千米深井排水水泵葉輪氣蝕問題分析及解決方案

曾曉杰（山東鑫國煤電有限責任公司，山東 肥城 271613）

千米深井排水水泵葉輪氣蝕問題分析及解決方案

曾曉杰
（山東鑫國煤電有限責任公司，山東 肥城 271613）

針對千米礦井主排水泵在運行過程中存在的葉輪氣蝕問題進行理論分析，提出了解決解決的關鍵技術方案。

千米深井；排水；水泵葉輪；氣蝕，關鍵技術

千米深井中央泵房排水泵作為礦井安全保障的主要排水設備，以離心式為主，由于深部巖體開挖巖溶突水具有瞬時突發性和不可預測性，在設計時一般采用運行可靠的直接承井排水方式。千米以上深度礦井一般都有“高地應力、高地溫、高巖溶水壓”等明顯特征，千米礦井深部巖溫一般在34℃～43℃，其排水泵排水溫度也在30℃以上，對排水泵葉輪造成嚴重氣蝕。因此，排水設備必須解決水泵汽蝕問題。

1 千米礦井排水氣蝕問題分析

目前，排水設備葉輪氣蝕主要是當泵抽送水的絕對壓力小于水的汽化壓力時，水便開始汽化，產生蒸汽，形成氣泡，這些氣泡隨液體向前流動至某高壓處時，氣泡周圍的高壓液體致使氣泡急劇縮小以致破裂，形成水擊造成的。水加熱到一定程度就會變成水蒸汽，而水蒸汽冷卻到一定溫度又會凝結成水，在一個大氣壓的作用下，把水加熱到100℃就開始沸騰，汽化產生大量汽泡,而溫度和壓力是它們互相轉化的條件，當作用在水面上的壓力較高時，使水汽化所需要的溫度就高；當作用在水面上的壓力較低時，使水汽化所需要的溫度就低。在深部礦井排水溫度高于正常溫度的情況下，通過增大進入水泵內水的壓力是避免氣蝕的重要方法。

離心泵啟動前傳統做法是必須引水,即將泵體和吸水管充滿水，否則水泵的葉輪只能攪動泵體內的空氣。目前常用引水方式是真空泵、底閥或射流，但這些方式的共同缺點是通過負壓使泵體和吸水管充滿水，在較低（負壓）壓力作用下，當深井排水溫度遠高于20℃∽25℃正常溫度時，汽化現象更加嚴重，氣蝕問題更加突出。

2 解決氣蝕問題的關鍵技術

針對常用負壓引水方式造成的氣蝕問題，采取正壓供水方式，在離心泵吸水管底部串聯潛水泵，其潛水泵供水水量大于并滿足于離心泵排水量、揚程大于并滿足于離心泵的吸水高度和泵體高度，使離心泵處于微正壓狀態下運轉狀態，從而提高水的汽化溫度同時通過增大進入水泵內水的壓力使水泡提前破裂，以避免泵的氣蝕。主要技術為：

一是在電氣控制方面，潛水泵的啟動控制與離心泵的控制系統必須相互閉鎖，即離心泵開泵時，首先啟動潛水泵，然后再開動離心泵；離心泵停泵時先停止離心泵，再停潛水泵。

二是在潛水泵安全可靠運行方面，設計設置了各種狀態顯示、保護裝置，對加工工藝也要嚴格要求，并具有如下特點：1）獨特的電纜密封設計，有效的防止由于電纜破裂而造成的泄漏；2）接線腔內的漏水檢測探頭可以對接線腔內的泄漏發出報警信號，控制系統對泵實施保護；3）電機定子采用F級絕緣，每相均裝有過熱過載保護元件；4）電動機轉軸采用不銹鋼材質，轉自進行動平衡檢測，使泵運轉更平穩；5）隔套自循環冷卻系統對電機定子進行冷卻，改善了電機的工作環境，使泵允許在露出液面或在干式狀態下運行；6）設置二道密封監視，任一密封泄漏便可報警；7）材質為碳化硅的雙端面機械密封，保障了泵的長期安全可靠運行；8）新型的副葉輪流體動力密封既可減小機械密封處的壓力以延長機械密封的壽命，也可減小軸向力以延長軸承的壽命；9）流道式葉輪設計不僅使泵具有通過能力強、抗堵塞、效率高等特點，更使泵具有全揚程特性，使泵的流量調節和選型更方便。該水泵適用水溫條件最高可達60℃，被抽送液體的PH值為6～9。

三是在潛水泵安裝方面為保證檢修方便，通過懸掛裝置固定在吸水井上部的橫梁上，底部設置定位裝置，并安裝上下移動的導向軌，潛水泵與離心泵吸水管之間采用快速軟連接方式，拆除和安裝做到快速、簡捷、方便。

3 工業性應用效果

以肥礦集團陳蠻莊煤礦中央排水泵房工業性試驗為例，測試結果如下：

陳蠻莊煤礦中央泵房共裝備PJ200A×12型多級離心式水泵5臺，額定流量420m3/h,揚程1140m，配套電機功率2400kW，電動機額定電流I=165A。采用潛水泵串聯排水方式后，經運行11個月后，打開水泵泵體，經檢查發現，水泵葉輪葉面未出現麻坑等明顯沖擊現象，水泵效率仍然保持出廠時的78％左右。達到預期的試驗目的，完全符合煤礦的要求，取得了較好的應用效果。

4 結論

采用離心泵正壓供水技術后，解決了千米深井中高溫水水泵葉輪葉面氣蝕，可以為國內外同行業提供強力的技術支持，具有極高的推廣價值。

[1] 中國煤炭建設協會.（GB50451-2008）煤礦井下排水泵機排水管路設計規范[S].

曾曉杰（1973-），女，畢業于山東科技大學，現從事機電技術工作。