防治矿用离心泵的固体磨损

安全技术防治矿用离心泵的固体磨损1 引言 目前，在煤矿采掘工作面使用的排水泵中，特地排泥沙的产品是空白。无论泥沙多少，普遍使用的依旧是传统的分段式多级清水离心泵。因此，磨损严峻，水泵过早报废，不但增加了成本，还经常直接影响生产进度。 由于采煤工作面和掘进工作面都不行能单独设置沉淀泥沙的水仓，无法就地清除泥沙等固体颗粒，所以，要解决用清水泵排泥沙的问题，临时只能在提高易损件的材料性能上想想方法，最终还要在彻底转变排水泵结构上大做文章。这方面的专业讨论工作，已持续多年，目前依旧在紧急地进行。 讨论发觉，固体颗粒对离心泵的磨损，在特定环境下，遵守着某种规律。把这一规律呈现在我们面前，对症下药，就能找到较抱负的解决方案。 2 工作面水样采集固体重量比测定 经观测，采煤工作面的涌水中，固体颗粒的含量随着回采循环作业内容的转变而变化，因而，具有周期性。 一般状况下，在采前预备结束，采煤作业开头之前，固体颗粒含量最少。采煤作业即将结束时，含量最多。采集水样时，为了既削减采集次数，又能说明问题，可在正式开采前30分钟内采集一次，在采煤作业结束前30分钟内再采集一次。采集水样的地点在采煤工作面下端头，或在溜子道安装的排水泵自己单独的出水口。 一般状况下，在岩石平巷掘进工作面的涌水中，在多台凿岩机集中打眼之前，固体颗粒含量最少。在爆破之后，在出岩作业的后三分之一时间内，固体颗粒含量最多。在这两个时段内分别采集水样。采集地点在耙斗机或装岩机工作地点之后10m之内，或在该工作面排水泵自己单独的出水口。 上面所采集的水样，每次重2K0.2kg。称过重量后，采纳过滤法，用过滤纸滤出水样中的全部固体颗粒。烘干后，称出固体颗粒重量，则水样的固体重量(百分比)比Caw为： 固体重量 Cow=-H% 固、液混合物总重 水样的固体重量比Caw在浆体与粒状物料输送水利学(费祥俊著，请华高校出版社1994年5月出版)中被定义为重量比固体浓度，习惯用于输送工业浆体。本文简称为固体重量比，现场有时习惯称为泥沙重量比。 一般状况下，当一个工作面的涌水量小于10m3/h，固体重量比Cow明显增大;涌水量大于80m3/h，固体重量比Cw明显减小 在同一矿井，在具有标志性的煤层、岩层中大量采集水样，便可以得到该矿井涌水中固体颗粒含量的一般规律。再依据涌水量、岩体的特性和破裂程度、松散颗粒遇水后的反应等进一步分析整理，便可以用来指导排水设计和排水管理。表1是从现场获得的一组综合数据。 3多级离心泵磨损部位及磨损过程 3.1多级离心泵的磨损部位 目前，矿用多级离心泵磨损最严峻的部位是平衡盘，然后依次是叶轮口环、盘根套、中段的轴孔衬套等。 一般固体颗粒不会把泵体外壳磨穿，不会把叶轮外径磨小，也不会把叶片磨短。平衡盘磨损后变薄，使转子向电机方向(向前)的窜量超限，从而产生连锁损坏。叶轮口环和中段轴套磨损后，密封间隙变大，使离心泵出水不足或不出水，有时还拌有剧烈的震惊。 3.2平衡盘的磨损过程 平衡盘有轴向端面跳动，泵体平衡板也有轴向端面跳动。平衡盘转动一周，会在转到某一角度时，局部消失轴向间隙的最大间隙或最小间隙。 平衡盘的平衡状态是动态的，泵的转子在某一平衡位置会前后作轴向脉动。工况点转变时，转子会自动移到新的平衡位置作轴向脉动。 这种轴向端面跳动和轴向脉动叠加后，轴向间隙b0便具有局部的动态最大间隙b0max和最小间隙b0min。 假设：一个固体K的颗粒直径为A，已随着液体到达平衡盘前面的高压区，并且 b0maxAb0min 则固体K将被液体从轴向最大间隙b0max四周裹进平衡盘的轴向间隙之内。 当固体K刚刚跨进较小的距离S，平衡盘就转到轴向间隙b0小于A的位置，或者平衡盘正窜回到轴向间隙b0小于A的位置。这时，平衡盘将对固体K产生挤压，二者将发生相对运动。平衡盘端面会被固体K挤压出凹痕，会被刮削出凹槽，直到固体K被研碎。 假如这种规格的固体颗粒含量较高，就会以前仆后继之势，不断被裹进来，使平衡盘端面很快消失第一道环形沟槽。随着磨蚀的加剧，会在略大于第一道环形沟槽之外，相继消失其次道沟槽、第三道沟槽。 尽管如此，这时泵轴的窜量还没有发生明显转变，取出平衡盘可以看到这些环状沟槽大致是同心的，排列较整齐。与此同时，平衡板也消失相像的沟槽。 下面的现象值得留意： 当另一个固体W的颗粒直径为B，也到达平衡盘高压区，并且 Bb0max 则固体W将被挡在平衡盘的高压区一侧。 此时，若大小不一的固体颗粒随着液体不断涌向平衡盘前面的高压区，粒径小于或等于A的固体颗粒会随着液流通过轴向间隙。粒径大于或等于B的固体颗粒会被隔在这里。我们称这种现象为筛留现象。 当被筛留的固体颗粒达到肯定数量，并且堵在轴向间隙的的入口处，会使液体压力上升，导致转子向后发生脉动，使轴向间隙瞬间加大。这时，这些大粒径固体颗粒乘机大量挤入平衡盘的轴向间隙，消失强登陆现象。若这种现象接连发生，可使平衡盘在较短的时间内被磨薄。 3.3叶轮口环的磨损过程 叶轮小装到泵轴上之后，其口环存在径向跳动;泵体口环孔也存在径向跳动。叶轮转动一周，会在转到某一角度时，局部消失口环径向间隙的最大间隙或最小间隙。 转动的泵轴会弯曲变形，产生最大挠度。 这种径向跳动与最大挠度叠加后，口环的径向间隙b便有局部的动态最大间隙bmax和最小间隙bmin。同样，口环的密封表面也会被固体颗粒挤压、刮削出沟槽。 然而，假如材料相同，由于口环的间隙不会象平衡盘那样消失脉动和固体颗粒强登陆现象，所以，口环的磨损程度明显小于平衡盘。这时，口环的磨损与平衡盘相比，不是主要冲突。第 4 页 共 4 页