淺談長距離輸煤管道輸送泵的選用

馬鴻森

陜西神渭煤炭管道運輸有限責任公司 陜西 西安 710016

引言

管道輸煤是適合我國國情的新型煤炭運輸方式,而漿體管道輸送泵是管道運輸工程的核心設備。

1 離心泵和柱塞泵

1.1 離心泵 離心泵排出流量大,但對漿體的重量濃度有一定要求。其輸送揚程過低,一般在100m～150m,只能適用于短距離輸送。采用離心泵輸送需要離心泵串聯使用,這在很大程度上影響了整個系統的穩定性,增加了故障點。另外,由于離心泵是靠葉輪高速旋轉通過離心作用提供泵輸壓力,而煤的顆粒硬度低,葉輪高速旋轉將對漿體中的固體顆粒產生細化現象,改變漿體流變性能,影響輸送安全性和可靠性,也會嚴重磨損泵葉、泵殼,降低泵的工作效率,加大更換泵葉及配件的頻繁程度,而且離心泵本身效率只有70%～75%。故離心泵并不適用于長距離輸煤管道。

1.2 柱塞泵 柱塞泵屬于往復式容積泵的一種,通常用于中長距離漿體管道輸送。目前,由德國開發的雙柱塞泵已廣泛用于我國金屬、非金屬尾礦壩的輸送和煤礦井下充填。這種柱塞泵采用油壓傳動,兩個缸組為一組,即一個排出,一個缸同時吸入輸送的漿體,間歇式輪流做功。可以輸送濃度較高的粗顆粒漿體,受濃度和顆粒限制性小,最大輸送顆粒可達15mm,工作壓力可達15MPa。它的缺點是活塞同輸送漿體直接接觸,對活塞的磨損嚴重。由于其單缸的容積有限,因此輸送流量受到限制。同時,雙柱塞泵的喂料是通過一個緩沖槽體,泵站接力輸送技術還不成熟。

2 隔膜泵

2.1 往復式活塞隔膜泵 隔膜泵也屬于往復式容積泵。其結構特點是借助隔膜將被輸礦漿與活塞和缸體隔開,以保護活塞和缸體。當活塞作往復運動時,迫使隔膜交替向兩側彎曲,將被輸礦漿吸入和排出。彈性隔膜系采用耐腐蝕橡膠制成。神渭管道輸煤項目選用的隔膜泵的容積效率在90%以上,壓力可達13MPa,流量可達385m3/h。由于隔膜泵是通過隔膜將輸送介質同活塞隔離開,這樣可以保證輸送漿體在通過輸送泵時性質不發生改變,有效提高了漿體輸送的穩定性。使用隔膜泵進行接力輸送時,只需要預留0.35MPa～2MPa壓力作為泵的入口壓力,便可以打開泵的入口閥門達到接力輸送的目的。目前,隔膜泵技術已經非常成熟,在很多領域的礦漿輸送都有應用,特別是在漿體長距離輸送領域應用廣泛。該類型泵的設計、制造涉及機械、電子、液壓、橡膠等多學科技術。同時,隔膜泵是所在工藝系統的心臟設備,對其運行的可靠性有很高的要求。目前只有荷蘭、中國、德國等少數國家生產制造,進口產品價格昂貴。

2.2 工作原理 往復式活塞隔膜泵的工作原理如圖1所示,電機通過減速機驅動曲軸、連桿、十字頭使旋轉運動轉化為直線運動,帶動活塞進行往復運動。當活塞向左運動時,活塞帶動液壓油將隔膜室中橡膠隔膜拉到左方向,使隔膜室工作腔體積增大,同時出料閥關閉,待輸送的料漿借助喂料壓力打開進料閥,進入并充滿隔膜室。當活塞向右運動時,關閉進料閥,活塞推動液壓油將隔膜室中橡膠隔膜推向右方向,并借助壓力開啟出料閥,將料漿輸送到管道。由于礦漿不接觸活塞等運動部件,避免了這些部件的磨蝕,減少了維修次數和運行成本。同時,通過設置靈敏、可靠的自動化檢測系統,保證了橡膠隔膜的長使用壽命。往復式活塞隔膜泵一般有3個隔膜室,每個隔膜室的起始排料相位相隔120°,可使礦漿輸送量均勻。以上優點使往復式活塞隔膜泵成為煤漿管道化輸送的理想設備。

2.3 運行規律 往復式活塞隔膜泵為并聯運行,所以要求系統運行的所有活塞在一個周期內交替運行(如果系統有6臺泵同時運行,即有18個活塞在一個系統中,如圖2所示,要求18個活塞在一個周期內交替運行)。對于1臺泵,具有3個活塞,即每個活塞交替運行相差120°,如果6臺泵的18個活塞要交替運行,在一個泵系統,活塞交替運行相差為120°/6＝20°。即活塞運行一個周期整體運行順序為：11,21,31,41,51,61,12,22,32,42,52,62,13,23,33,43,53,63,且活塞交替運行周期為20°(曲軸轉一圈為360°)。

圖1 往復式活塞隔膜泵工作原理圖

圖2 泵系統示意圖

往復式活塞隔膜泵的流量與排出壓力并無直接關系,只與活塞的面積、行程和往復次數有關,因此,在任何排出壓力下其流量基本不變。其流量的調節,理論上可通過改變活塞的截面積、沖程和沖程次數來實現,但是活塞截面積與沖程兩個因素為泵的固有參數,無法調節。因此,可以通過改變沖程次數進行流量調節。即通過改變電機頻率調節電機轉速,從而調節曲軸轉速,改變沖程次數,達到調節流量的目的。如6臺泵組成的泵系統,由6套變頻器分別拖動1臺活塞泵,具體啟動運行方式為：①變頻器做好啟動前的準備工作；②上位控制機給出啟動命令,6臺變頻器依照命令時序相繼啟動；③上位控制機分別給出運行頻率,系統進入穩定運行后再給出下個運行頻率。以此邏輯,變頻器在交替加速－穩定－交替加速－穩定,逐漸將頻率上升到所需工況。可以通過上位控制機再給出加速命令的時序的改變,來調整變頻器穩定頻率后之間的運行時序,從而達到隔膜泵系統活塞交替運行的目的。

結語

目前,在漿體管道輸送工程中,輸送泵的選擇類型主要是往復式活塞隔膜泵。往復式活塞隔膜泵可以實現物料輸送的大流量、高壓力。其主要優點是利用隔膜將被輸送煤漿與活塞缸隔開,使活塞等動力端部件得以保護,同時也減少了對輸送煤漿的污染。這種隔膜的設計可以有效提高輸送泵的運行壽命。