一种新型结构的离心式水泵

张广亮 罗永贵 魏淑华 刘建华

(1河南省地矿建设工程(集团)有限公司 河南郑州 450007)

(2河南省地勘局第三探矿工程队 河南洛阳 471000)

(3河南省地勘局第四探矿工程队 河南郑州 450001)

一种新型结构的离心式水泵

张广亮1罗永贵2魏淑华3刘建华3

(1河南省地矿建设工程(集团)有限公司 河南郑州 450007)

(2河南省地勘局第三探矿工程队 河南洛阳 471000)

(3河南省地勘局第四探矿工程队 河南郑州 450001)

本文介绍了一种新型结构的离心式水泵,该泵改变了传统离心式水泵悬臂叶轮轴的支撑状况,提高了水泵的使用寿命及工作效率。

离心式水泵 支撑 效率

1 前言

目前,各行业所用各类单级、单吸离心式水泵(如清水泵、杂物泵、砂石泵)的叶轮支撑形式大部分为悬臂结构。其特点是叶轮为一独立体悬于泵轴的一端,为保持叶轮在工作时的平衡,则以轴承箱为支座将泵轴固定以支撑叶轮旋转。这是多年一直沿用的传统结构,这种结构的离心泵在工作时易对其本身的密封系统、(如盘根或密封环)传动系统(如轴承、泵轴)产生磨损而影响到泵的工作性能乃至泵的使用寿命。

2 对悬臂式离心泵传动系统受力状态的探讨

以反循环基础桩施工所用的6BS沙石泵为例,其结构形式见图1。

图1 6BS砂石泵结构示意图

由图1可知该泵的叶轮处在一个悬臂状态下工作。受叶轮自重的影响,叶轮在旋转时其轴心就会下垂。图中实线为理想的叶轮运动状态,为一正立面,虚线为叶轮在工作时的实际状态,受传动系统各连接部位的装配间隙影响,其轴心相对泵轴及电机轴就会产生一个△h量的偏差,我们对此现象称之为重力偏差。

由于重力偏差的存在,同时受进入叶轮腔液体对叶面产生的水阻力的影响,极易引起叶轮在非垂直平面旋转时的震动和泵轴水平窜动。

从泵轴受力状况来看,由于剪力的作用泵轴截面会产生翘曲不再是一个平面,并且泵轴旋转时在力偶的作用下而会产生弯曲变形,其结果就是加快水泵密封及轴承的偏心磨损而导致其密封下降,泵体振动加剧使泵的工况性能下降。

3 传统结构的离心式泵在操作使用上的问题

从现象上看传统结构的离心泵在投入使用后,就需派一名水泵工守在水泵旁随时压紧盘根塞线,向密封仓加水密封,造成了人力物力的浪费。

另外,在压紧盘根塞线时还需很好的掌握盘根的松紧程度,若盘根压的太紧,不仅增大电机功率的消耗而且不易启动,若压的太松又不能很好地起到轴封作用而影响泵的工况性能。

综上所述我们可知悬臂式离心泵在实际生产运用中的种种弊端,为此要解决上述问题,我们就需要从其结够形式上找出解决问题的办法。

4 新型离心式水泵的设计方案

4.1 叶轮与支撑形式的设计

依前所述我们对离心式水泵轴封系统损坏原因作了一个粗浅的分析,首先要解决的是由于叶轮偏心旋转引起的震动而对轴封及传动系统的损坏问题,即叶轮在工作时的稳定性。那么叶轮转动的稳定首先要消除由于重力偏差而引起的震动。为了解决这个问题,我们考虑将叶轮的悬臂结构改为两端支撑结构,其优点是叶轮在工作时其进水口与动力输入轴始终处于同一轴心上,有利于叶轮的稳定转动,同时不仅保证了输入功率,而且减少了由于偏心转动对各传动部位的磨损而造成的水泵工况性能下降。

图2 新型离心泵结构示意图

为了实现叶轮两端支撑,我们对叶轮与泵轴进行了一体化设计。即泵轴、叶轮、出水口连为一个整体,由左右法兰盘直接固定泵壳上,这样就避免了由于叶轮自重而形成的偏心下垂,使叶轮在转动时的稳定性能得以提高,同时也提高了轴承的使用寿命。

4.2 密封形式上的改进设计

由于叶轮的偏心下重量使离心泵密封仓内的盘根或密封环磨损降低其密封性。为解决这个问题,我们采取了金属面贴合的密封形式。即以不同材质的金属作为密封环偶件,以两平面贴合实现密封,为保证其可靠性,我们在结构设计上对两平面施以压力,以保证两平面始终紧密接触而保证其密封性。此设计在样机进入施工现场试验时,经验证其密封性效果良好,而且省去了人工维护的工序。

4.3 叶轮结构的改进设计

传统的离心式水泵叶轮叶片面的结构设计均敞开式设计。这种设计在水泵运转中除了被叶轮片甩出的液体外,仍有一部分液体在向心力的作用下回旋于泵壳和叶轮腔内,而产生涡旋流,这种涡旋流所产生的力与叶轮排除的力作用相反,从而使叶轮产生振动。不仅影响了泵的运转稳定性,而且也会对泵量、扬程及功率等性能产生影响。

认识到上述问题后,我们对叶轮进行了全封闭设计,从而阻止了涡旋流的产生,提高了泵的工况性能。与同口径泵相比,不仅泵的工作稳定性得以提高,而且泵量、扬程泵功率等性能也有较大幅度的提高。性能对比(详见下表)。

类型项目 传统泵 新型泵 对比功率(kW) 30 30 相同通经(mm) 150 150 相同流量(m3) 180 320 +78%吸程(m) 7.8 8.3 基本相同效率(%) ≥50 >57 +1%扬程(m) 13 20 +54%

新型泵设计后经几次修改,已完成样机的制造。(见图片)其性能不仅通过了国家工业泵检测中心检测,而且在郑州市解放路铁路高架桥工程施工中得以成功试验。

图3 新型泵照片

5 总结

综上所述,我们认为新型泵设计与同类型同口径泵相比体现了以下几个方面的创新点:

(1)叶轮支撑形式上的创新;

(2)叶轮结构的创新;

(3)轴封密封结构的创新;

(4)大口径密封环的设计与创新,其口径达到260mm,属国内同类产品之最。

因此,该种创新型设计将会在离心泵的创新与使用上有着广阔的应用前景。

我国矿产综合利用设备再添利器

不久前,中国地质科学院矿产综合利用研究所从澳大利亚引进的自动矿物分析仪(MLA)安装到位,正式投入使用。

2010年3月,这套价值50万美元的仪器在中国地质科学院矿产综合利用研究所进行了试验验收,科技人员使用该设备对矿物磨片进行分析,迅速得出了试验数据。通过与以往仪器数据对比,该设备分析数据更加精确、快速,尤其擅长在矿石中自动查找含有稀有、稀散元素的贵金属矿物并解析,对光学显微镜难以区分或统计的萤石、磷灰石、铅锌氧化矿物等矿物的区分和解析效果更为显著。

自动矿物分析仪(M ineral Liberation Analyser,简称MLA)是目前世界上最先进的工艺矿物学参数自动定量分析测试系统,由于它能快速、准确地测定矿物组成及含量、元素赋存状态、产品磨矿粒度分布等工艺矿物学数据,可以实现对选矿厂工艺流程合理性的快速评估,为企业改进生产工艺、提高资源回收率提供技术依据。该仪器的投入使用,将使我国矿产综合利用装备迈入世界先进行列。

(来源:成都矿产综合利用研究所)

西探厂钻机抢险内蒙古塌方隧道

本刊讯,不久前位于内蒙古卓资县境内正在建设的新旗下营铁路隧道发生塌方事故,有10名作业工人被困。中铁某局携西安探矿机械厂生产制造的GL-6000型全液压多功能钻机进入事故现场参加抢险救援,发挥了很大的作用。

据了解,参加内蒙古铁路隧道发生塌方事故抢险的GL-6000型全液压多功能钻机,是陕西省地矿局西探厂去年通过局级鉴定的新产品,一投放市场,就受到广大用户的青睐和好评。该钻机具有的硬质合金回转钻进、螺旋钻进、潜孔钻进、跟管钻进、旋喷工程施工等多种钻进工艺方法,能够广泛用于隧道管棚支护、深基坑锚固、抗浮锚固、路基堤坝加固、地源热泵孔、水文水井、基桩施工及地质灾害治理等工程领域。

西安探矿机械厂生产制造的 GL-6000型全液压多功能钻机之所以能够参加这次抢险,在于该钻机技术先进,能够在空间比较狭窄的隧道里多角度钻进,机架和立柱均可90°旋转,在隧道内施工灵活性好、钻进效率高,并且可以在塌方造成高低不平的地段履带行走。

图2给出了复合地基模型试验中土压力盒的布置情况。试验共埋置了10个土压力盒，在桩顶平面上，桩顶中心、桩间土中心、模型桶边缘均设置土压力盒。同时，桩间土中心、模型桶边缘处20 cm、40 cm、60 cm深度均设置土压力盒，用于测定地基土受压时不同深度处桩间土、边缘土的影响。土压力盒直径16 mm，厚度4.2 mm。

河北石探钻杆救援王家岭矿难

本刊讯,不久前王家岭煤矿115名矿工成功获救,在这个奇迹的创造中,河北省地矿局石家庄探矿机械厂生产的Φ114外平摩擦焊钻杆为钻通救灾观察孔,确定井下被困人员的位置和营救争取了宝贵时间。

河北省地矿局石家庄探矿机械厂生产的钻杆及接头均采用高强度优质钢材,连接螺纹按照美国石油学会API标准或石油标准加工生产,经过特殊工艺处理后防粘扣性能良好。摩擦焊钻杆的焊缝严格按工艺要求进行热处理,加工后逐根进行磁粉探伤、超声波探伤等各种检测,保证了钻具的质量和性能。

目前,该厂生产的Φ89有细扣钻杆正在云南、贵州帮助灾区打井抗旱。

履带行走式泥浆泵在石煤机问世

本刊讯,由石家庄煤矿机械有限责任公司依靠自主创新研制成功的两台新型履带行走式泥浆泵车不久前用于青藏高原日喀则放射性矿产工程勘探作业。该泵车适用于高原等恶劣地质条件下及钻探设备搬运不便的地区使用,泵车上还可搭载800kg以内重物,能有效减轻工人劳动强度、提高作业效率。该项创新为钻探行业首次实现泥浆泵履带无轨行走开创了先河,填补了行业空白。

石煤机公司是有着五十多年专业生产钻探设备的企业,专业生产煤层气、地质、水源、石油等6大系列20多种型号的工程钻机及其配套泥浆泵10余种,泥浆泵曾两度走出国门。西藏日喀则地区海拔4400多米,施工地点属高原丘陵地带,但为保护地表植被,环保要求不允许开辟道路,而钻探作业时需经常移动设备,费时费力,增加了施工难度。石煤机公司根据用户要求,结合公司研发生产钻探设备的丰富经验以及履带式煤矿专用设备的生产经验,从设计到组装生产,只用了一个月的时间,就完成了履带行走式泥浆泵车的研制,并按期交付用户。该泵是把改进型NBB-250/6A泥浆泵固定在履带车底盘上,增设液压泵站,由液压马达驱动履带行走,液压泵站与泥浆泵共用一台电机,履带行走与泥浆泵工作通过离合器进行切换,通过车上的操纵手柄可使泵车行进,便于高原丘陵地带钻井作业时设备近距离井位的搬迁,能有效保护地表植被不遭受严重破坏,是一款实用、便捷、环保的新型钻探配套装备。经试验,泵车各项性能指标均达到设计使用要求,并顺利通过用户验收服务西部大开发建设。

(通讯员:杨颖敏)

天津滨海新区地热回灌技术获突破

将石油废井射孔改造为新近系地热井,建成一采两灌的地热开发系统,回灌能力达到100%。该项目的试验成功是天津市新近系孔隙型砂岩热储回灌工作取得的重大突破,这一国内领先技术2010年3月19日通过专家组验收。

天津市滨海新区东沽石油井改造地热资源保护工程具有创新意义,该工程由天津滨海世纪能源科技发展有限公司承担。项目在分析和研究三眼石油废井附近区域的地质构造、地热地质条件特征的基础上,收集和整理了三眼石油废井的有关技术资料,将三眼石油废井射孔改造为新近系地热井,建成一采两灌的地热开发系统,满足东沽宏苑小区的冬季供暖和生活用水需求。项目在2009～2010年供暖期进行了生产性回灌试验,最大回灌量每小时达63.79cm3,水位维持在67.4m,回灌能力达100%。

(选自:国土资源报)

中俄专家研讨矿产资源战略与规划

本刊讯,2010年5月17日,中俄矿产资源战略与规划研讨会在京召开,俄罗斯矿物原料和矿产利用经济研究所代表团参加了这次研讨会。

中俄两国都是矿产资源的资源大国、生产大国和贸易大国,有许多共性,同时,两国在矿产资源领域还具有较强的互补性。如何通过加深了解,促进两国加强在矿产资源勘查开发领域深化合作、互惠互利、共同发展,是中俄双方共同感兴趣的议题之一。为了应对国际金融危机的冲击,两国在矿产资源管理和研究领域积累了一定的理论与实践经验,值得相互学习借鉴。

在倡导低碳经济、转变经济发展方式的背景下,两国专家在会上共同研讨中俄矿产资源战略与规划等相关理论研究成果,探讨矿产资源供应导向与需求导向的双向调节机制、矿产资源勘查开发过程中利益分配关系、以及资源环境消耗补偿关系等一系列问题。中俄双方共9位专家作大会交流发言,分别从全球化背景下的矿物原料体系发展战略、中国矿产资源规划发展及特点、中国矿物原料基地发展动态、中俄矿产资源合作开发与地勘单位的跨国发展战略、制定矿产资源战略的若干理论依据与基本原则、2020年前地勘工作发展战略、中俄资源比较研究、矿物原料综合体发展战略阶段性的研究论证和国际矿业发展趋势与资源战略等9个方面展开探讨。同时,中俄双方专家还就借助上海经济合作组织平台推进两国在资源领域深化合作等进行了广泛而深入的交流。

《二十世纪中国化探》一书出版

本刊讯,《二十一世纪中国化探》一书不久前由地质出版社出版发行。该书约90万字,分专题综述和史料汇编两大部分。专题综述中有23个专题,分别介绍区域化探扫面、地化标准物质研制、成矿区带地化普查、矿区化探、金矿化探、隐伏矿地球化学勘查新探索、水地球化学、环境地球化学、气体地球化学、地热化探、勘查地球化学与基础地质、化探的测试分析技术等在20世纪所取得的成果,技术回顾和总结;史料汇编部分以编年史形式叙述50年勘查地球化学的组织机构、科技教育、仪器与分析测试、出版物、成果的史料。

电磁成像系统应用研究通过鉴定

不久前,由甘肃煤炭地质勘查院与长安大学联合开展的“电磁成像系统在煤矿地质灾害探测中的应用研究”课题,经过近5年的不懈努力,顺利通过甘肃省科学技术情报研究所鉴定。

据悉,该课题是甘肃省发改委2005年确立的省级产业技术研究与开发项目,由甘肃煤炭地质勘查院具体承担。课题研究中所运用的瞬变电磁法是一种经济、快速、信息丰富、分辨力较强的勘探方法,在地质勘查领域运用十分广泛。但是针对矿井地质灾害精细勘探等问题,常规电法解释手段仍受到很大限制。长期以来,矿区矿井突水、老(小)窑采空引发的积水、塌陷等事故频繁发生,造成了巨大的经济损失和人员伤亡,严重影响了矿井开发建设和正常生产。如何能较准确地圈定出这些地质灾害的边界范围,为矿区建设提供依据,成为各生产矿区亟须解决的问题。

该研究将理论和野外试验结合,选择不同矿井不良地质体进行电磁成像系统分析,提出了一套新的数据处理方法,即电磁数据成像合成技术,这项技术大大提高了对各类矿井地质灾害的探测精度,能够精确地反映地质灾害的分布形态、范围、大小、位置等,为地灾预防提供了重要依据,同时该技术还可降低经济损失,为矿井开发建设和综合治理提供重要保障。

鉴定委员会认为,该研究在同领域内处于领先地位。

(选自:国土资源报)

BPS声学定位系统通过鉴定

由中国石油东方地球物理公司西安物探装备分公司研制的BPS声学定位系统,不久前通过了陕西省工业和信息化厅组织的省级新产品鉴定。

海底电缆是一种投放在海底接收勘探数据的装置,施工中受到海流、潮汐、船速以及沉降速度的影响,很难准确地投放到预定位置上。而OBC位置漂移产生的误差,在资料处理中又无法通过静校正或动校正加以消除,使得地震资料的成像精度受到很大影响。BPS声学定位系统是将GPS定位和水声定位相结合的水下定位仪器,用来测定海底电缆或其他的海底目标物具体位置,可对水中检波器进行精确定位,从而可有效提高石油地震勘探的资料采集精度。BPS声学定位系统经用户近两年的现场试用,反映良好。

(选自:国土资源网2010年4月20日)

2010年4月12日)