浅谈矿用潜水污水泵增加过热保护

浅谈矿用潜水污水泵增加过热保护

张晓东

（国家能源集团神延煤炭西湾露天煤矿，陕西 神木  719315）

摘要：目前矿井使用小型矿用防爆潜水污水泵，用于综采工作面、巷道、局部积水的排放，由于煤矿井下水中含有大量的煤粒、煤泥等污物，污水比重较大，神东矿区现用小型矿用防爆潜水污水泵3万台，每年修理量达到1.5万多台，修理后使用寿命只有2-3个月，维修费用高达800元/台，实际给予结算444元/台，成本严重超支，给公司造成极大的浪费，修理过程中对损坏的水泵进行大量分析，水泵有50%的定子需要重新下线，由于短缺保护，泵强行运转，零部件损坏严重，导致在运行中经常发生堵转、电机过载引起电机绕组烧毁损坏。

关键词：潜水电泵  技术改造 热保护

0  引言

煤矿生产中综采、连续采煤、运输巷道矿用潜水污水泵是不可缺少的排水设施，潜水污水泵的频烦损坏，给正常生产造成极大的影响，也造成了不小的经济损失。

1  使用现状

神东矿区现用小型矿用防爆潜水污水泵3万台，每年修理量达到1.5万多台，修理后使用寿命只有2-3个月，给公司造成极大的浪费，修理过程中对损坏的水泵进行大量分析，由于定子绕组烧毁失效的占到80%，渗水、密封损坏和轴承损坏仅占到20%。

深入现场对使用的潜水污水泵、使用环境和修理状况进行调研，使用和是功率4kw以下的潜水污水泵占到95%，结构型式大部分是半自装式，属疏干型潜水污水泵，主要用在采掘面和矿井巷道积水的排放与疏干，该类型泵壳用铝管制造，表面无散热片，运行工况除潜入水下排水外，也常在水位下降电机逐渐露出水面，直至排净积水的工况下运行，有时可能陷入淤泥中影响散热，因此疏干型潜水污水泵的散热条件很差，泵的电机定子绕组温度较高，损坏的风险较大。

潜水污水泵电机定子线圈烧毁有很多因素，如发生过载、过电流、堵转等等，但最终主要是因电机定子线圈过热，线圈温度超过电机绝缘等级最高温度和线圈漆包线允许的最高温度而烧毁而损坏的，因此能随时检测电机线圈温升并对电机进行控制，就能避免潜水污水泵电机的烧毁，应用温控元件检测并控制电机的运行，就可有效的保护电机，提高潜水污水泵的可靠性和使用寿命。

对修理的泵进行分析，定子绕组烧毁的主要原因，一是没有电器保护设备，煤矿井下潜水污水泵的工作环境差，不能保证泵能一直淹在水下，污水成份复杂，比重又大，潜水泵在使用过程中受多种因素影响，如泵可能经常发生过载、堵转等引起电机过热和散热不好，引起电机定子绕组烧毁造成了泵的损坏。

2  对泵进行技术改造提升质量水平

提升修理技术水平，增加定子线圈热保护装置，以再制造标准去要求修复潜水污水泵，增加电机过热保护等功能，提升产品技术含量和产品质量等级，延长使用寿命，增加泵内渗漏潮湿传感器，用固态继电器控制潜水泵，运行中如发生电机内进水、电机过载，水泵堵转等原因造成电机定子线圈高温，温度传感器动作，固态继电器断开，自动切断电源保护电机不被烧毁，从而保护潜水泵，当电机定子线圈温度降到一定值时，温度传感器恢复正常，固态器自动接通，潜水泵恢复正常运行。

2.1 技术改造方案1

温控元件直接保护法（见图1图2），图中a、b、c为电源接入端子，L1、L2、L3分别为三相绕组线圈，R1、R2、R3为热保护元件。在三相定子绕组中每一相串联接入一个JW6D热保护元件（该热保护器为单断电、常闭、速动触头型），温控元件分别安装在电机三相绕组内（或紧密贴合），当电机绕组温度达到安全极限温度时，引起双金属片反转，切断电路潜水泵停止运行，起到保护电机不被烧毁，当温度冷却到一定时，热保护器自动复位，重新接通电源，起动水泵正常运行。采用此种保护电路方法简单，动作可靠，投资少，免维护，成本低，可广泛推广使用。

2.2 技术改造方案2

温控元件配合固态继电器保护法见图3），图中a、b、c为电源接入端子，v、u、w为电机绕组接线端子，L1、L2、L3分别为三相绕组线圈，R1、R2、R3为热保护元件。在三相定子绕组中每一相串联接入一个JW6D热保护温控元件（该热保护器为单断电、常闭、速动触头型），温控元件分别安装在电机三相绕组内（或紧密贴合），三个温控元件常闭触点串联连接，再与电源、固态继电器控制回路串联连接，继电器进线分别接电源A、B、C相电源线，继电器出线分别与电面的三条进线相连接，当电机绕组温度达到安全极限温度时，引起任一保护温控元件双金属片反转，固态继电器切断电源，泵停止运转，保护泵电机为被烧毁。当温度冷却到一定时，热保护器温控元件触点自动复位，固态继电器重新接通电源，水泵电机再投入正常运行。

3  具体实施方法

潜水泵三相绕组中各植入一个温度传感器（常闭），三个温度传感器分别串联后再与温度传感器常闭触点串联，接入固态继电器控制回路和电源，温度温度正常时，固态继电器接通，潜水泵正常运行，当发生过载、堵转、湿度等某一个异常时，某一个常闭触点自动断开，固态继电器随着自动断开，切断电源，潜水泵自动停止运行，从面起到保护潜水泵的作用。

温控元件动作值的选择，应略低于绝缘等级的温度（如电机为F级绝缘，为安全运行，选用动作值为110-120度的温控元件）时，温控管触点闭合，固态继电器接通电机，潜水泵正常运行。

温控元件动作值与电机绝缘等级所能承受的最高温度相适应，见下表“电机绝缘等级对应温度”。

电机绝缘等级对应温度表

为安全可靠，选用温控元件动作值时最好降低一级，可确保电机安全，应选择最佳温控管的动作值。

温控元件双金属片触点容量较小，其额定值一般在60mA以下，完全可以满足固态继电器的要求。

4  安装注意事项

4.1电器安装注意事项

温控开关的选择，选用突跳温控开关，具有温度特性固定，不需要调整，动作温度精度高，控温准确，接点接通重复性好，动作可靠，触点通断不起弧，寿命长，干扰少等优点。

温控元件一般采用埋入式安装，安装前应对温控元件进行模拟试验，以确定动作的可靠性和动作温度。

要求选用三只温控元件，分别埋入三相绕组内，温控元件串联接入继电器控制回路中。

低压电机选用BV-105度耐温线，与温控管焊接接可靠，焊点和导线外套黄蜡软管，与线圈固定可靠。

4.2 水泵机械部分安装注意事项

1) 轴承压盖的内径与轴的配合间隙为0.2-0.4mm之间；

2) 轴承转动灵活，无异响,配合过盈量0.002～0.030um；

3) 轴承内腔加注润滑油25-35%之间为合适，卡簧不得有变形现象。

4）静密封压片的螺栓循环紧固，压片高度不得超过静密封模块上平面高度；静密封波纹管与下轴承座配合平整、紧密；                                                

5）轴承与轴承座配合紧密；                                      

6）轴承座保持灵活无卡滞，螺栓循环紧固；

7）密封圈完好，无扭曲、切边现象，松紧适宜。

8）动密封与转子轴配合的过盈量在0.4-0.6mm之间；                    

9）卡簧不得有变形现象，卡簧必须卡在卡槽内；                      

10) 油室内要加2升25#变压器油，油眼保持不漏油。

11）油封弹簧松紧适宜，油封硬度为邵氏85-90度；

12）静密封压片的螺栓循环紧固，压片高度不得超过静密封

模块上平面高度；

    13）出水口要与油眼垂直，螺栓紧固结实，压平壳体无漏油。

14) 叶轮与进水盖的间距为3-5mm之间；                                                          15）转动转子无卡滞、晃动、漏油等现象。

16）转子铁芯的高度与定子铁芯高度相等，转子铁芯的外径与定子铁芯的内径间隙应在0.3～0.5mm之间；

17）定子螺栓、弹垫规格一致，引线方应与涡壳出水口相对应。

18）密封圈完好，无扭曲、切边现象，松紧适宜；                           

19）引线头绝缘皮与电源接线柱应留有2～5mm的距离；                

20）绝缘达到1000兆欧以上为合格。

21）台虎钳固定牢固、可靠，并设有防滑胶垫；                                          

22）电缆型号为3×4+1×4，并标有煤安标志“MA”；电缆穿入装置后外套伸出装置内腔壁 5～15mm的距离，低于5mm为失爆，大于15mm为不完好；喇叭嘴最少拧紧扣数为6扣，拧紧后用手拽电缆不窜动为合格；喇叭嘴与进出线装置的距离，拧紧后应留有3～7mm的距离，小于等于2mm为失爆；

23）安装压线板时，电缆的压扁量为小于电缆原值的10%

24）密封圈完好，无扭曲、切边现象，松紧适宜；                        

25）地线比相线长10-15mm；

26）同一部位的螺栓、弹垫规格一致，螺栓伸出长度为1-3mm，喇叭嘴与出水嘴分别位于泵体两侧，成对称位置；

27）绕组对地绝缘达到1000МΩ以上。

5  结束语

小型潜水污水泵在修复中进行升级改造，增加泵的热保护装置，改进性能，提高泵的可靠性，延长泵的使用寿命，使用寿命可由3个月提高到12个月至15全月，技术改造投资少，见效快，可为公司期约大量的维修费用，这是一项再制造技术的圆满体现。

参考文献：

[1]赵家礼. 电动机修理手册  北京：机械工业出版社，  2018

[2]王仁祥. 常用低压电器原理及其控制技术  北京：机械工业出版社 2008

[3]王尽余主编. 防爆电器  北京：化学工业出版社  2006

[4]李圣年. 潜水电泵与泵用电机修理  北京：机械工业出版社    2010

[5]李世煌  袁秀文. 潜水电泵的使用与维修 北京： 机械工业出版社1995

[6]田淑珍. 电机与电气控制技术  北京：机械工业出版社，  2017

[7]王成元. 现代电动机控制技术  北京：机械工业出版社，  2014

作者简介：张晓东（1982-），男，陕西府谷人，2005年毕业于陕西工业职业技术学院计算机辅助机械设计专业，工程师，现从事露天煤矿工程机械设备维修及车间管理工作。