公沟煤矿主排水泵技术测定

主排水泵技术测定准格尔旗公沟煤炭有限责任公司2014年1月公沟煤矿主排水泵技术测定矿井主排水装置是煤矿“四大件”主要设备之一，其耗电能居主要耗能设备之首。

据国家统计，主排水泵用电量占煤矿全部生产用电量10.2%。

因此，为了使主排水泵经济、合理、低工耗、高效率运行；为使其安装、维护、检修、保养更趋科学化，及时准确的对矿井排水系统进行技术测定，获得水泵运行的各种科学数据是十分必要的。

下面是结合2008年～2013年对我矿主排水泵的技术测定实践。

1 有关电动机参数的测定首先选用了先进的GDPC-91A智能型多功能电能平衡测试功率、功率因数、电量累计与频率等。

其测量精度：电压、电流为0.5级；功率因数为1.2级；功率为1.5级。

煤矿井下水泵电动机参数测试存在着特殊的问题，就是控制电机PB3-6GA系列高压开关上无功率表，其内仅设有一个单相电压互感器和两个电流互感器，不具备直接测量三相功率的条件，给测试电机的电参数造成了一定的困难。

1.1电动机输入功率P1测试的两种方法(1)电流叉接法测三相功率如图1，借用开关内的电压、电流互感器，将两个电流互感器线圈首尾串联，引出差电流，并且将电压互感器原线圈两端接线A、C相上，再用能平衡测试仪的单相负载测试功能将输入功率P1取出，此功率P1即是三相功率值(接线注意：先停电，打开高压开关柜，做验电、放电试验)。

理论推导过程：参看图1(b)可以推导出P1=3P单相：P1=U AC I AC COSβU AO I AO COSβ而Φ=β+30°β=α+30°则β=Φ代入上式。

P1=U AO I AO COSΦ=3U AO I AO COSΦ=3P单相这种接线方法的优点是，不用外配电压电流互感器，操作简单，方便省时；缺点是测量精度不高，误差较大。

测量时应注意同时读取仪表读数。

如所测参数需要精度较高，建议采用下面的星接法测三项功率。

(2)星接法测三相输入功率P如图2在高压开关内，外设两个同型号的电压互感器PT(6000V/60V)，并接在A、B、C三相之间。

A、C两相电流用能平衡测试仪的两个钳型电流互感器引出即可。

这里应特别注意PT和CT二次侧的三相相序必须明确，以使同相钳型电流互感器和电压采样夹处于同一相序上。

再利用能平衡测试仪将电动机三相电压、电流、功率，累计电量取平均值打印输出。

理论推导过程参看图2(b)。

P1=U AB I AO COS(30°+Φ)+U CB I CO COS(30°-Φ)=U AB I AO COS30°COSΦ-U AB I AO SIN30°SINΦ+U CB I CO COS30°COSΦ+U CB I CO SIN30°SINΦ因为在数量上，U AB=U CB，I CO=I AO，所以，P1=2U AB I AO COS30°COSΦ=3U AO I AO COSΦ=3P单相此方法的优点是测试结果精度高，不受三相不平衡电流的影响；缺点是接线复杂，外接入两个电压互感器，需在6kV高压线上操作，必须经验电、放电和找相序工序。

1.2电动机定子直流电阻测算大功率电机定子直流电阻很小，一般的万用表精度级不够，所以我们采用了PC25型数字微欧计，此仪器不受机械振动与电磁干扰影响，精度0.1级。

测电动机定子绕组电阻时，有条件最好将电机停止运转16h以上。

此时定子绕组温度与室温相同，所测电阻值就更精确。

但在井下除备用泵的电机可行外，其它运行的泵很难实现这一点，通常电机刚停止转动。

断开高压电开关，用温度计测定子铁芯温度t T(取2～3点)这样t T+15℃就约为定子绕阻的实际温度。

在此同时，测出端电阻。

测端电阻时，先打开电机接线盒盖。

验电和放电后，用砂布将三相接柱打光，以除去油污和氧化层，减小接触电阻以提高定子直流电阻的测试精度。

用PC25微欧计测出端电阻R AB、R AC、R BC：算术平均值r e=(R AB+R AC+R BC)/3对Y接线，相电阻r x=(1/2)r e对△接线r x=(3/2)r e将相电阻换算到75℃时的标准电阻值r w=［(K+t w)/(K+t)］Υx其中r w——基准温度下的定子绕阻的相电阻值Ω；t w——基准工作温度(A、E、B级绝缘为75℃，F、H级为115℃)；t——实际绕组温度(实测)；K——常数铜绕线，K=235，铝绕组K=228。

1.3电动机空载试验电动机空载时，无功率输出，输入功率全部供电动机空载所需的功率损耗，既空载损耗P，其主要包括定子铜耗3I2o r w，铁耗P tz和机械损耗P1公式P O=3I2o r w+P ti+P1(I O空载电流)。

而定子机械损耗与铁耗统称为固定损耗即P O=P ti+P j=P O-3I2O r w利用上述输入功率测试法，同样可测出电机空载时的电压U O、电流I O功率P O，功率因数COSΦ，这样可求出P O值。

为了求出负载时转子铜耗，需把铁耗与机械损耗分开，分别求其值。

有关资料表明，铁耗几乎与外施电压平方成比例。

U1=0时无铁耗。

而机械损耗与电机的转速大小有关。

电动机空载特性试验时，转速几乎不变，因此机械损耗可作为常数。

基于上述原理，可作出P c与U21关系曲线Pc=f(U21)如图4。

这样在额定电压U1e所对应的P T1、P j即为实际的铁耗与机械损耗值。

在煤矿井下将联轴器卸开后，电动机与泵轴脱离，只可测电动机空载的P O、I O、U O、COSΦO，而无法测绘出P C=f(U21)曲线。

因为在井下没有可变高压调压设备，要测绘c=f(U21)曲线，电压得由7200V左右逐步降低，直到可能达到最低电压(即电流开始回升为止时的电压)。

这样可测量7～9点，取出每点的P O、I O计算出每点的P O值，就可作出P C=f(U21)相应的曲线；根据我局现有条件，利用机修厂四车间检测设备，与其有关检测人员配合，在1992～1993年间，共测绘过JSQ148-4、JS138-4、JSQ1410-4、JSQ158-4几种型号。

电机的空载P C=f(U21)曲线并作历史技术资料在档，以备今后测试同类型号电机时参考比较。

根据以上测出的各参数，即可算出带负荷时定子铜耗P t1=3I2r fw转子铜耗Ptz=(P1-P t1-P t1)S，杂散损耗P z=0.005P e(I/I e)2电机输出功率P2=P1-(P c+P t1+P tz+P2)。

电机效率ηd=(P2/P1)100%负荷率K =(P2/P0)100%其中I—定子电流；Pe—电机额定功率。

转差率S=［(n1-n)/n1)］100%。

2 有关水泵参数测试2.1流量测点段排水管内、外径测量由于矿井水是地下水，水内含钙镁离子浓度要比正常自来水高出许多倍，排水管路使用一个时期后，内壁会附有一定厚度的水垢(主要成份CaCO3、Mg(OH)2、MgCO3混合物)。

同时管外壁也会有保护漆层，锈污等。

卷尺或卡尺直接量取管外径时，测得的值一般要比外径值大点，这样先用手锤敲击，然后用铲刀、锉刀和砂布清除掉保护漆层、锈污等。

再测外径就比较准确。

测排水管壁厚之前，先用锉刀砂布将管壁打出一小块光面，再用超声波测厚仪测其壁厚。

因为此仪器不能测出管内壁垢厚，所以测流量时，与智能流量计人机对话，给电脑输入的管壁厚应是实测金属壁厚与垢厚之和，这样测得的流量方能准确。

垢厚可根据管路使用年限、水质情况、结合工作经验估计。

2.2水泵流量Q的测量水泵流量Q是水泵测试中的一个非常重要的参数，其测量准确程度直接影响水泵测试工作质量，测定流量方法很多。

例如：水堰、喷咀、孔板法、差压计、涡轮流量、容积法等，但这些方法的原理、安装、操作过程很复杂，测量误差大，并且对移动测试，矿井井下的条件又难以实现。

便携式SP=2B智能超声波流量计克服了上述困难弱点。

超声波流量计简单原理是：用发射接收传感器使超声波在管内液体中传播，通过液体使声波频率的改变差值变化输入电脑来测得流体流速V，而流量Q是V与流水断面S两者之积，即Q=VS。

而断面S是通过人机对话，将管壁厚q外径D输入流量计电脑，通过关系式S=π(D-2g)2/4自动计算出来。

利用SP-2B超声波流量计测泵流泵时，必须严格按说明书进行操作，以下两点也应特别注意：其一，测点位置一定要选择合理。

为减少闸门调节，管路弯头和变径管造成的紊流，用泵的大功率电机产生高强度电磁波对测流量的干扰影响。

要求传感器安装位置选择尽量远离泵房和弯头的直线管路上最好离泵房距离不小于30m，距弯头变径管不小于5m。

其中安装传感器的直管段长为管外径D+1200mm长以上，有条件尽量选长些。

其二，流量测点直管段内水流必须满管，并具有0.02MPa以上的压力。

因为水流不满管，有一部分空气混入并行，而空气对超声波起阻止作用。

所以发射传感器发出超声波射入管内时，被空气隔断，而接收传感器接收不到超声波信号。

仪器就无法测量出流量。

另外管内水的压力太小，水流动过程中产生气泡，影响超声波导通。

如排水管路靠近出水口的水平段上很易出现水流不满管现象。

弯头、弯径管闸阀附近水流不稳定，产生气泡，因而测点应避开这种区段。

2.3水泵出、入口压力测量、压力表的安装及注意事项(1)为了保证测量精度，压力表精度可以取0.25级，真空表可取0.4级。

考虑矿井主排水泵出、入口压力脉动较大，选择压力表量程时，被测压力应不超过压力表上限的2/3，否则测量的误差将会增大。

(2)为了保证压力表所测的是静压力，尽可能避免流动的动压头的影响，压力表取样管的管口截面应与被测水的流动方向平行，管口不应突出管道内壁；取样点应选在有规定要求的直管段上。

并且要求取样点到压力表的信号管尽可能短，最长不超过50m，取压管的内径不得小于3～5mm，否则会影响灵敏度。

同时压力表安装处尽量与测点保持同一水平位置，以减小液位差引起的误差。

(3)为了避免压力急剧脉动与开泵时的压力冲击对取值不稳和易损坏压力表的影响，在取样管上应加装通断阀门和阻泥器。

安装位置见图5。

泵开机时，将阀门3关闭，泵起动稳定正常运转后再慢慢开动阀门，待压力表指针稳定，视线垂直指针平面，取其压力值P及负压值Pm。

2.4水泵参数测算过程(1)扬程H=10P+0.0136Pm+Z+(V2d+V2s)/2g。

其中P——水泵出水口静压Kg/cm2；Pm——水泵吸水负压mmHg；Z——压力表与真空表间垂高m；Vd——水泵出水口流速m/s；Vs——泵吸水口水流速m/s。

如果泵出入水口管径相等，则由Qd=Qs得Vd=Vs(V2d+V2s)/2g为零。

否则，先测出入管的内径再由V=4Q/(πd n2)分别计算出、入口水的流速。

(2)排水垂高Ha=h e+h b。