簡易真空裝置在離心式水泵上的應(yīng)用

1、簡易真空裝置在離心式水泵上的應(yīng)用 摘要：河臺金礦井下排水系統(tǒng)使用簡易真空箱替代多級離心式水泵的底閥裝置，使離心式水泵達(dá)到真空效果，實現(xiàn)了水泵的無底閥排水。它具有性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、制作維護(hù)方便等特點，可大范圍推廣應(yīng)用。關(guān)鍵詞：礦井排水；離心式水泵；真空水箱；結(jié)構(gòu)原理；應(yīng)用效果中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： 文章編號1 引 言河臺金礦高村礦區(qū)-230m水平 中央水泵房由我礦工程技術(shù)人員自行設(shè)計。選用150D309型水泵三臺，流量155m3/h，最大吸上真空高度6.6m。兩路主排水管選用1946.5mm的無縫鋼管，2196mm的無縫鋼管作吸水管。排水管中水流實際速度1.95m/s；吸水管中水流流速1.

2、4m/s。泵的電機選用與泵配套的JR1264/225kw電機，轉(zhuǎn)速1480r/min。經(jīng)河臺金礦多年使用的經(jīng)驗，考慮底閥的一用多害，則以用真空水箱替代底閥進(jìn)行無底閥排水。2 真空水箱的結(jié)構(gòu)要求及參教離心式水泵真空水箱由箱體、進(jìn)水管、出水管、注水閘閥及注水杯等組成（如圖1所示）。箱體采用8mm厚的A3鋼板卷制焊接而成，依照經(jīng)驗要求，箱體容積以大于吸水管容積的4 倍以上可滿足要求。為達(dá)到密封效果，吸水管、排水管，及各種注水管、清洗管口的焊接應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的嚴(yán)格要求，保證無漏氣現(xiàn)象出現(xiàn)。為保證密閉性，吸水管和排水管潛入箱體效果會好得多，吸水管潛入箱體到箱底距離250mm為宜，排水管口插入箱體至箱底距離1

3、50mm為宜，既是可保障密封性，又可以降低箱體制作要求。真空箱安使用時，注水管與主排水管路連接，通過注水閘閥對泵體和水箱注水，在通常正常運行情況下是無需注水的，僅在箱內(nèi)水被抽干的情況下才需要注水，注水杯僅要用于初次抽水時，對泵體注水而用。清洗管可用絲堵密封，用于清洗因長時間應(yīng)用淤積的淤泥等雜質(zhì)。由于采用真空水箱代替底閥，因此，吸水管的末端應(yīng)加裝濾罩，防止雜物進(jìn)入泵體發(fā)生故障。3 真空水箱替代泵底閥的原理分析離心式水泵是一種輸送液體的流體機械，它是依1真空箱體 2出水管 3吸水管4注水閥 5注水杯 6清洗管圖1真空水箱結(jié)構(gòu)圖靠旋轉(zhuǎn)葉輪對液體的作功把原動機的機械能傳遞給液體，使液體的能量（位能、壓

4、力能和速度能）增加。離心式水泵的主要部件有葉輪，其上有一定數(shù)目的葉片，葉輪固定于軸上，由軸帶動旋轉(zhuǎn)，當(dāng)開動泵后，葉輪即隨泵軸旋轉(zhuǎn)，注入到葉片流道間的水，在葉片的動力作用下旋轉(zhuǎn)前進(jìn)運動，經(jīng)泵的導(dǎo)水圈，大部分速度能轉(zhuǎn)換成壓力能，然后沿排水管輸送出去。這時，葉輪進(jìn)口處則因水的排出而形成真空，吸水井中的水在大氣壓力的作用下，被壓入葉輪的進(jìn)口。于是，旋轉(zhuǎn)著的葉輪就連續(xù)不斷地把水吸入和排出。當(dāng)水泵啟動時，要求泵體和吸水管是真空的，裝在吸水管末端的濾水器中的底閥是一個單向閥，當(dāng)向泵內(nèi)灌引水時或水泵停止運轉(zhuǎn)時，閥關(guān)閉使向泵內(nèi)灌注的水充滿泵體腔和吸水管而不會漏掉。當(dāng)泵開動以后，泵腔中的水被排出形成真空，吸水井中

5、的水在大氣壓力作用下頂開底閥的閥心，被壓入葉輪的進(jìn)口。于是，水就不斷地被吸入和排出。所謂真空水箱無底閥泵，即將水泵吸水管底部為了起動前灌引水所裝的單向逆止閥去掉。其工作原理是水泵運轉(zhuǎn)時，首先吸的是真空箱內(nèi)的水。由于箱體內(nèi)的水在短時間內(nèi)被排出，這時真空箱內(nèi)形成一定的真空，水井內(nèi)的水在外界大氣壓的作用下，通過吸水管進(jìn)入真空箱體，從而保證了水泵的正常排水。如果注水過程中，注水流量足夠大則吸水管中的空氣亦會大部分被排出，使泵體和真空箱體及吸水管的真空程度得到較好的保證。水井中的水在大氣壓力作用下壓入箱體及泵的葉輪，旋轉(zhuǎn)著的葉輪就連續(xù)不斷地把水吸入和排出。4 真空水箱替代底閥的性能參數(shù)驗算在離心式水泵吸

6、水管道上的濾水器中設(shè)置的底閥不僅增加了管道阻力，加大了能量消耗，降低了水泵效率，而且也減少了水泵的吸水高度。高村-230m中央水泵房配置的三臺150D309型水泵，采用真空水箱進(jìn)行真空，由于其真空狀態(tài)與無底閥排水方式相同，因而其參數(shù)的確定計算與無底閥排水方式相同。計算過程如下：排水管流動阻力損失： hp=lpup2/dp2gp.up2/2g =0.0312291.9/0.1811.672/29.84.9121.672/29.8 =7.86(m) 式中：沿程阻力損失系數(shù)取0.0312.； lp排水管總長度；p排水管路附件局部阻力損失系數(shù)之和：p=40.29420.0711.711.520.120

7、.29430/90=40921。40.294表示有4個90彎頭；20.07表示有2個閘閥；11.7表示有1個逆止閥；11.5表示有1個轉(zhuǎn)彎流三通；20.1表示有2個直流三通；20.29430/90；表示有2個30彎頭。吸水管流動阻力損失：hx=lxux2/dx2g+x.ux2/2g=0.030181.282/0.20729.8+4.0281.282/29.8=0.434。式中：沿程阻力損失系數(shù)之和取0.0301；lx吸水管長度8m，dx吸水管內(nèi)徑，m；ux吸水管中的水流速度，m/s；x吸水管路附件局部阻力損失系數(shù)之和；x =20.294+20.22+3=4.028；局部阻力損失系數(shù)中的20.2

8、94表示2個90彎頭；20.22表示有2個異徑管；3表示無底閥。輸水管總阻力損失：hw=(hphxup2/2g)1.7=（0.860.4341.672/29.8）1.7=14.3(m)。 水泵管路特性曲線H=HsyRQ2, R=hw/Q2=14.3/1552=0.0006。H=233.80.0006Q2 ， 按此管路特性曲線與所選的150D309型水泵性能曲線按同一比例畫在同一QH坐標(biāo)上求得該工作點:流量Qm=179m3/h,揚程Hm=250m,效率m=0.75。均在水泵較佳的工作狀態(tài)。式中：Hsy水泵測地高度；Q所選水泵的額定流量。5 真空裝置的應(yīng)用效果真空裝置在離心式水泵上的使用效果主要表

9、現(xiàn)在如下幾個方面：運行中的水泵常因底閥質(zhì)量不好或有雜物進(jìn)入濾水器，使底閥密封不嚴(yán)、水泵灌不上引水而不工作。真空水箱不存在這種情況，其本身是一個無底閥。由于井下水腐蝕性較重，底閥易損壞，在底閥的檢修與更換工作中，工作條件惡劣，勞動強度大，而真空水箱安裝于水井之上，人員無須到井下就能處理。由于真空水箱無運動閥件，減小了管道的阻力，降低能量消耗，提高水泵效率，相對于底閥而增加了水泵的吸水高度（在吸水高度相同的條件下則降低了水泵 吸水口的真空度，減少了運行中發(fā)生汽蝕現(xiàn)象的可能性），由于部件靜止，不像底閥那樣因運行頻繁而易造成閥芯損壞及密封接合面磨損造成漏水而使水泵無法啟動。由于是無底閥，操作人員有時操

10、作不當(dāng)，停泵時因閘瓦關(guān)閉不嚴(yán)，逆止閥失效時，回流水力亦會對泵本身及真空水箱體造成損壞 。相比較噴射泵無底閥排水而言，操作簡便、運行平穩(wěn)，在短時間內(nèi)就能灌滿水；維修方便；在高壓水的情況下也可以實現(xiàn)無底閥排水；不存在因噴射水量不足，噴射泵不能工作，液壓撞擊太強又損壞噴射泵及噴嘴易銹蝕的故障出現(xiàn)。但使用真空水箱需要提高一定的吸程，它比使用射流器耗電略有增加。節(jié)約投資，真空水箱的制作工藝要求不高，只要焊接處不漏氣就能滿足要求，材料無須外購，可在生產(chǎn)現(xiàn)場、車間直接加工，一個通徑DN200的底閥需要幾千元，且不耐用。而一個配套制作使用的真空水箱僅用幾百元就能完成。低揚程排水無須自動閥門就能進(jìn)行自動化操作，如果配合自動閥門的使用，則可以在高揚程排中實現(xiàn)自動化操作。節(jié)電效果理想。通過實測，有底閥泵排出155m3水，耗電；而無底閥泵每排155m3水，耗電。每排155m3水，可節(jié)電。每天排水量按2000m3計算,比有底閥節(jié)電143.4kw.h,年節(jié)電675198.9kw.h.。推廣實用性強，可廣