煤矿排水泵故障与维护

张 婷

(大同煤矿集团有限责任公司煤峪口矿)

煤矿井下生产过程中,由于自然或人为因素，导致地下径流或地下含水层的水与井巷贯通，造成矿井涌水[1]。通常使用排水泵将涌水抽排至其他区域或经井下泵房抽排至地表，确保井巷中正常的生产秩序和人员设备安全。煤矿作业环境恶劣，地质结构复杂，排水泵对煤矿来说十分重要，如何有效及时处理煤矿排水泵各类故障，对控制矿井涌水非常关键。

1 水泵机组电机转子故障

1.1 转子不平衡

水泵转子不平衡主要由于转子本身材质缺陷如材质不均匀、质量偏心、转子弯曲、联轴器不平衡等，及后期由腐蚀、磨损或零件松动等外部因素造成的偏心导致。水泵工作环境中大量煤尘会部分吸附在转子上，导致转子不平衡故障。随着转子旋转，伴随震荡响应现象。

转动系统间隙过大或轴联结刚性不足会导致转子松动，造成机械阻抗低，当运转过程转子不平衡和偏心时，会引发较大的振动。引发转子松动的原因有水泵基座施工导致水泵安设不水平、力学和温度等外界因素导致转子系统出现较大间隙、支承系统接合面间隙设置过大等。

1.2 转子不对中

水泵转子不对中是导致水泵故障的主要原因之一，以电机与水泵本体进行轴连接部分的不对中现象最为常见，按角度可以分为平行不对中、偏角不对中、以及平行偏角不对中，见图1。

刚性联轴器所联结的转子在遇到转子轴线发生径向位移时，会导致转子强制接触，严重时造成转子弯曲变形。转子正常运转过程中高速转动，轻微的不平衡都会产生较大离心力，并产生径向振动。转子转动一周后，会产生2次振动，同时径向弹性力发生4次方向改变，即振动频率是旋转频率的2倍[2]。

图1 转子不对中示意

实际使用过程，水泵转子轴线间发生的位移存在径向和偏角两个方向，即转子上会发生径向和轴向振动，联轴器轴承上受到2倍基频的附加径向作用力。轴承不对中体现在轴承座左右侧标高偏差，轴颈与轴承间相互位置及转轴固有转动频率发生变化，而大负荷下的轴承不对中可能会出现高次谐波振动。

2 水泵机组电机轴承故障

2.1 油膜振荡

作为大型水泵机组的煤矿排水泵，其机组通过滑动轴承来支承转子系统，该类转子系统易出现油膜涡动和油膜振荡故障。油膜涡动原理是主轴偏心旋转所形成的油楔，由于液体存在不可压缩性，油楔推动主轴前行，进而形成一个与转动方向一致的涡动，该涡动与油楔速度一致[3]。图2为不同转速下滑动轴承的轴颈中心位置，该滑动轨迹为平衡半圆弧，受工作转速和负载负荷影响，轴承中心轨道可能出现与载荷作用方向不同的移动。

图2 滑动轴承工作状态

油膜涡动现象发展到一定程度会进一步形成油膜振动现象，振动范围内的零部件会产生微弱形变。由于水泵内机构紧凑，转子和定子间间距较小，容易发生摩擦。

2.2 转轴横向裂纹

金属材料长期承受负荷后会出现疲劳现象，如水泵机组长期运转后各承压零配件会出现横向疲劳裂纹，转轴、转子等金属配件强度下降，出现周期疲劳、蠕动和应力腐蚀开裂等现象，严重时甚至出现断轴。

2.3 其他故障

煤矿井下涌水和采煤用水最后汇集到泵房水仓，由于井下作业环境恶劣，水仓中含有大量垃圾物、煤屑，杂质长期堆积会堵塞水泵吸水口、管路和水泵内部，最终影响实际排水效率，严重时会损毁水泵。因此要定期清理水泵和泵房水仓，并根据杂质颗粒大小在吸水口设置金属滤网和过滤器。水泵汽蚀现象是由空气溶解于液体中产生的，在液体中的空气微泡受水压和温度影响会裂解产生新的微泡，并与过流面表面发生一系列物理、化学反应[4]。

3 煤矿主排水泵维护

3.1 运行维护

排水泵受到气蚀和磨损等因素影响，使用效率和寿命降低，且煤矿井下作业环境复杂，如何有效进行煤矿各主、辅排水泵的日常检查和维护对矿井井下排水工作十分重要。归纳起来，应从以下3方面重点加强煤矿排水泵日常检查和维护：

(1)建立设备定期维护制度。长期使用的水泵应定期对运行状态和设备状态进行检查，对发现因磨损严重而影响使用的平衡盘、叶轮、密封圈等零配件及时进行更换，确保排水泵设备处于良好的工作状态，避免故障停机或带“病”运行。为解决排水泵常见的零件磨损、气蚀等隐患，将叶轮、平衡盘等易损部件调整为耐磨、耐气蚀的铜质零件等，延长零件及水泵使用寿命。通过在水泵房出水口设置标准堰口等流量监测手段，定期监测水泵工作效率，对运行效率低下的水泵进行检查和维修。

(2)控制水泵扬程。水泵选型过程中水力损失过高，实际使用过程中易出现扬程过高、电机过载、严重气蚀等现象，易损伤排水泵，使用效率低下。优化未投入使用的设备，对已经投入使用的设备通过去除部分叶轮等措施调整排水泵扬程。

(3)保证管路畅通。由于井下作业环境较为恶劣，水泵工作中易产生污垢或水垢等杂质堵塞管路，导致水流不畅，继而引发龙头堵塞、流量降低和水泵烧损、磨损、气蚀等，可通过及时清理水仓和吸水井减少管路杂质，同时通过清除水垢等改善管路有效流通面积，降低管道阻力。

3.2 节能维护

煤矿井下排水泵水仓排水过程中水位不恒定，为提高水泵使用效率和节约能源，将主排水泵设置为自动启动模式，一方面起到节约能源的作用，另一方面降低因吸入过多空气或空转导致设备磨耗。

目前多通过使用超声波传感器根据水位情况自动控制水泵开启状态，原理是超声波传感器通过波的反射机理向水面发生超声波，超声波接触水面、仓地后开始向发射方向反射，根据波的发射和接收时长计算出水位高度。超声波传感器与排水泵启动开关机电辅助器进行信号连接，设置水泵自动启动的水位临界点，根据该点对井下排水进行自动化控制。

4 结 论

煤矿井下作业通过排水泵机组对抽排井下涌水，保证水泵机组设备工作稳定性和可靠性对确保生产秩序不受到地下水影响至关重要。分析煤矿水泵机组几种常见故障如水泵机组转子不平衡、不对中、水泵机组油膜振荡、转轴横向裂纹等轴承故障，并从水泵机组运行和节能两方面进行维护制度讨论，可供机电维修人员开展水泵机组维护与修理参考。