礦井主排水泵產生噪聲喘振原因分析及防護措施研究

宋寅剛

（山西煤炭運銷集團掌石溝煤業有限公司，山西高平 048400）

0 前言

由于振動、噪音等現象多伴隨著多級離心泵的運轉而出現，常常導致離心泵出現效率低下、流量及揚程下降等諸多問題，出現喘振故障。一旦發生喘振故障，就會導致泵內水力沖擊加大，進而對泵內對流元件表面造成大力沖擊，形成凹坑、疲勞和剝落，當喘振故障嚴重時，葉輪在很短的時間內就可能被損壞。同時，水體中所蘊含的一些有害氣體可能由此而析出并腐蝕金屬表面，過早的對泵內過流元件造成損壞。因此需要加強對多級離心泵運行過程中振動及噪音情況的關注，盡量避免因揚程和效率下降而引發的設備運行故障，提高煤礦生產的安全性[1]。

1 噪音、振動使流量、揚程和效率下降的分析

通常而言，進氣和汽蝕等問題造成運行中多級離心泵的喘振故障。

1.1 進氣現象

所謂進氣現象，指的是在多級離心泵運行過程中在正常吸入液體的過程中所伴隨的少量空氣的進入，而氣體往往具有較大的膨脹性和可壓縮性，當空氣處于葉輪低壓區時，較低的外界壓力導致空氣體積的快速膨脹，當膨脹后空氣進入泵腔中時又會因泵腔內的高壓而導致體積的下降，在泵腔內形成小范圍高壓區，受液體流動的影響，空氣在不同壓力區域體現為不同的縮放體積。也就是說，當空氣進入泵腔內時，因所出壓力環境不同，其體積也隨之發生相應的變化，對泵腔內低壓區的真空度及吸上能力產生影響，處于高壓區內時，過大的水力沖擊力導致多級離心泵的振動及噪音問題，進一步降低離心泵的效率、揚程以及流量，影響多級離心泵設備的正常運轉[2]。

1.1.1 液體降落帶氣

處于液體循環系統中的多級離心泵運行時，在液體自高處向貯料桶降落的過程中，必然攜帶少量的空氣，且空氣隨液體沉入貯料桶深入后經過一段時間才會再次溢出。當處于大流量泵中且貯料桶的水位較低時，液體中的空氣來不及溢出就會被泵一起吸入，導致空氣進入泵腔。

在煤炭生產中，若小井設計不合理，在使用離心泵的過程中就容易造成空氣隨液體進入泵腔[3]。

1.1.2 漩渦進氣

處于循環系統中的液體，當液位發生下降時，會在中心形成一個旋渦，容易導致空氣由旋渦中心進入。

當煤礦主排水系統中出現水龍頭插入水面深入不夠、小井水位設訓不足時，就會因液位降低而導致中心旋渦的出現[4]。

另外，因主排水系統的水面高度不足、吸水管漏氣、在未注滿水的情況下啟動水泵等情況出現時，也會導致空氣進入離心泵內部，使得多級離心泵產生振動、噪音等現象，降低離心泵的效率、揚程及流量，從而出現系統故障。

1.2 汽蝕現象

汽蝕現象主要指當液體處于泵葉輪內最低壓力區時，因泵內壓強變化而達到液體的飽和蒸氣壓，導致液體出現蒸發形成氣泡的情形，后氣泡隨水流進入高壓區再次凝結成液態，因體積驟然縮小而在泵腔內形成空洞，導致周圍的水快速地向空洞涌入，造成巨大沖力，隨著壓力的不斷上升，再次達到液體的飽和蒸氣壓導致液體再次形成氣泡，再冷卻成液體，如此反復，直到將沖擊能量全部消耗完[5]。

當汽蝕情形存在時，多級離心泵就無法正常工作，也就是說處于水泵入口處的液體壓強力要與液體的飽和蒸氣壓相當，且要留有一定的余量空間。所以說只有在汽蝕條件滿足有效汽蝕余量不低于水泵的最小汽蝕余量時，才能確保多級離心泵的正常運行。常用的汽蝕安全余量為在標準余量基礎上增加0.3 m，也就是NPSHa＞NPSHr+0.3 m。其中，有效汽蝕余量用NPSHa表示，m表示處于泵入口處的液體的單位能量較最低汽化壓力能頭高出的部分，其高低取決于吸入管路系統的流量及參數，并由此決定了水泵能否產生汽蝕。NPSHa值與汽蝕產生的可能性成反比，最小汽蝕余量用NPSHr表示，泵的參數及結構決定了m值的大小，也就是葉輪的設計和工況對m起到決定性作用，最小汽蝕余量值隨著水泵的制成而確定[6]。

2 防護措施

2.1 防止多級離心水泵進氣的方法

（1）擴大水倉儲量，提高水倉水位，確保水中的空氣有足夠的溢出空間，通常至少需要半個小時以上的沉靜時間。

（2）降低水倉與頂部的落差，減少因液體降落而攜帶空氣的概率。

（3）加深水龍插頭在水面中的深度，至少應插入水深1米以上，當流量較大時，應進一步加大深度，避免旋渦的產生。

（4）加強水井的設計，設計合理的直徑和儲水量，確保水泵運行過程中水位不至于下降太快，使得水龍頭進入深度不足而導致空氣進入。

（5）時刻關注液位的變化，及時進行補充[7]。

2.2 多級離心水泵避免汽蝕發生

要確保多級離心泵的正常使用，就必須提高有效汽蝕余量。在實際工作中需要圍繞吸入管路系統入手，實現對有效汽蝕余量的提升。

（1）通過降低離心泵安裝高度的方式，使得離心泵能更好地吸收液體。

（2）在不具備相關輔助條件的情況下，應加強對水溝溢出水及地面水的引流，使其沿水井壁下流。

（3）通過加大管徑、減少管路附件等方法降低吸入管路的阻力。

（4）將泵送液體溫度控制在合理范圍，避免液體蒸發成氣泡。

（5）當揚程和流量一定時，采用NPSHr值較小的雙吸泵。

（6）可采用增加升降泵的方式置于吸入管管口。

2.3 在設計、生產時應采取的措施

（1）加大對流道表面打磨好清理的力度，確保光潔的流道表面，將阻力降到最低。

（2）通過加大葉輪進口處直徑的方式實現進口流速的有效降低。

（3）盡可能降低泵的轉速。

（4）在離心泵進口進行誘導輪設計。

（5）選用一些耐汽蝕的材料用于過流元件的設計[8]。

3 結論

（1）多級離心泵運行過程中的振動、噪音的現象多是由進氣和汽蝕造成的，并由此而降低離心泵的流量、揚程及效率，因此需要結合實際查找問題原因，并采取針對性措施，本文正是基于此展開的論述，能夠有效指導煤炭企業的生產活動。

（2）高度重視泵的選型和改造，為多級離心泵的正常運轉提供基礎保障。