趙文濤

（黑龍江礦安安全生產(chǎn)技術(shù)有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 概述

長(zhǎng)期以來(lái)，礦井一直屬于高耗能單位。在礦井生產(chǎn)中，尤其突出的當(dāng)屬機(jī)電設(shè)備的耗能，特別是井下主排水泵需要消耗大量的能量[1,2]。本文綜合對(duì)礦井主要排水設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)，提出了新的設(shè)計(jì)思路，可大大增強(qiáng)礦井排水工程的安全性、可靠性及其經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)將內(nèi)容簡(jiǎn)述，并與各位同行一起進(jìn)行探討。

2 主排水泵選擇

通常情況下，礦井排水主要通過(guò)離心式水泵進(jìn)行。礦井排水設(shè)備主要涉及到水泵、管路與電動(dòng)機(jī)幾個(gè)部分，其運(yùn)行效率與成本主要通過(guò)噸水百米電耗來(lái)進(jìn)行衡量。由于離心水泵本身就是一種工作效率高、設(shè)備投入比較少、現(xiàn)場(chǎng)維修方便等諸多特性，所以目前的礦井主要排水泵房一般都是采用離心水泵和隔爆式電動(dòng)機(jī)的組合模式。

3 離心水泵特點(diǎn)

離心水泵主要指的是一種能夠利用水流離心力的機(jī)器，水泵在其運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中大致可以概括地劃分為以下幾個(gè)方面：即注水、閘閥的運(yùn)行和操縱、安全性穩(wěn)定運(yùn)行[3]。注水環(huán)節(jié)是整個(gè)排水系統(tǒng)能夠可靠地運(yùn)行的基礎(chǔ)和前提，離心水泵只有當(dāng)其葉輪已經(jīng)完全被水淹沒(méi)時(shí)才能工作。因此在起動(dòng)前先向泵里灌滿大量的水，之后用高速的葉輪將泵里面的水進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，水泵以這種方式作為離心運(yùn)動(dòng)，向外推卸時(shí)將水從葉輪上拋出送到出水管。外面的水在較大氣壓的影響下，從進(jìn)口管道直接流入泵內(nèi)。葉輪伴隨著電動(dòng)機(jī)不斷高速旋轉(zhuǎn)，水也不斷由低處向高處流出。離心式水泵吸水揚(yáng)程應(yīng)根據(jù)大氣壓強(qiáng)確定。它主要是指通過(guò)采用“吸進(jìn)”，“甩出”的一種方法運(yùn)動(dòng)來(lái)吸收和排放水。這被統(tǒng)稱為“吸水揚(yáng)程”，葉片在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)形成一個(gè)小型的低壓地帶，依靠較強(qiáng)的大氣壓將水流動(dòng)并帶到較低的地帶。

4 泵件損壞機(jī)理分析

4.1 汽蝕破壞

我們認(rèn)為當(dāng)泵件的葉片能夠以高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)運(yùn)行時(shí)水由于泵體壓力小而被大氣壓入之后，當(dāng)水泡擴(kuò)散到位于高壓地帶的區(qū)域時(shí)很有可能因?yàn)楸眉毫Φ脑黾佣杆倌郏@時(shí)其體積隨之降低，導(dǎo)致泵件里金屬表面都遭受到了侵蝕。當(dāng)泵件內(nèi)部發(fā)生汽蝕時(shí)，水中的各種活性材料也都會(huì)在某種程度受到侵蝕和損害，致使泵件的磨損速度和程度大大提高[4]。礦井生產(chǎn)中，沉淀池的水流到達(dá)井側(cè)時(shí)，大量的巖灰等粒子被輸送到井側(cè)。檢測(cè)結(jié)果表明，水中巖灰等顆粒的灰分濃度非常高，灰分的粒度和硬度比較小，對(duì)泵部件沒(méi)有磨損，干擾小。但是，由于存在大量的巖灰?guī)r水，將導(dǎo)致汽蝕提前出現(xiàn)，對(duì)泵件造成汽蝕磨損，而且，因巖灰等顆粒相對(duì)較多，在水里將出現(xiàn)沉淀現(xiàn)象，沉淀之后會(huì)堵塞吸水管，這樣在吸水的時(shí)候就會(huì)形成一定的阻力。

4.2 機(jī)械性磨損

泵件工作的時(shí)候?qū)?huì)發(fā)生機(jī)械磨損，這是可控性磨損的范疇，是非常普通的消耗磨損，一般對(duì)泵件的工作產(chǎn)生相對(duì)較小的干擾。而其與硬質(zhì)顆粒相互間的磨損卻能夠產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響，主要包括以下四種磨損[5]。

一是變形磨損。當(dāng)泵件處于工作狀態(tài)的時(shí)候，硬質(zhì)顆粒會(huì)處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之中，能夠?qū)Ρ眉砻娈a(chǎn)生直接沖擊，在瞬間形成非常強(qiáng)大的力，導(dǎo)致泵件變形。為降低該磨損的發(fā)生，通過(guò)改變泵件的韌性，來(lái)減小硬質(zhì)顆粒的沖擊，從而減小這種磨損。

二是切削磨損。當(dāng)泵件工作的時(shí)候，泵件的表面會(huì)受到硬質(zhì)顆粒各個(gè)角度的撞擊，導(dǎo)致其受到磨損。此時(shí)應(yīng)當(dāng)提高其表面的剪切強(qiáng)度，降低由于撞擊而產(chǎn)生的這種磨損。

三是斜向磨損。第一種和第二種磨損進(jìn)行結(jié)合則形成了斜向磨損，發(fā)生這種磨損的時(shí)候，也就是雙重沖擊力來(lái)撞擊泵件，使其受到最大的磨損。如果想減小這種磨損，則必須千方百計(jì)地提高泵件的綜合性能，保證其具備剪切強(qiáng)度與韌性。

四是研磨磨損。也就是硬顆粒通過(guò)高壓的方式磨損了泵件表面，對(duì)其形成研磨力，導(dǎo)致其受到磨損。為減小該種磨損，則必須提高其硬度，當(dāng)其表面硬度能夠明顯高于顆粒的硬度時(shí)，可以有效減小磨損。

4.3 電化學(xué)沖蝕磨損

一般情況下，該領(lǐng)域應(yīng)用的泵件往往由金屬構(gòu)成，運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候?qū)a(chǎn)生相對(duì)微弱的電解池，伴隨工作時(shí)間增加，其表面將出現(xiàn)電解現(xiàn)象，從而使其磨損速度加快。按照使用要求，泵件的材質(zhì)同樣存在一定的差異，在使用的時(shí)候電解程度將存在差異。在其表面電解的時(shí)候?qū)⑿纬梢粚颖缺砻鎻?qiáng)度小的腐蝕層，這樣就可以使其磨損提速。

針對(duì)某礦水泵效率低進(jìn)行分析如下：

一是葉輪材料。當(dāng)前，主排水之中應(yīng)用的葉輪大部分為鑄鐵材料制成，耐磨、耐汽蝕性能較差，當(dāng)它的入口邊緣受到磨損的時(shí)候，入口角產(chǎn)生改變，形成異常沖擊，使得水力損失有所增加，導(dǎo)致水泵工作效率減小，甚至還會(huì)出現(xiàn)穿孔現(xiàn)象。

二是導(dǎo)葉套、密封環(huán)材料的耐磨性能無(wú)法滿足需求。從拆檢結(jié)果進(jìn)行分析，密封間隙磨損，是由于這個(gè)部位受切削磨損、研磨性磨損等共同作用，磨損后密封間隙變大，泄漏損失提高，流量降低，水泵運(yùn)行效率減小。

三是某一水平泵房的水泵存在配套的電動(dòng)機(jī)功率過(guò)大問(wèn)題，形成“大馬拉小車”模式。在水泵運(yùn)行過(guò)程中，電動(dòng)機(jī)負(fù)載小，電動(dòng)機(jī)效率低，電能損失多，導(dǎo)致水泵效率不高。

四是某一水平泵房存在設(shè)計(jì)問(wèn)題，水泵的額定揚(yáng)程與水泵實(shí)際排高相差太多，從而導(dǎo)致水泵效率偏低。

五是水因素。水里含有大量固體微粒，導(dǎo)致葉輪阻塞，使其效率減小。

5 提高水泵運(yùn)行效率的策略

如果想使水泵的效率提高，一定要按照水質(zhì)狀況來(lái)確定泵的材料與型號(hào)，確保其能夠處于高效的狀態(tài)下工作[6]。

（1）與制造廠商聯(lián)系，定制耐磨、耐汽蝕性相對(duì)較好的水泵，例如利用錫青銅生產(chǎn)首級(jí)葉輪，利用耐磨合金球墨鑄鐵制造次級(jí)葉輪、導(dǎo)葉等各種部件，各級(jí)葉輪間裝2Cr13不銹鋼口環(huán)，通過(guò)鋅基合金制造前段、出口段的口環(huán)[7]。

（2）當(dāng)水泵運(yùn)行的時(shí)候選擇相應(yīng)的抗汽蝕策略。首先，對(duì)泵吸入裝置進(jìn)行優(yōu)化，提高有效汽蝕余量；其次，切實(shí)強(qiáng)化對(duì)水泵部件的維護(hù)和管理；其他的方法，例如減小汽化壓力等。

（3）遠(yuǎn)程監(jiān)控礦井主排水泵，即在水泵工作的時(shí)候使用信息技術(shù)手段和設(shè)備，這種方法可以在地面上監(jiān)測(cè)井下水泵的動(dòng)態(tài)狀況，利用遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)查詢其歷史數(shù)據(jù)資料。另外，井下還配備了防爆型網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，這樣利用光纖就能夠把圖像傳至地面。

6 結(jié)論

綜上所述，通過(guò)改進(jìn)礦井排水的傳統(tǒng)方法，在選擇水泵的材料和型號(hào)時(shí)，要仔細(xì)綜合分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后選擇更加合理的方法進(jìn)行解決，使水泵能夠處于高效的運(yùn)行狀態(tài)，既提高了工人的工作效率，又提升了礦井排水系統(tǒng)的安全穩(wěn)定性。