矿山企业高扬程大流量远距离输送水泵的选型与应用

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  1矿山企业地理环境介绍和现状分析
  我国矿产资源大部分分布于云、贵、川、新疆、西藏、广西、陕西等地。多数矿产资源形成于这些省份的高海拔地区,地势陡峭,山高水寒,缺水少雨;雨季、旱季明显,雨季水太多,旱季没水喝;生态植被脆弱,一旦被破坏不易恢复,涵养水源本身就少,植被没有了,就成了沙化地,形成沙漠化,环境更加恶劣。要解决生态、建房选址、生产成本、生产工艺以及生产的连续性等问题,许多企业在权衡各方面的经济指标后,都会建厂于矿产资源附近,用于减少大量运输成本和基本满足各方面要求,但矿源附近一般都是缺水的区域,为了生产、生活、环境保护等,企业都会从很远的地方输水用于补充生产、生活和环境用水。这些矿山多数采用高扬程、远距离、大流量的输水方式。这种方式在我国三江成矿带区域内的金沙江流域、雅砻江流域、大渡河流域的企业都采取的是这种方式。但由于许多企业水泵选型不合理、扬程计算保守、输送管道配置不合理、提水泵站级数配置不科学等因素造成许多缺憾:一是达不到设计要求,供水不足,影响生产、生活;二是设备选型过大,浪费建设资金,供大于求,浪费资源;三是水泵和输送管道不匹配,影响供水能力的大小。基于这些问题,我就高扬程、大流量、远距离输送的水泵选型和与之配套管线进行研究,以供大家参考。
  2国内外部分高扬程、大流量、远距离输送水泵的介绍
  2.1水泵的分类
  水泵一般多以泵的结构和作用原理来分类,有时根据需要也按使用部门、用途、动力类型和泵的水力性能等进行分类。根据工作原理,国内外一般都是用离心泵、容积泵来进行高扬程、大流量、远距离输送生产、生活用水。下面介绍这两种泵的基本情况。
  2.2离心泵的工作原理及特点
  1)工作原理。水泵开动前,先将泵和进水管灌满水,水泵运转后,在叶轮高速旋转而产生的离心力的作用下,叶轮流道里的水被甩向四周,压入蜗壳,叶轮入口形成真空,水池的水在外界大气压力下沿吸水管被吸入补充了这个空间。继而吸入的水又被叶轮甩出经蜗壳而进入出水管。由此可见,若离心泵叶轮不断旋转,则可连续吸水、压水,水便可源源不断地从低处扬到高处或远方。综上所述,离心泵是由于在叶轮的高速旋转所产生的离心力的作用下,将水提向高处的,故称离心泵。
  2)特点。水沿离心泵的流经方向是沿叶轮的轴向吸入,垂直于轴向流出,即进出水流方向互成90°。由于离心泵靠叶轮进口形成真空吸水,因此在起动前必须相泵内和吸水管内灌注引水,或用真空泵抽气,以排出空气形成真空,而且泵壳和吸水管路必须严格密封,不得漏气,否则形不成真空,也就吸不上水来。由于叶轮进口不可能形成绝对真空,因此离心泵吸水高度不能超过10 m,加上水流经吸水管路带来的沿程损失,实际允许安装高度(水泵轴线距吸入水面的高度)远小于
  10 m。此外,由于山区比平原大气压力低,因此同一台水泵在山区,特别是在高山区安装时,其安装高度应降低,否则也不能吸上水来。
  2.3大流量高扬程矿用潜水泵(离心泵的一类)
  1)大流量高扬程潜水泵之所以在扬程上受限,主要原因是不能克服轴向力,就是说电机的止推轴承不能承受更大的推力,所以扬程受到限值,为了更好的解决上述问题,天津中蓝泵业技术部潜心研究了一种新型矿用短促潜水泵。
  2)深井用:泵体外径143 mm,扬程可达到1 500 m,流量30方/小时。因为消除了轴向力固性能稳定,噪音低寿命长。
  3)矿井用:泵体外径:460 mm、570 mm,流量100方、扬程800 m、流量300方、扬程500 m都可以做到,这种泵不产生轴向力,流量可做到50 m/h至500 m/h同时扬程可以做到300 m、400 m、500 m、600 m、700 m、800 m、900 m、1 000 m,效率70%。流量每小时可至2 200 t,扬程可达到1 500 m,流量500 t、同时扬程达到500 m不再是问题!
  4)ZLQK系列大流量高扬程潜水电泵主要用途:深井提水、金矿、银礦、铁矿、煤矿抢险、工地排水使用; 电机、水泵—体,潜入水中运行,无火星、防爆,安全可靠;对井管无特殊要求,对输水管只要能承受相应压力即可;海水、化工企业、市政供水,池塘、养鱼池、水塔、深井提水及高楼送水、喷泉、生活供水。
  5)应用条件:泵送介质:类似于清水,固体含量比重不大于0.02%的液体;介质温度:普通型泵40℃,热水型泵最高120℃;介质pH值:
  3至10;电源要求:频率为50 Hz、60 Hz(可定制),额定电压380 V、660 V、1 140 V、3 000 V、10 KV]±5%的电源。
  6)技术参数:流量范围:50至2 600立方米/小时;扬程范围:300 m至1 500 m;功率范围:3 kW至3 000 kW(二级转速电机,可定制四、六级电机);转速:2 900 rpm(二级转速电机);可选材质:HT200、QT500、304,316,316 L。
  2.4容积泵的原理和特点
  容积式泵分为往复式和回转式二大类,回转式容积泵与往复式容积泵相比,回转式泵没有吸、排液阀,不会向往复泵那样,因高粘度液体对阀门的正常工作有影响,泵效随粘度提高而快速降低。而且在输送液体粘度提高时,泵转数的下降比往复泵小,因而,在输送高粘度液体或液体粘度变化较大时,采用回转式溶剂泵比采用往复式容积泵更为适宜。回转式容积泵分:齿轮泵、旋转活塞泵、螺杆泵、和滑片泵等几类。具有转数低、效率高、自吸能力强、运转平稳、部分泵可预热等特点,广泛用于高粘介质的输送。
  3泵的选型分析和相应配套供水管路的设计研究
  水泵的选型:水泵的选型主要设计工作介质、工作介质特性、扬程、流量、环境温度等数据,合适的水泵不但工作平稳,寿命长,且能为用户最大程度的节省成本。影响水泵的选型的因素虽然很多,但主要是看流量和扬程是否能达到要求。因此选型的步骤一般首先是根据“需要”来确定所需的流量和扬程。
  3.1 水泵流量的确定
  企业用水泵的流量是由生产工艺、居住人数、环境保护面积、常年雨水量等因素决定的。流量用(Q)表示,泵的流量是指单位时间内所排出的液体的数量。通常泵的流量用体积计算,以Q表示,也可用重量计,以G表示。
  G=r×Q 其中:r-液体重度(千克/米3)因水的重量近似1 000千克/米3,故1升/秒=3.6米3/时=3.6吨/时。
  3.2所需水泵扬程的确定
  水泵的扬程系指总扬程,即实际扬程加上损失扬程。所需实际扬程,可通过各种方法实地测量出来。所需损失扬程,可通过以下步骤确定:泵的扬程是指单位重量的液体通过泵所增加的能量。以H表示,实质上就是水泵能够扬水的高度,又叫总扬程或全扬程。单位为米液柱高度,习惯上省去“液柱”,以米(m)表示。水泵所需扬程要根据实际扬程加上损失扬程来确定。
  由于水泵铭牌上标明的扬程是上述水泵的总扬程,因此不能误认为铭牌上的扬程是实际扬程数值,水泵的实际扬程都比水泵铭牌上的扬程数值小。因此在确定水泵扬程时,这一点要特别注意。否则,如果只按实际扬程来确定水泵的扬程,订购来的水泵扬程就低了,那可能会降低水泵的效率,甚至打不上水来。
  3.3水泵进、出管直径选定
  根据前述计算出的所需流量,查水泵性能表,选定所需水泵的口径,并根据水泵的口径选定水泵进、出管直径。上面介绍了水泵选型的步骤和计算方法,虽然比较麻烦,但比较准确,这样可以选到既可靠又经济的水泵。我们经营部门应该掌握这些内容,当好用户的参谋,提高经营水平。
  3.4管路的选配和附件配置
  水泵为了完成抽水工作,不仅必须配备动力机,而且还要配备管路及其附件。大中型提水机组(固定式排灌站)在确定机泵之前,首先要进行用水、排水系统的规划设计,选定了机泵之后,要进行用水工程施工,高扬程抽水泵站的进出水管必须选用焊接钢管,出水管可因地制宜选用混凝土管。
  管路选配主要是选用合适的管路直径,采用合理的布置方案,以减少管路的扬程损失,节省功率。为了减慢水在管路中的流速,减少管路的扬程损失,管路直径都比水泵口径略大些。一般进水管直径应比水泵进口直径大50毫米,出口管直径也应适当加大,至少等于水泵出口管直径。管路直径扩大后,就应在水泵进、出口连接处配装渐变接管,采用大小头接管(锥形短管)。水泵进口处的大小头接管是渐细接管,它的特点是具有偏心的接管,安装时,偏心(长半径)朝下,以使上面为水平状态,这一点在订货、保管和发货时要注意,不要搞错。水泵出口处大小头接管是渐扩管,可以是同心接管。
  管路附件的选配应贯彻既安全又经济的原则。也就是说,既能保证机组的正常运行,又要选配最简单的管路附件,以减少扬程损失。如滤网,在水源清洁无杂物的情况下,可不设置。底阀,在用真空能够抽气充水或用其它方法充水时,也可不用。出水管路上如能用拍门代替逆止阀,就尽量用拍门。离心泵和容积泵都采用闸阀外,进水管路和出水管路都应安装闸阀。此外进、出水管路都要尽量减少弯管。对一个供水系统来说来说,究竟应设置哪些管路附件,应根据具体情况选配。
  4高扬程、大流量、远距离输送水泵的设备安全运行设计研究(以容积泵为例)
  容积水泵安全运行设计:必须按全国泵标准化技术委员会容积泵分技术委员会的标准进行设计。国家标准:GB/T14794《蒸气往复泵》和GB7784《机动往复泵试验方法》;行业标准:JB/T8697《隔膜泵》、
  JB/T8099《油田用转子式稠油泵》、JB/T9087《油田用往复式油泵、注水泵》、JB/T9088《往复式杂质泵》、JB/T9089《试压泵》、JB/T9090《容积泵零部件液压渗漏试验》。
  5运行实例分析(只列举容积泵)
  5.1使用5ZB-70/12型柱塞泵从雅砻江取水
  我公司位于松潘甘孜地槽褶皱系的南部边缘,平均海拔高度3 000 m以上,受雅砻江及其支流海底沟、江郎沟强烈切割,形成深谷交错、地势陡峻、比高相当大的矿区环境。我公司主要生活区和大部份的工业场地就建在雅砻江西岸北侧的高山和深谷环绕的单面山坡或深谷较宽敞的地方。由于这几年气候的变化,缺水问题日益严重,地企争水矛盾突出,为了解决问题,我们公司决定从就近的雅砻江取水。根据各方面的计算,全公司每天缺水3 000 m3。根据考查测量结果看,从取水点到高位水池的选线距离为5 000 m,垂直高差1 038 m。选择普通的多级离心泵要三级提水站才能到高位水池,这给运行管理带来困难,但设备安全运行可靠。站点多建设资金巨大,投资效益不合理。我们选择5ZB-70/12型柱塞水泵只需一级站就能到达位水池。
  1)5ZB-70/12柱塞泵的主要技术参数如下:
  型号:5ZB-70/12;输入功率:N=315 kW;排出压力:P=12 MPa;
  排出流量:Q=70 m3/h;泵速:n=275 min-1;
  吸入壓力:P=0.2-0.5 MPa;
  柱塞直径:d=80 mm;行成长度:S=180 mm;吸入口径:140×7.5;
  排出口径:120×10;电机型号:YKK4006-6;电机功率:315 kW;
  电机转速:n=985 r/min;外形尺寸:4 100×2 358×1 680;
  整机重量:W=10 800 kg。
  2)运行效果评价。我公司雅砻江提水工程资金投入500万元,包括厂房、设备、管路、动力线路、附属工程等。设备采用两用一备用。这个工程已运行了三年,运行效果良好。每吨水的综合成本为:2.35元,三年来为公司的生产、生活做出了大的贡献,为周边的居民用水提供了大大的便宜。没有建成之前,公司每年都会因为缺水停产一月左右,为村民供水,直接经济损失2 000万元。
  5.2使用5DCN泥浆泵从尾矿池输送矿浆或水到尾矿坝
  1)工程参数:输送距离:5 040 m;介质:矿浆或水;高差:150米;输送量:3 500 m3/t。
  2)这个工程是一个环保工程,也是一个输送工程。既能输送矿浆也能输送水,整个工程投资600万元左右,设备一备一用。运行四年,成本较低,运行良好。
  6结束语
  企业在选择高扬程、大流量、远距离输送泵的时候一定要选择好泵的类型 ,同时要选适合本地方气候的泵。泵选好后,一定要配好管路和各类附件,否则,泵选得再好,也无法达到设计要求。高扬程、大流量、长距离输配水系统中,引起管道水力瞬变因素是多变而复杂的, 对于长距离高扬程多起伏输水系统的水锤防护最主要的是消除多处断流弥合水锤。由于排气阀是长距离输水管道工程的必选设备,具有恒速缓冲功能的排气阀又具有消减断流弥合水锤的作用, 因此, 应将其作为最基本的断流水锤防护措施来设计和配置。同时采用调压塔、 超压泄压阀、缓闭止回阀和中间止回阀等对多处断流弥合水锤进行防护,才能保证设备运行安全和管路运行安全。
  在设备质量能保证的前提下,只要以上三点能做到,加上正确的管理,高扬程、大流量、远距离输送是一定能实现的。
  参考文献
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