煤礦離心泵的使用現(xiàn)狀及發(fā)展方向

劉 佳

（同煤集團燕子山礦，山西 大同 037003）

隨著煤礦工業(yè)的不斷發(fā)展，對礦井各種機械設(shè)備的要求不斷增加。越來越多的先進設(shè)備都已應(yīng)用于我國的現(xiàn)代化礦井中，這些設(shè)備不僅為煤礦的安全生產(chǎn)帶來了保障，還提高了煤礦的經(jīng)濟效益。離心泵作為輸送水的一種轉(zhuǎn)動設(shè)備，它的應(yīng)用是非常廣泛的，在水處理系統(tǒng)中幾乎是不可缺少的設(shè)備。利用離心力輸水的想法最早出現(xiàn)在列奧納多達芬奇所作的草圖中。1689年，法國物理學(xué)家帕潘發(fā)明了四葉片葉輪的蝸殼離心泵。但更接近于現(xiàn)代離心泵的，則是1818年在美國出現(xiàn)的具有徑向直葉片、半開式雙吸葉輪和蝸殼的所謂馬薩諸塞泵。1851—1875年，帶有導(dǎo)葉的多級離心泵相繼被發(fā)明，使得發(fā)展高揚程離心泵成為可能。在現(xiàn)代煤礦中，離心泵不僅適用于煤礦的工業(yè)用水，還適用于居民生活的給排水。

1 離心泵的構(gòu)造及工作原理

由于離心泵是一種重要的設(shè)備，而且它的運轉(zhuǎn)要消耗大量的動力。為了合理、經(jīng)濟的選擇和使用離心泵，就必須了解離心泵的構(gòu)造和工作原理。

1.1 離心泵的構(gòu)造

離心泵的基本結(jié)構(gòu)是由葉輪、泵體、泵軸、軸承、密封環(huán)、軸封裝置等6個部分組成。

（1）葉輪是離心泵的核心部分，它將驅(qū)動的機械能傳給液體，并轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w靜壓能和動能的部件。它轉(zhuǎn)速高，出力大，葉輪上的葉片又起到主要作用，葉輪在裝配前要通過靜平衡實驗。葉輪上的內(nèi)、外表面要求光滑，以減少水流的摩擦損失。

（2）泵體也稱泵殼，它是水泵的主體。起到支撐固定作用，并與安裝軸承的托架相連接。

（3）泵軸的作用是借聯(lián)軸器和電動機相連接將電動機的轉(zhuǎn)距傳給葉輪，所以它是傳遞機械能的主要部件。

（4）軸承是套在泵軸上支撐泵軸的構(gòu)件，有滾動軸承和滑動軸承兩種。滾動軸承使用68#機油作為潤滑劑，加油要適當，一般為油位視鏡的2/3～3/4體積，油太多會發(fā)熱，太少又有響聲并發(fā)熱；滑動軸承使用的是透明油作潤滑劑，加油要加到油位線。油太多要沿泵軸滲出，太少軸承又要過熱燒壞造成事故。

（5）密封環(huán)又稱減漏環(huán)。葉輪進口與泵殼間的間隙過大會造成泵內(nèi)高壓區(qū)的水經(jīng)此間隙流向低壓區(qū)，影響泵的出水量，效率降低，間隙過小會造成葉輪與泵殼摩擦產(chǎn)生磨損。為了增加回流阻力，減少內(nèi)漏，延緩葉輪和泵殼的使用壽命，在泵殼內(nèi)緣和葉輪外緣結(jié)合處裝有密封環(huán)，密封的間隙保持在0.25～1.10 mm之間為宜。

（6）軸封裝置可分為填料密封裝置和機械密封裝置。填料密封是依靠填料和軸（軸套）的外圓表面接觸來實現(xiàn)密封的，填料密封是由填料箱（又稱填料函）、填料、液封環(huán)、壓蓋、雙頭螺栓等組成。填料函主要由填料、水封環(huán)、填料筒、填料壓蓋、水封管組成。填料函的作用主要是為了封閉泵殼與泵軸之間的空隙，不讓泵內(nèi)的水流到外面來，也不讓外面的空氣進入到泵內(nèi)，始終保持水泵內(nèi)的真空。機械密封是依靠一組密封端面形成的動密封。機械密封主要由動環(huán)、靜環(huán)、密封圈、彈簧、傳動座及固定銷釘（鍵）組成。

1.2 離心泵的工作原理

離心泵主要是依靠葉輪的旋轉(zhuǎn)而獲取離心力的，之所以能把水送出去主要由于離心力的作用。當多級離心泵電機帶動軸上的葉輪高速旋轉(zhuǎn)時，葉片促使液體也很快旋轉(zhuǎn)，充滿在葉輪內(nèi)的液體在離心力的作用下，液體形成了一個決定于泵腔形狀的近似于等厚度的封閉圓環(huán)，從葉輪中心沿著葉片間的流道甩向葉輪的四周，泵內(nèi)的液體被拋出后，葉輪的中心部分便形成真空區(qū)域，由于液體受到葉片的作用，使壓力和速度同時增加，經(jīng)過導(dǎo)殼的流道而被引向次一級的葉輪，這樣，逐次地流過所有的葉輪和導(dǎo)殼，進一步使液體的壓力能量增加。將每個葉輪逐級疊加之后，就能獲得一定揚程，這樣循環(huán)運行就可以實現(xiàn)連續(xù)輸送液體。

2 離心泵在煤礦工業(yè)方面的使用情況

在煤礦工業(yè)生產(chǎn)中，離心泵起著很重要的作用。它不僅能給煤礦井下的綜采隊、機掘隊、準備區(qū)、防塵區(qū)、通風(fēng)區(qū)等工作單位輸送水，而且當井下發(fā)生漏水事故時，還能及時的將廢水排出井外。泵的種類很多，按工作葉輪數(shù)目可分為單級泵和多級泵；按工作壓力可分為低壓泵、中壓泵和高壓泵；按葉輪進水方式可分為單側(cè)進水式泵和雙側(cè)進水式泵；按泵殼結(jié)合縫形式可分為水平中開式泵和垂直結(jié)合面泵；按泵軸位置可分為臥式泵和立式泵；按葉輪出來的水引向壓出室的方式可分為蝸殼泵和導(dǎo)葉泵。

筆者以河北保定亨通泵業(yè)制造有限公司制造的ISG、ISZ型系列單級、單吸管道離心泵、直聯(lián)離心泵為例，具體分析煤礦現(xiàn)使用離心泵的情況。

單吸式離心泵葉輪只在一側(cè)有吸入口，這種泵的流量為4.5～300 m3/h，揚程為8～150 m；雙吸式離心泵液體從葉輪兩側(cè)同時進入葉輪，該泵適用于大流量泵，其抗氣蝕性能較好。ISG、ISZ型系列單級、單吸管道離心泵、直聯(lián)離心泵，采用IS型泵的性能參數(shù)，并加以改進，發(fā)展，組合而成。該產(chǎn)品具有高效節(jié)能、噪聲低、性能穩(wěn)定、維護方便等優(yōu)點，是IS型泵的理想更新?lián)Q代產(chǎn)品。ISG型立式管道離心泵，供輸送清水及物理、化學(xué)性質(zhì)類似于清水的其他液體之用，特別適用于煤礦工業(yè)井下生產(chǎn)，使用溫度T<80℃。該離心泵在工作前，泵體和進水管必須灌滿水形成真空狀態(tài)，當葉輪快速轉(zhuǎn)動時，葉片促使水很快旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)著的水在離心力的作用下從葉輪中飛出去，泵內(nèi)的水被拋出后，葉輪的中心部分形成真空區(qū)域。水源的水在大氣壓力（或水壓）的作用下通過管網(wǎng)壓到了進水管內(nèi)。這樣循環(huán)，就可以實現(xiàn)連續(xù)抽水。在此需要注意的是離心泵啟動前一定要向泵殼內(nèi)充滿水以后啟動，否則將造成泵體發(fā)熱、震動、出水量減少，對水泵造成損壞（簡稱“氣蝕”）造成設(shè)備事故。

3 離心泵在煤礦居民生活用水方面的使用情況

離心泵不僅適用于工業(yè)用水，而且還適用于城市給排水、高層增壓送水、園林噴灌、冷暖水循環(huán)增壓及設(shè)備配套等。現(xiàn)主要以離心泵在煤礦居民生活供水中的使用情況為例，具體介紹一下IR·RS型熱水離心泵。

RS型熱水離心泵：采用加長聯(lián)軸器；采用爪型聯(lián)軸器。該泵的泵體和泵蓋部分，是從葉輪背面處剖分的，即通常所說的后開門式，其優(yōu)點是檢修方便，檢修時不動泵體、吸入管路、排出管路和電動機，檢修時只需拆下加長聯(lián)軸器的中間聯(lián)接件，就可以退出轉(zhuǎn)子部件進行檢修。泵體和泵蓋構(gòu)成泵的工作室，葉輪、軸和滾動軸承等是泵的轉(zhuǎn)子，懸架軸承部件支承著泵的轉(zhuǎn)子部件，滾動軸承承受著徑向力和軸向力。為了平衡軸向力，大多數(shù)泵的葉輪前、后均設(shè)有密封環(huán)，并在葉輪后蓋板上設(shè)有平衡孔，由于有些泵的軸向力不大，葉輪背面未設(shè)有密封環(huán)和平衡孔。泵蓋與水冷室蓋組成水冷室，用于可靠地冷卻填料、軸及阻止熱量向軸承傳遞，使泵輸送介質(zhì)在不超過150℃的情況下，以優(yōu)良的性能工作。泵的軸向密封是由填料壓蓋、填料環(huán)和填料等組成，以防止進氣或大量漏水。泵的葉輪如有平衡孔，則軟填料的空腔與葉輪的吸入口相通，若葉輪入口處液體處于真空狀態(tài)，則很容易沿軸表面進氣，故在填料腔內(nèi)裝有填料環(huán)，通過外接冷卻水源，從泵蓋上3/8″膠管接頭引冷卻水進入冷室內(nèi)，把水冷室內(nèi)壓力水引至填料環(huán)進行密封，并從泵蓋上另一3/8″膠管接頭流出帶有熱量的冷卻水。在冷卻水出水管路上需裝一閘閥，用來控制冷卻水的流量及水冷室內(nèi)的壓力，一般要求水冷室內(nèi)水的水壓保持在1.5 kg/cm2≤Pg≤3.5 kg/cm2，泵的葉輪如沒有平衡孔，則葉輪背面液體處壓力大于大氣壓，故不存在漏氣問題。為避免軸磨損，在軸通過填料腔的部位裝有軸套保護，軸套與軸之間裝有O型密封圈，以防沿著配合表面進氣或漏水。該泵適用于輸送溫度低于150℃的清水及物理、化學(xué)性質(zhì)類似水的介質(zhì)，輸送液體不應(yīng)含有體積超過1%和粒度大于0.2 mm的固體雜質(zhì)。

4 離心泵的發(fā)展方向

所有的設(shè)備都不是一成不變的，它必然會向一定的方向發(fā)展的。離心泵的發(fā)展方向是不斷地擴大離心泵的使用范圍、不斷地提高泵的質(zhì)量。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)不斷地發(fā)展，泵類產(chǎn)品也向著大型化、高速化和特殊化發(fā)展。在性能范圍、輸送流體種類、轉(zhuǎn)速等方面都將得到很快的發(fā)展。

（1）泵的性能范圍很廣，大型的泵流量可達幾十萬m3/h以上，而微型泵流量則在幾m3/h，其壓力可以從常壓一直高達1 000 MPa以上，輸送流體的溫度最低可到-200℃以下，最高可達800℃以上。

（2）泵輸送流體的種類很多，可以輸送水（清水，污水）、油液、酸堿液、乳化液、懸浮液和液態(tài)金屬等。國外船用鍋爐給水泵的轉(zhuǎn)速已達23 000 r/min，石油化工行業(yè)已用34 000 r/min的調(diào)整泵，22 000 r/min的軸向柱塞泵和30 000 r/min的旋轉(zhuǎn)活塞泵亦相繼出現(xiàn)。

5 結(jié)束語

隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對泵的要求越來越多，條件也越來越特殊。如特殊用途的耐腐蝕泵、塑料泵、屏蔽泵、計量泵、電磁泵等都將得到很快的發(fā)展。