張 雨

（攀鋼集團礦業(yè)公司攀枝花鐵礦，四川攀枝花 617063）

0 引言

攀鋼攀枝花鐵礦為新建露天轉(zhuǎn)地下開采鐵礦，年產(chǎn)量150萬噸，采用無底柱分段崩落法采礦工藝，地下開采標高為1200～1320 m。在1200 m 水平設(shè)置井下中央水倉及排水設(shè)施，排水出口設(shè)置在1280 m 膠帶斜井出口。根據(jù)井下涌水量計算排水系統(tǒng)需選用6 臺MD580 多級離心泵，由于該礦原有7 臺存放多年的全新MD580-60×7 多級離心水泵，電機型號YKK5602-4，電壓等級10 kV，額定功率1000 kW，為減少新泵采購成本及設(shè)備積壓，決定在電機不變的情況下對該型水泵進行降級改造后使用。

1 水泵降級改造方案及對比

1.1 有效揚程估算及水泵級數(shù)的確定

水泵揚程：

式中 H——水泵揚程，m

Z1——水泵吸水池水面高程，m

Z2——水泵出水池水面高程，m

ζ——損失系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場排水管線設(shè)置估算為1.8

L——吸水管和出水管總長，m

Q——流量，m3/s；按580 m3/h，則Q≈0.16 m3/s

S——管道的比阻；S=10.3n2/D5.33

n——排水管內(nèi)壁糙率；無縫鋼管n=0.012

D——管內(nèi)徑，m

已知排水管內(nèi)徑n=0.357 m，則管道的比阻S=10.3n2/D5.33≈0.36。

水泵揚程H=（Z2-Z1）+ζSLQ2≈108 m。

由以上計算可知，原水泵降級為2 級水泵就可以滿足井下排水需求。

1.2 降級方案對比

降低多級離心泵額定揚程一般采用變頻調(diào)速、葉輪車削和降級3 種方法。由于本次揚程下降比較多，不適合采用變頻調(diào)速及葉輪車削的方式，同時針對礦井下生產(chǎn)隨著后期采掘水平不斷往深部延伸，水倉降段將導(dǎo)致后期揚程不斷增加，水泵將逐漸增加級數(shù)的實際，決定采用減少水泵級數(shù)的方式進行改造。

現(xiàn)有多級離心泵為7 級水泵，按揚程要求須降為2 級水泵。由于降級數(shù)量較多，一般比較成熟的方案為只保留首尾2 級葉輪及殼體，重新加工水泵軸的方案。其優(yōu)點是水泵結(jié)構(gòu)緊湊，效率高，缺點是更換件多，改造成本比較高，后期不便再增加級數(shù)，同時水泵地腳及進排水管道安裝位置將發(fā)生改變。另一種方案為保留首尾2 級葉輪及全部殼體，只去掉中間5 級葉輪，保留水泵軸不變的方案。其優(yōu)點是水泵安裝位置不發(fā)生改變，改造成本低，便于后期增加級數(shù)，缺點是水泵效率可能會降低，同時由于水泵級數(shù)由7 級降為2 級，降級數(shù)量較大，存在一定改造風(fēng)險，經(jīng)考察多級離心水泵降級改造還沒有相關(guān)案例。

由于在中央水倉泵房施工中水泵安裝基礎(chǔ)及進出口管道已施工完畢，同時通過井下涌水量的測算主排水泵開動時間較短，通過以上分析比較最終決定采取保留原有水泵軸不變的方案進行降級改造。

2 水泵降級改造及性能曲線

2.1 改造過程

將多級離心水泵解體，保留第一級及第七級葉輪及全部輪殼，去掉中間5 級葉輪及聯(lián)結(jié)平鍵，在第一級和第七級葉輪間安裝3 個隔套，為防止銹蝕，隔套采用不銹鋼材料，配合尺寸為Ф105（H8/g6）mm。裝配好的水泵軸做靜平衡試驗后進行總裝。改造后水泵結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 水泵結(jié)構(gòu)

2.2 降級前后水泵性能對比

按預(yù)定方案對多級離心泵降級改造后對其性能參數(shù)進行了測試，水泵性能曲線變化如圖2、圖3 所示。

圖2 降級改造前水泵性能曲線

圖3 降級改造后水泵性能曲線

3 設(shè)計使用注意事項

3.1 水泵降級后揚程對流量的影響

從水泵降級后性能曲線可以看出，揚程H 曲線較為平緩，表明揚程變化對流量的影響增大。井下排水管道路線復(fù)雜，閥門較多，增加了有效揚程估算的難度，針對這種情況我們對排水系統(tǒng)進行了部分優(yōu)化減少管道阻力。

（1）采用射流泵真空引水方式代替底閥截流注水方式，使用ZPBZ 型氣水兩用射流泵，由于取消了傳統(tǒng)底閥，減少了水泵進水阻力及電耗，降低了水泵發(fā)生汽蝕的可能性，引水效率和可靠性也大大提高。

（2）水泵出水口采用H76H 對夾蝶型止回閥代替原設(shè)計的H44H旋啟式止回閥，對夾蝶型止回閥具有閥瓣關(guān)閉快速，水錘壓力小，流道通暢，流體阻力小及可靠性高等特點，現(xiàn)場使用效果良好。

3.2 水泵降級對效率的影響

水泵降級后經(jīng)實測正常工作電流為24 A，工作電壓為10 kV，則電機實際功率N 為240 kW，則水泵效率η 為：

式中 K——備用系數(shù)，取1.1

r——水的密度，井下涌水近似取1050 kg/m3

Q——流量，m3/h；實際流量為530 m3/h

H——揚程，m

N——電機功率，kW

水泵效率相對降級前有所下降，但由于礦井下涌水較少，每晝夜單臺泵運行1～2 h 就可滿足井下排水的需要，所以總體能耗也在可控范圍內(nèi)。

3.3 水泵降級對汽蝕余量的影響

該型水泵降級前汽蝕余量為4.9 m，降級改造后對水泵進行了測試，經(jīng)測試其汽蝕余量為5.36 m，增大了0.46 m，相應(yīng)水泵吸程就比降級前減少了約0.46 m。使用中為避免汽蝕對水泵結(jié)構(gòu)造成不良影響，相應(yīng)調(diào)整了中央水倉水位報警器的安裝高度。

3.4 水泵降級對泵體壽命的影響

水泵降級改造后可以有效降低水泵軸的扭矩力及負荷，提高泵體的使用壽命，延長易損件的更換周期，如軸承壽命大大提高，可以用普通軸承代替原有的加強型軸承。

4 結(jié)論

攀枝花礦6 臺井下主排水泵降級改造后經(jīng)現(xiàn)場實地運行，水泵運轉(zhuǎn)一切正常，性能滿足礦井下排水要求。通過本次降級改造的成功實施可以看出，降級改造是多級離心泵節(jié)能及改型利用的有效手段。降級改造前要充分考慮性能參數(shù)變化對水泵運行的影響，根據(jù)現(xiàn)場情況確定合理降級方案才能在控制成本的基礎(chǔ)上滿足水泵的運行要求，本次改造也為多級離心泵的類似降級改造提供了很好的經(jīng)驗。