MD 多级离心泵降级改造及注意事项

张 雨

（攀钢集团矿业公司攀枝花铁矿，四川攀枝花 617063）

0 引言

攀钢攀枝花铁矿为新建露天转地下开采铁矿，年产量150万吨，采用无底柱分段崩落法采矿工艺，地下开采标高为1200～1320 m。在1200 m 水平设置井下中央水仓及排水设施，排水出口设置在1280 m 胶带斜井出口。根据井下涌水量计算排水系统需选用6 台MD580 多级离心泵，由于该矿原有7 台存放多年的全新MD580-60×7 多级离心水泵，电机型号YKK5602-4，电压等级10 kV，额定功率1000 kW，为减少新泵采购成本及设备积压，决定在电机不变的情况下对该型水泵进行降级改造后使用。

1 水泵降级改造方案及对比

1.1 有效扬程估算及水泵级数的确定

水泵扬程：

式中 H——水泵扬程，m

Z1——水泵吸水池水面高程，m

Z2——水泵出水池水面高程，m

ζ——损失系数，根据现场排水管线设置估算为1.8

L——吸水管和出水管总长，m

Q——流量，m3/s；按580 m3/h，则Q≈0.16 m3/s

S——管道的比阻；S=10.3n2/D5.33

n——排水管内壁糙率；无缝钢管n=0.012

D——管内径，m

已知排水管内径n=0.357 m，则管道的比阻S=10.3n2/D5.33≈0.36。

水泵扬程H=（Z2-Z1）+ζSLQ2≈108 m。

由以上计算可知，原水泵降级为2 级水泵就可以满足井下排水需求。

1.2 降级方案对比

降低多级离心泵额定扬程一般采用变频调速、叶轮车削和降级3 种方法。由于本次扬程下降比较多，不适合采用变频调速及叶轮车削的方式，同时针对矿井下生产随着后期采掘水平不断往深部延伸，水仓降段将导致后期扬程不断增加，水泵将逐渐增加级数的实际，决定采用减少水泵级数的方式进行改造。

现有多级离心泵为7 级水泵，按扬程要求须降为2 级水泵。由于降级数量较多，一般比较成熟的方案为只保留首尾2 级叶轮及壳体，重新加工水泵轴的方案。其优点是水泵结构紧凑，效率高，缺点是更换件多，改造成本比较高，后期不便再增加级数，同时水泵地脚及进排水管道安装位置将发生改变。另一种方案为保留首尾2 级叶轮及全部壳体，只去掉中间5 级叶轮，保留水泵轴不变的方案。其优点是水泵安装位置不发生改变，改造成本低，便于后期增加级数，缺点是水泵效率可能会降低，同时由于水泵级数由7 级降为2 级，降级数量较大，存在一定改造风险，经考察多级离心水泵降级改造还没有相关案例。

由于在中央水仓泵房施工中水泵安装基础及进出口管道已施工完毕，同时通过井下涌水量的测算主排水泵开动时间较短，通过以上分析比较最终决定采取保留原有水泵轴不变的方案进行降级改造。

2 水泵降级改造及性能曲线

2.1 改造过程

将多级离心水泵解体，保留第一级及第七级叶轮及全部轮壳，去掉中间5 级叶轮及联结平键，在第一级和第七级叶轮间安装3 个隔套，为防止锈蚀，隔套采用不锈钢材料，配合尺寸为Ф105（H8/g6）mm。装配好的水泵轴做静平衡试验后进行总装。改造后水泵结构如图1 所示。

图1 水泵结构

2.2 降级前后水泵性能对比

按预定方案对多级离心泵降级改造后对其性能参数进行了测试，水泵性能曲线变化如图2、图3 所示。

图2 降级改造前水泵性能曲线

图3 降级改造后水泵性能曲线

3 设计使用注意事项

3.1 水泵降级后扬程对流量的影响

从水泵降级后性能曲线可以看出，扬程H 曲线较为平缓，表明扬程变化对流量的影响增大。井下排水管道路线复杂，阀门较多，增加了有效扬程估算的难度，针对这种情况我们对排水系统进行了部分优化减少管道阻力。

（1）采用射流泵真空引水方式代替底阀截流注水方式，使用ZPBZ 型气水两用射流泵，由于取消了传统底阀，减少了水泵进水阻力及电耗，降低了水泵发生汽蚀的可能性，引水效率和可靠性也大大提高。

（2）水泵出水口采用H76H 对夹蝶型止回阀代替原设计的H44H旋启式止回阀，对夹蝶型止回阀具有阀瓣关闭快速，水锤压力小，流道通畅，流体阻力小及可靠性高等特点，现场使用效果良好。

3.2 水泵降级对效率的影响

水泵降级后经实测正常工作电流为24 A，工作电压为10 kV，则电机实际功率N 为240 kW，则水泵效率η 为：

式中 K——备用系数，取1.1

r——水的密度，井下涌水近似取1050 kg/m3

Q——流量，m3/h；实际流量为530 m3/h

H——扬程，m

N——电机功率，kW

水泵效率相对降级前有所下降，但由于矿井下涌水较少，每昼夜单台泵运行1～2 h 就可满足井下排水的需要，所以总体能耗也在可控范围内。

3.3 水泵降级对汽蚀余量的影响

该型水泵降级前汽蚀余量为4.9 m，降级改造后对水泵进行了测试，经测试其汽蚀余量为5.36 m，增大了0.46 m，相应水泵吸程就比降级前减少了约0.46 m。使用中为避免汽蚀对水泵结构造成不良影响，相应调整了中央水仓水位报警器的安装高度。

3.4 水泵降级对泵体寿命的影响

水泵降级改造后可以有效降低水泵轴的扭矩力及负荷，提高泵体的使用寿命，延长易损件的更换周期，如轴承寿命大大提高，可以用普通轴承代替原有的加强型轴承。

4 结论

攀枝花矿6 台井下主排水泵降级改造后经现场实地运行，水泵运转一切正常，性能满足矿井下排水要求。通过本次降级改造的成功实施可以看出，降级改造是多级离心泵节能及改型利用的有效手段。降级改造前要充分考虑性能参数变化对水泵运行的影响，根据现场情况确定合理降级方案才能在控制成本的基础上满足水泵的运行要求，本次改造也为多级离心泵的类似降级改造提供了很好的经验。