多級泵的真空罐無底閥改造實例

杭云輝

(南京銀茂鉛鋅礦業有限公司， 江蘇 南京 210033)

0 引 言

多級泵是進出水段與中段通過拉桿組合在一起的一種離心泵，其輸出水壓力較大，需要依靠葉輪的旋轉獲取離心力，待氣體密度達到機械真空泵的工作范圍時抽出氣體，從而逐漸獲得高真空。礦山排水用的多級水泵大部分都安裝水泵進水管及吸水底閥，設置底閥的目的是為了水泵在灌注引水時阻止引水水流流至吸水井，使用人為灌引水的方法以排除水泵泵體及吸水管內的空氣，灌引水時使用排水管內的積水或其水源加入水泵進水管內以排除空氣，從而開動水泵進行排水[1-5]。

1 改造目的

南京銀茂鉛鋅礦業有限公司棲霞山鉛鋅礦，采用平硐盲豎井開拓，平硐位于+14 m水平，主盲井已開拓至-475 m水平，副盲井已開拓至-625 m水平，并逐漸往深部延伸。-425 m中段以上已基本采完，目前主要開采中段為-525， -575 m，主要開采中段為-625 m和-675 m。礦山生產規模為35萬t/a。根據礦床開采技術條件，淺部礦體先后采用過崩落法及空場法開采，1994年20萬t/a技改工程完成后，則一直采用上向水平分層點柱充填采礦法。

礦區為一低山丘陵，地勢東高西低。中間谷地寬廣，標高約為7 m左右。北距長江1.5 km，九鄉河經礦區中部注入長江、為季節性河流，干枯期4～6個月，一般流量3～8 m3/s，洪峰流量200～300 m3/s。灰巖中巖溶發育，含水巖層主要為第四系全新統孔隙承壓弱含水層、侏羅系中下統象山砂巖裂隙—孔隙承壓弱含水層、石炭—二疊系灰巖裂隙—巖溶承壓含水層，因此井下排水任務量大，水泵使用頻率高、維修任務重。目前大多數礦山使用的水泵采用底閥灌注引水排水，在使用過程中存在水泵不能進行正常排水、水泵吸水管內空氣的排除困難、管路阻力、能量消耗大、水泵效率低、鑄鐵制造的水底閥易故障損壞、在密封不嚴或雜物進入時水泵無法正常工作、檢修及維護勞動強度大且運行成本高。基于上述存在的問題與不足，可考慮對真空罐進行改造，采用無底閥真空罐[6-9]。

2 真空罐無底閥改造[10]

目前對水泵無底閥改造主要有噴射泵無底閥吸水式和真空罐無底閥吸水式2種技術。這兩種技術后者較前者制造容易、操作方便、安全可靠、效率高，而且易于實現水泵的自動化控制，是目前具有廣泛推廣價值、經濟效益和社會效益的一種方式，本文主要介紹真空罐無底閥水泵改造。

計算模型如圖1所示，真空罐由以下幾部分組成：

V=V1+V2+V3

(1)

式中,V1為真空罐內灌水后空氣容積；V2為真空罐內水位下降增加的空氣容積；V3為真空罐水位下降后剩余的水容積。

根據波文耳—馬略特定律：

P(V4+V1)=P1(V1+V2)

(2)

整理得：

(3)

式中，V4為吸水管容積。

根據能量方程有：

(4)

移項有：

(5)

式中,P為當地大氣壓；P1為水泵運行時罐內空氣絕對壓力；Pk為真空度；H為吸水高度3～4 m；ν為吸水管流速1.5 m/s；g為重力加速度9.8 m/s2；i為水力坡降，查表約27.6‰；L為吸水管長度，取7 m；∑ξ為局部阻力系數，取5.09。

令:

(6)

將式(6)代入式(3)得：

V2=mV4+(m-1)V1

(7)

將式(7)代入式(1)得：

V=m(V4+V1)+V3

(8)

圖1 計算模型

根據以上原理對現有的150D-30水泵進行真空罐無底閥改造。水泵參數為：吸水管Φ168×6，流量155 m3/h、轉速為1480轉/min、效率77%。

根據水泵現場實際空間擬制作直徑800 mm真空罐，計算罐體大小與高度，局部阻力系數∑ξ見表1。

表1 局部阻力系數

將吸水高度H=3～4 m、吸水管流速ν=1.5 m/s、重力加速度g=9.8 m/s2、水力坡降i=27.6‰、吸水管長度L=7 m、局部阻力系數∑ξ=5.09代入式(5)，得Pk=3.9～4.9，則：

(9)

式中,P為當地大氣壓，當地海拔為+14 m，取10.3 m水柱。

(10)

式中,D為吸水管內徑，為156 mm。將V1=0 m3、V4=0.134 m3、m=1.6～1.9代入式(7)得：

V2=mV4+(m-1)V1=0.214～0.255 m3

(11)

即，吸水高度分別為3 m和4 m時，對應的真空罐的有效容積為0.214 m3和0.255 m3。

將m、V1、V3、V4代入式(8)，則可得到真空罐的容積為：

V=m(V4+V1)+V3=0.292～0.333 m3

(12)

(13)

根據計算，可制作直徑800 mm，罐高700 mm真空罐實物，對150D-30水泵成功的進行無底閥改造。圖2和圖3分別為改造前和改造后的真空罐。

圖2 改造前

圖3 改造后

3 結 論

對多級泵真空罐進行無底閥改造，沒有運動構

件，因此結構簡單，工作穩定；不必安裝另外的動力裝置，因此制作及運行成本較低，大幅改進了水泵的工作效率；減少了檢修、維護、更換底閥的工作環節，減少了人力投入、降低勞動強度。裝置改造后在南京棲霞山鉛鋅礦經過多年使用表明其效果良好，解決了多級泵排空氣難的問題，達到了礦山節能增效的目的，可在礦山排水中廣泛推廣使用。

參考文獻：

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[5]黃萬祥,方吉洲,代茂生.無底閥節能裝置在離心泵上的應用[J].四川水利,1994(2).

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[9]鄧君友.無底閥水泵的新裝置[J].礦山機械,1986(4):62-63.

[10]杜增耀,劉永亮.無底閥水泵負壓引水罐容積的確定[J].內蒙古石油化工,2006(8)：77-78.