矿井排水泵的节能改造

常杏元

（同煤集团机电装备科大机械有限公司， 山西 大同 037000）

引言

排水泵在运行过程中，会消耗一定的能源资源，尤其是在传统工艺的影响下，存在资源浪费的问题。为了有效解决这一问题，需要不断提高节能效果，进行节能改造。

1 矿井排水泵改造方案

结合矿井排水泵的特点，制定了几种方案，主要是在保持原有的排水泵外形和安装尺寸不变以及电机不变的情况下，利用目前的新设计方法以及新工艺对其进行改造，从而不断提高排水泵的节能效果。比如可以利用排水泵过流部件来替换老型号排水泵过流部件，通过节能改造，可以使原有的排水泵工作效率提高8%～15%。此外，也可以在排水泵电机功率不变大的情况下，增加其排水量8%～15%，这样可以保证其节能的效果。为了提高排水泵的效率，需要有目的地降低水力损失、容积损失以及机械损失等[1]。

2 减少水力损失

为了有效减少水力损失，需要对水力设计进行重新分析，尤其是要注意相关参数，比如叶轮、导叶等参数对于排水泵有着明显的影响。根据相关实践研究可以发现，选择合理的参数，可以提高水力效率，甚至能够将其提高到90%以上，因此在选择改造措施的同时，也要注意对其参数进行及时检查，合理控制其设计方案。

2.1 水力设计

在水力设计的过程中，要重视从叶轮入口到背导叶出口的整个单级流程，尤其是要注意几个重要的环节，具体如图1中序号。

2.1.1 改善叶轮入口流动

要注意一个过渡区的作用，即从背导叶一直到叶轮入口区段，由静止到旋转会发生明显的变化，这个过渡区的特点是容易因为转弯急剧而造成桩机以及涡流等，所以在此处要判断流道是否能提高效率[2]。

图1 单机流程图

2.1.2 改善叶轮内的流动状况

叶轮具有重要的作用，主要负责将机械能传达到液体，之后液体的压力和动能会有所提升。在改善叶轮内流动状况的过程中要注意以下几个问题：

1）根据相关研究发现，可以利用一定措施有效改善叶轮内的流动性能，主要方式是在流道进口处保证收缩不大或扩散减小。

2）注意叶轮两侧的盖板的曲率半径需要增大，才能保证更好的效果。

3）叶片进出口可以根据图2进行设计，如图2所示为叶片出入口边形状图。

2.1.3 改善叶轮出口流动

图2 叶片出入口边形状

改变液流方式，即从旋转流道冲入静止流道，可以有效地提高水泵效率。叶轮出口的参数设置直接关系着叶轮是否可以在最小损失下将机械能传递给液体，保证达到最高的效率。以下是几个比较重要的参数，需要引起足够的重视，尤其是在设计的过程中要进行充分考虑。

1）叶片出口角。根据相关实践证明，叶片出口角如果可以控制在22.5°～30°，就可以保持平稳的特性[2]。

2）出口处的叶片和盖板需要稍微倾斜或者完全垂直就可以保证一个更高的效率，稍倾的效果更好。

2.1.4 改善导叶内的流动状况

为了改善导叶内的流动状况，需要根据流速进行分析，在叶轮出口处的液流速度快，并且，和低转数水泵相比，此处动能较高。而且结合实际情况进行研究，还可以发现导叶水力的损失占了1/2以上。为了减小损失，需要进行综合分析，不断提升其效果。根据实践研究发现，在导叶的设计和改进过程中，需要注意以下几点：

1）叶轮出口液流的绝对速度大，因此在其进入导叶喉口之前要将其看作等速流动，同时也要注意避免存在涡流损失等问题，可以在扩散管中采取扩压操作的方法。通过提高正导叶入口段的光洁度等方式，来不断提高导叶运行的效率。

2）扩散管内由于没有新的液流加入，因此属于动能转换为压力能的最佳位置，所以在条件允许的情况下，要注意将其进行设计改进，减少扩散管的弯曲度可以起到明显的效果。在扩散管流通面积增加的同时，会导致流程的不均匀，因此会造成面积增加速度比较缓慢，但是后半段的增加速度会快一些。

3）正导叶进口的设计可以进行改善，单侧渐缩很短的喇叭口的作用明显，在此之后再进行扩散，可以有效保证导叶的效率。

4）注意液流从扩散管出口翻向背导叶时，由于场面比较混乱，可以将翻水处设计为圆弧形或者是在检修的过程中将其加工成圆弧形，可以有效地减小翻水流阻。

2.2 加工制作方面

加工制作的改造十分重要，结合相关的分析可以发现加工组装质量对于排水泵的质量有着直接的影响。所以在节能改造的同时，也要不断提高产品的质量，从而保证更好的效果。

2.2.1 模型与铸造

模型和铸造是一个关键因素，比如排水泵的导叶等水力性能关系着系统的可靠性。要求在设计的过程中，保证参数的准确，注意铸造的精确性。由于导叶和叶轮铸造方式的特殊性，要对扭曲的叶片进行精确的设计，保证铸造工艺的质量，才能保证铸件的质量。

2.2.2 加工组装

加工组装的过程影响整个系统的质量，因此要保证加工组装的准确性，不断提高排水泵的安全性。

1）初找正。叶轮、导叶加工初找正十分重要，通过初找正，能够及时判断流道端正对称以及叶轮静不平衡程度，并且合理控制流动和振动。

2）提高加工质量，要保证流道的对正。

3）提高流道的光洁度，导叶流道流速低，光洁度对效率的影响不够明显，但一定要保证出、入口的端头修薄和圆，这些处理能够有效提高流道的光洁度。

3 减少容积损失

3.1 减小漏水间隙

为了有效减小漏水间隙，首先要将泵壳和转子保持在同心状态，注意检修的同时，也要避免转子晃度太大，避免对其造成损害。还要做好检查，保证泵壳的止口间隙以及同心度及止口断面的跳动处于正常的状态，从而不断减小漏水间隙。

3.2 增加漏水间隙阻力

注意圆形密封环的改造，在密封环、中间轴套等处开环形槽，还可以在平衡盘径向间隙处开反向螺纹槽。采用这种方式能够有效地增加漏水间隙阻力，从而减少泄露量。

3.3 提高密封件耐冲蚀以及耐磨的能力

为了提高矿井排水泵的效率，保障节能效果，要注意保证密封件的耐磨能力，才能对排水泵的安全运行起作用，要选择高质量的材料，注意保证材料的耐磨耐冲蚀的特征。利用上述措施，可以提高排水泵的容积效率。

4 结论

本改造方案可保证系统的总流量达到最大。在抢险排水的过程中，由于水位比较高，排水泵的吸水高度小，所以不必考虑排水泵会产生汽蚀的问题。另外，在抢险排水的过程中，要保证抢险运行方案的可行性，本文所提供的方案有助于抢险排水的安全性，而且可以提供最大的排水量，适合推广使用。