離心式水泵啟動時真空的重要性

　　摘 要：闡述了離心式水泵的結構和工作原理，說明泵內具有一定的真空度是泵吸排水的首要條件。分析泵內存有空氣運行的嚴重后果。
　　關鍵詞：離心式水泵 離心力作用 大氣壓 真空度
　　中圖分類號：TD442文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2012）09（a）-0109-01
　　在煤礦建設和生產過程中，不斷有各種來源的水涌入礦井。礦水積聚在巷道中，不但影響到生產，而且還威脅到工作人員的健康和生命安全。礦井排水設備的任務就是將這些礦水及時地排到地面，為井下生產創造了良好的工作環境，保證入井人員的安全工作和機械、電氣設備的良好運轉。煤礦大多采用離心泵，因為離心式泵的流量和揚程范圍大。在大量水泵檢修過程中發現，葉輪、平衡盤、平衡環損壞比較嚴重，主要是葉輪葉片剝落、蜂窩孔，平衡盤、平衡環磨損嚴重。根據這些現象，分析可能引起部件損壞的各種原因，對提高水泵的使用壽命具有理論指導意義。
　　1 離心泵的結構、工作原理及操作過程
　　（1）離心式水泵的結構。
　　離心式水泵是由固定部分和轉動部分兩大部分組成。固定部分是主要由3進水段（前段）、5出水段（后段）、出4中間段、9軸承、7填料等組成。轉動部分是主要由1葉輪、6平衡盤、8軸、10聯軸器等部分組成（見圖1）。
　　（2）離心式泵工作原理。
　　水泵啟動后，通過軸帶動葉輪旋轉，位于葉輪中的水在離心力的作用下被甩向葉輪周圍壓向泵殼，通過排水管排至地面。與此同時葉輪中心進水口處，由于水被拋至輪緣而形成真空，吸水井中的水在大氣壓的作用下，通過濾水器、底閥及吸水管進入水泵，填補葉輪中心的真空，葉輪連續旋轉，吸水井中的水就不斷被吸入和甩出，形成了連續不斷的排水。
　　（3）排水設備的組成和操作過程。
　　煤礦排水設備主要由離心式水泵、電動機、吸水管、排水管、管路附件及儀表等組成。吸水管末端的濾水器是防止水中的雜質進入泵內，濾水器內設有底閥，作用是當向泵內灌注引水時或停泵時，水不會漏掉。排水管上的有個閘板閥，在水泵啟動和停止水泵時，關閉閘板閥，以便降低電動機的啟動電流、防止管路出現水擊和防止水泵受沖擊，還可以用來輔助調節水泵的流量。逆止閥安裝在閘板閥的上方，其作用是在泵突然停止運轉或在關閉閘閥停泵時，使水泵免受水力沖擊而遭到破壞。在水泵初次啟動之前，用灌水漏斗向泵內灌引水，同時打開放氣栓使泵內空氣排除，直到放氣栓冒水并不含氣泡方可啟動。開泵后，注意觀察壓力表和真空表的讀數，正常運轉，再逐漸將閘板閥全部打開。起動后經過幾分鐘，必須檢查水泵、填料箱和電動機的溫升，當某一部件溫度過高，應停泵檢查。如果是再次啟動泵時，不必從外界灌引水，只需從旁通管引入排水管的水作為引水，然后啟動。離心式水泵排水量大，揚程范圍也大，維護、修理都比較麻煩，檢修人員必須經過專業的培訓。下面簡單分析泵在初次啟動時為何泵內要達到一定的真空度。
　　2 水泵初次啟動前，水泵內必須具有一定真空度的重要性
　　（1）水泵初次啟動前，水泵內具有一定的真空度是水泵吸排水的首要條件。
　　離心式水泵是利用在大氣壓強來排水的。假想泵內有空氣，泵起動后，泵內外壓強相同，水就不會到排水口去，所以泵內具有一定的真空度是泵實現吸排水的必要條件。
　　（2）水泵內達不到真空，嚴重損壞轉子中心部位配件。
　　泵內存在空氣，泵內葉輪葉片高速旋轉，葉輪中心部位的水在離心力作用下甩到泵體邊緣，空氣充滿葉輪中心部位，轉子繼續旋轉，泵內空氣逐步變稀薄，壓強逐步降低，當泵內壓強比大氣壓強小很多時，水在大氣壓作用下被壓入泵內。這時由于葉輪旋轉速度快，剛啟動時葉輪中心部位沒有水，產生干摩擦，溫度升高，突然遇到冷水后，會發生裂紋。尾部平衡盤和平衡環之間由于無水，不能保證他們之間的間隙，高速旋轉的平衡盤與固定不動的平衡環會產生摩擦粘連，輕則接觸表面磨出2～3mm的間隙，嚴重則影響泵的使用壽命，加大了檢修的工作量。
　　（3）水泵內如存在空氣就啟動，泵尾部氣體壓強增大，可引起泵體尾部爆炸，溫度越高，分子的熱運動越劇烈。在壓強小于大氣壓、溫度低于常溫的情況下，根據理想氣體狀態方程式PV/T為恒量，在體積不變情況，壓強隨溫度升高而升高。在高溫下，壓強隨溫度變化不符合理想氣體狀態方程式的規律，溫度變化不大時，壓強會發生很大的變化，壓強不會隨溫度變化走直線規律。因此，泵在操作過程中，應注意溫度的變化，避免因高溫引起泵內殘余氣體壓強增大，損壞殼體。泵內有空氣，起動后平衡盤、平衡環發生摩擦，溫度升高有可能達到金屬熔化的溫度，會發生粘合，這時泵內氣體吸收的熱量，全部用來提高氣體的內能，對殼體做功，有可能引起泵尾發生爆炸，傷害工作人員，影響安全生產。
　　3 結語
　　（1）正確操作礦井排水設備，能延長離心式水泵的使用壽命，降低維修成本，保證煤礦安全生產。
　　（2）根據離心式水泵的結構及工作原理，指出水泵啟動時，必須具有一定的真空度，否則會產生嚴重后果，應引起重視。
　　參考文獻
　　[1]劉捷.流體機械[M].煤炭工業出版社，2010，9.
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