礦用潛水電泵優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

栗躍鵬

(山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司，山西沁水048214)

摘要：針對(duì)目前礦用潛水電泵的應(yīng)用現(xiàn)狀與問題進(jìn)行探討分析,提出了一整套系統(tǒng)化的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,以此提高礦用潛水系統(tǒng)在礦井水搶險(xiǎn)中的應(yīng)用以及提高了給排水系統(tǒng)的作業(yè)效率。

關(guān)鍵詞:礦用潛水電泵優(yōu)化設(shè)計(jì)礦井

中圖分類號(hào)：F407.1；F416.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

作者簡介：栗躍鵬(1988-)，男，漢族，畢業(yè)于中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院，電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)，本科學(xué)歷，助理工程師職稱，山西蘭花科創(chuàng)玉溪煤礦有限責(zé)任公司技術(shù)員。

收稿日期：2015-04-28

Discussion on optimization design of electric submersible pump

LI Yuepeng

Abstract:This paper is an analysis of current situation and problems in the application of submersible pump, puts forward a set of systematic optimized design scheme, in order to improve the application of mine diving system in coal mine water disaster and improve the working efficiency of water supply and drainage system.

Keywords:electric submersible pump；optimization design；mine

1礦用潛水電泵應(yīng)用的現(xiàn)狀與問題

礦用潛水電泵主要運(yùn)用于深井的提水工作,在設(shè)置潛水電泵相關(guān)參數(shù)主要包括了揚(yáng)程與流量,目前礦用潛水電泵在我國深井提水作業(yè)中的現(xiàn)狀與問題主要有以下幾個(gè)方面：

1)在現(xiàn)在的礦用潛水電泵中,主要還是采用繼電器來進(jìn)行控制,同時(shí)需要人工對(duì)潛水電泵的開關(guān)和切換電路連接方式進(jìn)行操作。但是,礦井的作業(yè)環(huán)境比較惡劣,具有的線路比較復(fù)雜,具有極高的作業(yè)困難,因此導(dǎo)致了礦井下面的排水系統(tǒng)缺乏足夠的工作效率,在一定程度上造成了經(jīng)濟(jì)效益方面的損失。

2)通常,礦井事故在剛開始發(fā)生的時(shí)候,往往出現(xiàn)比較嚴(yán)重的積水現(xiàn)象,在這種情況下,如果使用礦用潛水電泵進(jìn)行搶險(xiǎn),容易因?yàn)榇罅糠e水而影響潛水電泵串聯(lián)系統(tǒng)與并聯(lián)系統(tǒng)之間的轉(zhuǎn)換,需要經(jīng)過大量的人力以及時(shí)間才能夠操作,如此一來對(duì)于搶險(xiǎn)的時(shí)機(jī)準(zhǔn)確及時(shí)的把握產(chǎn)生嚴(yán)重的影響,甚至造成嚴(yán)重的人身生命安全的威脅以及經(jīng)濟(jì)上的損失。

3)在對(duì)礦井事故進(jìn)行搶險(xiǎn)的后期,因?yàn)榈V井下面的巷道過于窄小,對(duì)潛水電泵并聯(lián)轉(zhuǎn)換為串聯(lián)的操作產(chǎn)生一定的局限性,而且進(jìn)行并聯(lián)向串聯(lián)的轉(zhuǎn)換操作必須通過人力進(jìn)行,在井下作業(yè)本身存在著極大的難度,容易導(dǎo)致?lián)岆U(xiǎn)的工作人員錯(cuò)過搶險(xiǎn)的最佳時(shí)機(jī),也對(duì)潛水電泵的作業(yè)效率帶來負(fù)面的作用[4]。

2如何優(yōu)化設(shè)計(jì)礦用潛水電泵設(shè)備

為了解決在礦井事故中順利采用礦用潛水電泵進(jìn)行搶險(xiǎn)以及提高潛水電泵在礦井排水系統(tǒng)中的應(yīng)用效率,從潛水電泵的實(shí)際情況出發(fā),在對(duì)礦用潛水電泵的技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)行深入分析研究的基礎(chǔ)上,針對(duì)所出現(xiàn)的具體問題提出一整套有系統(tǒng)的建議性方案,從而提高潛水電泵的技術(shù)系統(tǒng)[3]。

(1)礦用潛水電泵的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖1

礦用潛水電泵的系統(tǒng)包括了兩個(gè)主要的組成部分,一個(gè)是潛水電機(jī),另一個(gè)是潛水泵。對(duì)于礦用潛水電泵的研究主要是針對(duì)潛水電機(jī)以及潛水泵這兩個(gè)子系統(tǒng)的研究。在我們?nèi)粘Ｉ钪幸约跋拦ぷ髦兴褂玫慕o排水系統(tǒng)就是潛水電泵中的一種超系統(tǒng),基于這個(gè)理論來進(jìn)行關(guān)于礦用潛水電泵的優(yōu)化設(shè)計(jì),需要對(duì)其進(jìn)行可躍變形式的改造與設(shè)計(jì),以此來提高潛水電泵的作業(yè)效率。這個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于對(duì)潛水電機(jī)以及潛水泵進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)系統(tǒng)如圖1所示。

(2)礦用潛水電泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)

潛水電泵的設(shè)計(jì)包括了上泵與下泵的設(shè)計(jì)。其中,上泵的設(shè)計(jì)指的是潛水泵位于電機(jī)的上方,如此一來可以在礦井作業(yè)的過程中減小潛水泵所占用的位置,這種潛水電泵的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較適用于小型作業(yè)的潛水泵以及深井使用的潛水電泵；另一方面,下泵的設(shè)計(jì)指的是潛水泵位于電機(jī)的下方,并且具有兩種形式,分別是內(nèi)裝式和外裝式：在內(nèi)裝式的結(jié)構(gòu)中,液體從電泵輸出以后,首先會(huì)在電機(jī)的周圍環(huán)形流通道經(jīng)過,使其對(duì)電機(jī)進(jìn)行冷卻后，再從電泵出口流出,該種電泵結(jié)構(gòu)具有防止電機(jī)升溫的優(yōu)點(diǎn)[1]。

(3)礦用潛水電泵控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

圖2

對(duì)于礦用潛水電泵控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用的設(shè)計(jì)方式是排水管的測量傳感器以及PLC控制系統(tǒng)。在PLC控制系統(tǒng)中,CPU是主要的控制核心,其他執(zhí)行器以及傳感器發(fā)揮著輔助性的控制作用,通過該設(shè)計(jì)可以對(duì)潛水電泵進(jìn)行實(shí)時(shí)控制,在控制潛水電泵的開關(guān)的時(shí)候可以操作上泵與下泵的控制閥來進(jìn)行控制,也就是可以使?jié)撍姳米詣?dòng)進(jìn)行串聯(lián)與并聯(lián)之間的轉(zhuǎn)換。

圖2是關(guān)于PLC的梯形圖程序。在上圖中,10.0、10.1、10.2、Q0.0、Q0.2、S1、S2分別代表了PLC結(jié)構(gòu)的安全水位、低水位、高水位、閘口的開關(guān)K1、閘口的開關(guān)K2、并聯(lián)控制開關(guān)、串聯(lián)控制開關(guān)。其作業(yè)的過程具體操作步驟如下:當(dāng)?shù)V井的水位到達(dá)并聯(lián)控制開關(guān)的位置,閘口開關(guān)K1自動(dòng)開啟，閘口開關(guān)K2自動(dòng)關(guān)閉,此時(shí),礦用潛水電泵的作業(yè)狀態(tài)處于雙泵并聯(lián)獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)中,同時(shí)礦井下放的積水從上泵進(jìn)入,經(jīng)過升壓后,在下泵的出口流出,而剩下的積水會(huì)從下泵的吸水口進(jìn)入,經(jīng)過升壓后,從上泵的出口流出,最終兩邊流出的水匯聚在潛水電泵的總出水口處,此時(shí)其揚(yáng)程沒有發(fā)生任何變化,而流量則比單泵多一倍。

當(dāng)?shù)V井下方的水位到達(dá)串聯(lián)控制開關(guān)的位置高度,閘口開關(guān)K2自動(dòng)打開,此時(shí)閘口開關(guān)K1會(huì)自動(dòng)關(guān)閉,潛水電泵自動(dòng)進(jìn)入串聯(lián)的作業(yè)狀態(tài),礦井下的水會(huì)從下泵吸水口流進(jìn),經(jīng)過升壓后,從下泵的出水口流出,所流出來的水會(huì)經(jīng)過管道進(jìn)入上泵,經(jīng)過二次升壓之后,最終給水會(huì)從上泵的出水口流出,在整個(gè)過程中,礦用潛水電泵所需要的流量保持不變,而其揚(yáng)程則提升了一倍。

當(dāng)?shù)V井下方積水的水位到達(dá)了安全水位的時(shí)候,礦用潛水電泵自動(dòng)停止作業(yè),由此可達(dá)到礦用潛水電泵之自動(dòng)化、智能化的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

綜上所述,礦用潛水電泵的優(yōu)化設(shè)計(jì)中,需要根據(jù)實(shí)際的情況來進(jìn)行水泵控制閥的切換,以保證礦用潛水電泵可以得到正常的使用,與此同時(shí),讓礦用潛水電泵更加科學(xué)合理的應(yīng)用于礦井的給排水系統(tǒng)以及礦井事故的搶險(xiǎn)工作中。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)有利于提高水力模型的流量與揚(yáng)程,從而保證了礦用潛水電泵的強(qiáng)度與穩(wěn)定安全性能,滿足深井提水的實(shí)際需求。

3案例實(shí)踐

以某地區(qū)的礦井水事故為例,經(jīng)過專家人員的研究證明，決定在該地區(qū)安裝了所優(yōu)化設(shè)計(jì)的給排水系統(tǒng),所適用的潛水電泵其揚(yáng)程是800 m,流量為100/m3/h,一共兩臺(tái),排水管路是Q345B。經(jīng)過一段比較長時(shí)間的應(yīng)用與檢驗(yàn),發(fā)現(xiàn)其運(yùn)行穩(wěn)定且安全,沒有發(fā)生故障與礦井水災(zāi)事故。由此可見采用礦用潛水電泵優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)于礦井安全穩(wěn)定的運(yùn)行具有明顯的保障作用,具有極其理想的推廣價(jià)值。

4結(jié)語

現(xiàn)階段我國正處于市場經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的階段,礦用潛水電泵為我國的給排水系統(tǒng)以及減輕礦井水災(zāi)事故的發(fā)生帶來有力的保障，但是目前該技術(shù)設(shè)備的運(yùn)用仍然存在著多方面的問題,需要對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),以提高其作業(yè)效率,提高其在礦井水災(zāi)事故搶險(xiǎn)工作中的安全保障性,并且實(shí)現(xiàn)了礦用潛水電泵的自動(dòng)化,減少了人力物力與時(shí)間,有利于提高礦井作業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

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