矿井主排水设备的经济运行.pdf

9 4 二 ， 一 、 _ 一 煤 矿 机 械 2 0 0 3年第 6期 文章编号 1 0 0 3 - o 7 9 4 2 0 o 3 } 0 6 - o 0 9 4 - 0 3 矿 井主拄水 设备 硇经 济 运行 李 福 同 兖州矿 区职工大学 ，山东 邹城 2 7 3 5 0 0 摘要 矿 井排 水设备消耗的电能 占矿 井总耗 能量的比重很 大， 其运行经济性对矿井生产成 本具有重要影响。通过 对煤矿主排水设备运行特性的分析 ， 提 出经济运行 的措施和优化方案 ， 以节 约能源， 降低 生产成本 。 关键 词 排 水 设备 ；经 济 运行 ；运 行特 点 ；流 量 ；扬 程 中 图号 T D 4 4 2 文 献 标 识码 A 1 矿 井排 水设 备 的运 行 特性 1 水 泵 的特 性 矿井排水设备一般采用离心式水泵 ， 其特性 曲 线如图 1 所示 。在扬程曲线 H Q 上 ， 随流量 Q 的增加 ， 扬程 日逐渐下降 。对 于常用 的后弯叶片水 泵 ， 扬程曲线一般是单调下降的 ； 水泵的轴功率曲线 N ．厂 Q 随流量 Q的增 加而逐渐升高 ， 当 Q0时 轴功率最小； 水 泵的效率 曲线 ． 厂 Q 呈 驼峰状 ， 当 Q0时效 率 0 ， 随 流量的增大 ， 效率 急剧增 加。当为额定流量 时效 率最高 ， 流量继 续增大效率 随之减小 ； 水泵 的允许 吸上真空度 曲线 J 5r ． f Q 随流量 Q的增加而逐渐降低 。水泵 的输入功率 NT Q H／ 7 } 式中 y 矿水 的重度。 则 电动机的输 出功率 Nd 7 “ Q H ／。 o● oo● oo● oo● oo● o o ●o o●0o ●oo ●oo ●oo● oo● 0o● oo● oo● 0o● 0o●oo ●oo● oo● oo● oo● oo● oo●oo ●oo ●oo ●0o ●oo● oo● oo● 0o● oo● 0o● oo● oo● oo● 0o● oo● oo● oo● oo● o o ● o o ●oo ●oo● oo● oo● oo● o 启动过程中工作 ， 工作时间很短 ， 所以没有必要计算 它的稳定工作 电流来对 它进行选 择。3 c的选择 主 要取决于该接触器的接通与分断能力。因为启动电 流随时间而衰减 ， 所 以 3 c的接通与分断能力大于 Y 形启动 电流即可。考虑交流接触器的接通与分断能 力为其额定 电流的 l 0 倍 ， 参考低压断路器整定公式 可得 ， ’ 1 0 1 3 c 寺 ， N 即 得厶 c 去 n ， w 若取 电动机起动电流倍数 K 7 ， 则 7 厶 c ， N 一0 4 7 1 N 可见它 比 ， ， ， 2 c 、 小 0 ． 1 1 ， 。所 以一般 在实际 工程中， 3 c可以选用 与 l c 、 2 c相 同的规格 ， 有 时可 比 l c 、 2 c低一级规格 ， 应根据计算结果 和接 触器规 格等级具体确定 。 3结语 设备与 线路 选择还 需满 足其他必 要的校 验条 件 ， 在此不作讨论 。 参考文献 [ 1 ] 陈效杰 ． 工厂企业 电工手册 [ M] ． 北京 水利 电力 出版社 ． 1 9 8 9 ． [ 2 ] 韩风 ． 建筑 电气设 计手册 [ M] ． 北 京 中 国建筑工业 出版社 。 1 9 9 1 ． [ 3 ] 张筱琪 ． 机 电设备 控 制基 础 [ M] ． 北京 中国人 民大 学 出版 社 。 2 0 O 0． [ 4 ] 李忠波 ， 梁 引 ．电工技 术 [ M] ． 北 京 机械工业 出版社 。 1 9 9 7 ． 作者 简介王志金 1 9 5 8一 。 河北 邯郸人 ， 工程 坷 。 毕 业 于河北 师范大学 ， 研究 生 ， 主要 从事 电气 设计 和施 工管 理工作 ， 发表 论 文 8 篇 ， 技术成 果 1 项 ． 收稿 日期 2 0 0 3 - 0 2 - 2 1 The p r o b l e m o f t e n n e g l e c f e d i n s t a r t i ng s y s t e m o f Y 一△ a b o u t me c h a n i s m WA N G Z h i - j i n H e b e i I n s t i t u t e o f A r c h i t e c t r a l S c i e n c e＆T e c h n o l o g y - H a n d a n 0 5 6 0 3 8 ． C h i n a Abs t r a c t Th e e s s a y e x p o u n d s t h e me c h a n i s t i c wo r k i n g p r i c i n p l e a n d p r o p e r t y o f the s t a r t i n g s y s t e m o f Y 一 △wh i c h r e i n t h e p r o c ess o f d ecr e a s i n g p r e s s u re． I n t h e s t a r t i n g y s t e mI the e s say ana l y s e s the p r o b l e m o f t e n o v e r l o o k e d t h a t i s a b o u t the sel e c t i o n o f e l e c t r i c a l c i r c ui t s an d ma c h i n e c o mp o n e n t s． Fu r t h e r mo re ， i n t h e p r o c e s s o f r e d u c i ng p r e s s u re ， i f ma ke s u p f 0 r ma n y d e f e c t s o f t h e a v i l a b l e s t a r t i n g s y s t e m o f Y 一 △ ． T o d e pe n d o n t h e an aly s i s the r e l i b i l i t y an d s a f e t y ma c h i n e c a n b e e n s u red． Ke y wo r d s e l e c t r i c al ma c hi n e；s t a r t i ng ；sel ect i o n o f ma c h an i s m c o mpo n e n t 维普资讯 2 0 0 3 年第 6 期 矿井主排水设备的经济运行李福固 ’9 5。 式中 。 传动效率 。 当水泵工况发生变化时 ， Ⅳ 和 Ⅳ 均 发生变化 ， 决定 了水泵能否经济运行 。 图 1特 线 曲线 Fi g． 1 Cha r a c t e r c u r ve 2 排 水 管路 的特性 排水管路 的特性 曲线 为二 次抛 物线 如图 1所 示 ， 反应了排水所需要的扬程 日与实际扬程 日 管 路阻力系数 R及流量 Q的关系 ， 其特性方程为 HH R q 其 中管路阻力系数 肛 。 壶 p la 1 a p ] ，c g n d 。 口 式 中 ∑ ． 、 ∑ 。 吸 、 排 水 管路 的局 部 阻力 系 数 之和 ； ． 、 。 吸 、 排 水 管路 的沿 程 阻 力 系 数 之和 ； Z ． 、 Z 。 吸 、 排 水 管路 的实 际长 度 ； d d p 吸 、 排水 管 路 的 内径 。 3 矿井排水设备的运行 在 图 1中水泵的扬程曲线与管路特性 曲线的交 点 ， 即为水泵运行的工况点。为保证水泵 运行 的经 济性 ， 通常限制正常运行 时的工况效率不得低 于最 高效率的 8 5 ％ 一 9 0 ％， 并 以此划定水泵 的工业 利用 区 。 2 矿 井 排水 设 备 的经 济运 行 由以上 理论分析可知 ， 影响矿 井主排水泵 工况 的因素较多。在条件许可 的情况下 ， 应从 以下几方 面人手 ， 使矿井主排水设备高效 、 经济运行。 2 ． 1 采 用新 型 高效 泵 新 型高效水泵 的的设计特点是 设计 制造精度 高 ， 各部件配合间隙小 ， 具有扭曲叶片的叶轮水力损 失小。 据 测 算 一 台 S S M 2 0 07型 水 泵 更 新 为 2 0 0 D 4 37型水泵 ， 效率可提高 1 0 ％以上 ， 年节约的 费用能购置 2台新泵 ， 效益 十分显著 ， 因此采用新 型 高效泵替代“ 老、 旧、 杂” 水泵已势在必行 。 2 ． 2合理 选 择 水 泵工 况点 在满足稳定运行 的条件下 ， 要求水泵有较高 的 运行效率 ， 水泵的工况点应 位于工业利用区 ， 如 图 2 所示。从经济运行 、 节约用 电考虑 ， 排水系统的实际 工况点最好选在最高效率点 的右侧 MM 段 ， 如选 在最高效率点 或其左 侧。 由于水泵 叶轮 等部件 磨 损 、 管路 积垢 等原 因， 工况点左移 到 J I f 。点 ， 效率 明 显下降。如选在右侧 ， 工 况点左移后接近最 高效率 点 ， 效率升高。因此工况点在 MM2段 ， 水泵 效率 虽 低 于最高效率 ， 但排水系统效率较高。 图 2运 行 工 况 曲线 Fi g． 2 W or l dno c o nd i tio n c ur v e 2． 3优 化 富裕 扬 程 主排水泵 的正常工作扬程大于矿井排水需要 的 扬程时， 就有一定的富余扬程 。当富裕扬程过多时 ， 工况点右移甚 至超过工业利用区 ， 效率 明显降低 ； 流 量增大 ， 电动机负荷升高而引起过载 ， 吸上真空度加 大 ， 严重时水泵产 生汽蚀。不仅运行不经济 ， 也危及 安全 ， 因此 ， 必须加 以调整 。矿井主排水泵常用 2种 调 节方 法 1 减 少 叶轮 数 目 当富裕扬 程超过 一个 以上叶轮 所产生 的扬程 时 ， 可采用减少 叶轮数 目的方法优化 富裕扬程 。矿 井 主排 水 泵所 需 的 叶轮数 目 i H| Hi 式 中 凰 单 级 叶轮 扬 程 ； 日 矿井 排水 所 需扬 程 。 减少 叶轮数 目以拆 除最后一级为宜 ， 其特性如 图 3所示 。水泵工况点 由 1点移 到 2点 ， 节约 了扬 程 ， 管路效率提高 ， 吸上 真空度增大 ， 提 高了运行 的 经济性和安全性 。 V l V I q 圈 3 减 少叶轮数后 水泵特性 曲线 F i g ． 3 P u mp w o r l d c h a r _ c t e r c u r v e a ft e r[ Jm q r r e d e e a m 2 削短 叶轮 叶 片直 径 当富裕扬程不超过一个 叶轮所产 生的扬程 时 ， 可适 当削短叶轮叶片外径 ， 以降低水泵扬程 ， 切削量 的大小依切割定律近似求得 一 一 f 1 - - 一一一 I 一_ 一 0 一 D，’ H 一、D， F 维普资讯 9 6 矿井 主排水设备的经济运行李福固 2 0 0 3年第 6期 式中 Q、 Q 切削前、 后水泵的流量 ； 日、 切削前、 后水泵的扬程 ； D2 、 D 切 削 前 、 后 水 泵 的 叶 轮 叶 片 外 径 。 叶轮切削前、 后水泵 的工况如 图 4所 示。叶轮 直径减小后 ， 水力学特性发生变化 ， 效率曲线亦有变 化 ， 但切削量不大时其效率可认 为不变 ， 切削后工况 点由 移到 。因此在水 泵效率基本相 同的情况 下 ， 扬程降低 ， 排水 系统效率提高。 ～ 二 I≤盘 警 ． 圈 4叶 轮 切 削 前 、 后 水 泵 工 况 曲线 ．4 P咖 叩 wor Hn c o n di t ion b e f o r e a n d a ne r e u t an g 2 ． 4降低排 水管路 阻力， 改善 管路特性 矿井排水设 备一般有 多台水 泵和备 用管路 ， 除 定期清理管路积垢 以降低排水 管路阻力外 ， 也可采 用组合方式排水 ， 以改善管路特性 ， 并常用单 多 泵 双管并联。管路并联后 阻力 减小 ， 其特性如图 5所 示 ， 管路特性曲线 由 变为 ， 工况点 由 移 向 肘 ， 流量增加扬 程减小 。从特 性曲线可 以看 出， 水 泵在单管工作时工况点位于最高效率点左侧效果更 好 ， 因为管路并联后工况点右移 ， 水泵效率和管路效 率同时上升 ， 使 排水 系统 总效率 显著提 高 ， 能耗 降 低 。 0 q 0 2 0 围 5管路并联 特性 曲线 ．5 Ch ar a c t e r唧o f p ar al l e l i ng pi pe l i ne 2 ． 5 降低吸水 高度 ， 减 小吸水阻力 降低吸水高度 ， 减小吸水阻力 ， 可 以改善吸水管 路特性 ， 避 免发 生汽 蚀 ， 使水 泵安 全工 作并 节约 电 能。其措施主要 有 1 无 底 阀排水 ， 无底 阀排水减 小了吸水阻力 ， 降低吸上真空度 ， 增大水泵 的汽蚀余 量， 同时减少底阀引起的故障； 2 高位排水， 在保证 矿井排水安全的前提下 ， 提高水仓和吸水井的水位 ， 减小吸水扬 程和吸水阻力 ， 增大水泵工作的安全区 ； 3 正压排水 ， 采 用 “ 子母 型” 泵 ， 每 台主排水 泵有 1 台深井子泵向母泵注水 ， 母泵吸水 口处于正压 ， 避免 了汽蚀 ， 便于实现 自动化 ， 是水泵高效运行的措施之 一 ； 4 及时清理吸水 井和水仓 ， 根据 实际情况对吸 水井和水仓都应做到及时清挖 。一般要求主泵排水 电流降低 5 A时就清理仰井和笼头 ， 水仓 每年清挖 l 一 2次 ， 保证 水 泵不排混 水 ， 减小水 泵磨损 ， 延长使 用 周 期 。 2 ． 6 加 强水 泵的技 术测定， 科 学安排大修周期 运行 中的水泵 ， 由于磨损 、 管路积垢等原 因 ， 使 工况点偏移 ， 效 率下 降。因此应 对主排水泵性 能定 期进行技术测定 ， 以了解水 泵能否安全 、 可靠 、 经济 地运行 ， 对测定结果不 符合正 常运 行条件的部分进 行 调试 或 更换 。 在安排 大修周期上 ， 应 根据矿井水文地质条件 及水泵无故障运行 时间合理确定 。在保证矿井排水 安全 的前提 下 ， 强调每年大修一次并不一定适宜 ， 有 些泵实际是过剩维修 ， 反 而造成“ 维修故障” 。 3结 语 综上所述 ， 根据各矿实际情况 ， 在条件许可的情 况下 ， 认真研究矿井 主排水 设备安全 、 可靠、 经济运 行 的措施 ， 综合采用以上方案 ， 可使主排水泵和管路 效率大为提高 ， 节能效果明显。如兖州矿 区 2 9台主 排水泵 的综 合效率 由原来 的 6 2 ． 2 ％提 高到 7 0 ％以 上 ， 节约功率 4 5 8 k W 以上 。 参考 文献 [ 1 ] 白铭声 ， 陈祖苏 ． 流体 机械 [ M] ． 北 京 煤 炭工业 出版社 。 1 9 9 8 。 1 0 ． [ 2 ] 汪德成 ． 矿 山流体机 械[ M] ． 北京 煤炭工业 出版 社 ， 1 9 9 7 。 4 ． [ 3 ] 李 福固 ． 改 变矿井主排 水泵扬程 的方法 [ J ] ． 煤 矿机电 ． 2 0 0 1 。 3． 作者简 介 李 福固 1 9 6 8一 ， 山东邹 城 人 ， 讲 师 ， 毕 业于 原 山东 矿业学 院， 现从 事矿 山机械 的教 学与科研工 作 ， 发表论文多篇 ． 收稿 日期 2 0 0 3 - 0 1 ． 1 4 Ec o n o mi c o p e r a t i o n o f c o a l mi ne m a i n p u m p i n g e q u i p m e n t LIFu - g u Y a n z h o u Mi n i n g A r e a Wo r k e r s I n s ti t u t e ， Z o u c h e n g 2 7 3 5 0 0 ． C h i n a A b s t r a c t T h e e l e c t r i c i t y o f c o a l m i n e m a i n p u m p i n g e q u i p m e n t c o n s u m i n g c o n s t i l u t e i m p o r t a n t s t a t u t e ， i t e c o n o m i c o p e r a t i o n h a s i mpo r t a n t e ffe c t s t o mi n e p r o d u c t i o n c o s t s． Th r o u g h a n a l y s i n g wo r k i n g c h a r a c t e r ， p u t s f o r wo r d e c o n o mi c o p e r a t i o n me t ho d an d p l an t o r e d u c e s o u r c e s an d c o s t ． Ke y wo r d s p u mp i n g e q ui p me n t ；e c o n o mi c o p e r a t i o n；o p e mt i o ni n g c h a r a c t e r ；flo wi n g me a s u r e；h o i s t i n g h e i g h t 维普资讯