一種新型結構的離心式水泵

張廣亮 羅永貴 魏淑華 劉建華

(1河南省地礦建設工程(集團)有限公司 河南鄭州 450007)

(2河南省地勘局第三探礦工程隊 河南洛陽 471000)

(3河南省地勘局第四探礦工程隊 河南鄭州 450001)

一種新型結構的離心式水泵

張廣亮1羅永貴2魏淑華3劉建華3

(1河南省地礦建設工程(集團)有限公司 河南鄭州 450007)

(2河南省地勘局第三探礦工程隊 河南洛陽 471000)

(3河南省地勘局第四探礦工程隊 河南鄭州 450001)

本文介紹了一種新型結構的離心式水泵,該泵改變了傳統離心式水泵懸臂葉輪軸的支撐狀況,提高了水泵的使用壽命及工作效率。

離心式水泵 支撐 效率

1 前言

目前,各行業所用各類單級、單吸離心式水泵(如清水泵、雜物泵、砂石泵)的葉輪支撐形式大部分為懸臂結構。其特點是葉輪為一獨立體懸于泵軸的一端,為保持葉輪在工作時的平衡,則以軸承箱為支座將泵軸固定以支撐葉輪旋轉。這是多年一直沿用的傳統結構,這種結構的離心泵在工作時易對其本身的密封系統、(如盤根或密封環)傳動系統(如軸承、泵軸)產生磨損而影響到泵的工作性能乃至泵的使用壽命。

2 對懸臂式離心泵傳動系統受力狀態的探討

以反循環基礎樁施工所用的6BS沙石泵為例,其結構形式見圖1。

圖1 6BS砂石泵結構示意圖

由圖1可知該泵的葉輪處在一個懸臂狀態下工作。受葉輪自重的影響,葉輪在旋轉時其軸心就會下垂。圖中實線為理想的葉輪運動狀態,為一正立面,虛線為葉輪在工作時的實際狀態,受傳動系統各連接部位的裝配間隙影響,其軸心相對泵軸及電機軸就會產生一個△h量的偏差,我們對此現象稱之為重力偏差。

由于重力偏差的存在,同時受進入葉輪腔液體對葉面產生的水阻力的影響,極易引起葉輪在非垂直平面旋轉時的震動和泵軸水平竄動。

從泵軸受力狀況來看,由于剪力的作用泵軸截面會產生翹曲不再是一個平面,并且泵軸旋轉時在力偶的作用下而會產生彎曲變形,其結果就是加快水泵密封及軸承的偏心磨損而導致其密封下降,泵體振動加劇使泵的工況性能下降。

3 傳統結構的離心式泵在操作使用上的問題

從現象上看傳統結構的離心泵在投入使用后,就需派一名水泵工守在水泵旁隨時壓緊盤根塞線,向密封倉加水密封,造成了人力物力的浪費。

另外,在壓緊盤根塞線時還需很好的掌握盤根的松緊程度,若盤根壓的太緊,不僅增大電機功率的消耗而且不易啟動,若壓的太松又不能很好地起到軸封作用而影響泵的工況性能。

綜上所述我們可知懸臂式離心泵在實際生產運用中的種種弊端,為此要解決上述問題,我們就需要從其結夠形式上找出解決問題的辦法。

4 新型離心式水泵的設計方案

4.1 葉輪與支撐形式的設計

依前所述我們對離心式水泵軸封系統損壞原因作了一個粗淺的分析,首先要解決的是由于葉輪偏心旋轉引起的震動而對軸封及傳動系統的損壞問題,即葉輪在工作時的穩定性。那么葉輪轉動的穩定首先要消除由于重力偏差而引起的震動。為了解決這個問題,我們考慮將葉輪的懸臂結構改為兩端支撐結構,其優點是葉輪在工作時其進水口與動力輸入軸始終處于同一軸心上,有利于葉輪的穩定轉動,同時不僅保證了輸入功率,而且減少了由于偏心轉動對各傳動部位的磨損而造成的水泵工況性能下降。

圖2 新型離心泵結構示意圖

為了實現葉輪兩端支撐,我們對葉輪與泵軸進行了一體化設計。即泵軸、葉輪、出水口連為一個整體,由左右法蘭盤直接固定泵殼上,這樣就避免了由于葉輪自重而形成的偏心下垂,使葉輪在轉動時的穩定性能得以提高,同時也提高了軸承的使用壽命。

4.2 密封形式上的改進設計

由于葉輪的偏心下重量使離心泵密封倉內的盤根或密封環磨損降低其密封性。為解決這個問題,我們采取了金屬面貼合的密封形式。即以不同材質的金屬作為密封環偶件,以兩平面貼合實現密封,為保證其可靠性,我們在結構設計上對兩平面施以壓力,以保證兩平面始終緊密接觸而保證其密封性。此設計在樣機進入施工現場試驗時,經驗證其密封性效果良好,而且省去了人工維護的工序。

4.3 葉輪結構的改進設計

傳統的離心式水泵葉輪葉片面的結構設計均敞開式設計。這種設計在水泵運轉中除了被葉輪片甩出的液體外,仍有一部分液體在向心力的作用下回旋于泵殼和葉輪腔內,而產生渦旋流,這種渦旋流所產生的力與葉輪排除的力作用相反,從而使葉輪產生振動。不僅影響了泵的運轉穩定性,而且也會對泵量、揚程及功率等性能產生影響。

認識到上述問題后,我們對葉輪進行了全封閉設計,從而阻止了渦旋流的產生,提高了泵的工況性能。與同口徑泵相比,不僅泵的工作穩定性得以提高,而且泵量、揚程泵功率等性能也有較大幅度的提高。性能對比(詳見下表)。

類型項目 傳統泵 新型泵 對比功率(kW) 30 30 相同通經(mm) 150 150 相同流量(m3) 180 320 +78%吸程(m) 7.8 8.3 基本相同效率(%) ≥50 >57 +1%揚程(m) 13 20 +54%

新型泵設計后經幾次修改,已完成樣機的制造。(見圖片)其性能不僅通過了國家工業泵檢測中心檢測,而且在鄭州市解放路鐵路高架橋工程施工中得以成功試驗。

圖3 新型泵照片

5 總結

綜上所述,我們認為新型泵設計與同類型同口徑泵相比體現了以下幾個方面的創新點:

(1)葉輪支撐形式上的創新;

(2)葉輪結構的創新;

(3)軸封密封結構的創新;

(4)大口徑密封環的設計與創新,其口徑達到260mm,屬國內同類產品之最。

因此,該種創新型設計將會在離心泵的創新與使用上有著廣闊的應用前景。

我國礦產綜合利用設備再添利器

不久前,中國地質科學院礦產綜合利用研究所從澳大利亞引進的自動礦物分析儀(MLA)安裝到位,正式投入使用。

2010年3月,這套價值50萬美元的儀器在中國地質科學院礦產綜合利用研究所進行了試驗驗收,科技人員使用該設備對礦物磨片進行分析,迅速得出了試驗數據。通過與以往儀器數據對比,該設備分析數據更加精確、快速,尤其擅長在礦石中自動查找含有稀有、稀散元素的貴金屬礦物并解析,對光學顯微鏡難以區分或統計的螢石、磷灰石、鉛鋅氧化礦物等礦物的區分和解析效果更為顯著。

自動礦物分析儀(M ineral Liberation Analyser,簡稱MLA)是目前世界上最先進的工藝礦物學參數自動定量分析測試系統,由于它能快速、準確地測定礦物組成及含量、元素賦存狀態、產品磨礦粒度分布等工藝礦物學數據,可以實現對選礦廠工藝流程合理性的快速評估,為企業改進生產工藝、提高資源回收率提供技術依據。該儀器的投入使用,將使我國礦產綜合利用裝備邁入世界先進行列。

(來源:成都礦產綜合利用研究所)

西探廠鉆機搶險內蒙古塌方隧道

本刊訊,不久前位于內蒙古卓資縣境內正在建設的新旗下營鐵路隧道發生塌方事故,有10名作業工人被困。中鐵某局攜西安探礦機械廠生產制造的GL-6000型全液壓多功能鉆機進入事故現場參加搶險救援,發揮了很大的作用。

據了解,參加內蒙古鐵路隧道發生塌方事故搶險的GL-6000型全液壓多功能鉆機,是陜西省地礦局西探廠去年通過局級鑒定的新產品,一投放市場,就受到廣大用戶的青睞和好評。該鉆機具有的硬質合金回轉鉆進、螺旋鉆進、潛孔鉆進、跟管鉆進、旋噴工程施工等多種鉆進工藝方法,能夠廣泛用于隧道管棚支護、深基坑錨固、抗浮錨固、路基堤壩加固、地源熱泵孔、水文水井、基樁施工及地質災害治理等工程領域。

西安探礦機械廠生產制造的 GL-6000型全液壓多功能鉆機之所以能夠參加這次搶險,在于該鉆機技術先進,能夠在空間比較狹窄的隧道里多角度鉆進,機架和立柱均可90°旋轉,在隧道內施工靈活性好、鉆進效率高,并且可以在塌方造成高低不平的地段履帶行走。

圖2給出了復合地基模型試驗中土壓力盒的布置情況。試驗共埋置了10個土壓力盒，在樁頂平面上，樁頂中心、樁間土中心、模型桶邊緣均設置土壓力盒。同時，樁間土中心、模型桶邊緣處20 cm、40 cm、60 cm深度均設置土壓力盒，用于測定地基土受壓時不同深度處樁間土、邊緣土的影響。土壓力盒直徑16 mm，厚度4.2 mm。

河北石探鉆桿救援王家嶺礦難

本刊訊,不久前王家嶺煤礦115名礦工成功獲救,在這個奇跡的創造中,河北省地礦局石家莊探礦機械廠生產的Φ114外平摩擦焊鉆桿為鉆通救災觀察孔,確定井下被困人員的位置和營救爭取了寶貴時間。

河北省地礦局石家莊探礦機械廠生產的鉆桿及接頭均采用高強度優質鋼材,連接螺紋按照美國石油學會API標準或石油標準加工生產,經過特殊工藝處理后防粘扣性能良好。摩擦焊鉆桿的焊縫嚴格按工藝要求進行熱處理,加工后逐根進行磁粉探傷、超聲波探傷等各種檢測,保證了鉆具的質量和性能。

目前,該廠生產的Φ89有細扣鉆桿正在云南、貴州幫助災區打井抗旱。

履帶行走式泥漿泵在石煤機問世

本刊訊,由石家莊煤礦機械有限責任公司依靠自主創新研制成功的兩臺新型履帶行走式泥漿泵車不久前用于青藏高原日喀則放射性礦產工程勘探作業。該泵車適用于高原等惡劣地質條件下及鉆探設備搬運不便的地區使用,泵車上還可搭載800kg以內重物,能有效減輕工人勞動強度、提高作業效率。該項創新為鉆探行業首次實現泥漿泵履帶無軌行走開創了先河,填補了行業空白。

石煤機公司是有著五十多年專業生產鉆探設備的企業,專業生產煤層氣、地質、水源、石油等6大系列20多種型號的工程鉆機及其配套泥漿泵10余種,泥漿泵曾兩度走出國門。西藏日喀則地區海拔4400多米,施工地點屬高原丘陵地帶,但為保護地表植被,環保要求不允許開辟道路,而鉆探作業時需經常移動設備,費時費力,增加了施工難度。石煤機公司根據用戶要求,結合公司研發生產鉆探設備的豐富經驗以及履帶式煤礦專用設備的生產經驗,從設計到組裝生產,只用了一個月的時間,就完成了履帶行走式泥漿泵車的研制,并按期交付用戶。該泵是把改進型NBB-250/6A泥漿泵固定在履帶車底盤上,增設液壓泵站,由液壓馬達驅動履帶行走,液壓泵站與泥漿泵共用一臺電機,履帶行走與泥漿泵工作通過離合器進行切換,通過車上的操縱手柄可使泵車行進,便于高原丘陵地帶鉆井作業時設備近距離井位的搬遷,能有效保護地表植被不遭受嚴重破壞,是一款實用、便捷、環保的新型鉆探配套裝備。經試驗,泵車各項性能指標均達到設計使用要求,并順利通過用戶驗收服務西部大開發建設。

(通訊員:楊穎敏)

天津濱海新區地熱回灌技術獲突破

將石油廢井射孔改造為新近系地熱井,建成一采兩灌的地熱開發系統,回灌能力達到100%。該項目的試驗成功是天津市新近系孔隙型砂巖熱儲回灌工作取得的重大突破,這一國內領先技術2010年3月19日通過專家組驗收。

天津市濱海新區東沽石油井改造地熱資源保護工程具有創新意義,該工程由天津濱海世紀能源科技發展有限公司承擔。項目在分析和研究三眼石油廢井附近區域的地質構造、地熱地質條件特征的基礎上,收集和整理了三眼石油廢井的有關技術資料,將三眼石油廢井射孔改造為新近系地熱井,建成一采兩灌的地熱開發系統,滿足東沽宏苑小區的冬季供暖和生活用水需求。項目在2009～2010年供暖期進行了生產性回灌試驗,最大回灌量每小時達63.79cm3,水位維持在67.4m,回灌能力達100%。

(選自:國土資源報)

中俄專家研討礦產資源戰略與規劃

本刊訊,2010年5月17日,中俄礦產資源戰略與規劃研討會在京召開,俄羅斯礦物原料和礦產利用經濟研究所代表團參加了這次研討會。

中俄兩國都是礦產資源的資源大國、生產大國和貿易大國,有許多共性,同時,兩國在礦產資源領域還具有較強的互補性。如何通過加深了解,促進兩國加強在礦產資源勘查開發領域深化合作、互惠互利、共同發展,是中俄雙方共同感興趣的議題之一。為了應對國際金融危機的沖擊,兩國在礦產資源管理和研究領域積累了一定的理論與實踐經驗,值得相互學習借鑒。

在倡導低碳經濟、轉變經濟發展方式的背景下,兩國專家在會上共同研討中俄礦產資源戰略與規劃等相關理論研究成果,探討礦產資源供應導向與需求導向的雙向調節機制、礦產資源勘查開發過程中利益分配關系、以及資源環境消耗補償關系等一系列問題。中俄雙方共9位專家作大會交流發言,分別從全球化背景下的礦物原料體系發展戰略、中國礦產資源規劃發展及特點、中國礦物原料基地發展動態、中俄礦產資源合作開發與地勘單位的跨國發展戰略、制定礦產資源戰略的若干理論依據與基本原則、2020年前地勘工作發展戰略、中俄資源比較研究、礦物原料綜合體發展戰略階段性的研究論證和國際礦業發展趨勢與資源戰略等9個方面展開探討。同時,中俄雙方專家還就借助上海經濟合作組織平臺推進兩國在資源領域深化合作等進行了廣泛而深入的交流。

《二十世紀中國化探》一書出版

本刊訊,《二十一世紀中國化探》一書不久前由地質出版社出版發行。該書約90萬字,分專題綜述和史料匯編兩大部分。專題綜述中有23個專題,分別介紹區域化探掃面、地化標準物質研制、成礦區帶地化普查、礦區化探、金礦化探、隱伏礦地球化學勘查新探索、水地球化學、環境地球化學、氣體地球化學、地熱化探、勘查地球化學與基礎地質、化探的測試分析技術等在20世紀所取得的成果,技術回顧和總結;史料匯編部分以編年史形式敘述50年勘查地球化學的組織機構、科技教育、儀器與分析測試、出版物、成果的史料。

電磁成像系統應用研究通過鑒定

不久前,由甘肅煤炭地質勘查院與長安大學聯合開展的“電磁成像系統在煤礦地質災害探測中的應用研究”課題,經過近5年的不懈努力,順利通過甘肅省科學技術情報研究所鑒定。

據悉,該課題是甘肅省發改委2005年確立的省級產業技術研究與開發項目,由甘肅煤炭地質勘查院具體承擔。課題研究中所運用的瞬變電磁法是一種經濟、快速、信息豐富、分辨力較強的勘探方法,在地質勘查領域運用十分廣泛。但是針對礦井地質災害精細勘探等問題,常規電法解釋手段仍受到很大限制。長期以來,礦區礦井突水、老(小)窯采空引發的積水、塌陷等事故頻繁發生,造成了巨大的經濟損失和人員傷亡,嚴重影響了礦井開發建設和正常生產。如何能較準確地圈定出這些地質災害的邊界范圍,為礦區建設提供依據,成為各生產礦區亟須解決的問題。

該研究將理論和野外試驗結合,選擇不同礦井不良地質體進行電磁成像系統分析,提出了一套新的數據處理方法,即電磁數據成像合成技術,這項技術大大提高了對各類礦井地質災害的探測精度,能夠精確地反映地質災害的分布形態、范圍、大小、位置等,為地災預防提供了重要依據,同時該技術還可降低經濟損失,為礦井開發建設和綜合治理提供重要保障。

鑒定委員會認為,該研究在同領域內處于領先地位。

(選自:國土資源報)

BPS聲學定位系統通過鑒定

由中國石油東方地球物理公司西安物探裝備分公司研制的BPS聲學定位系統,不久前通過了陜西省工業和信息化廳組織的省級新產品鑒定。

海底電纜是一種投放在海底接收勘探數據的裝置,施工中受到海流、潮汐、船速以及沉降速度的影響,很難準確地投放到預定位置上。而OBC位置漂移產生的誤差,在資料處理中又無法通過靜校正或動校正加以消除,使得地震資料的成像精度受到很大影響。BPS聲學定位系統是將GPS定位和水聲定位相結合的水下定位儀器,用來測定海底電纜或其他的海底目標物具體位置,可對水中檢波器進行精確定位,從而可有效提高石油地震勘探的資料采集精度。BPS聲學定位系統經用戶近兩年的現場試用,反映良好。

(選自:國土資源網2010年4月20日)

2010年4月12日)