談新型接力泵站冷卻系統(tǒng)的安裝與應(yīng)用

1、談新型接力泵站冷卻系統(tǒng)的安裝與應(yīng)用許景海（濟(jì)陽黃河河務(wù)局）摘 要 時下黃河放淤固堤遠(yuǎn)距離輸沙施工中普遍安裝接力泵，而接力泵站內(nèi)發(fā)動機(jī)的冷卻和泥漿泵填料的沖洗問題，一直難以解決。通過實踐研制的新型接力泵站冷卻系統(tǒng)，是專門用于機(jī)淤接力泵站柴油機(jī)冷卻及泥漿泵軸密封冷卻用的裝置。它能夠科學(xué)利用機(jī)淤出沙管進(jìn)行散熱，且不受水源限制，較好的克服了機(jī)淤加力泵站動力機(jī)和泥漿泵軸難以冷卻、沖洗的難題。同時因為冷卻水在封閉狀態(tài)下循環(huán)利用，既節(jié)約了能源又避免了對環(huán)境的污染，減少了因此而發(fā)生的社會矛盾。關(guān)鍵詞 接力泵站 冷卻水散熱器 節(jié)約能源 環(huán)境友好1 問題的提出在黃河堤防工程建設(shè)放淤固堤生產(chǎn)的遠(yuǎn)距離輸沙中，接力泵站

2、的冷卻水很重要。首先，燃油發(fā)動機(jī)需要冷卻水降溫。否則輕者機(jī)械損壞，重者危及人身安全。同時，泥漿泵也需要清水沖洗。一是它能起頂托作用，依靠自身壓力防止泥漿由填料函外溢，從而減少泵軸的磨損；二是起清洗作用，能把滯留在泵軸表面的沙粒和雜質(zhì)隨時清洗掉；三是起冷卻作用，能夠把填料與泵軸高速摩擦而產(chǎn)生的熱量帶走，從而保護(hù)填料性能；四是起潤滑作用，能夠在泥漿泵軸表面形成清水保護(hù)層，減少填料與泵軸的直接摩擦。2004年到2006年筆者作為山東黃河第一期標(biāo)準(zhǔn)化堤防建設(shè)者，參加了東明標(biāo)準(zhǔn)化堤防建設(shè)放淤固堤第10合同段（k181+790185+000）的施工。該標(biāo)段有5只船輸沙距離在28004500m不等，并且都是

3、由船機(jī)送至2000m后再爬越黃河大堤。與濟(jì)南河段不同，東明河段沙質(zhì)粗并且雜草較多，故輸送比較困難。當(dāng)輸沙距離達(dá)到2500m、含沙量達(dá)到350kg/m3后，流量會逐步減小直至淤塞管道。因此，項目部決定為5只吸泥船安裝接力泵。接力泵的設(shè)備配置與吸泥船相同，為濰坊產(chǎn)6160A-9型（185馬力）柴油機(jī)帶動泰安產(chǎn)10EPN-30型耐磨合金泥漿泵（見圖1，左端為泥漿泵、右端為發(fā)動機(jī)）。泵站位置設(shè)在爬越黃河大堤之前的臨河柳蔭地附近。圖1 接力泵站機(jī)組圖片然而，接力泵站位置確定后，附近沒有冷卻水水源。一開始我們分別試用了利用泥漿水沉淀或過濾后作為冷卻水水源、抽取井水作冷卻水水源和開挖散熱池散熱等諸多方法，都

4、沒有有效的解決問題。一是凈水池很快被淤滿；二是當(dāng)?shù)厝罕娕蚂o水池湮水影響作物生長，并擔(dān)心熱水水汽熏到了他們的莊稼，影響作物產(chǎn)量；三是經(jīng)過過濾的沙漿仍然會造成發(fā)動機(jī)冷水套程度不同的淤積，輕則影響其散熱效果，重則可因水套淤塞引發(fā)重大機(jī)械事故。同時，這些渾水也加劇了泥漿泵葉輪軸的磨損，僅7天時間葉輪軸頸便磨出了痕跡（見圖2）。葉輪軸徑圖2 泥漿泵葉輪圖片鑒于生產(chǎn)急需，經(jīng)過反復(fù)研究試制成功了“新型接力泵站冷卻系統(tǒng)”。2 工作原理新型接力泵站冷卻系統(tǒng)通過冷卻水泵抽取小型水井中的水對燃油發(fā)動機(jī)進(jìn)行冷卻，同時對泥漿泵進(jìn)行清洗和冷卻。它利用散熱器套管內(nèi)管中的常溫泥漿作為冷卻介質(zhì)，對發(fā)動機(jī)冷卻后的熱水進(jìn)行強(qiáng)制冷卻

5、，被冷卻的水再流回水井，進(jìn)行循環(huán)利用（工作原理如圖3所示）。小型水井 止回閥 冷卻水泵 泥漿泵填料函 沖料控制閥機(jī)泵聯(lián)軸器 冷卻進(jìn)水管 泥漿泵 散熱器套管 回水控制閥圖3 新型接力泵站冷卻系統(tǒng)原理圖2.1發(fā)動機(jī)的冷卻當(dāng)發(fā)動機(jī)啟動后，帶動冷卻水泵運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻水泵進(jìn)水止回閥隨之被吸開，冷卻水泵開始供水并通過冷卻進(jìn)水管給柴油發(fā)動機(jī)送進(jìn)冷卻水。冷卻水在發(fā)動機(jī)內(nèi)帶出熱量后變成熱水，又通過出水管進(jìn)入冷卻水散熱器，因為散熱器內(nèi)套管里是不斷流動著的帶有自然溫度的含沙水漿，所以對散熱器內(nèi)部的熱水起到冷卻作用。為了控制發(fā)動機(jī)溫度，在冷卻水回水管上安裝1個回水控制閥，經(jīng)過冷卻的水，出散熱器后經(jīng)過這個控制閥再循環(huán)回清水

6、井里。經(jīng)過這樣的一個過程，對發(fā)動機(jī)起到了很好的冷卻作用。2.2泥漿泵填料函的沖洗在冷卻水泵通往泥漿泵填料函水管上安裝1個沖料控制閥，當(dāng)冷卻水泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，在泥漿泵工作前，將其打開，帶有一定壓力的清水就會被送入泥漿泵填料函，對泥漿泵軸起到清洗和冷卻作用?？刂崎y可以通過調(diào)節(jié)大小來控制進(jìn)入泥漿泵填料函的流量，從而對泥漿泵填料函起到冷卻、沖洗、潤滑的作用（見圖4）。沖料控制閥填料函壓蓋圖4 泥漿泵填料函冷卻圖片3 主要構(gòu)件設(shè)計與選擇3.1小型水井因為接力泵站需用的水量不是很大（出水量達(dá)到3m3/h即可），但是要求水質(zhì)清澈、有害含量要低（即每升水中鐵含量低于0.3mg、錳含量低于0.1mg、碳酸鈣含量低于4

7、50mg）。見表1。表1 小型機(jī)井主要參數(shù)直徑材料出水量水質(zhì)要求打井部位200mm素砼或聚脂3m3/hFe0.3mg/L、Mn0.1mg/L、CaCo3450mg/L泵房內(nèi)因黃河灘區(qū)地下水位比較高，其他含量也都符合標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計井管直徑200mm，打井深度在1020m不等。選用的井體管一種是素砼管，其下部23m為素砼透水管；另一種是聚脂管，在其下部23m處鉆取許多孔起透水作用。為保證水質(zhì)清澈，要對透水管部分采取過濾措施。一是下設(shè)井管前在透水管外壁包扎厚度為5mm棕片過濾層;二是井管下到設(shè)計部位后，往透水管四周填充30mm的沙礫（d 0.5-1.5mm）如圖5所示。圖5 冷卻水機(jī)井透水過濾示意圖為節(jié)

8、約用地并提高工作效率，將其設(shè)置在接力泵房內(nèi)。它的作用是為清水泵提供溫度適宜的清質(zhì)水源。3.2散熱器套管根據(jù)研發(fā)目標(biāo)，為使設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、保證運(yùn)轉(zhuǎn)時間，結(jié)合輸沙管道加工成套管式散熱器套管，內(nèi)壁為吸泥船輸沙管道，其直徑為300mm、長度為5.2m。套管外壁管直徑大于內(nèi)管100mm，長度短于內(nèi)管0.4m，套管容量為263L，見表2。表2 散熱套管主要技術(shù)參數(shù)材質(zhì)外徑內(nèi)徑容量安裝部位3mm普通鋼板400mm300mm263L輸沙管道在外壁兩端安設(shè)發(fā)動機(jī)冷卻水回水進(jìn)出水管，讓從發(fā)動機(jī)內(nèi)流出的熱水進(jìn)入冷卻水套管。這樣，套管內(nèi)的熱水就會將它本身的熱量傳遞給輸沙管道內(nèi)流動的水漿，而水漿的溫度為自然溫

9、度，這樣通過熱傳遞從而達(dá)到冷卻散熱的目的。新型接力泵站冷卻系統(tǒng)散熱器套管的相關(guān)圖片如圖6所示。圖6 新型接力泵站冷卻系統(tǒng)散熱器套管圖片散熱器套管的作用是將冷卻水的熱量傳遞給輸沙管道內(nèi)流動的水漿，從而降低冷卻水溫度。3.3冷卻水泵因為10EPN-30型泥漿泵的揚(yáng)程為30m，要防止泥漿通過填料函外溢，所選用的清水泵必須也能達(dá)到這個壓力才能將泥漿頂托住，并起到對填料函使冷卻和沖洗作用。經(jīng)過考查資料并反復(fù)比較論證，選定了由山東博山水泵六廠生產(chǎn)的型號為IS50-32-160型單級離心清水泵。該泵結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，體積小、重量輕，抗腐蝕性能好，電耗低，使用維修方便（如圖7所示）。圖7 IS50-32-1

10、60型單級離心清水泵它的軸功率為2.023kW，配用功率為3kW，轉(zhuǎn)速2900 n/min，揚(yáng)程32m，流量12.5m3/h。將其安裝在發(fā)動機(jī)前部，依靠發(fā)動機(jī)前輸出軸皮帶輪帶動。亦可以配合照明用電在此位置安裝57kW發(fā)電機(jī)，冷卻水泵用以上型號的電聯(lián)泵。相關(guān)參數(shù)見表3。表3 冷卻水泵主要技術(shù)參數(shù)型號配用功率轉(zhuǎn)速揚(yáng)程流量安裝部位IS50-32-1603kw2900n/min32m12.5m3/h發(fā)動機(jī)前部冷卻水泵的功能有兩項：一是不斷給燃油發(fā)動機(jī)輸送清水，給發(fā)動機(jī)起冷卻作用；二是不斷向泥漿泵填料函輸送清水，對泥漿泵軸起清洗和冷卻作用。4 操作原理及維護(hù)保養(yǎng)4.1操作原理 由圖3系統(tǒng)工作原理可以看出

11、，該設(shè)備原理簡單，因此操作也比較簡單。首先啟動發(fā)動機(jī)，所有水泵開始運(yùn)轉(zhuǎn)，操作人員主要注意進(jìn)出水的溫度差（進(jìn)出水溫度差應(yīng)小于25），根據(jù)水的溫差進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。當(dāng)出水溫度過低或過高（根據(jù)6160A-9型內(nèi)燃機(jī)的要求，冷卻水出水溫度在7090之間）時，可調(diào)整控制閥，減小或增大送入泥漿泵填料函的流量。當(dāng)冷卻水進(jìn)出水溫度差大于25時，可調(diào)大控制閥，增大送回水井里的流量，反之減小。其次主要的工作就是沖洗泥漿泵填料函。在冷卻水泵通往泥漿泵填料函水管上安裝1個沖料控制閥，當(dāng)冷卻水泵運(yùn)轉(zhuǎn)后，在泥漿泵工作前，將其打開，帶有一定壓力的清水就會被送入泥漿泵填料函，對泥漿泵軸起到清洗和冷卻作用。在操作時，值得注意的是當(dāng)

12、接力泵停機(jī)前，應(yīng)首先關(guān)閉控制閥，避免泥漿倒灌，淤塞清水泵或管道。當(dāng)發(fā)動機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，清水達(dá)到一定壓力后，方可將控制閥打開。4.2保養(yǎng)以及維修 為保障安全，設(shè)備運(yùn)行時周圍勿亂操作或者在操作工的指導(dǎo)下進(jìn)行操作。 機(jī)淤接力泵冷卻水散熱器不用時，應(yīng)注意防銹，防止腐蝕，特別是泵的葉片。不用時應(yīng)保持清潔。 定期檢查，以免散熱器出現(xiàn)密封不嚴(yán)的情況。 定期檢查進(jìn)水放水系統(tǒng)，工作時不要損壞管路、器件。注意檢查控制閥的損壞情況，以免工作時出現(xiàn)不必要的損失。 保證冷卻水的供應(yīng)，避免因冷卻水供應(yīng)不當(dāng)，造成發(fā)動機(jī)抱缸、機(jī)件熔化或者機(jī)身崩裂等重大事故。 因為散熱套管內(nèi)是70以上的熱水，所以正常工作期間，閑雜人同意不要靠近，

13、非工作人員不要觸摸，以防燙傷。在寒冷季節(jié)，發(fā)動機(jī)停機(jī)后，必須放出散熱器套管內(nèi)存水，防止凍裂。5 應(yīng)用效果與經(jīng)濟(jì)和社會效益5.1應(yīng)用效果該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、占地面積小、散熱效果好。該系統(tǒng)投入使用以來，使用效果良好，故障率低，耗費(fèi)電力、水資源少。在冷卻降溫方面，效果明顯，達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。5.2經(jīng)濟(jì)效益加工安裝一套新型接力泵站冷卻系統(tǒng)造價為6000元，能生產(chǎn)土方200萬m3以上，折合成本0.003元/m3。正確使用該散熱器后，每個泥漿泵葉輪（材質(zhì)為耐磨合金，價格為12500元）能生產(chǎn)土方25萬m3不出問題,折合0.05元/m3。兩項合計為0.053元/m3。當(dāng)不使用雙功能冷卻水散熱器時，同樣材質(zhì)和價格

14、的葉輪只能生產(chǎn)土方5萬m3,折合0.25元/m3。并且每次更換葉輪需要20多小時，增加了人們勞動強(qiáng)度不說，還耽誤生產(chǎn)土方2000m3以上。由此得出，每套新型接力泵站冷卻系統(tǒng)可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益40萬元。若因冷卻水供應(yīng)不當(dāng)，造成發(fā)動機(jī)抱缸、機(jī)件熔化或者機(jī)身崩裂等重大事故，每次都要損失5萬元以上，并且需停產(chǎn)維修57天，耽誤生產(chǎn)土方12萬m3。因此該設(shè)備具有很好的經(jīng)濟(jì)效益。5.3社會效益在該產(chǎn)品出現(xiàn)之前，通常采用開敞式散熱法。即在接力泵站房外挖一土坑作水池存水，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時，讓從機(jī)器里回來的熱水自高處淋入水池。依靠熱水與空氣的溫差，自然降溫。這樣，經(jīng)常會帶來一些社會矛盾和經(jīng)濟(jì)問題。一是需要占地，一般每處占地2