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煤矿用轻型化应急救援用潜水电泵的研制

2020-08-31宋占松

煤矿机电 2020年4期
关键词:电泵扬程潜水

宋占松

(安标国家矿用产品安全标志中心, 北京 100013)

0 引言

目前国内的煤矿用应急救援用潜水电泵的质量和体积比较大,适应性不强,可靠性和配套性也较差。为进一步降低其质量和体积,提高可靠性和可移动性,提升矿井水灾应急救援排水能力,有必要研制轻型化应急救援用潜水电泵。

1 国内外生产技术比较

我国煤矿用潜水电泵早年主要为引进前苏联的产品。经过近年来的发展,现在我国拥有5~70 m潜水电泵的生产企业12家,生产规模和产品的规格型号均已超过了大部分国外公司。但我国泵的制造工艺及材料与德国、瑞典等先进国家的相比还存在一定的差距,尤其是在可靠性与使用寿命上,在国际上只能算中等水平[1]。由国外较为有代表性的安德里茨集团德国里茨公司生产的救援排水潜水电泵与国内参数作比较,见表1。

表1 国内外技术参数比较

由表1可知,与国外同类产品相比,国内潜水电泵行业技术明显落后,处于国外20世纪80~90年代的水平,不能适应当前矿山排水应急救援的需要[2]。德国里茨公司泵的管路部分起导流及悬吊泵工作部分和电动机的作用,管路部分由逆止阀、扬水管、泵座等零件组成。

2 目前存在的问题

应急救援用潜水电泵属机电一体化大型装备,从参数计算(如电磁、水力、寿命等)、结构设计、材料选择,到制造工艺技术专业化要求都比较高,特别是潜水电动机技术和机泵配合技术,需要长期的技术研究和经验积累,同时还需真机实际试验才能保证其安全可靠性。而我国潜水电泵生产企业除少数几家具备一定的研发能力,普遍技术研发能力差,造成产品质量参差不齐。市场无序竞争也不利于产品水平的提高。目前主要存在以下问题。

1) 现有的排水救援装备笨重、使用寿命短,缺少耐磨性好、承压性能强的轴瓦材料。主要表现在一些产品的技术性能过低或不全;一些潜水电泵吸入口过滤网罩面积过小,经常发生堵塞,影响排水效果;一些潜水电泵设计的介质适应能力过低,只能适应固体颗粒体积分数4%以下甚至更低的水质,造成磨损过快;一些潜水电泵适应水质的pH值范围较窄,在酸性水源中,耐酸材料磨损很快,需要经常更换设备;一些产品在电机功率匹配上不合理,经常超载而烧毁电动机。

2) 排水设备成套性、适应性差。泵、电动机、管路、电控、阀、电缆一体化的配套能力较差,不同厂家的水泵、管路及相关部件的性能、特点有差别,容易出现不匹配的问题,对排水环境适应性也不同,缺乏成套性,影响排水作业效率,甚至影响排水作业顺利进行。在有些煤矿救援中,就出现临时寻找且长距离调集备用耐高压柔性排水管、合适的备用水泵和排水管路、管路接头等设备和配件,安装费时费力,多次出现水泵损毁情况,较长时间达不到理想的排水能力,降低了救援效率并增加了救援消耗[3]。

3) 现有产品在轻型化方面还有很大的差距。在井下运输非常困难,严重影响救援的进度。

因此,水泵的轻型化是提高煤炭产能的关键因素。

3 轻型化应急救援用潜水电泵的研究分析

3.1 水泵轻型化分析

目前应急救援用潜水电泵的特点包括扬程高、流量大、配置电动机功率大、体积大、质量大,而且潜水深度深,电动机承压大,气密性要求高。由于使用环境对潜水泵提出了更高的要求,故对材料选型、铸造和加工工艺也提出了更高的要求,零部件的大型化、电压等级提高、潜水深度提高、水压力增加对检测设备、检验条件提出了更高的要求。

由水泵的理论可知:流量比例定律Q1/Q2=n1/n2;扬程比例定律H1/H2=(n1/n2)2;水泵的功率P∝Q×H。由此可推出:P1/P2=(n1/n2)3;式中:Q为流量;n为转速;H为扬程。

在水泵尺寸不变的情况下,水泵的输出功率与转速成3次方正比关系。在功率不变的情况下,转速提高,可大大减小水泵的体积。

3.2 电动机轻型化分析

根据电动机的理论,主要尺寸、功率、转速有如下关系:

P=CA×D2×Lef×n

(1)

式中:CA为常数;n为转速;D2×Lef为电动机体积。

在功率一定的情况下,转速升高,电动机的体积减小。故设计电动机转速可提高,从而进一步减小电动机的体积,最终使电动机的质量进一步减小。

4 轻型化潜水电泵的研制

经反复研究论证实践,研制出流量300 m3/h、扬程50 m,流量300 m3/h、扬程200 m,流量100 m3/h、扬程100 m共3种规格的矿用轻型快速抢险潜水电泵样机各1台。样机满足以下要求:

1) 耐酸碱度3

2) 混浊度>10%,连续工作时间不低于200 h。

3) 体积质量较同功率泵的降低不低于30%。

4) 整机长度<4 m。

5) 具有防堵塞清洗装置。

6) 主机配有可移动装置。

7) 允许潜没深度不小于70 m。

样机的外形如图1。样机的技术参数见表2。

(a) 电泵BQ300-200-280(660/1 140)

(b) 电泵BQ300-50-75(380/660)

(c) 电泵BQ100-100-55(380/660)

表2 样机技术参数

5 效果分析

电动机减重情况对比如表3所示。通过对比分析可以看出,轻型应急救援用潜水电泵的减重最高达到40%左右。产品经过专业检测中心的检验合格。

表3 电动机减重情况对比

6 结论

通过研究潜水电泵的现状及潜水电泵的轻型化分析,研制了煤矿用轻型化应急救援用潜水电泵。通过对比分析可知,轻型化潜水电泵的设计是成功的,对煤矿井下透水事故的救援起到重要作用。

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