趙 明，曹俊鵬，楊少武，閆紀帆

(中核通遼鈾業(yè)有限責任公司，內蒙古 通遼 028000)

內蒙古某CO2+O2地浸采鈾礦山，采區(qū)布置有注液鉆孔和抽液鉆孔，浸出劑采用加壓方式通過注液鉆孔注入到含礦含水層，與礦層中的鈾充分反應并將其從礦石中浸出；含鈾的浸出液沿礦層滲流至抽液鉆孔，通過抽液鉆孔中的潛水泵提升至地表[1]。浸出液提升泵采用的是功率為5.5 kW的三相井用變頻潛水泵，經由抽液鉆孔下放至地面以下約150～160 m處。由于浸出液中攜帶有泥沙和礦層中的化學沉淀物等雜質，致使?jié)撍霉r較差，潛水泵故障甚至損壞的現(xiàn)象時有發(fā)生，導致潛水泵使用周期縮短。為此，開展了地浸礦山浸出液提升泵使用周期影響因素研究，以期采取針對性的解決措施來提高潛水泵的使用周期。

1 潛水泵運行現(xiàn)狀

1.1 井用潛水泵工作原理

井用潛水泵由潛水泵泵體及電機兩部分組成，工作時由潛水泵電機驅動潛水泵的葉輪旋轉，使葉輪進口處形成真空，將水吸入，水在葉輪葉片的作用下產生離心力，從而獲得加速度[2]；具有一定能量的水通過導流殼，進入下一級葉輪，隨著泵級數(shù)的增加，壓力不斷增大，最后通過揚水管將水運送至地表管路系統(tǒng)中。

1.2 潛水泵故障類型及成因

內蒙古某CO2+O2地浸采鈾礦山浸出液提升用潛水泵故障類型主要包括抽液量下降、電機過流、電機絕緣損壞等。通過理論分析并結合現(xiàn)場實際工況，得出潛水泵出現(xiàn)故障的成因。

1.2.1 潛水泵抽液量下降的成因

潛水泵抽液量下降的成因：1)潛水泵葉輪磨損/損壞導致運行中的潛水泵葉輪吃水面積減少，水在葉輪作用下所產生的離心力變小，泵的揚程也隨之變小，使得潛水泵抽液量下降[3]；2)潛水泵與電機的連接花鍵磨損，導致運行中的潛水泵電機軸與泵軸連接處的摩擦阻力變小、凹凸連接處滑絲，電機無法有效帶動潛水泵做功，影響功率傳輸效率，最終使得潛水泵抽液量下降；3)潛水泵斷軸導致運行中的潛水泵電機與泵體脫離，此時的潛水泵電機處于空載運行狀態(tài)，潛水泵則因失去了源動力而停止運行，潛水泵抽液量變?yōu)榱恪?/p>

1.2.2 潛水泵電機過流的成因

潛水泵電機過流主要是由潛水泵電機水封損壞引起的。潛水泵電機水封損壞，導致含有雜質的浸出液進入潛水泵電機內部定子、轉子之間的環(huán)形間隙，使得潛水泵電機定子、轉子間的摩擦阻力變大[4]。為維持電機轉速不變，需要產生更強的旋轉磁場和更大的激磁電流，最終導致潛水泵電機過流。

1.2.3 潛水泵電機絕緣損壞的成因

潛水泵電機絕緣損壞主要是由抽液鉆孔動水位過低引起的。抽液鉆孔動水位過低，導致井孔內水位超出了潛水泵-150 m的下潛深度，使得運行中的潛水泵處于抽空(空載運行)、無水冷卻狀態(tài)，最終導致潛水泵電機的絕緣溫度升高，進而過熱燒損。

2 影響潛水泵使用周期的主要因素

通過對因潛水泵葉輪磨損/損壞、潛水泵與電機的連接花鍵磨損、潛水泵斷軸、潛水泵電機水封損壞導致的故障潛水泵進行拆解，發(fā)現(xiàn)這些潛水泵均積淤嚴重。由于地浸采鈾礦山浸出液中攜帶有泥沙和礦層中的化學沉淀物等雜質，致使浸出液提升用潛水泵工況變差。

潛水泵長期在這種較差的工況下運行，易積淤過多而出現(xiàn)問題：1)高速運轉下的潛水泵葉輪與淤垢中的泥沙摩擦，導致葉輪葉片磨損甚至損壞；2)額外增加了潛水泵的載荷，在此種狀態(tài)下長期運行使得潛水泵與電機的連接花鍵處因所承受的扭力增大導致磨損嚴重，進而影響傳動，尤其是潛水泵由靜止啟動時，泵軸因承受的瞬時扭力過大易導致斷軸；3)潛水泵電機水封長期受淤垢中泥沙等雜質的磨擦、沖刷，導致水封密封不嚴甚至損壞。

分析認為，潛水泵葉輪磨損/損壞、潛水泵與電機的連接花鍵磨損、潛水泵斷軸、潛水泵電機水封損壞主要是由于潛水泵積淤過多所致。

綜合以上分析，可以將導致潛水泵抽液量下降、電機過流、電機絕緣損壞的原因(亦是影響潛水泵使用周期的因素)，歸結為潛水泵積淤過多和抽液鉆孔動水位過低。

3 提高潛水泵使用周期的方法

針對潛水泵積淤過多和抽液鉆孔動水位過低，制定相應解決方法，見表1。

表1 潛水泵故障成因及解決方法

3.1 提泵清淤

潛水泵及電機積淤過多使得潛水泵出力下降，導致潛水泵抽液量隨之下降[5]。區(qū)別于因抽液鉆孔動水位低、涌水量不足所導致的潛水泵抽液量下降，前者表現(xiàn)為泵的抽液流量降低但不波動，電機電流亦不波動；而后者表現(xiàn)為泵的抽液流量和電機電流會周期性同步波動。所以針對抽液量下降明顯但不波動、電機電流亦不波動的抽液鉆孔，可進行提泵清淤。

3.2 洗井

針對動水位低的抽液鉆孔，通過洗井提升水位，提高鉆孔涌水量。抽液鉆孔動水位低，實際上反映出其動水位波動較大，動水位最低時接近甚至超出了潛水泵的工作深度，導致潛水泵抽空(空載運行)。此種情況大多是因為抽液鉆孔過濾器堵塞造成，具體表現(xiàn)為潛水泵抽液量伴隨著潛水泵電機電流同步波動。所以針對潛水泵抽液量波動大、電機電流亦波動較大的抽液鉆孔，可進行洗井以提升水位，穩(wěn)定抽液流量。

3.3 潛水泵降頻運行

若無法通過洗井改善抽液鉆孔涌水量，提升水位，則需要將潛水泵電機降頻運行，減少其出力以穩(wěn)定抽液流量，避免潛水泵抽空(空載運行)導致絕緣燒損。

3.4 更換低功率潛水泵

對于動水位過低且無法通過洗井改善的抽液鉆孔，在保證潛水泵揚程的前提下，盡可能更換低功率潛水泵，在穩(wěn)定抽液流量的同時提高潛水泵電機的工作效率，提高其運行的經濟性。

4 提高潛水泵使用周期方法的現(xiàn)場應用

應用3.1～3.4所述提高潛水泵使用周期的方法，解決內蒙古某CO2+O2地浸采鈾礦山浸出液提升用潛水泵存在的實際問題。

4.1 解決潛水泵及電機積淤問題

在選擇抽液流量下降明顯但不波動、潛水泵電機電流亦不波動的抽液鉆孔，有針對性地進行提泵清淤。

24-2421鉆孔：該抽液鉆孔內潛水泵功率為5.5 kW，初始流量為6 m3/h，清淤前流量為2.5 m3/h。將整體泵提出后發(fā)現(xiàn)泵和電機均積淤嚴重，從而驗證了根據(jù)潛水泵抽液量和電機電流的變化來判斷潛水泵及電機積淤的可靠性。清淤后，該抽液鉆孔的抽液流量提升至5.8 m3/h，基本恢復正常，潛水泵抽液量下降的問題得以解決。

27-32B3鉆孔：該抽液鉆孔內潛水泵功率為5.5 kW，初始流量為6.2 m3/h、電機電流為11 A；清淤前流量為4.1 m3/h、電機電流為14.1 A。該潛水泵電機電流已接近過流保護設定值(14.3 A)，隨時存在電機過流跳閘的可能。對該鉆孔進行提泵清淤，將整體泵提出后發(fā)現(xiàn)泵和電機均積淤嚴重。清淤后，該抽液鉆孔的抽液流量提升至6.1 m3/h，電流降至11 A，基本恢復正常，潛水泵抽液量下降問題以及潛水泵電機過流隱患得以解決。

4.2 解決抽液鉆孔動水位過低問題

選擇抽液流量波動大、潛水泵電機電流亦波動較大的抽液鉆孔，有針對性地分別進行洗井、將潛水泵降頻運行和更換低功率潛水泵。

27-42B3鉆孔：該抽液鉆孔內潛水泵功率為5.5 kW，抽液流量在0～5.6 m3/h波動，電機電流在5.3～11.2 A波動。測量鉆孔動水位發(fā)現(xiàn)，該鉆孔的動水位最低時達-150 m，已經超出了潛水泵的下潛深度，從而驗證了根據(jù)潛水泵抽液量和潛水泵電機電流的變化來判斷抽液鉆孔水位低、涌水量不足的可靠性。對該鉆孔進行空壓機洗井，洗井后抽液流量穩(wěn)定在5.1 m3/h，動水位穩(wěn)定在-76 m，通過洗井有效避免了潛水泵抽空(空載運行)可能導致的電機絕緣燒損。

22-K1039鉆孔：該抽液鉆孔內潛水泵功率為5.5 kW，抽液流量在0～4.2 m3/h波動，電機電流在5.0～10.9 A波動，電機頻率為50 Hz，動水位在-70～-150 m波動。該抽液鉆孔經洗井后抽液流量未見改善，抽液流量仍波動較大。將該鉆孔內潛水泵降頻運行(由50 Hz降至47 Hz)以減少其出力，降頻運行后抽液量穩(wěn)定在2.5 m3/h，動水位穩(wěn)定在-79 m。通過將潛水泵降頻運行有效避免了潛水泵抽空(空載運行)可能導致的電機絕緣燒損。

11-26C0鉆孔：該抽液鉆孔內潛水泵功率為5.5 kW，抽液流量在0～2.3 m3/h波動，電機電流在5.6～11.1 A波動，電機頻率為50 Hz，動水位在-108～-151 m波動。該抽液鉆孔經洗井后抽液量未見改善，仍波動較大。將該鉆孔內潛水泵降頻運行(由50 Hz降至45 Hz)，降頻運行后抽液量仍波動。考慮到潛水泵運行的經濟性，不再對潛水泵繼續(xù)降頻以實現(xiàn)穩(wěn)定抽液量的目的；而是將原5.5 kW潛水泵更換為3.7 kW潛水泵，在其滿負荷運行的情況下水量穩(wěn)定在了1.92 m3/h，動水位穩(wěn)定在了-109 m。通過更換低功率潛水泵有效避免了潛水泵抽空(空載運行)可能導致的電機絕緣燒損。

5 結論

導致內蒙古某CO2+O2地浸采鈾礦山浸出液提升用潛水泵故障頻次較高、使用周期縮短的主要原因是潛水泵及電機積淤和抽液鉆孔動水位低，可以根據(jù)潛水泵抽液量以及電機電流的變化來判斷、區(qū)分成因。針對不同成因，通過對潛水泵及電機進行清淤可避免因潛水泵及電機因積淤過多導致的潛水泵抽液量下降或潛水泵電機過流；通過洗井、將潛水泵降頻運行、更換低功率潛水泵可避免因抽液鉆孔動水位低、涌水量不足導致的潛水泵抽空、絕緣燒損問題。