提高主排水系統效率的技術研究

種慶福

（窯街煤電集團有限公司三礦，甘肅 蘭州 730080）

1 項目研究技術路線

（1）主排水系統存在問題的統計分析。（2）研究主排水系統存在問題的解決方法。（3）準備項目所需的設備、材料、配件。（4）對項目進行實施。（5）總結項目實施情況。

2 項目研究內容和目標

2.1 研究內容

（1）如何改進開機方式，縮短開機時間。（2）如何提高排水效率。

2.2 研究目標

（1）提高主排水系統的可靠性。（2）提高主排水系統的排水效率，實現節能效果。

3 項目研究內容

3.1 主排水系統概況

三礦井主排水系統由1650水泵房、1525水泵房及1400水泵房3個泵房組成。1525水泵房承擔六采區1525及以上水平礦井涌水的排水任務；1650水泵房承擔五采區1650以上水平礦井涌水及1400水泵房排上來的礦井水的排水任務；1400水泵房承擔五采區、六采區1450水平、1400水平(含1400水平以下臨時排水設施排上來的水)及七采區水平礦井涌水的排水任務。

（1）1650水泵房：安裝有200D43×6型水泵3臺、200D43×8型水泵1臺，配用電機功率分別為315kW電機3臺，450kW電機1臺，排水能力為288m3/h，2趟排水管路通過皮帶斜井直通地面排洪溝和凈化車間水池，管徑為￠300mm；泵房有甲、乙2個水倉,甲倉容積為1960m3，乙倉容積為2500m3。（2）1525水泵房：共安裝4臺水泵，其中3臺水泵為200D43×9型，配用電機功率為450kW，排水能力為288m3/h，另有1臺150D水泵，配給功率160kW，排水能力為150m3/h。200D43×9型水泵將礦井水排至地面排洪溝和凈化車間水池，排水管路2趟，管徑為￠200mm；150D型水泵將水排至1700水池和1600水池，用于井下防塵和設備冷卻；泵房有甲、乙2個水倉，甲倉容積為1250m3，乙倉容積為1424m3。（3）1400水泵房：安裝有4臺200D43×8型水泵，配用電機功率為450kW，排水能力為288m3/h，2趟排水管路通至1650水倉，管徑為￠250mm；泵房有甲、乙2個水倉，甲倉容積為1350 m3，乙倉容積為1400m3。

3.2 排水系統存在的問題

（1）目前采用射流器對水泵進行排氣，依靠大氣壓力對水泵進行充水，對水泵的密封性能要求高，充水時間長。（2）水泵排水時真空度低，排水效率低、排水時間長、耗能多。（3）系統維護的工作量大，系統可靠性低。

3.3 問題解決方案

（1）離心泵的工作原理。離心泵是利用葉輪旋轉而使水產生的離心力來工作。離心泵在啟動前，必須使泵殼和吸水管內充滿水，然后啟動電機，使泵軸帶動葉輪和水做高速旋轉運動，水在離心力的作用下，被甩向葉輪外緣，經蝸形泵殼的流道流入水泵的壓水管路。水泵葉輪中心處，由于水在離心力的作用下被甩出后形成真空，吸水池中的水便在大氣壓力的作用下被壓進泵殼內，葉輪通過不停地轉動，使得水在葉輪的作用下不斷流入與流出，達到了輸送水的目的。（2）解決方案。從離心泵的工作原理可知，離心泵啟動前，必須使泵殼和吸水管內充滿水，而且在排水過程中，必須依靠大氣壓源源不斷的將水從吸水池內壓入水泵。以上環節必須確保水泵的密封性能可靠，且密封性能的好壞直接決定水泵的排水效率高低。若能夠使水泵擺脫對密封性能和大氣壓的依賴性，采用一種可靠的方法向水泵供水，就能提高排水效率。經研究，決定采用潛水泵為主排水泵供水，即將潛水泵安裝在主排水泵的吸水管上。采用潛水泵供水必須滿足2個條件：一是潛水泵的流量必須和主排水泵的流量相當，這樣才能滿足主排水泵的排水需求；二是潛水泵的揚程必須滿足主排水泵的吸程要求。經選型，選用了一種流量280m3/h、揚程10m的7.5kW潛水泵。

4 研究的創新點

采用潛水泵代替射流泵為水泵充水，該方法對水泵密封性能的要求低，水泵上水快、充水時間短，水泵開機時間短，系統的可靠性得到提高，排水效率得到有效提高。

5 項目研究取得的成果

5.1 開機時間大大縮短，提高了系統的可靠性

選用1650水泵房的主排水泵做開機試驗，試驗數據見表1。

表1

從表1的試驗數據可知，2種充水方式的開機時間差，主要體現在泵體充水過程，原有方式開機時間約15min，現有方式開機時間約2min，2種方式開機時間相差約13min。在礦井涌水正常的情況下，這13min時間的意義不大，但在遇到涌水量突然增大的緊急情況時，這13min就顯得十分重要了。在正常情況下，可采用潛水泵充水的方式開機，當潛水泵故障時，在不更換潛水泵的情況下，仍然可以采用射流泵開機，也就是說，射流泵充水的開機方式現在是備用，提高了系統的可靠性。

5.2 對水泵的密封性要求低，維護工作量小

原來的開機方式，對水泵的密封性能要求很高。若密封性能降低，將無法排空泵體內的空氣，大氣壓無法向泵體內沖水，也就無法開機，必須及時更換密封材料（盤根），更換盤根費時較長。采用大流量潛水泵往泵體供水，對水泵的密封要求較低，可以解決這一問題，延長了盤根的使用時間，減少了盤根的更換頻次，減小了維護工作量。

5.3 提高了排水效率，降低了排水時間，節能效果顯著

水泵的密封性能直接決定大氣壓往泵體內供水的效率，可以說是水泵的密封性能越好，水泵的上水量越大。采用潛水泵供水卻剛好避開了這一問題，水泵的供水可通過潛水泵源源不斷的供應，使水泵有了足夠的上排水源，無疑增加水泵的流量，提高了排水效率。仍以1650水泵房為例，改造前，水泵電機的工作電流平均22A，改造后水泵電機的工作電流平均28A，改造前后的工作電壓不變，水泵的工作效率提升了27%。我們對1650水泵房改造前、后1個月的運行記錄進行了統計。改造前每天平均開機時間為21.5h，這個時間已超出了《煤礦安全規程》的規定；改造后天平均開機時間為14.5h；前后開機時間減少了7h。開機時間縮短了，也就意味著減少了電能的消耗，節能效果顯著。

5.4 克服了汽蝕現象，提高了水泵使用壽命

原來采用負壓供水，難免在泵體內殘留空氣，存在汽蝕現象。而潛水泵為正壓供水，剛好克服了這一問題，減少了汽蝕對葉輪的損傷，提高了水泵的使用壽命。

5.5 改善了作業環境，減少噪聲對職工的危害

每天開機時間減少了7h，減少了職工接觸設備運行噪聲的時間，改善了職工的作業環境，減少了噪聲對職工的危害，得到了職工的好評。

6 取得的效益

6.1 經濟效益

（1）每天節省運行時間電能W1：

（2）潛水泵每天用能W2：

（3）主排水泵與原來相比每天多用電能W3：

（4）每天節省電能W4：

（5）每年節省電費P：

6.2 安全效益

該項目提高了排水效率，提高了系統的可靠性、安全性。

6.3 其他效益

（1）減少了職工接觸噪聲的時間，改善了職工作業環境，得到了職工的好評。

（2）減少了維護工作量。

7 存在的問題和以后努力的方向

（1）存在問題。由于潛水泵充水的時間很短，整個開機過程十分緊湊，在實際開機過程中，水泵工不能很好的把握潛水泵和主泵啟動時間點，容易造成潛水泵存在短時間的憋壓問題，潛水泵的密封材料使用壽命降低，增加了設備維護難度。每年增加潛水泵的維護費用約5萬元，但與取得效益相比，完全可以接受。

（2）今后努力的方向。將主泵和潛水泵實行聯動開機，盡可能縮短潛水泵和主泵的開機時間差，解決潛水泵的憋壓問題。