排沙泵最佳工況點的研究與確立

摘 要：本文闡述了用試驗測試的方法找出排沙泵最佳工況點，利用數(shù)字采樣技術(shù)，讀取排沙泵工作時的電流、電壓信號，通過計算機實現(xiàn)智能化輸出；流量、轉(zhuǎn)速、壓力等傳感器檢測的數(shù)據(jù)通過智能流量、轉(zhuǎn)速測量儀進(jìn)行讀取，并與計算機連接，實現(xiàn)測量的自動化。通過對排沙泵的檢測，將排沙泵流量、揚程、效率及功率等各項參數(shù)直觀反應(yīng)出來，對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷其最佳工況點，并為井下排沙泵選型提供理論依據(jù)，對提高排沙泵檢修質(zhì)量，合理選用設(shè)備具有重要意義。

關(guān)鍵詞：排沙泵；智能；工況點；選型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.073

1 概述

防治水一直都是煤礦的一項重要工作，而排沙泵在井下排水系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著舉足輕重的作用，在采掘工作面廣泛應(yīng)用，為了測試排沙泵的運行狀況，找出最佳工況點，曾建立簡易測試手段，利用臨時水池和排水管，通過壓力表測試揚程的大小，鉗形電流表測量電流大小，根據(jù)測量數(shù)據(jù)計算功率輸出。這些簡易測試不能找出排沙泵最佳工況點，無法測出排沙泵的效率，各流量狀態(tài)下工況情況，排沙泵性能的好壞，不能直觀的反應(yīng)出來。為此，利用數(shù)字采樣技術(shù)、單片機、傳感器等技術(shù)設(shè)計智能排沙泵測試分析裝置，通過該裝置對檢修后排沙泵檢修質(zhì)量進(jìn)行檢測，將排沙泵流量、揚程、效率及功率等各項參數(shù)直觀反應(yīng)出來，通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，判斷檢修質(zhì)量，找出最佳工況點，并為井下排沙泵選型提供理論依據(jù)，對提高排沙泵檢修質(zhì)量，合理選用設(shè)備具有重要意義。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)共分為以下幾個部分：控制檢測系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、試驗水池及控制水量的電動閘閥等。系統(tǒng)采用電腦控制，試驗排沙泵一次接線后，分別對單個工位的排沙泵進(jìn)行電壓、電流、功率、流量、轉(zhuǎn)速、壓力自動檢測。檢測數(shù)據(jù)顯示于操作臺前置窗口。

主要特點

（1）檢測項目：轉(zhuǎn)速、電參數(shù)、流量、出口壓。（2）轉(zhuǎn)速：測量排沙泵轉(zhuǎn)速。（3）電參數(shù)：測量工作狀態(tài)下的排沙泵電參數(shù)。（4）流量：測量排沙泵工作狀態(tài)下的流量。（5）出口壓：測量排沙泵出口壓。（6）使用電源：AC220V±22V，50Hz±2 Hz（系統(tǒng)工作電源），AC380V±38V，50Hz±2 Hz（7）使用環(huán)境：環(huán)境溫度（0-40）℃。

技術(shù)指標(biāo)

（1）電壓：（10-1200）V 精度：0.5級 （2）電流：≤200A 精度：0.5級。（3）功率U*I*PF 精度：0.5級 （4）流量：（80-500）m3/h 精度0.5級。（5）出口壓力：（0-3.5）MPa 精度0.5級（6）轉(zhuǎn)速：（0-3000）r/min。

測量數(shù)據(jù)的采集與處理：

（1）電流、電壓等電參數(shù)的測量。利用數(shù)字采樣技術(shù)，將經(jīng)三相三線互感器采集的電流信號和電壓信號轉(zhuǎn)化成適當(dāng)幅值的電信號，然后以遠(yuǎn)大于被測信號的頻率將此信號分割成離散信號，利用高速AD轉(zhuǎn)換器將離散信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，利用微處理器對采集到的數(shù)字量進(jìn)行計算，將最終計算的結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來，通過計算機實現(xiàn)測量的智能化控制。

（2）流量轉(zhuǎn)速的測量。利用智能流量轉(zhuǎn)速測量儀對流量、轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測，該儀器由單片微機，傳感器及模擬信號處理等部分組成，數(shù)碼管浮點顯示（如圖1所示）。

測量結(jié)果，并帶有串行通信接口。測量轉(zhuǎn)速時，采用感應(yīng)法測量轉(zhuǎn)速，無需在傳動軸上安裝檢測元件，測量時將傳感器順著排沙泵電機軸的方向安裝在近軸端，簡單固定在端部或腰部即可。采用電磁流量傳感器，將電磁流量傳感器串接在排沙泵出水口管路上，將傳輸信號線接入 SFT-A流量轉(zhuǎn)速測量儀，選取相應(yīng)讀數(shù)單位，設(shè)置流量系數(shù)后，即可進(jìn)行實際測量，接入AC220V電源后，接入要測量的排沙泵即可通過智能流量、轉(zhuǎn)速測量儀，進(jìn)行流量的讀數(shù)。并通過智能化輸出與計算機連接，實現(xiàn)測量的自動化。揚程的測量是通過P-H型智能壓力揚程測試儀實現(xiàn)，測量時將壓力傳感器接入排沙泵出水管，通過數(shù)據(jù)傳輸線將壓力傳感器的電流信號（4-20mA）傳輸至壓力揚程測試儀，通過智能轉(zhuǎn)換，將揚程顯示在測量儀前窗口。并通過智能化輸出與計算機連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能化分析。

3 試驗數(shù)據(jù)的分析

就下面一臺實測排沙泵經(jīng)智能控制臺輸出的結(jié)果分析如下：

檢測排沙泵型號為QBK50-150-45kW，額定流量50m3/h，揚程150m，轉(zhuǎn)速2900r/min，額定電壓660V，額定電流51A。

下表列出不同流量狀態(tài)下的揚程、電壓、電流、功率因素、轉(zhuǎn)速、效率等技術(shù)參數(shù)。以及流量-揚程曲線，流量-功率曲線、流量-效率曲線。（如圖2所示）

從測量結(jié)果分析可以看出，該排沙泵最佳工況點為流量42 m3/h，揚程125 m，此狀態(tài)下效率為24%，電流為51A，滿足排沙泵長期使用要求。測試結(jié)果與額定狀態(tài)相比較，揚程及流量均達(dá)不到額定狀態(tài)，如果按額定狀態(tài)下選用排沙泵，就會出現(xiàn)排沙泵不上水現(xiàn)象，或使用在揚程低，流量大狀態(tài)下出現(xiàn)過載，燒壞排沙泵現(xiàn)象。因此該測試結(jié)果不僅反應(yīng)出排沙泵的運行狀況，同時為井下合理選用排沙泵提供了理論依據(jù)。

通過試驗檢測和試驗數(shù)據(jù)的分析，還能反應(yīng)其他一些直觀問題，如排沙泵轉(zhuǎn)速與額定轉(zhuǎn)速存在較大差別，電流過高，功率偏大，電流不穩(wěn)，壓力低、流量小。通過這些數(shù)據(jù)分析可以判斷排沙泵檢修是否出現(xiàn)接線錯誤、裝配是否合格、葉輪是否出現(xiàn)卡阻、是否正確選用葉輪、口環(huán)等零配件，從而判斷排沙泵檢修是否符合要求，同時通過檢測數(shù)據(jù)分析、裝配數(shù)據(jù)的測量，可以逐步摸索改進(jìn)檢修工藝，對提高維修質(zhì)量提供依據(jù)。

4 結(jié)語

通過數(shù)據(jù)分析，確立排沙泵最佳工況點，為井下排沙泵選型、合理使用提供依據(jù)。同時避免檢修不合格排沙泵發(fā)放使用，影響排水或造成事故。

作者介紹：陳海龍（1990-），男，山東煙臺人，助理工程師，主要從事煤礦機電技術(shù)管理工作。