轴流式水泵与离心.doc

2000年第三期（总第40期） 煤矿开采 2000年9月
轴流式水泵与离心式水泵串联运行
在矿井突水救灾中的应用
黄家正
（淮北矿务局杨庄煤矿，安徽 淮北 235000）

[摘要]文章介绍了轴流式与离心式水泵串联应用时的主要问题与技术对策。分析溢流孔的作用，提出了溢流孔设置与孔口断面确定方法，以及串联水泵组运行注意事项。
[关键词]轴流式水泵；离心式水泵；串联运行；溢流孔孔口面积
[中图分类号]TD745 [中献标识码]B [文章编号]1006-6225（2000）03-0050-02
1、概述
1988年，杨庄矿的特大突水灾害，最高涌水量达3153m3/h，二水平近50000m巷道被淹，当矿井追排水进行到最后阶段时，井筒中的德国里茨6726型排水泵受到潜水深度的限制（要求上吸水口淹没5 m），不能将水位排至二水平中央泵房以下，无法恢复二水平中央泵房排水和中央变电所供电系统。据当时国内现有潜水泵的技术性能及结构形式，选涌20ZDB-S1型轴流式潜水泵作前级泵（以下称之为前级泵）与里茨6726型离心潜水泵（以下称主泵）串联运行。轴流泵作前级泵串联运行，其运行
工矿复杂，两泵的参数(扬程和流量)匹配困难，易发生烧泵事故。在强占二水平泵房排水时，烧毁3台前级泵，在只剩下最后1台前级泵的情况下，通过精心打算和计划，采取了有效措施，才使两泵串联运行取得成功。
2、两泵串联组装
制作一渐变喇叭短接管，一端与主泵吸入罩下端焊接，另
作者简介：黄家正 1958年生，安徽庐江人，工程师，从事煤矿机电技术管理工作。
一端用法兰盘与前级泵联接（如图1所示）。为了减少水力损失，避免在主泵电动机端部产生涡流和冲击，短接管的长度应满足前级泵的导流器端部与主泵电机之间的间隙δ=。式中，φ1为主泵电动机尾端直径；φ1为前级泵导流器尾部直径；a为导流器侧面斜面。
3、技术分析
主泵的主要技术参数：
流量550 m3/h，扬程460m，效率80%，电动机额定电压6KV，额定电流146A，额定功率1200KW，额定转速1465r/min。现场测试实际流量695m3/h，扬程385m。
前级泵的主要技术参数：
流量1800 m3/h，扬程9.4m，额定转速965r/min，叶片安装角度+2。，电动机额定电压380V ，额定电流110A，额定功率55KW，额定转速965r/min。
前级泵铭牌流量约为主泵实际流量的2.6倍，这就使两泵串联运行情况复杂。据制造厂家提代的实际测试数据，当运行电压为405V（由于水中散热条件好运行电压可达420V）时，扬程6.2m，流量为1513m3/h。轴流泵受自身结构及受力状况的限制，其运行特性曲线很陡，如图2所示，轴功率随着扬程的增加而递增，受水泵电机过负荷能力所限，轴流泵在过高扬程的工况下运行会导致水泵电机烧毁。从图2还可看出，在水泵叶片安装角度不变的情况下，水泵工作扬程的变化对流量的影响很小；所以，轴流泵作前级泵运行时，自身流量的调节范围也很小。主泵是多级离心泵，特性曲线很平坦，流量可在较大范围内变化，前级泵能引起主泵吸水口压力变化，对主泵运行流量影响极小，故在分析两泵串联运行时，其流量可近似地看作定量。
综上所述，必须在串联水泵组的吸入罩上开溢流孔，溢出前级泵排量的一部分，限制吸入罩内的压力水头，保证前级泵正常运行。
在保证前级泵正常运行的同时，又要保证主泵安全运行。主泵是多级离心泵，采用双端吸水，叶轮对称分布的结构形式轴向推力得到平衡，使水泵转子在浮动状态下运转。若主泵在运转时吸入气体，不但会产生很大的轴向推力，情况严重时可导致主泵损坏。所以，开设溢流孔必须同时满足下列两个条件。
（1）溢水孔溢流量Q ≥Q- Q（Q为前级泵流量；Q为主泵流量）；
（2）保证主泵运行时上吸水口不进入气体。
4、溢流孔的位置及孔口面积
4.1孔口位置
从提高水泵组运行效率考虑，溢流孔口开在吸入罩的最下部可以减少能量损失。这样，溢流孔的溢流量必须准确无误，而主泵与前级泵的实际流量都时刻在一定范围内变动，无法确定使水泵组安全运行的孔口面积。
若在高于主泵上吸水的位置开溢流孔（如图3），水泵组运行时，孔口出流量的大小就可在一定范围内自动调节，保证主泵上吸水口不吸入气体或少吸入气体。如果再在溢水孔口上加焊隔离罩，加长孔口通向主泵上吸水口的途径，溢流孔溢流量的变动范围便可以增大，确定孔口的面积更加方便。
4.2孔口面积
溢流孔因水位变化会出现被淹没和露出水面2种情况，所以孔口出流应分淹没出流和自由出流。
孔口淹没出流时，从孔口流出的水体只需获得流动速度的动能和克服沿程水力损失的能量，即E=Er2+Eh1。孔口自由出流时，孔口流出的水体不但需获得速度动能和克服沿程水力损失能量，还需获得孔口与水位高差的位能，即E=Er2+Eh2+ Ew。。所以，串联水泵组吸入罩上的溢流孔若适宜于自由出流时，也就必然适宜淹没出流，则只需计算自由出流孔口的面积。
自由出流孔口面积A为：
A= → A=
式中，Q为前级泵在串联运行时的计算流量（m3/h ）；Q为主泵的实际流量（m3/h）；C为流量系数，因为孔口断面与孔口中心水头相比，不是很小（H/φ＜10），应取大孔口流量系数，另外，考虑到实际出流条件与稳定出流的差异，须将所取的C值视情况减去0.01至0.05；H为保证主泵上吸水口不进入气体，根据孔口的位置、形状以及添加装置所保留的孔口水头。
根据计算及综合考虑。在吸入罩侧壁的最上部开了2个200mm×375mm的溢流孔，合计面积为0.15m2。
5、串联水泵组运行情况
接力泵启动时，启动电流超过400A，投入运行时电流回到195A，启动主泵达到额定转速后，前级泵工作电流减到110A，符合额定值，并且很稳定。
串联水泵组自入井到二水平主排水泵投入运行的3d内，共开启13次，合计运行35h，排水24325m3，未出现故障及异常情况。