矿用潜水泵范文

矿用潜水泵范文（精选4篇）

矿用潜水泵 第1篇

1 风动潜水泵在耿村煤矿中的应用的前景

电动水泵的各种缺陷, 都极大降低了潜水泵工作的稳定性和可靠性, 矿井的排水安全及安全生成都收到了严重的威胁, 基于煤矿安全排水的需求, 耿村煤矿矿现新采用FQW系列矿用风动潜水泵来代替电动水泵, FQW矿用风动潜水泵与电动潜水泵相比更具适用价值。

2 FQW矿用风动潜水泵的结构、工作原理及技术参数

1) 结构和工作原理。FQW矿用风动潜水泵 (简称风泵) , 是一种先进可靠的排水工具, 以压缩空气为动力的新型潜水泵, 具有结构紧凑、体积小、重量轻、扬程高、流量大、噪音小、经久耐用、易于安装、操作、维修、移动, 进风管与风钻机风管共用等。适用于甲烷煤尘爆炸危险的煤矿井下掘进工作面、巷道、井底水窝及积水坑 (井) 等处排水作业, 用于输送清水或含有固体颗粒杂质 (体积浓度小于2%) 的污水, 亦可适用于非煤矿山, 输送介质类的其他场合。风动潜水泵是以汽轮机冲击叶轮为动力的原理, 这种原理具有优良的空气动力特性, 气动效率高。其零部件环形一体涡轮栅, 是采用优质的铝合金材质硬模浇铸并经加热处理再机加工而成。这种材质结构具有经济利用价值, 它避免了叶片的加油润滑及更换维修的成本, 而且风动潜水泵的结构简单平稳性好, 可以在额定的范围之内高速运行。

2) 技术参数。

使用气压:0.4~0.7MPa

耗气:4.5~5m3/min

流量:25~25m

转速:4000~6000r/min

噪声:<75d B (A)

总重量:38Kg, 外形尺寸: (长×宽×高) 347mm×274mm×462mm

3) 风动潜水泵特点。a.无极调速:只要控制节流阀开启程序, 即控制气体流量, 就可实现无极调速。b.经济可靠、耐用, 不受温度及震动的影响, 安装、操作简单。c.设有消音箱;噪音小、维修方便, 易损件小。d.风动涡轮潜水泵具有高的起动力矩和几乎瞬时升到全速工作的能力。e.适应能力强;适应于排放清水、浊水 (泥浆、泥砂、煤渣水) 重量轻。

3 结构及工作原理

泵轴、涡轮、泵壳、限速和消音装置等是组成风动潜水泵的主要结构。

涡轮由叶片和轮壳、轮芯等组成, 泵壳由泵盖、泵体组成, 水轮的密封采用两个骨架油封封闭式密封。

风泵是通过压缩空气进入到涡轮室, 来推动涡轮旋转, 进而驱动泵轴带水轮旋转来完成排水工作。该泵上的消音排风罩可以将产生的余气排出, 并且吸收部分消音来降低泵的噪音对人体的危害。一般情况下水深如果超过水泵的高度时可以在余风管上接上胶管 (内径2寸半) , 进而将余气排入空气。该泵内有限速装置, 当空载运转时, 转速急剧增加, 此时限速装置的摩擦轮将自动涨开与摩擦套紧紧相贴, 产生摩擦力达到限速的目的, 使最高速度不超过7400r/min, 从而避免机器损坏, 当转速降低时, 摩擦轮恢复原状, 又可正常排水。

4 QW矿用风动潜水泵的使用和维护

QW矿用风动潜水泵在使用中须注意一下几点:

1) 安装保证进风的干燥清洁。2) 进风胶管内径不得小于25毫米。3) 水泵转速较高, 不得长时间空运转, 以免零件发热烧损。4) 水轮螺母一定要加弹簧垫圈, 以防回水时转子倒转松动, 造成叶轮下沉与泵体产生摩擦。5) 水泵长时间不用, 应拆卸清洗保养, 避免内部零件锈蚀。6) 严禁敲打水泵体导致水泵零件变形。7) 在更换叶轮、涡轮和密封圈等易损件的装拆过程中, 不能用重锤敲击, 以免损害内部零件的配合精度。

5 风动潜水泵与电动潜水泵的性能比较

1) 常用电动潜水泵主要是偏心叶片活塞式, 风动马达式, 这种活塞式与偏心式主要作直线冲击运动所以容易损坏, 而风动潜水泵是风动涡轮式做的是旋转运动, 主要与压缩的空气产生一个摩擦力, 而且各部件的结构紧凑, 经久耐用, 相对电动水泵不易发生损坏。2) 该泵的吸水和排水主要是靠气流推动阀芯往复换向, 这样可以使压风交替进入左、右气腔使之推动膜片凹凸往复运动, 使工作腔内会产生压差来实现。由于该泵的工作动力主要靠风压, 所以在煤矿井下使用安全性较高。

6 经济效益显著

因为该风动潜水泵缺少电机, 所以成本比电动的较低, 一台风动潜水泵2200元, 而一台电动潜水泵需要3700元, 由于耿村煤矿掘进、综采工作面有风管如果改投风动潜水泵的话按一年投入40台潜水泵的话一年可以节约大概60000元资金。

常用电动潜水泵由于防爆性能不够高经常会出现设备的损坏情况, 这样既误时也误工, 如果改用风动潜水泵可以杜绝防爆现象既可以节约维修成本有可以提高安全生产, 通常电动潜水泵的使用寿命3个月这样, 假如出现故障修理费约1100元, 我矿一年维修40台的话维修费用大概约44000元。而风动潜水泵使用寿命约一年这样维修费每年可以节约44000元并且风动潜水泵不需要铺设电缆这样也节约部分的资金投入, 所以从经济效益上分析风动潜水泵要比电动更具适用。

7 结束语

由于风动潜水泵排污能力强, 同时具有体积小、重量轻、扬程高、流量大, 安装、操作、维修、移动方便, 因此其应用非常广阔, 可用于矿山的井巷开拓、竖井井筒施工、地下硐室工程的排水施工, 此外还可用于各有空气压缩机的各种现场施工中排放的浊水、泥砂、泥头、煤渣水和各种矿渣水。

综合以上优点, 风动潜水泵优越性和稳定性比现用的电动潜水泵高, 值得在煤矿推广应用。

摘要：潜水泵强排水系统是在矿井井下正常排水系统出现故障的情况下, 能够在井上救援的备用水泵, 为了保证矿山的安全生产我矿采用风动潜水泵代替常用的电动水泵, 本文对风动潜水泵的优良结构及工作原理、水泵的合理维护使用进行阐述, 与常用电动水泵进行对比分析进一步证实风动潜水泵在我矿应用的优越性。

关键词：风动潜水泵,结构原理,使用维护

参考文献

[1]石磊.浅谈FWQB型风动潜水泵在煤矿的应用[J].煤, 2007.

[2]易崇斌.风动潜水泵对煤矿安全的应用研究[J].中国科技博览, 2011.

矿用潜水泵 第2篇

关键词：大型矿用潜水电泵,新型排水系统,布置

矿井透水灾难具有危害面较大、影响时间较长的特点, 其已成为影响矿山安全生产的重大关键问题。一般在对矿井水灾害的防治和救治时, 传统的卧泵排水模式抗灾能力较差, 并且当水文地质条件较为复杂或存在突水淹井危险的矿井时, 就必须引入大型矿用潜水电泵作为潜水式主排水系统, 从而全面提高矿井的抗水灾害能力。

1 煤矿现有主排水系统弊端

我国矿山目前使用最普遍的排水系统, 其基本方式就是设置卧泵、防爆电机、电液控闸阀、开关柜、PLC电控柜、敷设电缆和管路等排水设备在井底泵房内。现有的基于该方式的排水系统存在一系列的弊病。

(1) 系统效能因为卧泵气浊现象的限制而不能被全部利用。离心泵安装的实际高度会因为受泵汽浊现象的限制, 其安装高度要比允许吸水的高度高, 因此矿井井下水仓的开拓工程量和布置井下巷道的难度增加。 (2) 降低抗水灾能力。具有防爆性的电机、开关柜和电控柜并不具有防水性, 如果谁侵入, 会因为电气系统损坏而引起断电。如果矿井发生突水事故, 瞬间的涌水量会远远大于矿井排水系统的最大排水能力, 井底泵房会因此被淹没, 排水系统瘫痪, 淹井事故发生。 (3) 复矿困难。只有利用外部设备才能在水灾过后将矿井水位恢复到安全水位下, 然后恢复排水系统的工作。

2 潜水电泵的结构特点

潜水泵和潜水电机组成了潜水电泵的主体。其中潜水电动机装在泵的下面, 泵与电动机用刚性联轴器连接。

潜水泵的泵体结构分为单吸、双吸两种形式, 单吸泵吸入口在泵体下方, 双吸泵吸入口分别在泵体上方和下方。单、双吸两种结构形式的泵, 叶轮均为上、下两组对称分布, 即两组叶轮背靠背布置, 并且上下各有一个吸水口。水泵工作时, 上泵对轴的作用力与下泵对轴的作用力大小相等方向相反, 理论上泵的轴向推力趋于平衡, 使推力轴承负荷减轻, 延长轴承使用寿命, 提高泵的运行可靠性。

潜水式电动机采用的是充水式三相异步, 泵机联结套将电机的主轴和潜水泵的主轴相连。电动机的功率不同, 内部设置的散热系统也不同, 冷却水的循环流动不间断, 可以冷却电动机内部。安装使用电泵时, 会装一个筒罩 (吸罩) 在电动机外壳的外边, 电泵运行时, 泵的吸水从电动机外壳和统之间流过, 将电动机外壳的热量吸走, 达到冷却电动机外部的目的。

上下泵体的对旋特性在大功率潜水泵运行的时候结合电机内外水流的对冲散热特性, 对整套系统安全可靠的优良性能起决定作用, 该设备可以作为煤矿生产排水的主设备。

3 新型主排水系统的设计和布置

潜水式排水系统与传统卧式排水系统相结合的新型排水系统的设计的关键是潜水电泵及卧泵的选型、管路计算及系统布置。现以内蒙古银宏能源开发有限公司泊江海子矿井为例, 介绍新型排水系统的设计和布置。

3.1 水泵的选型

1) 水泵选型计算。

根据所需的水泵排水能力的要求, 潜水式排水系统设计选用BQ550688/181 6 0 0/WS型矿用隔爆型潜水电泵 (5 5 0 m3/h, 6 8 8 m) , 配1 6 0 0/4S型 (1600 k W、1470 r/min、10 k V) 矿用隔爆型潜水电动机。卧式排水系统设计选用PJ15010型矿用多级离心泵 (300 m3/h, 648 m) , 配Y B6 30 M14型 (1 00 0 k W、1 48 0 r/min、10 k V) 矿用隔爆电动机。

3.2 管路计算

新型主排水系统排水管路主要综合考虑潜水电泵和卧泵的工况点、经济流速等因素来合理选择管径、壁厚。主排水管路也必须有工作和备用管路, 其中工作水管的能力应能配合工作水泵在20 h内排出矿井24 h的正常涌水量, 工作和备用水管的总能力, 应能配合工作和备用水泵在20 h内排出矿井24 h的最大涌水量。但在水文地质条件复杂的矿井, 建议一泵一管以便应对突发情况。辅助排水离心泵的排水管路可以与主排水管路共用, 以达到减少管材并能应对复杂水况的目的。

吸水管直径:d=D+0.25 (m) 。

排水管选择Φ32514型热轧无缝钢管, 吸水管选择Φ3518型热轧无缝钢管。

经过以上计算, 选用BQ550688/181600/WS型矿用隔爆型潜水电泵3台作为主排水设备, 全部在地面集中控制, 主排水管路选用三趟DN300的管路。正常涌水时1台工作, 1台备用, 1台检修, 最大涌水时2台水泵工作, 当矿井发生突水危险时, 3台水泵同时工作。并选用PJ15010型矿用多级离心泵2台作为辅助排水设备, 在枯水期或矿井涌水量较小时使用, 辅助排水管路共用三趟主排水管路, 正常及最大涌水时均为2台工作同时。

3.3 潜水泵的布置方式

根据矿井现场的不同条件, 大型潜水泵在安装方式上可有立式、卧式和倾斜式三种形式。

(1) 潜水泵的立式安装。其设计特点具有运转可靠、使用寿命长等优势, 但其井巷工程量大。排高超过600 m, 流量超过300 m3/h的潜水泵长度约在8 m左右, 再加上潜水电机的长度, 总体长度会超过10 m以上, 从而给安装施工带来了很多不便。

(2) 潜水泵的卧式安装。这种方式的优点是可以减少大量的井巷工程, 但由于由于泵的上下级流体压力不同、磨损、泄露等问题, 其两端的轴向力肯定存在差异, 这就使其长轴长时间受力挠度变形, 导致潜水电泵寿命大大降低。故当选用潜水电泵的功率较大时, 建议采用立式安装方式, 若采用卧式安装方式, 应采取一定安装措施如在泵底座增加支撑梁, 减少其挠度变形。

(3) 潜水泵的倾斜安装。倾斜安装方式和水平安装方式的工程量基本相当。把泵座倾斜的固定在吸水斜井内, 倾斜角度可视现场具体情况而定, 倾斜角度越大, 越有利于泵细长轴的受力, 减小对其变形的影响, 从而延长泵的寿命。

总之, 应根据矿井现场具体情况来选择潜水泵的安装方式, 并且潜水泵的上吸水口高度不应高于卧泵泵房的地板标高, 以防止卧泵排水系统进水失效, 而达不到预定目的;若在一个吸水井内安放多台潜水电泵, 为防止各个潜水泵吸水口互相干扰, 应使各台泵的吸水口在空间上保持一定的距离。

4 结论

如果矿井所处位置水文地质条件复杂或者有突水淹井的危险, 将井下主排水系统和潜水式排水系统或者传统卧式排水系统两者的优势相结合, 利用合理选择水泵和管路, 减少矿井枯水期的不必要消耗, 同时国家财产也能有效地避免较大损失。

参考文献

[1]王东霞.临时应急抢险潜水泵的应用[J].科技信息, 2010, 8.

[2]张万忠.大功率潜水泵在煤矿的安装应用[J].煤矿安全, 2011, 8.

矿用潜水泵 第3篇

伴随着国民经济的快速发展,我国的能源需求总量正呈迅猛增长之势。由缺油、少气、富煤条件决定的“以煤为主”的我国能源消费格局,在新的替代能源大规模工业化开发利用期到来之前,仍将在较长时间内继续维持。因此,煤炭的安全生产和良性供应具有十分重要的战略意义,其生产企业煤矿也由此成为重要的基础产业,而由煤炭储藏的隐蔽性决定的生产过程的特殊性、复杂性和危险性,更使其成为世人关注的焦点、重点。为确保煤矿的安全生产,消灭其五大灾害之一的水灾,及时排除涌入矿井工作面和巷道的矿水自然涌水和开采工程涌水,其主体承担设备水泵,地位重要,影响巨大,既肩负维护矿井安全的重任,又影响着矿井的生产效益,并服务于矿井生产整个周期。为此,必须作好及时发现安全隐患,排除工作故障,维护稳定经济运行的工作。除极少数露天及斜井开拓的矿井外,矿井主排水泵均为离心式水泵,且以卧式泵为主。此类水泵工作过程中,常见却难以采用单一方法和措施排除的故障汽蚀,对其正常运行影响最大。本文通过对离心式水泵汽蚀机理的阐释,说明了汽蚀的征兆;分析了影响矿用水泵汽蚀的因素;明确了具体的预防措施和排除方法。

2 离心式水泵汽蚀的机理

为保证矿井的安全,其主排水系统的水泵绝大多数采用负压吸水工作方式。其布置方案见图1,当离心式水泵吸水口侧压力等于或低于其工作水温下的饱和蒸汽压Pb,即PxPb时,部分矿水即汽化形成气泡,混入高速水流;裹挟着气泡的水流在进水口负压的作用下进入首级叶轮,之后在叶轮的动力作用下压力逐渐升高,当压力大于饱和蒸汽压时,蒸汽的凝结将造成气泡破灭,致使叶轮内流道高速水流中产生压力空穴;周围高速水流的快速补充引发的压力冲击,对叶轮内流道形低压区成高频压力冲击,最终导致其表面疲劳剥落,进而在氧气和其它有害物质的作用下,发生电化学腐蚀,形成蜂窝状空洞,即汽蚀。

1.真空表;2.压力表;3.水泵

3 汽蚀的征兆

由前述分析可知,汽蚀产生的基本条件为PxPb,即实际水泵的吸水侧真空度Pz=Pa-P1大于了汽蚀允许真空度Ps。基本过程为:饱和状态下矿水汽化形成气泡阻塞流道,干扰正常流动,造成水泵出口压力下降、流量下降;同时高压区气泡破裂引发噪声和振动。其宏观特征表现为:

(1)进水口侧真空表1指数上升,超过正常允许值。

(2)出水口侧压力表2指数下降,低于正常工作范围。

(3)泵体振动,伴随非正常噪音。

(4)水泵流量减小,甚至断流。

4 影响矿用离心式水泵汽蚀的因素

4.1 矿井吸水管路特性方程

参见图1,列吸水井水平0-0与水泵吸水口侧断面a-a间的能量方程有:

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整理后:undefined

令undefined有:

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将hwx=∑ξχundefined

代入上式,得:矿井吸水管路特性方程:

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其中:undefinedundefined

式中:Hs′水泵吸水管路实际吸水真空高度,m;

Hx水泵安装高度,m;

Px水泵吸水口侧绝对压力,Pa;

vx水泵吸水口侧水流速度,m/s;

dx吸水管直径,m;

lx吸水管长度,m;

λx吸水管路沿程阻力损失系数;

ξx吸水管局部阻力损失系数;

hwx吸水管段流动阻力损失,m;

α管内水流动能修正系数,取α=1.0;

Rx水泵吸水管段流动阻力损失系数,s2/m5。

4.2 临界汽蚀点与汽蚀安全区的确定

将吸水管路特性方程转化为特性曲线,绘制在离心式水泵特性曲线图上,其与水泵特性曲线图中Hs～Q曲线的交点C,即为临界汽蚀点。如图2所示:

当QmHs′安全区;

Qm>Qc时,Hs

图中Hs为离心式水泵允许吸上真空高度。

4.3 影响矿用离心式水泵汽蚀的因素

(1)吸水管道及水泵吸水侧流动阻力损失的影响参见公式(2),吸水管直径dx选择偏小或使用期间挂垢,都将造成吸水管有效通流面积减小,吸水管路流动速度vx加大,流动阻力hwx增大,最终致使水泵吸水管段流动阻力损失系数Rx变大,吸水管路特性曲线变陡,由1至3,临界汽蚀点C左移至C′,Qm>Qc时,汽蚀出现。参见图2。

(2)离心式水泵吸水高度Hx影响

参见图2,当吸水高度由Hx降低为Hx′时,吸水管路特性曲线将由3移至2,临界汽蚀点C′随之右移至C,退出汽蚀区,转为安全状态。

1.正常状态下水泵吸水管路特性曲线图; 2.降低吸水扬程状态下水泵吸水管路特性曲线图; 3.挂垢状态下水泵吸水管路特性曲线图; 4.正常状态下水泵排水管路特性曲线图; 5.闸门节流调节状态下水泵吸水管路特性曲线图

(3)排水管道特性的影响当采用闸门节流法,调节排水管路流动状态,将排水管道特性曲线其图2中的4调至5时,水泵工况点将由M移至M′满足Qm

(4)水泵叶轮机械强度及抗腐蚀能力的影响水泵叶轮机械强度越大,抗冲击能力越强;材质越好,抗腐蚀能力越好。

(5)水泵首级叶轮流道形状的影响水泵叶轮流道的大小与形状过度,直接影响水泵吸水口侧流动阻力hwx及水流动能undefined的大小,其效果基本同(1)。

(6)水泵的使用与维修的影响正常使用、良好的维修可以有效保障水泵的性能;否则,水泵性能恶化,允许吸上真空高度Hs下降、Hs～Q线下移,也将快速提高汽蚀出现频率。

5 预防汽蚀的措施

由前面的分析可知,汽蚀是高速水流在饱和状态下较长时间对叶轮内流道的固定区域持续作用的结果。其作用效应既与叶轮的材质疲劳强度与耐腐性有关,与叶轮结构设计有关;也与矿井使用过程中选择的吸水管道规格、水泵的安装高度、吸水管道安装形式有关。因此,预防应从以下两方面采取相应措施。

5.1 离心式水泵的设计生产方面(生产厂家)

(1)首级叶轮采用抗疲劳耐腐蚀材质;

(2)首吸采用双吸叶轮或增大叶轮进口断面面积;

(3)增大叶轮前后盖板转弯处曲率半径;

(4)叶片进口边向吸水侧延伸;

(5)增大叶片进口边宽度;

(6)设前置诱导轮。

5.2 离心式水泵使用方面(煤矿)

(1)合理选择水泵的安装高度Hx;

(2)增大吸水管的直径dx;

(3)减小所有不必要吸水管连接附件和长度。

6 排除汽蚀的方法

矿用离心式水泵实际工作中,因其输送的矿水泥沙含量大,所以,普遍存在着不同程度的管道污垢沉积流道阻塞现象。由此造成管径减小、流速上升、阻力增大、临界汽蚀点C左移,汽蚀高发的局面,因煤矿的特殊条件的制约,难以在短时间内得到根本改善,因此,必须采用具体有效的方法及时排除故障,确保系统的安全运行。

6.1 根治方法

上述分析表明:汽蚀发生在水泵首级叶轮,排除原始选型可能的不合理因素外,其主要影响因素为吸水管路特性和水泵汽蚀性能,因此,根治的办法也应双管齐下。当发现水泵出现汽蚀破坏后,必须注意采取相应措施对水泵的工作条件予以调整,否则采用简单的更换汽蚀叶轮的维修方法不可能从根本杜绝汽蚀,所更换的叶轮必然重导前叶轮的覆辙,短时间破坏重现。现实生产中可行的排除方法如下:

(1)更换新叶轮;

(2)定期检修水泵,及时清除吸水口侧流道德污垢,提高水泵检修质量,恢复其通流能力,降低水的流速,减小流动阻力,保证良好吸水性能,促其达到正常的允许吸上真空高度。

(3)清除吸水管道污垢,有效减小流动阻力,推动曲线3向1方向转移,促使临界汽蚀点C右移,扩大水泵的汽蚀安全区。参见图2。

(4)去除吸水管道端部的吸水底阀,采用真空泵或射流泵等方法解决启动问题;效果同上。

(5)对于涌水量较小,水泵非连续全天侯运转的矿井,应注意编制合理的水泵工作时间表,确保水泵吸水高度不要过大,尽可能稳定临界汽蚀点在C点左右,力避其左移至C′位置。参见图2。

6.2 应急方法

实际工作中,若发现水泵已出现汽蚀特征,而条件暂时又不允许停机根除时,可以采用以下方法作应急处理:

适当关闭水泵排水管出口处的闸板阀,减小水泵流量,将其工况点由M调至M′,调出汽蚀区,见图2,避免汽蚀后果的发生。但此法调整对象为无故障的排水管路特性,为治标之法,只能应急,不宜长时使用。否则人为增大排水系统阻力,不仅增大排水能耗,降低矿井生产效益,还将减少系统排水能力,造成矿井安全隐患。

7 结束语

综上所述,汽蚀是处于负压吸水工作状态的离心式水泵常见的一种故障现象,矿井排水系统因水质问题,汽蚀的几率更高。由于影响汽蚀因素不仅局限水泵本质,因此,实际使用过程中,预防汽蚀和排除故障必须从水泵结构设计、检修、维护和配套系统选择、使用两方面采用措施,才能达到良好预期的效果。

参考文献

[1]中国机械工程学会设备与维修工程分会,《机械设备维修问答丛书》编委会.泵类设备维修问答.北京:机械工业出版社,2006

[2]刘捷.流体机械.北京:煤炭工业出版社,2004

[3]曲生,孙宝铁,张大秋.庙平9#大位移水平井钻井技术[J].中国安全生产科学技术,2009,5(2):144～150QUSheng,SUN Bao-tie,ZHANG Da-qiu.Drilling technique of extended reach horizontal well for Miaoping Well9[J].Journal of Safety Science and Technology.2009,5(2):144～150

矿用潜水泵 第4篇

关键词：PLC,KingView,水泵,测试系统

矿用水泵承担着煤矿排水功能的任务, 是减少透水事故、保证煤矿安全生产的重要设备[1]。随着煤矿开采深度不断提升, 煤炭开采量逐渐增大, 对高性能 (高压力、高扬程、大功率、可靠性等) 矿用水泵的需求随之增大。水泵的性能测试是检验水泵能否满足设计要求, 可否出厂的关键质量控制环节。然而, 国内大多数矿用水泵生产企业所用的水泵测试系统仍停留在仪表测试阶段, 其安全性、测试精度及自动化程度较低, 严重制约着矿用水泵的生产效率[2]。为此, 本文基于可编程控制器PLC与King View组态软件, 设计了一套矿用水泵自动测试系统。

1 硬件设计

1.1 系统组成

矿用水泵自动测试系统包含水泵的性能参数检测与系统控制两部分, 性能检测原始参数为入口压力、出口压力、流量、转速、扭矩、电动调节阀的阀口开度, 系统控制部分包括与水泵相连的交流电动机和电动调节阀的控制。常见的DAQ系统仅能实现检测参数的采集, 还需配置单片机控制模块形成完整的检测控制系统。但由于矿用水泵测试环境存在高压线路 (6000v及以上) 及大功率交流电机, 数据采集卡和单片机组建的检测控制系统易受电磁干扰, 可靠性不高, 难以满足应用要求。而基于PLC的模块化工控系统稳定性好、可靠性高、抗干扰能力和控制能力强, 而且扩展方便, 已成为工控领域的主流[3]。

本文设计的矿用水泵自动测试系统选用西门子公司的S7-200型PLC, 配置EM231模拟量输入输出扩展模块。系统硬件部分如图1所示, 主要由各类传感器、PC工控机、电动调节阀等组成。

1.2 传感器及设备

压力测量采用WT2000GP型智能压力变送器, 量程为0-10MPa, 精度为±0.2%, 输出4~20m A标准电流信号。

流量测量采用LW-S-M2F112型涡轮流量计, 量程为0-1000m3/h, 精度为±0.4%, 输出4~20m A标准电流信号。

水温测量选用PT100型铂电阻温度传感器, 测量精度±0.1%, 输出0-5V标准信号电压。

转速和转矩采用JN338-30000A型转矩转速测量仪测量, 量程0-30000N·m, 精度±0.5%。

由于测试系统要求在水泵稳定运转的情况下测试各参数随流量的变化, 因此采用电动调节阀控制流量, 该阀选用ZAZN型电动调节阀, 输入输出电流均为4~20m A标准电流信号, 通过控制输入电流的大小来调节阀门的开度以控制水泵的流量。

2 软件设计

系统软件是基于西门子PLC专用编程语言STEP7编写程序, 并借助KINGVIEW软件组态, 形成具有人机交互界面的软件平台, 实现用虚拟仪器形象地实时显示测试过程中的压力、流量、温度、功率、转矩等数据[4]。开启软件后的操作界面如图2所示。

软件采用模块化、流程化设计, 包括参数设置、系统控制、数据采集及数据处理四个模块, 其结构如图3所示。矿用水泵的测试过程就是顺序操作上述4个模块, 水泵的性能测试结果可形成报表或曲线, 通过输出设备如打印机输出。

3 测试系统精度评价

为验证设计的矿用水泵自动测试系统的精度是否满足要求, 利用该测试系统对某矿用水泵进行测试, 测试所得的性能参数数据如图4所示。

依照GB/T 3216-2005《回转动力泵水力性能验收试验1级和2级》及AQ1012-2-5《煤矿在用主排水泵系统安全检查规范》中规定的两种精度等级对测试系统进行评价, 其结果如表1、2、3所示。结果表明:基于设计的矿用水泵自动测试系统测量数据的容差系数值、容许波动幅度值及测量不确定度均低于2级精度要求值, 因此该测试系统符合2级精度要求。

结语

(1) 设计的矿用水泵自动测试系统采用以PLC为核心的检测控制系统, 并借助虚拟仪器技术减少了显示仪表, 提高了系统的抗干扰能力和可靠性。

(2) 该系统满足水泵性能试验国家2级精度标准。

(3) 该测试系统人机界面简单, 操作方便, 自动化程度较高, 具有推广价值。

参考文献

[1]姚福强, 等.煤矿主排水泵计算机远程监控系统设计[J].煤矿机电, 2004 (2) :22-24.

[2]凌瀚, 张正兴.污水泵站水泵特性在线检测与运行分析[J].排灌机械, 2006, 24 (2) :46-50.

[3]王雪艳.基于PLC和工控机的监控系统设计[J].煤炭技术, 2012, 01:63-64.