基于壓力表和真空表讀數(shù)特征診斷礦井主排水系統(tǒng)故障
為了快捷診斷礦井主排水系統(tǒng)故障，根據(jù)礦井主排水系統(tǒng)工作理論，探討了真空 表、壓力表讀數(shù)變化與主排水系統(tǒng)常見(jiàn)故障的內(nèi)在聯(lián)系，提出了通過(guò)觀察真空表、壓力表的讀數(shù) 特征診斷礦井主排水系統(tǒng)常見(jiàn)故障的方法。
礦井排水系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，勢(shì)必影響排水工作的正常 運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)影響礦井正常生產(chǎn)，因此必須學(xué)會(huì)診斷故障 的基本方法，以求準(zhǔn)確、迅速地排除故障。診斷礦井排水 系統(tǒng)故障的方法很多，但最基本、最直接的判斷方法是觀 察水泵在工作時(shí)壓力表和真空表（簡(jiǎn)稱(chēng)‘‘兩表”讀數(shù)的不 同變化，從“兩表”讀數(shù)變化特征上診斷水泵和排水系統(tǒng) 是否發(fā)生了故障，以及發(fā)生了何種故障。
1.觀察“兩表”讀數(shù)特征診斷排水系統(tǒng)故障的基本原理
壓力表與真空表安裝位置示意圖如圖1所示，根據(jù)礦 井排水系統(tǒng)工作原理可知，水泵出口壓力表和進(jìn)口真空表 的讀數(shù)值分別可以寫(xiě)成：
Pr = y( Hp + Mp) (1)
Pz = y( Hx + AH.) (2)
式中Py——壓力表讀數(shù)值，Pa;
Y——水的重度，N/m3;
Hp——排水高度，m;
AHp 排水管路損失，m;
Pz——真空表讀數(shù)，Pa;
Hx——吸水高度，m;
AHx 吸水管路損失，m。
由式（1)、式(2)可知，壓力表讀數(shù)與排水高度與排水 管水力損失有關(guān)，而真空表讀數(shù)與吸水高度、吸水管水力 損失有關(guān)。礦井排水系統(tǒng)一旦安裝完畢，吸水高度Hx和排 水高度Hp就不會(huì)改變，因此，一旦兩表讀數(shù)發(fā)生異常，就 說(shuō)明Mp、AH.發(fā)生了變化，也就說(shuō)明吸、排水管路有可能 堵塞和流量發(fā)生了變化，而AH.的變化也同樣可以了解泵 的工作狀態(tài)是否正常。由此可見(jiàn)，可利用兩表讀數(shù)特征來(lái)判斷水泵和管路故障，再結(jié)合聲音和電流表的變化可幫助 進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。
2.利用“兩表”讀數(shù)特征對(duì)水泵和排水系統(tǒng)進(jìn)行 故障分析
水泵和排水系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)的特點(diǎn)是壓力表和真空表 讀數(shù)同時(shí)發(fā)生變化，這是因?yàn)楸玫牧髁亢蛽P(yáng)程是相互影響 的，吸入部位發(fā)生故障，影響排出過(guò)程；同樣，排出部位 發(fā)生故障也會(huì)影響吸入過(guò)程。所以，結(jié)合在判斷水泵和排 水系統(tǒng)故障時(shí)必須結(jié)合兩表的讀數(shù)特征。下面就兩表讀數(shù) 特征與排水系統(tǒng)故障進(jìn)行分析。
2.1故障泵內(nèi)有空氣
兩表讀數(shù)特征：真空表和壓力表讀數(shù)都比正常時(shí)小，而 且常常不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)甚至降到零。其原因是泵內(nèi)進(jìn)入空氣 之后，壓頭顯著降低，流量也急劇下降。水泵中混入少量空 氣有可能會(huì)正常工作，但不同水泵可引入的空氣量都有一定 的限量，引入太多則會(huì)使吸水管中水流中斷。水泵中混入空 氣與排水量在不同比例時(shí)的壓頭特性曲線如圖2所示，從圖 2中明顯看出水泵內(nèi)混入空氣對(duì)壓頭特性的影響。
泵內(nèi)進(jìn)氣是由吸水系統(tǒng)不嚴(yán)密引起的，容易發(fā)生漏氣 的部位及原因有吸水管系統(tǒng)連接處不嚴(yán)、填料箱密封不嚴(yán)、 真空表接頭松動(dòng)和吸水口離水面太近、淹沒(méi)水中過(guò)少等。
另外，吸水管和水泵安裝不正確，使吸水管最高處不 能完全充滿水，有空氣憋在里面，泵也有可能不能正常工 作，吸水管與水泵不正確和正確的安裝方法如圖3所示。
如果兩表讀數(shù)偏小，但比較穩(wěn)定，則往往是離心泵轉(zhuǎn) 速低或反轉(zhuǎn)造成的，要和水泵內(nèi)混入空氣區(qū)別開(kāi)來(lái)。
2.2故障二：吸水管堵塞
兩表讀數(shù)特征：真空表讀數(shù)比正常大，壓力表讀數(shù)比 正常小。這是因?yàn)槲芏氯?，吸水阻力增?/span>，也就增大 了吸水真空度，所以真空表讀數(shù)比正常大。同時(shí)，由于流 量減小，排水阻力便減小，因此壓力表讀數(shù)比正常小。
吸水管堵塞容易發(fā)生的部位及原因有：吸水管插入太 深，由于吸水井淤泥太多，沒(méi)有及時(shí)清理，底閥與泥接觸; 濾網(wǎng)太臟；底閥未能全打開(kāi)等。
2.3故障三：排水管堵塞
兩表讀數(shù)特征：壓力表讀數(shù)比正常大，真空表讀數(shù)比 正常小。這是因?yàn)榕潘芏氯?，使排水阻力增大，因而?/span> 力表讀數(shù)上升。又因排水管阻力增大，使流量減小，故真 空度下降，真空表讀數(shù)變小。
排水管堵塞使排水系統(tǒng)發(fā)生故障，容易發(fā)生該故障的 部位及原因是排水閘閥未打開(kāi)或開(kāi)錯(cuò)閥門(mén)。
2.4故障四：水泵葉輪堵塞
兩表讀數(shù)特征：壓力表和真空表讀數(shù)均比正常讀數(shù)小。 這是因?yàn)槿~輪堵塞后，都會(huì)使揚(yáng)程曲線明顯收縮，則工況 點(diǎn)向流量小的方向移動(dòng)，揚(yáng)程減小，故壓力表和真空表讀 數(shù)均比正常時(shí)小。
葉輪流道堵塞時(shí)，水泵性能曲線如圖4所示，I為正 常的揚(yáng)程特性曲線，其工況點(diǎn)為1; n為葉輪部分堵塞時(shí)的 揚(yáng)程特性曲線，工況點(diǎn)為2; m為葉輪中的三條葉道全部堵 塞時(shí)的揚(yáng)程曲線，工況點(diǎn)為3。從圖4中可明顯看出，葉輪 堵塞時(shí)，壓頭降低，其效率也降低。
2.5故障五：排水管破裂
兩表讀數(shù)特征：一般是壓力表讀數(shù)下降，真空表讀數(shù) 突然上升。這是因?yàn)榕潘芷屏押螅潘茏枇p小，使 流量增大，從而造成真空度上升。從‘‘兩表”讀數(shù)特征看， 同吸水管堵塞時(shí)真空度增大、壓力表讀數(shù)下降情況一樣， 但是排水管破裂往往是突然發(fā)生的，因此“兩表”讀數(shù)變 化比吸水管堵塞時(shí)要快一些。另外，流量增大會(huì)引起負(fù)荷 增大，可從聲響、電流表讀數(shù)的變化與吸水管堵塞引起負(fù) 荷降低的情況加以區(qū)別。在這種情況下，應(yīng)立即停泵，查 明原因。
排水管破裂的原因主要是管路質(zhì)量不高、鋼管銹蝕嚴(yán) 重、操作中猛開(kāi)猛關(guān)閘閥而引起水擊等。但是，最根本的 原因是思想上麻痹大意。只要嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，認(rèn)真檢 查管路的銹蝕情況，并定期試壓，就能避免事故的發(fā)生。
2.6故障六：水泵產(chǎn)生汽蝕
兩表讀數(shù)特征：一般來(lái)講，泵產(chǎn)生汽蝕時(shí)，真空表和 壓力表讀數(shù)常常不穩(wěn)定，比正常小，有時(shí)甚至降到零。但 由于引起泵產(chǎn)生汽蝕的直接原因不同，所以兩表的變化規(guī) 律也不完全相同。
1)如果是吸水管?chē)?yán)重堵塞時(shí)，使真空表讀數(shù)增大，但 真空度過(guò)大，超過(guò)泵的允許吸上真空度時(shí)，便會(huì)引起汽蝕，這時(shí)真空度降低，甚至降到零。
2）如果是水泵的允許吸上真空度本來(lái)就低（有可能是 泵安裝位置過(guò)高），剛打開(kāi)排水閥就可能產(chǎn)生汽蝕，這時(shí)真 空度不一定先增加后降低，往往是一開(kāi)始就低下來(lái)，甚至 為零。
3）如果排水管破裂發(fā)生在泵站的附近時(shí)，使真空表讀 數(shù)增加太多，超過(guò)了泵的最大允許吸上真空度而產(chǎn)生汽蝕， 這時(shí)真空表讀數(shù)的變化情況是突然升高后又立即下降。
水泵發(fā)生汽蝕時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和噪聲。同時(shí)，因?yàn)?/span> 在水流中有氣泡，所以水泵的排水高度也會(huì)有降低。隨著 汽蝕現(xiàn)象程度的嚴(yán)重，氣泡大量地產(chǎn)生，最后造成斷流， 這時(shí)水泵的吸水高度、功率、效率迅速下降，甚至吸不上 水來(lái)。因此要防止水泵在工作時(shí)發(fā)生汽蝕現(xiàn)象，其主要措 施可從兩個(gè)方面入手：①在吸水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝方面， 一是盡量減小吸水管水頭損失，即減少吸水管長(zhǎng)度、減少 吸水管附件（如底閥）、增大吸水管直徑；二是減小實(shí)際安 裝高度，保證合理的吸水高度，在實(shí)際安裝中，一般礦用 離心式水泵安裝的吸水高度不超過(guò)6m。②在操作使用方 面，減少吸水管路損失，具體方法是關(guān)小泵排水閘閥，使
系統(tǒng)的流量（流速）減小，吸水管的水頭損失隨之減小。
3.結(jié)語(yǔ)
從以上分析可以看出，水泵和排水系統(tǒng)故障都能從真 空表和壓力表的讀數(shù)變化中反映出來(lái)，因此，觀察‘‘兩表” 讀數(shù)變化特征，再結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行具體問(wèn)題具體分析， 就能準(zhǔn)確診斷水泵和排水系統(tǒng)的故障，從而找出相應(yīng)的處 理措施，保證排水系統(tǒng)安全、高效運(yùn)行。
