煤矿主要水泵的性能测定与研究

王玉琳

摘 要：矿井主水泵运行的可靠性、经济性直接影响着煤矿开采的安全与成本。本文通过对矿井主水泵性能的测定方法研究，确定出水泵的性能参数、特性曲线、管路特性曲线，并根据所测定的结果进行分析处理，保证水泵在良好的工况点运行，降低生产成本，提高经济效益。

关键词：矿井；水泵；性能测定

水泵是煤矿生产的主要固定设备之一，它的任务是把涌入井下巷道的矿井水排至地面，预防水灾事故，对企业的安全生产起着非常重要的作用。由于其运行连续、耗电量大（约占煤矿生产总耗电量的20～30%甚至更高），节省能耗显得尤为重要。为了保证设备安全经济运行，充分发挥效能，应当定期对其进行性能测定，对测定中发现的问题，及时解决，改善设备的运转状态。

目前矿井排水主要使用离心式水泵，通过测定能够找出水泵各个参数之间的变化规律，绘制其在一定转速下的特性曲线，与原性能曲线进行比较，此外还应绘出管路特性曲线，两者的交点即为水泵的工况点，分析原因进行维护、调整，保证水泵运行的工况点在其效率高的区域内。水泵的基本参数有：流量、扬程、功率、效率、转速。

1 测定前的准备工作

测定前的准备工作主要是检查试验装置，校正和修理各种仪表，对测定条件、环境和测定目的进行必要的准备。例如开始测定之前，需要进行盘车并检查各部轴承。中、大修后的水泵，经过数十小时的运转磨合后，才能进行测定。利用调节闸阀开度大小确定测点时，流量的控制可以是从小到大，也可以从大到小。也可以用这两种方法交替进行，以便修正相应测点的读数。各种不同流量的调节，至少要改变5～6次，即5～6个测点，必要时可以曾加更多的测点。

2 性能参数测定

2.1 水泵流量的测定

流量有多种测定方法，选择一种既精确又方便的测定方法能够保证测试的精度和效率。水堰法由于操作简单，得到了广泛应用，当水经堰槽流过堰板的堰口时，根据堰上水头的高低即可计算出流量。

（1）900三角堰流量计算公式：

Q=a﹒H5/2

式中Q——流量 （l/s）

H——堰口水头 （m）

a——流量系数

a=1354+4/H +（140+200/）（H/B-0.09）2

B——堰槽宽度 （m）

D——堰槽底面至堰口底点距离 （m）

（2）矩形堰流量计算公式

Q=abH3/2

式中Q——流量 （l/s）

H——堰口水头 （m）

b——堰口宽度

a——流量系数

a=1785+2.95/H +237H/D-428+34

B——堰槽宽度 （m）

D——堰槽底面至堰口底点距离 （m）

2.2 水泵扬程的测定

（1）总扬程测定

测定总扬程的时候，在水泵的进、出水法兰盘小孔上，分别安装真空表和压力表，并在表的连通管上装上旋塞。测定时打开旋塞，记下读数，然后按下式算出扬程：

H=100P1+100Pm+Z+（Vd2-Vs2）/2g

式中 H——总扬程 m

P1——压力表读数 MPa

Pm——真空表读数 MPa

Z——压力表和真空表间垂直距离 m

Vd——排水管中流速 m/s

Vs——吸水管中流速 m/s

当吸、排水管管径相等时，（Vd2-Vs2）/2g=0，一般（Vd2-Vs2）/2g和Z两项数值很小，也可忽略不计。

（2）排水垂高测定

排水垂高即吸水井水面至排水管出口的垂直距离，可根据矿井井口与泵房标高资料计算，也可以在水泵闸阀上方装一只压力表，停泵后关好闸阀，记下压力表读数，即可按下式计算：

Hsy=100P2+Hx+Hz

式中 Hsy——排水垂高 m

P2——闸阀上方压力表读数 MPa

Hx——吸水井水面至水泵轴线垂直距离 m

Hz——闸阀上方压力表至水泵轴线垂直距离 m

2.3 水泵功率的测定

（1）水泵的有效功率

水泵的有效功率是指水泵的输出功率，是单位时间内从泵中输送出去的水在泵中获得的有效能量。可按下式计算：

Pe=γQH/1000 （Kw）

式中 γ——水的重度 N/m3

Q——水泵的流量 m3/s

H——水泵的总扬程 m

（2）水泵的轴功率

水泵的轴功率是指水泵的输入功率，当电动机直接带动水泵时，就等于电动机的输出功率。可由下式计算：

Pz=M·n/9550

Pz——水泵的轴功率 Kw

M——水泵轴上的扭矩 N·m

n——水泵转速 r/min

2.4 效率

（1）水泵的效率

由于水泵有各种能量的损失，轴功率一定比有效功率大一些，水泵的有效功率与轴功率之比即为水泵效率。即：

η=Pe/Pz×100%

（2）管路效率

指水泵排水垂高与总扬程之比。即：

ηg=Hsy/H×100%

2.5 水泵的转速

由于矿用离心式水泵都是由电动机通过联轴器直接拖动，因此，水泵的转速亦即电动机的转速。在不同工况时，所需电动机的功率也不同，对异步电动机则其转速亦稍有改变，在绘制水泵特性曲线时，都应该换算为水泵标准转速下的工况。其换算关系如下：

Q=Q1（n/n1）

H=H1（n/n1）2

P=P1（n/n1）3

式中Q、H、P、n为标准转速下的流量、扬程、轴功率、转速

Q1、H1、P1、n1为实测到的流量、扬程、轴功率、转速

2.6 管路特性测定

测量闸阀在全开度时的流量、扬程，确定管路阻力系数，即：

R=（H-Hsy）/Q2

由计算出的管路阻力系数，得到管路特性方程H=Hsy+R Q2。

3 测定结果分析处理

水泵测定完毕，根据记录、计算整理的结果绘制水泵的特性曲线和管路特性曲线，即可进行分析，如果测定水泵离开经济运行区太远，达不到要求，应找出原因，进行检修处理。

导致水泵不能充分发挥效能的常见原因有：流道过度磨损，叶片变形；排水垂高与水泵扬程相差太远或吸水高度过高；水质污浊，有煤粉或其他颗粒混入；水泵装配质量差；排水管内结积污垢较多；测定仪器误差太大等等。

参考文献

[1]商德勇，牛清娜，吴海淼. 矿用排水泵性能参数测定方法的研究[J].煤矿机械.2009，9

[2]杨家延.煤矿固定设备[M].煤炭工业出版.1993