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矿用离心泵的固体磨损与防治

  
评论: 更新日期:2011年05月15日


  如果这种规格的固体颗粒含量较高,就会以前仆后继之势,不断被裹进来,使平衡盘端面很快出现第一道环形沟槽。随着磨蚀的加剧,会在略大于第一道环形沟槽之外,相继出现第二道沟槽、第三道沟槽…。
  尽管如此,这时泵轴的窜量还没有发生明显改变,取出平衡盘可以看到这些环状沟槽大致是同心的,排列较整齐。与此同时,平衡板也出现相似的沟槽。
  下面的现象值得注意:
  当另一个固体W的颗粒直径为B,也到达平衡盘高压区,并且
  B≥b0max
  则固体W将被挡在平衡盘的高压区一侧。
  此时,若大小不一的固体颗粒随着液体不断涌向平衡盘前面的高压区,粒径小于或等于A的固体颗粒会随着液流通过轴向间隙。粒径大于或等于B的固体颗粒会被隔在这里。我们称这种现象为"筛留现象"。
  当被"筛留"的固体颗粒达到一定数量,并且堵在轴向间隙的的入口处,会使液体压力升高,导致转子向后发生脉动,使轴向间隙瞬间加大。这时,这些大粒径固体颗粒乘机大量挤入平衡盘的轴向间隙,出现"强登陆现象"。若这种现象接连发生,可使平衡盘在较短的时间内被磨薄。
  3.3叶轮口环的磨损过程
  叶轮小装到泵轴上之后,其口环存在径向跳动;泵体口环孔也存在径向跳动。叶轮转动一周,会在转到某一角度时,局部出现口环径向间隙的最大间隙或最小间隙。
  转动的泵轴会弯曲变形,产生最大挠度。
  这种径向跳动与最大挠度叠加后,口环的径向间隙b便有局部的动态最大间隙bmax和最小间隙bmin。同样,口环的密封表面也会被固体颗粒挤压、刮削出沟槽。
  然而,如果材料相同,由于口环的间隙不会象平衡盘那样出现"脉动"和固体颗粒"强登陆现象",所以,口环的磨损程度明显小于平衡盘。这时,口环的磨损与平衡盘相比,不是主要矛盾。
  但是,应当注意,在取消平衡盘的多级泵中,口环的磨损将上升为主要矛盾,须认真对待。
  
  4 清除排水管道底部的沉降物
  排水管道,特别是单独借用的大口径永久管道的底部会沉降固体颗粒。这些径过反复水选沉降下来的固体颗粒比重较大,表面呈球形,比较圆滑。当上面所述的离心泵出水不足之后,流量下降,管道内流速减慢,会增加固体颗粒的沉降量。倘若离心泵流量减少到某一个临界值,这种沉降的固体颗粒会逆流而下,穿过阀门,充满泵腔,不消几十分钟,就会使这台水泵报废。我们可以在现场做试验,或在实验室做模拟试验,来验证这一现象。
  为此,要核算最小流量时管道内的流速值,一般应大于1m/s。为提高流速,应优先选用直径较小的排水管。
  以排沙潜水泵的管道安装为例(见图1),可在离心泵逆止阀1与闸阀4之间的管道上,或在管道底部的标高最低处接出一根短管--除沙管。该除沙管用另外一个闸阀5控制,当水中固体颗粒含量较多时,在井下就地排放。每次的排放量约0.2-0.3m3即可。这样,就可以及时清除排水管道内沉降的固体颗粒,可防止离心泵的意外磨损。
  经验表明,岩石掘进中,坚持在出岩作业期间定时排放泥沙,一般可延长离心泵的使用寿命3-10%左右,并且使退下来的水泵还有大修价值,或使大修更加容易。
  在自动化排水中,同样应当增添定期清除排水管底部沉降物的辅助设备,若能配合采集水样,及时分析、整理资料,就可以制定出更科学的水泵使用维护办法,最大限度延长离心泵的寿命。当然,这一措施最好在设计阶段就已被采用。
  
  5 取消平衡盘的新型排沙潜水泵

  用多级清水离心泵直接输送含有固体颗粒的矿井水,主要矛已集中在轴向力的平衡上。因此,要延长水泵的使用寿命,取消平衡盘,(或取消平衡鼓),已成为必然趋势。
  5.1耐磨材料的选择
  根据不同用途,各类水泵零件采用不同的耐磨材料。清水泵为了长寿,耐磨材料是铜合金;排污泵起始于排纸浆,耐磨材料仅是普通铸铁。渣浆泵是单级泵,耐磨材料是高铬铸铁;沙泵可以在河里采沙,耐磨材料是橡胶。可见,"耐磨材料"定义的范围很宽。
  研究开发多级排沙水泵,要对付的是有硬度、有棱有角的"沙",要研究沙在高压、高速的状态下对水泵磨蚀的规律。因此,选择"耐磨材料"就显得更加重要。
  下列零件的材料相同,按损坏程度由大向小的顺序排列:平衡盘、叶轮口环、盘根套、轴套、导叶、泵体、叶轮。由此,排沙水泵选择耐磨材料有了借鉴和依据,可从中获得如下提示:
  5.1.1各种易损件应当使用硬度不同的优质材料。其中,容易磨损的采用硬度高的材料,不易磨损的零件用硬度低的材料。这样,既能防止出现薄弱环节,又可降低造价。
  5.1.2取消要求材料硬度最高的平衡盘。把目前能够应用的硬度最高材料--钨钴硬质合金用在叶轮口环和轴套上,以获得最长的使用寿命,最佳的经济效益。
  5.2取消平衡盘办法之一--提高单级泵扬程,替代多级泵
  用提高单级泵的扬程来替代以往的两级、三级分段式多级泵,简单易行。
  1988年,用扬程70m,流量100m3/h,功率37kw的单级双吸排沙潜水泵实现了这一愿望。该泵为第四纪流沙层疏干井设计,之后又用于冬季北方洗煤厂废水远方遥控循环利用(相距3km,用旧露天沉淀煤泥)。

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