浅谈煤矿主排水泵的能耗分析及在线监测方法

浅谈煤矿主排水泵的能耗分析及在线监测方法

吴永强

（新疆煤炭设计研究院有限责任公司，新疆乌鲁木齐市830091）

摘要：煤矿主排水泵是矿井大功率高负荷设备，其运行效率高低决定了煤矿整体能耗水平的高低。因此，对主排水泵的耗能状况进行分析，研究节能的有效途径，并认真实施，对于煤矿推进节能技术进步，加强技术管理、节约能源、减亏增盈、提高企业经济效益，有着重要的现实意义。本文探讨了煤矿主排水泵的能耗及其在线监测方法。

关键词：煤矿；排水泵；能耗；监测

煤矿主排水泵是煤矿“提升、通风、排水、压风”四大固定设备之一，其消耗电量在四大固定设备中占主要位置。根据相关统计数据，水文地质类型复杂的矿井主排水泵消耗的电量占总生产用电量的20%～30%,而普通的矿用主排水泵的出厂效率一般在65%～80%,电动机的效率在90%以上，初步估算主排水泵泵组的整体运行效率为58%～70%。如何提高和监测水泵的整体运行效率，对降低煤矿整体能耗水平具有重要意义。

一、降低主排水泵能耗的意义

煤矿的主排水泵是煤矿的“四大件”主要设备之一，尤其在涌水量较大的矿井中，其耗电能居主要能耗之首。由于目前在用的煤矿泵类设备正处在新老交替的更新换代周期内，许多技术性能落后的老系列产品仍在煤矿中使用，能耗很高。另外，许多煤矿泵系统的管网布局不合理，管路积垢长期未清理，数年来，虽然泵设备增减更换很多，而管网流程进行改造或调整往往被忽略，导致更换后的先进泵设备不能充分发挥其综合节能效益；再加上运行管理、维修水平低，大量有益电能浪费在系统的运行过程中。如能通过对泵类系统的综合技术改造，达到系统经济运行的目的，节电潜力很大。而泵类系统进行综合技术改造，首先要确定泵类系统科学、合理的技术考核办法和计算方法，通过考核来诊断分析泵系统及设备实际运行状况的优劣及作为泵系统综合技术改造的依据。因此，煤矿泵系统工序耗能计算和考核方法制定是系统改造和管理必不可少的科学管理基础工作。

二、煤矿主排水泵效能低的原因分析及应对措施

1、机械损失，主要包含两方面：一方面是水泵的传动轴和轴承、轴的密封件之间产生的机械摩擦造成的损失；另一方面是轮阻损失，又称圆盘摩擦损失，即泵轮在充满液体的泵壳内旋转时，叶轮与液体之间的摩擦产生的损失，机械损失中，轮阻损失所占的比例较大。

2、容积损失，由于水泵内部设计有各种构造，泵轮在泵体内转动必须保证各部件之间有一定间隙，泵轮在旋转时，液体在泵体内部各处的压力也是不一样的，有高压区也有低压区，就存在一部分液体从高压区流到低压区在泵体内部形成循环，造成容积损失。同时，由于泵体内外存在压力差，泵体内一部分高压液体从泵轴等转动部件的密封处泄漏到泵体外部，泄露出来的这部分液体也就浪费掉了，所以水泵的实际流量比理论流量小。

3、水力损失，泵轮在泵体内高速旋转，泵轮的外表面与液体之间的摩擦、液体高速流动时自身的摩擦、以及液体在泵体内不断变化的流速和方向所产生的冲击损失，这些损失都需要消耗能量，一般把这部分能量损失叫做水力损失。

4、预防水泵效率降低的方法，水泵在长期使用过程中由于机械磨损等各种原因，其综合排水效能也在不断降低，运行效率的降低说明泵体内部各部件之间的间隙在不断增大。为提高运行效率，需要掌握水泵性能降低时较准确的维修时间，目前预防煤矿主排水泵效率降低的常用方法，主要是采用定期检修的方式，定期检修包括年度检修、季检、月检、周检和班检。

5、常用检修方式存在的问题及解决方法，年检、季检和月检由于相隔较长的检查时间，每两次检修之间的水泵运行效率不能确保处在较好状态，若水泵出现故障也不能第一时间知道并处理，周检、班检需要耗费较大的人力物力。可能会出现水泵的综合效能已经下降到较低程度，但没有到计划规定的检修时间，由于煤矿正常排水的需要，不能退出正常运行进行检修工作，低效运行有可能造成突发故障甚至出现停机事故。

如果能对运行水泵的工况进行实时监测，通过对测量值与最优运行值进行比对，可实时掌握水泵运行的工况点和效能劣化状况，提前预防突发性故障的出现，同时可控制渐发性故障，从而决定是否进行维修，而不是主观地凭感觉判断。所以实时在线监测水泵运行工况，计算出水泵的能耗水平，能较好地解决定期检修存在的缺陷。

三、煤矿主排水泵能耗在线监测方法对比

目前，国内煤煤矿排水泵在线监测方法主要有两种，一种是超声波流量计法检测水泵的性能，另一种是采用微温差法检测水泵的性能。前者是通过对煤矿主排水泵运行时进出水管的压力、超声波流量计测出水管流量以及电动机电压、电流等信号的测量，将采集到的信号数据进行模数转换，传输给中央计算控制单元，按照水泵能耗计算公式进行数据处理，实时计算出水泵电动机的功率因数、运行效率、以及水泵的综合运行效能。后者主要是检测进出水管的水温，精确测量温差，经中央处理器运算出水泵的性能参数，最终得出该台水泵的一吨水耗电指标，然后将该计算数据与国家及行业能耗指标进行对标评价，判断出该台水泵的实时运行状况，是否处在最佳运行工况点，当超出合格标准设定值时进行信号报警，提醒该台水泵处于高耗能状态需要进行相关检修工作。

1、超声波流量计法。①出水管流量信号采集，采用数字式超声波流量计，以“速度差法”为原理，测量排水管内液体的流量，计量更方便、经济、准确。②进出水管压力信号采集压力传感器一般采用压阻式压力传感器。③电动机电流信号采集取自电流互感器，电流互感器安装在水泵控制开关内部，测量电动机运行时的电流值。④电动机电压信号采集取自电压互感器，电压互感器安装在水泵控制开关内部，取自控制变压器的二次侧，测量电动机运行电压值。⑤采集信号的计算通过安装在水管进出水管上的压力传感器、流量传感器，将采集到的信号进行AD模数转换，转换为0～5V电压信号，与采集到的电动机电压、电流信号数据共同输送到中央处理器。进入中央处理器的信号数据，按照一系列计算公式，计算出电动机的功率因数、效率，水泵的综合效能，并最终得出吨水百米耗电指标,为后期的工况点、能耗对标评价、逻辑判断等数据处理提供基础数据。⑥数据处理及输出根据水泵出厂测试报告中提供的最佳工况点等运行参数，将这些参数整定为水泵各项指标的上下限值，然后与水泵运行时检测计算出的相关耗能指标对比评价进行逻辑判断。

2、微温差法检测法，微温差法检测水泵性能的原理是：由于排水泵在排水时，对水做功的过程中。必然存在摩擦等因素，造成一部分动能转化为热能，使泵的排水口水温高于进水口水温，形成一个温度差；尽管此温度差的数值很小，但是利用精密的温度检测仪器完全可以精确地检测，再通过一系列的经验公式进行计算，就能精确地检测排水泵的性能参数。具体检测方法是，在排水泵的进水管路和出水管路上分别安装一个温度传感器的护套，用两个精密的温度传感器分别检测排水口水温和进水口水温，直接输入到检测仪，配合其他参数，检测仪用自身的软件运算后，自动给出水泵性能参数和曲线图，数据准确，使用简便，检测时间缩短，提高了检测效率。

四、结语

综上所述，通过对两种水泵性能的在线监测方法介绍对比，可看出微温差法检测法成本低，测量结果更为准确可靠，为采取适当的节能措施提供了数据支撑，微温差法检测的数据，可作为基础数据应用于节能中。经过检测和细致的调查，结合水泵房实际提出了节能措施，实施后取得更好的经济效益。

参考文献

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