地热行业井用潜水泵使用分析与探讨

地热行业井用潜水泵使用分析与探讨

乔红军 周航宇

中石化新星双良地热能热电有限公司 山西 省太原市 邮编 030000

摘要：随着国家十四五规划提出的碳达峰碳中和目标，清洁能源的开发和利用进一步得到了广泛的推广和应用，其中中深层地热的开发利用占据了很大的比例。而在中深层地热开发中作为必不可少的主要生产设备的潜水泵，它的产品质量、使用寿命，维护成本就成为了很多用户绕不开的话题，现就目前地热行业井用潜水泵的使用情况和影响产品质量的一些因素进行分析和探讨。

关键词：潜水泵、地热、产品质量

一、保障地热井用潜水泵正常使用的关键环节分析

1、使用前期准备工作

1）检查电机的安装尺寸与水泵的安装尺寸是否符合，电机功率是否合适。

2）电机与泵头分体运输时需先合装

3）检查电源的电压，频率，是否与电机铭牌相符，所用的控制柜参数是否与电机匹配，控制柜应有缺相、过载、过流、短路、接地等保护措施。

4）检查动力电缆有无破损，其规格选择是否合理，并将电缆浸入水中6小时，用500V摇表测其对地绝缘电阻应不低于500MΩ。

5）引出电缆与动力电缆的接头方法∶

A、剥去电缆的外层护套及主绝缘层，露出铜线34-40mm;将靠近线芯部分的橡胶修成锥形，把线芯上的氧化层打磨干净，并用酒精擦净线芯及待包扎的绝缘层，护套层并使其自然干燥。

B、准备好500W电烙铁，松香，焊锡，1mm裸铜线及绝缘带。

C、用裸铜线均匀扎紧电缆线芯，用电烙铁加热，渗锡，要求渗透、渗匀。用锉刀修理平整焊接部分，并再次用酒精擦于净待包扎部分，晾于。

D、先用自粘性丁基胶带半迭包三层，并逐步向线芯的外部分延伸。包扎时必须把胶带拉伸200%，外层再用聚氯乙烯粘带半迭包三层，也逐步向外延伸，保证包扎部分不短于200mm。

E、三芯电缆接头时，应将三个接头位置依次错开一定距离，防止短路。

2、潜水泵下井的关键环节

1)装运∶装卸车要小心，避免损伤机组或破坏电缆绝缘层。

2)检测机组，步骤如下;

A、拆开滤网，用撬棍拨动联轴器应转动灵活;

B、将水泵竖放，打开电机上的放气孔和注水孔，加满清水后将注水丝堵和放水丝堵拧紧，观察电机是否有漏水现象，若漏水请及时联系代理商或制造厂家，直至解决后装上滤网。然后用摇表测量电机的绝缘电阻，阻值应不低于50MΩ。

3)接线试转步骤

A、将电机引缆与动力电缆对接，接好后将接头浸泡在水中，用摇表检测接头对地电阳值不小于500MΩ。

B、将泵竖放，将合适的容器给泵的出口加水，同时稍微点动一下电机的启动按钮，观察泵的转向，做好相序标记。

4）井泵下井步骤

A、下井前检测井管是否正直，用绳索吊一颗不小于机组长度的钢管，下至下泵深度应无卡阻现象。

B、起用吊装设备下井，用绝缘扎带将电缆扎在井管上，法兰处将电缆扎进电缆槽，以防磨破电缆。下井时不断用摇表检测电缆对地绝缘电阻，观察其变化。若发现绝缘值快速下降时就要将机组提上来检查原因。下井完成后便可进行调试。

5）需要专业电器安装人员按步骤认真调试

3、使用与维护

1）启动∶

A、11千瓦以下的潜水泵允许直接启动，13千瓦以上的潜水泵应配备降压启动柜，来保护潜水泵的安全运行。

B、为了避免潜水泵转子瞬间上窜及减小启动负荷，申泵启动时应把出口阀门行程关至3/4处。待启动出水后缓缓打开，至水泵工况点控制在适当位置。

C、启动完毕开始运转后，应加强监护及观测水位变化保证潜水泵在工况范围运行，待潜水泵运行平稳后方可投入正式运转。

D、潜水泵第一次投入运行5小时后，停机迅速测量热绝缘电阻，其值不低于 0.5MΩ，才能继续使用。

2）停泵∶

潜水泵停机前，为防止水的倒流，在切断电源的同时要关闭阀门，重新启动时间隔 20分钟以上。

3)运行与维护∶

A、潜水泵应在设计工况点工作，此时轴向力适中，泵效最高，最经济可靠。

B、潜水泵每运行8小时要全面检查一次，看运行是否正常。

二、如何提升地热井用潜水泵的使用质量

（一）、对潜水泵维修标准和维修配件进行升级优化

1、电机维修及配件升级优化

1）电机材质的选取

首先是选用合理的耐高温绕组线，根据井里温度不同，选用不同耐温等级的耐热水线，这里重点介绍一下耐温等级最高的耐热水绕组线：井水温度比较高的，一般指水温达到 90℃-100℃甚至以上的，热水电机设计，耐温绕组线采用了以下成线结构，绕组线内部仍采用用无氧杆拔丝成形的铜导体，紧挨着铜导体采用绕包烧结成形的聚酰亚胺薄膜，该薄膜具有极好的耐电性能，同时有可以减缓由于铜丝上的毛刺对绕组绝缘层的损害。在绕膜之外，再采用进口日本原装的聚苯硫醚树脂做为主绝缘层，该层绝缘耐温可以达到155℃，不水解。因为该种料硬度较大，不适合于做绝缘层太厚，在聚苯硫醚之外再增加一层交联聚乙烯，增加一层保护。该种线在实践中曾经下过热水井，出口温度达到 122℃的水井里，经受住了考验。至于说在水温在 110℃中热水井里使用，已经有过很多的使用场合。使用寿命均可达到两年以上。属于国内首创。

2）导轴承轴瓦材质的选取

水温比较高的耐热水电机，电机导轴承将采用国内给军工做配套的哈尔滨电碳厂出品的 M205D石墨材质，该型号的石墨轴瓦经过原天津电机总厂测试及使用，在300系列，400系列电机上经过多年使用，具有耐温，耐水润滑，摩擦系数小等特点，而且经过长时间使用后，磨损量极小。

3）电机下止推轴承

热水电机内部，电机下止推也是一个特别关键的机械部件，因为在水泵工作时，往上排水的过程中，水泵会对电机形成一个特别大的反推力，这个力需要由电机下止推轴承来承受。我们将采用的下止推轴承，从结构方面借鉴了从德国进口的米歇尔结构，该结构有利于止推轴承散热，能在有限的直径及空间之内，最大地提高止推轴承的承载力。从材料方面来讲，对磨付其中之一采用了高分子复合材料，对磨的是3Cr13经过精铸，淬火，表面硬度控制在硬度 52-53，精磨表面，达到极高的表面光洁度，大大提高其耐磨，耐水润滑及极小的摩擦系数。是一种经过多年使用摸索出来的一种无论是从结构还是从材质都特别理想的止推轴承。

4）电机外壳优化选取

热水电机设计中，采用了目前国内生产夕钢片最好的武钢出品的50WW470原料，该型号夕钢片具有导磁性能好，铁损耗小，表面光洁度好等特点，是国内目前所有生产潜水电机能选到的最佳的原材料了。电机机壳采用了经过冷拔工艺处理过的无缝管机壳，具有直线度好，长铁心下电机不易扫膛等特点。转子在装配之前全部进行动平衡试验，只有达到设计要求及设计精度的转子才可以进行整机装配。电机进行整机装配之前，需要进行整机各个零部件的严格清洗工艺，做到电机装配后，整机内腔无杂质无异物。保障电机的使用寿命。

2、潜水泵体维修及配件升级优化

1）泵轴材质优化，泵轴根据直径长度不同，我们分别将采用两种材质的泵轴材料，40Cr及2Cr13的，如果水温又高，水质又有一定的腐蚀性还会采用耐腐蚀的不锈钢泵轴材料，如304材质或316材质。

2）水泵流体部分泵壳体及叶轮采用普通灰铸铁HT250型材质，遇有扬程比较高的场合会选用球磨铸铁材质，牌号为QT400或者QT500型，如果水质有比较强的腐蚀性的话，会建议客户选用不锈钢304或者不锈钢316材质的壳体及叶轮。在遇有含沙量较高的热水井时，会建议客户选用不锈钢叶轮，然后在水泵内部再增加硬质合金套，以增加水泵的抗沙性能。水泵的锥形套全部采用 304 不锈钢材质水泵胶瓦，采用两种，一般是在水泵内交替使用，一种是耐温耐水润滑的橡胶轴瓦，一种是高分子复合材料的轴瓦，保证了水泵的使用寿命。

3）水泵在出厂时会经过一系列的检测项目

（二）、潜水泵的选型及配套设施优化

1、不同地质条件下的地热井潜水泵的选型

根据井里水质的腐蚀性及含沙量大小，可以考虑采用不同类型的潜水泵材料组合。

材料的变更必然会导致产品制造成本的加大，所以只能针对不同的井，或者不同地区的井做不同的技术变更、材料变更。这样组合就既能兼顾产品的实用性，又能兼顾产品的经济性了。

2、潜水泵配套件的选型

1)变频控制柜，建议比配套的电机功率要大一档，变频控制柜关键部件是变频器，ABB品牌的质量很好，但是这几年随着科技日益进步，好多国产的品牌质量也相当过关了。注意变频控制柜一定是要加电抗器的。这是潜水泵配变频控制柜的一个至关重要的要求。

2)动力电缆的规格确定，跟电机功率，跟电缆的长度有关系。电缆在导电过程中，电缆自身也会发热，所以电缆线选用耐温等级时，需要比井里水温高出10-20℃。这样才可以保证电缆的使用寿命。

3、老（旧）地热井潜水泵的选型及配套

老（旧）井是指，一般成井后，已经使用过两三年，或者年限更长的井。这种井，我们的建议是，在每年供暖期之中，测量下实际的动水位，看看水位是否有明显的变化。（跟最初成井时的动水位值相比）

这样实际数据测量出来以后，根据实际动水位值，水泵扬程该增加的就需要增加，有些维修的老旧泵头（配电机）参数如果跟井里水位实测值差距太大，就已经不适合在该井中接着使用了。

总之，在潜水泵做配套时尤其需要注意以下几点：

1）选型的顺序一定要是，根据井参数，定水泵参数，然后根据水泵参数再确定配套电机功率。

2）同一口井中，能选用的泵参数就是寥寥的几种，不是所有泵型号参数都可以下到同一口井里去的。

3）老井，特别是年限比较长的井，一定保证每年要仔细测量动水位值，根据动水位的变化，每年要变更配套的泵参数，让其在适合的工况点做运行。这样最有利于潜水泵的工作可靠性及寿命要求。

4）潜水泵，要在固定期限之内做维护保养。根据水质水温等情况，建议每一个采暖期或者是每两个采暖期，要把潜水泵机组提井做维护跟保养。维护保养包括，更换电机水泵内部的一些易损件，对电机绕组的绝缘做进一步处理。在保养的同时对发现的问题，及时跟使用单位做沟通。发现参数已经不太适合的，要提出整改意见或者是建议。要保证在紧接的采暖期之内，水泵电机还能正常平稳地工作。这个是保养的最终目的。

5）对有些潜水泵，即使维修，也不能保证能继续使用的，要提出报废的建议。

参考文献：

1. 王金彦,王元忠,叶金亮,等.电驱连续混配装置技术方案研究[J].西部探矿工程,2020,32(5):52-54,58

作者简介：乔红军（1977.9-）男，汉，山西省晋城市泽州县人，太原重型机械学院计算机及应用大专，中石化新星双良地热能热电有限公司工程师，研究方向是清洁能源开发和利用

作者简介：周航宇（1974.9-）男，汉，山西省运城市绛县人，山西省农业机械化学校机械维修应用大专，中石化新星双良地热能热电有限公司技工，研究方向是清洁能源开发和利用