 電動(dòng)機(jī)輕型化分析

        根據(jù)電動(dòng)機(jī)的理論,主要尺寸、功率、轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系:

        P=CA×D2×Lef×n

        (1)

        式中:CA為常數(shù);n為轉(zhuǎn)速;D2×Lef為電動(dòng)機(jī)體積。

        在功率一定的情況下,轉(zhuǎn)速升高,電動(dòng)機(jī)的體積減小。故設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可提高,從而進(jìn)一步減小電動(dòng)機(jī)的體積,最終使電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量進(jìn)一步減小。

        4 輕型化潛水電泵的研制

        經(jīng)反復(fù)研究論證實(shí)踐,研制出流量300 m3/h、揚(yáng)程50 m,流量300 m3/h、揚(yáng)程200 m,流量100 m3/h、揚(yáng)程100 m共3種規(guī)格的礦用輕型快速搶險(xiǎn)潛水電泵樣機(jī)各1臺(tái)。樣機(jī)滿足以下要求:

        1) 耐酸堿度3

        2) 混濁度>10%,連續(xù)工作時(shí)間不低于200 h。

        3) 體積質(zhì)量較同功率泵的降低不低于30%。

        4) 整機(jī)長度<4 m。

        5) 具有防堵塞清洗裝置。

        6) 主機(jī)配有可移動(dòng)裝置。

        7) 允許潛沒深度不小于70 m。

        樣機(jī)的外形如圖1。樣機(jī)的技術(shù)參數(shù)見表2。

        (a) 電泵BQ300-200-280(660/1 140)

        (b) 電泵BQ300-50-75(380/660)

        (c) 電泵BQ100-100-55(380/660)

        表2 樣機(jī)技術(shù)參數(shù)

        5 效果分析

        電動(dòng)機(jī)減重情況對(duì)比如表3所示。通過對(duì)比分析可以看出,輕型應(yīng)急救援用潛水電泵的減重最高達(dá)到40%左右。產(chǎn)品經(jīng)過專業(yè)檢測中心的檢驗(yàn)合格。

        表3 電動(dòng)機(jī)減重情況對(duì)比

        6 結(jié)論

        通過研究潛水電泵的現(xiàn)狀及潛水電泵的輕型化分析,研制了煤礦用輕型化應(yīng)急救援用潛水電泵。通過對(duì)比分析可知,輕型化潛水電泵的設(shè)計(jì)是成功的,對(duì)煤礦井下透水事故的救援起到重要作用。

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