煤礦用潛水泵爆炸是上世紀(jì)80年代以來的行業(yè)難題，那么，潛水泵為什么會爆炸?上海慶武排沙水泵研究所所長王慶武指出，由“鍋爐爆炸”聯(lián)想到“潛水泵爆炸”，難題頓時簡單了。因此，分析潛水泵爆炸機理時，重點應(yīng)該是“飽和水蒸汽三要素”：密封容器、水源、熱源。
電動機外殼本身就是“密封容器”，“水源”是排沙振動導(dǎo)致的電動機內(nèi)腔進(jìn)水，“熱源”是排沙過載導(dǎo)致的電動機內(nèi)腔異常發(fā)熱。由于“密封容器”內(nèi)的“熱源”通過“水源”轉(zhuǎn)換為飽和水蒸汽的強大壓力卻無法釋放，最終導(dǎo)致電動機外殼蒸汽爆炸。針對煤礦井下的實際條件，王慶武制定出潛水泵“排沙必備”的安全措施，研發(fā)出KL型礦用立泵、BSQ型排沙潛水泵，尤其是增加了泄壓安全閥及隔爆管柱組件，已經(jīng)遏制住潛水泵爆炸將近十年。
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要素一：電動機的密封外殼。
在組裝狀態(tài)，端蓋止口與機座采用0形密封圈，轉(zhuǎn)軸與軸孔采用“雙端面機械密封”，電纜與引入裝置采用橡膠密封圈，電動機的整機須通過氣密性試驗。實質(zhì)上，煤礦用潛水泵的電動機外殼本身就是“密封容器”。
要素二：水源。
一方面，排沙振動，電動機進(jìn)水。根據(jù)王慶武1988年的專項觀測結(jié)論：潛水泵排沙后，臺臺干式電動機的外殼內(nèi)都有積水。進(jìn)水的通路是穿越了雙端面機械密封，并在最后一道“端面”以水蒸汽的方式進(jìn)入電動機內(nèi)腔，再冷凝為教科書所說的“結(jié)露水”。以4.0kW潛水泵的統(tǒng)計數(shù)字為例，振動為“精密級”，使用三個月，電動機內(nèi)腔積攢的“積水”為15～20g。按1999年的統(tǒng)計結(jié)果：4.0kW潛水泵，振動為“普通級”，積水為30～80g，極個別的為125g以上。
另一方面，劇烈振動，電動機大量進(jìn)水。王慶武指出，潛水泵直接坐在水坑底部排沙，因此經(jīng)常會看到：開泵的瞬間，吸沙濃度的質(zhì)量比有時高達(dá)40%。這時葉輪的3到6個流道中有一個流道的入口如果被固體顆粒擁擠而堵塞，就會產(chǎn)生劇烈振動，導(dǎo)致電動機內(nèi)腔大量進(jìn)水。
要素三：熱源。
王慶武表示，要讓潛水泵能夠直接排沙并且不出現(xiàn)異常發(fā)熱，需要具備以下條件和參數(shù)：
1)采煤工作面用，或巖石平巷掘進(jìn)用，規(guī)定固體的質(zhì)量比為20%，功率要比排清水時增大1.14倍。設(shè)計時還應(yīng)考慮開泵瞬間吸沙質(zhì)量比為40%時的“功率峰值”，為了避免 “頻繁燒電機”，配套電動機的功率實際應(yīng)比排清水時增大1.34倍以上。
2)立井或斜井掘進(jìn)用、清水倉用，規(guī)定固體的質(zhì)量比為40%，功率要比排清水時增大1.34倍。還應(yīng)考慮吸沙質(zhì)量比為53%時的“功率峰值”，功率實際應(yīng)增大1.5倍以上。
3)采空區(qū)灌漿充填用，規(guī)定固體的質(zhì)量比為53%，功率要比排清水時增大1.5倍。還應(yīng)考慮吸泥沙質(zhì)量比為70%時的“功率峰值”，功率實際應(yīng)增大1.8倍以上。
4)清除“第四紀(jì)流沙”用，規(guī)定固體的質(zhì)量比為40%，功率要比排清水時增大1.34倍。還應(yīng)考慮吸沙質(zhì)量比為70%時的“功率峰值”，功率實際應(yīng)增大1.8倍以上。另外，吸沙吸出大沙坑后會坍塌，這時吸沙的質(zhì)量比也會突然增大到70%。
然而，王慶武表示，目前國內(nèi)的煤礦用潛水泵現(xiàn)狀是規(guī)定允許“含固體顆粒的介質(zhì)，其體積濃度一般不超過2%”(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T671-2005《煤礦用隔爆型潛水電泵》第4.3 d)條)。其實，“2%”的規(guī)定值出自“潛污水電泵”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這是城鎮(zhèn)污水的最高固體濃度值，換算成質(zhì)量比為5.22%。
很明顯，這與煤礦井下對排沙濃度的實際需求相差甚遠(yuǎn)。此時其功率僅比排清水時增大1.03倍，假如配套電動機的功率富裕量確實不足，也就難免出問題。
出現(xiàn)以上問題的原因是：該行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制時間倉促，沒有到煤礦井下去做“排沙濃度”調(diào)研，只好用“潛污水電泵”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)代替“排沙潛水泵”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。因此，頻繁“燒電機”的根源，很可能是排沙濃度過高，而產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)過低，導(dǎo)致排沙過載后電機異常發(fā)熱。
除了由于排沙過載引起電動機異常發(fā)熱外，可由定轉(zhuǎn)子溫度判斷水蒸氣高壓。通常來說，“燒電機”的瞬間，定子和轉(zhuǎn)子鐵芯的溫度≥250℃。
假如電動機外殼爆炸是水蒸氣引起的。那么，250℃時的飽和蒸汽的壓力表讀數(shù)已達(dá)3.8779MPa。若定子的紫銅漆包線被短路電流擊穿，電弧放電和熔化的銅渣會把電動機內(nèi)腔的氣體溫度由250℃至少提升到270℃，這時飽和蒸汽的壓力表讀數(shù)至少5.4063MPa。顯然，電動機的外殼承受不了這樣大的壓力。
綜上所述，王慶武認(rèn)為，假如已經(jīng)用排污水的標(biāo)準(zhǔn)為煤礦用潛水泵配備了電動機，然后強行排沙就會功率不足;同時電動機又缺少排沙必備的“泄壓安全閥”，在這種條件下，潛水泵爆炸的主要根源很可能是因為其電動機外殼本身就是“密封容器”，“水源”是排沙振動導(dǎo)致的電動機內(nèi)腔進(jìn)水，“熱源”是排沙過載導(dǎo)致的電動機內(nèi)腔異常發(fā)熱。由于“密封容器”內(nèi)的“熱源”通過“水源”轉(zhuǎn)換為飽和水蒸汽的強大壓力無法釋放，最終導(dǎo)致電動機外殼爆炸——如同沒有安全閥的鍋爐爆炸。
王慶武的“安全泵”
排沙必備的安全規(guī)定有哪些呢?王慶武從12條規(guī)定中列舉出3條最重要的。第一，電動機外殼須有潛水泵專用的泄壓安全閥，在壓力為0.25MPa時須能自動泄壓，還須為其配備能預(yù)防瓦斯爆炸的隔爆零件。第二，干式電動機內(nèi)腔不得有飽和水蒸汽，環(huán)境溫度和水溫均須≤35℃，電動機繞組溫升限值為60K。環(huán)境溫度不再為≤40℃，電動機繞組溫升限值不再為80K。第三，斷水空轉(zhuǎn)6h，機械密封不得冒煙，其外殼溫度不得高于95℃。
深知安全生產(chǎn)重于一切的王慶武用實際行動履行著自己的使命。上海慶武排沙水泵研究所研發(fā)的KL型礦用立泵、BSQ型排沙潛水泵，都裝有安全閥，應(yīng)用十年來，無一起爆炸事故。舉例說明如下：
1)2007年川煤集團李子埡南礦發(fā)生潛水泵爆炸，該集團選用帶有“安全閥”的礦用立泵，已經(jīng)遏制住潛水泵爆炸將近十年。
2)2007年兗礦集團濟三礦溜子道煤水混合，“頻繁燒電機”，該集團選用功率有“富裕量”的礦用立泵， 已經(jīng)遏制住“頻繁燒電機”將近十年。
3)2012年四川省“政府采購”KL280-50型礦用立泵，多臺串聯(lián)，成功取代王家?guī)X礦難時“無法入井”的大型離心泵。
4)2013年地奧集團芙蓉煤礦填補空白，有突破：用流量均為50m3/h，揚程分別為22m、50m、120m，功率分別為7.5kW、18.5kW、37kW三種規(guī)格的礦用立泵“串聯(lián)”清水倉排沙成功。
5)2014年開灤集團唐山礦采區(qū)工作面水災(zāi)被淹，因煤水混合，原有潛水泵“頻繁燒電機，又因巷道窄小，離心泵太大，無法搬入，選用KL50-50×2型礦用立泵，人工抬入，多臺串聯(lián)搶險排水成功。
“潛水排沙電泵”威脅煤礦安全
潛水泵在煤礦井下使用，雖有電氣保護，照樣兩三個月就燒電機，這使?jié)撍帽成媳ò踩[患。
煤礦與許多行業(yè)都發(fā)生過潛水泵爆炸，國內(nèi)外均有研究報告。煤科總院上海分院1988年已到爆炸現(xiàn)場調(diào)研，有預(yù)防潛水泵爆炸的意識與具體措施。因此，當(dāng)時的上海防爆檢驗站站長姚克要求王慶武辦證的潛水泵必須滿足：為防冒頂隔斷水源必須允許斷水空轉(zhuǎn)6小時，還要允許排沙重20%，規(guī)定排沙超標(biāo)不得燒電機，更不得爆炸。最終，誕生的 “排沙潛水泵”，被評為“1991年度國家級新產(chǎn)品”、“國際金獎”，《中國煤炭報》發(fā)文宣傳加上廣告14年， 2005年成為“知名商品”，“排沙”也成了有商業(yè)價值的熱詞。1992年發(fā)明人王慶武“有突出貢獻(xiàn)”獲得“國務(wù)院政府特殊津貼”、“煤炭部科技進(jìn)步獎”。這些曾經(jīng)轟動煤炭和水泵兩大行業(yè)，也讓“個別廠商”眼紅。
在這一背景下，明明是執(zhí)行MT/T671“潛污水電泵”行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品“潛水電泵”，2006年發(fā)證機構(gòu)卻批準(zhǔn)“個別廠商”自己提出的“潛水排沙電泵”名稱，并發(fā)給煤礦安全標(biāo)志證。同時，不許發(fā)明人王慶武繼續(xù)用“排沙潛水泵”名稱辦證，強迫改名，一切從頭來，這是 “置知名商品于死地”的商家大忌，會丟失全部市場。王慶武不同意改名為“潛水排沙電泵”，最終“排沙潛水泵” “被消失”。王慶武因此強烈反對。
由于“潛水排沙電泵”與市場暢銷的“知名商品”“名稱近似”，并用低于“排沙潛水泵”價格銷售，在招投標(biāo)中誤導(dǎo)了“排沙潛水泵”老用戶，導(dǎo)致老用戶采購出錯，法律上已涉嫌不正當(dāng)競爭，這令老用戶無法接受，恨其為“假排沙潛水泵”。因擔(dān)心安全隱患，兗礦集團首先禁止采購“潛水排沙電泵”。
在昆山大爆炸、天津大爆炸之后，“潛水排沙電泵”成為煤礦最大安全隱患，這讓王慶武更加揪心。他知道“潛水排沙電泵”事關(guān)煤礦安全，責(zé)任重大。為此他呼吁，政府主管部門積極深入煤礦一線調(diào)查摸底，虛心聽取煤礦第一線用戶的客觀意見，從而從根本上消除安全隱患，防患于未然。
“排沙潛水泵”的發(fā)明人王慶武1948年出生，1988年從采煤專業(yè)轉(zhuǎn)行到水泵專業(yè)。當(dāng)時，他頂著“不準(zhǔn)退休養(yǎng)老”的懲罰，頂著“知名商品” “被消失”的摧殘，失去成果轉(zhuǎn)化的大好商機，損失慘重。在極端困境下，他又“不顧一切”地攻克了潛水泵爆炸世界難題，成為潛水泵行業(yè)領(lǐng)軍人物，是勇士，值得頌揚。目前，他已經(jīng)獲得很多人的支持，今后將不會再是孤軍作戰(zhàn)。
王慶武也相信，國家安監(jiān)總局最終會主持公道，會追究相關(guān)責(zé)任人的亂作為和不作為，會做出令人滿意的整改方案，讓潛水泵還給煤礦安全。這將是一大幸事。
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