淺析礦井主排水泵的監(jiān)控及檢驗技術(shù)

莫慶軍

（1.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司檢測中心，湖南 長沙 410000；2.金屬礦山安全技術(shù)國家重點實驗室，湖南 長沙 410000）

根據(jù)規(guī)程規(guī)定，水泵房應(yīng)配備至少一臺工作水泵、一臺備用水泵及一臺檢修水泵。工作水泵的能力，應(yīng)當(dāng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量(包括充填水及其他用水)。備用水泵的能力，應(yīng)當(dāng)不小于工作水泵能力的70%。檢修水泵的能力，應(yīng)當(dāng)不小于工作水泵能力的25%。工作和備用水泵的總能力，應(yīng)當(dāng)能在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。排水管路應(yīng)當(dāng)有工作和備用水管。工作排水管路的能力，應(yīng)當(dāng)能配合工作水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的正常涌水量。工作和備用排水管路的總能力，應(yīng)當(dāng)能配合工作和備用水泵在20h內(nèi)排出礦井24h的最大涌水量。配電設(shè)備的能力應(yīng)當(dāng)與工作、備用和檢修水泵的能力相匹配，能夠保證全部水泵同時運轉(zhuǎn)。華亭礦井中央水泵房工作泵、備用泵和檢修泵各一臺，型號為MD280-65×10，配套電機功率為800kW。

1 主排水泵主要部件監(jiān)控

（1）啟動時排空監(jiān)控。啟動主排水泵必須保證泵體內(nèi)部真空度，常見采用射流泵或真空泵排除泵體內(nèi)部多余空氣。監(jiān)控設(shè)備有真空傳感器、壓力監(jiān)控儀表等。

（2）排水通道監(jiān)控。排水通道監(jiān)控主要指得是對主閥閉合調(diào)節(jié)的監(jiān)控。按照水泵操作規(guī)程、或調(diào)整排水通道及防止水錘事故的發(fā)生，必須進(jìn)行主閥的開啟或關(guān)閉。因此，主閥開閉狀態(tài)要監(jiān)控，以確保排水通道可靠運行。

（3）水倉水位高低監(jiān)控。水倉相對是一個密閉空間，要做到水位高低時能自動發(fā)出開機或停機信號或傳出水位實際高度，至少保證值班人員知道水倉時時水位。監(jiān)控設(shè)備有液位傳感器等。

（4）運轉(zhuǎn)時常態(tài)監(jiān)控。常見有主軸溫度監(jiān)控、水泵運轉(zhuǎn)振動監(jiān)控、排水管流量監(jiān)控、水泵入出口壓力監(jiān)控、電壓電流監(jiān)控等。以上環(huán)節(jié)的監(jiān)控數(shù)據(jù)及工作狀態(tài)均可在操作臺時時監(jiān)控顯示，通過PLC傳輸?shù)孛鏅C房計算機分析處理形成曲線或表格供管理人員做出正確判斷，向井下可編輯控制器發(fā)出命令。

（5）電動機是主排水泵的心臟，水泵電機常見有欠壓、過流、短路等故障。由中央變電所控制的高壓開關(guān)柜的綜合保護(hù)器實現(xiàn)。電動機的自動控制由PLC、中間繼電器、接觸器等組成，它是自動化控制的真心環(huán)節(jié)。

（6）水泵出入口壓力監(jiān)控。對水泵吸水端真空壓力及排水壓力要進(jìn)行監(jiān)控。常見有吸入口安裝真空壓力表，經(jīng)水泵運轉(zhuǎn)之后在排水管合適處安裝壓力表，并采集數(shù)據(jù)匯集計算機。

以上監(jiān)控所采集的數(shù)據(jù)集成一個動態(tài)運行狀態(tài)，如下圖1、2所示。

圖1 監(jiān)控數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

2 主排水泵的檢測技術(shù)

2.1 排水泵運行工況點的效率

水泵工況是指水泵運行時，實際出水量 Q、揚程H、軸功率N、效率 n 等，把這些值繪在揚程曲線、功率曲線、效率曲線上，就成為一個具體的點，因為水泵是與管路相聯(lián)的，所以它要受管路的制約。水泵的特性曲線與管路的特性曲線的相交點，就是水泵的工作點,又叫做工況點。水泵工況點反映了水泵瞬時的工作狀況。一般閥門開度對應(yīng)額定揚程時，是最佳工況點。如圖3所示在流量在65m3/h時，即BeP與BHP曲線交點時就是該泵的最佳工況點。檢驗要求水泵的運行工況點應(yīng)在工業(yè)利用區(qū)內(nèi)，即工況點的效率不小于額定效率的85%。

圖2 排水泵運行系統(tǒng)狀態(tài)

圖3 水泵運行工況點效率對比

2.2 運行工況下電機功耗

水泵在運行工況下，應(yīng)不超過電動機的容量。檢測時需要用功率表進(jìn)行實踐測量電機運行功率。檢測電機功耗其中要注意檢測電機的實際電流值，要求低于電機的額定電流值。

2.3 排水系統(tǒng)的噸水百米電耗

排水系統(tǒng)的噸水百米電耗應(yīng)低于0.5kW?h/(t?hm)。檢測涉及參數(shù)有水泵的吸水高度、排水高度、管路效率、排水系統(tǒng)效率、泵的效率等，此參數(shù)反映出水泵運行做功情況及耗電成本。

2.4 水泵的振動

要求運行工況下不允許振動超標(biāo)。泵的振動級別分為A、B、C、D四級，D級不合格。檢測涉及參數(shù)有排水泵的真心高、近電機端及遠(yuǎn)電機端的振動數(shù)值、泵的額定轉(zhuǎn)速、泵的分類等。振動參數(shù)是水泵檢測的重要參數(shù)，是判斷水泵是否合格的否決項目，現(xiàn)場檢測使用測振儀進(jìn)行近水泵主軸端三向測量。引起振動大的原因有很多，如基礎(chǔ)不牢固、轉(zhuǎn)子不平衡等，發(fā)現(xiàn)振動異常時要及時停機進(jìn)行處理。

2.5 水泵噪聲

在運行工況下，水泵房的噪聲不得超過90dB（A）。檢測測點的布置按照J(rèn)B/T8098-1999要求布置，取八個測點，每個測點測3次取平均值。檢測時使用噪聲計進(jìn)行測量。

2.6 起動時間

單臺水泵的起動時間不大于5min。用秒表記錄起動排空上水的時間，測量三次取最大值。啟動時間的多少側(cè)面也反應(yīng)出水泵啟動排空氣效果。

2.7 水泵流量

水泵的流量大小反映了水泵實際做功情況，是檢測水泵性能的一個很重要參數(shù)。檢測時要測量真空表、壓力表的高度及壓力值，泵吸水管、排水管、測量流量處排水管的周長、壁厚等參數(shù)。檢測方法參照《水泵流量的測定方法(GB/T 3214-2007)》，可采用手持式智能流量計進(jìn)行檢測。

2.8 排水泵性能曲線

在使用現(xiàn)場的實際轉(zhuǎn)速下，調(diào)節(jié)水泵的工況點，檢驗排水泵性能，并繪制排水泵性能曲線圖。流量調(diào)節(jié)方式：試驗應(yīng)從電動機輸入電流最小的工況開始調(diào)節(jié)流量，逐漸調(diào)整到最大流量點或最小流量點。調(diào)整過程中，應(yīng)監(jiān)測電動機輸入電流。試驗工況點：試驗工況點的數(shù)量不少于5個，盡可能均勻分布在整個性能曲線上。試驗結(jié)果按額定轉(zhuǎn)速的換算，按GB/T3216規(guī)定的換算方法換算。性能曲線圖：繪制的性能曲線應(yīng)當(dāng)是換算到額定轉(zhuǎn)速時的性能曲線。曲線圖以橫坐標(biāo)軸表示流量Q，縱坐標(biāo)軸分別表示揚程H、軸功率Pa和效率η。參照GB/T3216中“泵性能曲線圖”，根據(jù)測定與計算得出的數(shù)據(jù)繪制曲線，曲線應(yīng)平滑。

通過對甘肅華亭市華亭礦井中央水泵房主排水泵的檢測工作，對比了現(xiàn)場監(jiān)控措施與檢測技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)監(jiān)控措施和檢測技術(shù)本質(zhì)上作用一樣的，監(jiān)控措施是企業(yè)對主排水泵關(guān)鍵部件或運行參數(shù)實行日常性信息化可視化監(jiān)控與管理，檢測技術(shù)是從設(shè)備運行狀態(tài)按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行結(jié)果性判斷性的校驗。從檢測結(jié)果與現(xiàn)場監(jiān)控集成數(shù)據(jù)對比分析，兩者相輔相成，相互驗證，對生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化一類礦井具有一定的指導(dǎo)和借鑒作用。