基于压力表和真空表读数特征诊断矿井主排水系统故障

矿井排水系统发生故障时，势必影响排水工作的正常运行，严重时影响矿井正常生产，因此必须学会诊断故障的基本方法，以求准确、迅速地排除故障。诊断矿井排水系统故障的方法很多，但最基本、最直接的判断方法是观察水泵在工作时压力表和真空表(简称“两表”)读数的不同变化，从“两表”读数变化特征上诊断水泵和排水系统是否发生了故障，以及发生了何种故障。

1 观察“两表”读数特征诊断排水系统故障的基本原理

压力表与真空表安装位置示意图如图1所示，根据矿井排水系统工作原理可知，水泵出口压力表和进口真空表的读数值分别可以写成：

(1)

(2)

式中 Py——压力表读数值，Pa；

γ——水的重度，N/m3；

Hp——排水高度，m；

ΔHp——排水管路损失，m；

Pz——真空表读数，Pa；

Hx——吸水高度，m；

ΔHx——吸水管路损失，m。

图1 压力表与真空表安装位置示意图

由式(1)、式(2)可知，压力表读数与排水高度与排水管水力损失有关，而真空表读数与吸水高度、吸水管水力损失有关。矿井排水系统一旦安装完毕，吸水高度Hx和排水高度Hp就不会改变，因此，一旦两表读数发生异常，就说明ΔHp、ΔHx发生了变化，也就说明吸、排水管路有可能堵塞和流量发生了变化，而ΔHx的变化也同样可以了解泵的工作状态是否正常。由此可见，可利用两表读数特征来判断水泵和管路故障，再结合声音和电流表的变化可帮助进行准确判断。

2 利用“两表”读数特征对水泵和排水系统进行故障分析

水泵和排水系统发生故障时的特点是压力表和真空表读数同时发生变化，这是因为泵的流量和扬程是相互影响的，吸入部位发生故障，影响排出过程；同样，排出部位发生故障也会影响吸入过程。所以，结合在判断水泵和排水系统故障时必须结合两表的读数特征。下面就两表读数特征与排水系统故障进行分析。

2.1 故障一：泵内有空气

两表读数特征：真空表和压力表读数都比正常时小，而且常常不稳定，严重时甚至降到零。其原因是泵内进入空气之后，压头显著降低，流量也急剧下降。水泵中混入少量空气有可能会正常工作，但不同水泵可引入的空气量都有一定的限量，引入太多则会使吸水管中水流中断。水泵中混入空气与排水量在不同比例时的压头特性曲线如图2所示，从图2中明显看出水泵内混入空气对压头特性的影响。

图2 水泵内混入空气时扬程特性曲线图

泵内进气是由吸水系统不严密引起的，容易发生漏气的部位及原因有吸水管系统连接处不严、填料箱密封不严、真空表接头松动和吸水口离水面太近、淹没水中过少等。

另外，吸水管和水泵安装不正确，使吸水管最高处不能完全充满水，有空气憋在里面，泵也有可能不能正常工作，吸水管与水泵不正确和正确的安装方法如图3所示。

如果两表读数偏小，但比较稳定，则往往是离心泵转速低或反转造成的，要和水泵内混入空气区别开来。

图3 吸水管路不正确与正确安装示意图

2.2 故障二：吸水管堵塞

两表读数特征：真空表读数比正常大，压力表读数比正常小。这是因为吸水管堵塞，吸水阻力增加，也就增大了吸水真空度，所以真空表读数比正常大。同时，由于流量减小，排水阻力便减小，因此压力表读数比正常小。

吸水管堵塞容易发生的部位及原因有：吸水管插入太深，由于吸水井淤泥太多，没有及时清理，底阀与泥接触；滤网太脏；底阀未能全打开等。

2.3 故障三：排水管堵塞

两表读数特征：压力表读数比正常大，真空表读数比正常小。这是因为排水管堵塞，使排水阻力增大，因而压力表读数上升。又因排水管阻力增大，使流量减小，故真空度下降，真空表读数变小。

排水管堵塞使排水系统发生故障，容易发生该故障的部位及原因是排水闸阀未打开或开错阀门。

2.4 故障四：水泵叶轮堵塞

两表读数特征：压力表和真空表读数均比正常读数小。这是因为叶轮堵塞后，都会使扬程曲线明显收缩，则工况点向流量小的方向移动，扬程减小，故压力表和真空表读数均比正常时小。

叶轮流道堵塞时，水泵性能曲线如图4所示，Ⅰ为正常的扬程特性曲线，其工况点为1；Ⅱ为叶轮部分堵塞时的扬程特性曲线，工况点为2；Ⅲ为叶轮中的三条叶道全部堵塞时的扬程曲线，工况点为3。从图4中可明显看出，叶轮堵塞时，压头降低，其效率也降低。

图4 叶轮流道堵塞时水泵性能曲线

2.5 故障五：排水管破裂

两表读数特征：一般是压力表读数下降，真空表读数突然上升。这是因为排水管破裂后，排水管阻力减小，使流量增大，从而造成真空度上升。从“两表”读数特征看，同吸水管堵塞时真空度增大、压力表读数下降情况一样，但是排水管破裂往往是突然发生的，因此“两表”读数变化比吸水管堵塞时要快一些。另外，流量增大会引起负荷增大，可从声响、电流表读数的变化与吸水管堵塞引起负荷降低的情况加以区别。在这种情况下，应立即停泵，查明原因。

排水管破裂的原因主要是管路质量不高、钢管锈蚀严重、操作中猛开猛关闸阀而引起水击等。但是，最根本的原因是思想上麻痹大意。只要严格执行操作规程，认真检查管路的锈蚀情况，并定期试压，就能避免事故的发生。

2.6 故障六：水泵产生汽蚀

两表读数特征：一般来讲，泵产生汽蚀时，真空表和压力表读数常常不稳定，比正常小，有时甚至降到零。但由于引起泵产生汽蚀的直接原因不同，所以两表的变化规律也不完全相同。

1)如果是吸水管严重堵塞时，使真空表读数增大，但真空度过大，超过泵的允许吸上真空度时，便会引起汽蚀，

这时真空度降低，甚至降到零。

2)如果是水泵的允许吸上真空度本来就低(有可能是泵安装位置过高)，刚打开排水阀就可能产生汽蚀，这时真空度不一定先增加后降低，往往是一开始就低下来，甚至为零。

3)如果排水管破裂发生在泵站的附近时，使真空表读数增加太多，超过了泵的最大允许吸上真空度而产生汽蚀，这时真空表读数的变化情况是突然升高后又立即下降。

水泵发生汽蚀时，就会出现振动和噪声。同时，因为在水流中有气泡，所以水泵的排水高度也会有降低。随着汽蚀现象程度的严重，气泡大量地产生，最后造成断流，这时水泵的吸水高度、功率、效率迅速下降，甚至吸不上水来。因此要防止水泵在工作时发生汽蚀现象，其主要措施可从两个方面入手：①在吸水系统的设计和安装方面，一是尽量减小吸水管水头损失，即减少吸水管长度、减少吸水管附件(如底阀)、增大吸水管直径；二是减小实际安装高度，保证合理的吸水高度，在实际安装中，一般矿用离心式水泵安装的吸水高度不超过6m。②在操作使用方面，减少吸水管路损失，具体方法是关小泵排水闸阀，使系统的流量(流速)减小，吸水管的水头损失随之减小。

3 结 语

从以上分析可以看出，水泵和排水系统故障都能从真空表和压力表的读数变化中反映出来，因此，观察“两表”读数变化特征，再结合实际情况进行具体问题具体分析，就能准确诊断水泵和排水系统的故障，从而找出相应的处理措施，保证排水系统安全、高效运行。