渣浆泵与管道的匹配浅析

魏欲晓

北京华宇工程有限公司平顶山分公司，河南平顶山 467002

渣浆泵与管道的匹配浅析

魏欲晓

北京华宇工程有限公司平顶山分公司，河南平顶山 467002

本文阐明了输送渣浆管道特性与渣浆泵特性的关系，当选定泵扬程高于管道实际扬程太多时，会导致泵发生汽蚀和寿命大幅度下降，提醒设计者在选泵之前，首先要深入了解渣浆泵的汽蚀特点和最佳阻力损失的计算方法，说明如果渣浆泵能采取无极调速控制则能与输送管路更好地匹配。

渣浆泵；汽蚀；管道阻力

在渣浆泵设计及泵改造过程中，经常会遇见选择渣浆泵和输送管道阻力计算的问题，在计算时，如选择的阻力系数偏大，渣浆在管道内的流速不合理，因此得到的管道阻力比实际大，造成泵的扬程高于实际管道阻力过多，实际流量有可能大于泵的临界流量，使泵发生汽蚀，导致运行不稳定或发生事故。

1 泵特性曲线与管道特性曲线的关系

泵的特性曲线有Q-H曲线和Q-△hr曲线[1]，如图1，这两条特性曲线由泵实际测试得到，在选泵时是由厂家提供，管道系统也有Q-Hm曲线和Q-△hr，曲线，这两条曲线是管道设计时由计算确定的，即：

式中：

Hm为输送渣浆时，管道装置的扬程，m；

Hj为进料池液面至管道出口的垂直高度，m；

Σξ为局部阻力系数的总和；

λ为输送渣浆时管道的沿程阻力系数；

L为管道当量长度，m；

D为管道内径，m；

g为重力加速度，m/s2；

V为管内流速，m/s；

△ha为有效汽蚀余量，m；

Pa为大气压力，Pa；

Pv为载体汽化压力，m；

Sm为渣浆密度，t/m3；

Hg为进料池液面至泵轴中心之间的距离，m；Hw为吸入管道中的总损失，m。

图1 管道特性与泵特性的关系

曲线Q-Hm与Q-H的交点是泵在运行时的工作点，如图1中 m点，曲线Q-△ha与Q-△hr的交点，是系统的临界汽蚀点。因此，Qd就是临界流量。在一定的吸入装置情况下，要保证泵在运行时不发生汽蚀，则必需使流量Qm小于Qd，此外泵在小流量运行时会使泵内水温升高，使Pv增加，相应△ha就降低了，所以还必须使Qm＞Qmin，只有Qd＞Qm＞Qmin才安全。也就是说要使泵不发生汽蚀必须使有效汽蚀余量大于必需汽蚀余量。

2 管路与泵匹配不当导致的后果

1）如果渣浆泵能调速，则当出现图2所示的流量偏移时，可以使泵的转速由n2降到n1，实际流量为要求的流量Qm1；

2）由于选择泵时留有扬程余量，泵有一定磨损之后转速仍能满足设计流量的要求。如果不能调速，则泵在运行初期实际流量将大于设计流量(图3中Qm1（Qm2）>Qm)，此时，为了使泵不至于抽空影响正常运转，只好采取加水的方法，其缺点是：

（1）浪费水；

（2）浪费输送水的能源；

1）当实际管径大于临界管径时，实际流速将小于临界流速，这时实际输送流量将出现波动，甚至出现堵管事故;而当实际管径过小，实际流速过高时，水头损失及管壁磨损都要相应增加，既浪费能源又降低了管道的使用寿命。如果渣浆泵型号已确定，当输送管径过小时，由于水头损失增大，只能提高渣浆泵的转速以增大泵的扬程，否则输送流量减小。例如山东某氧化铝厂赤泥浆输送系统，采用80ZJ型渣浆泵，管道直径为DN125，由于管径过小，输送流量仅为80m3/h，需要同时开二台泵，而如果采用DN150的管道，输送流量可以达到135m3/h，只需开一台就可以了；

2）如图2所示， 用计算的方法来确定管道扬程时，不可避免地要与实际扬程出现差异，如果我们选取的公式不当就有可能出现图2的情况，图中A1线为管道实际扬程曲线，A2为计算管道的扬程曲线，A2线比A1陡，说明计算管道扬程偏大，另外在选泵时，还要加一个扬程余量δH，以便使泵运行一段时间后（即泵有一定的磨损后），仍能正常运行。这样就会有下述情况，在设计流量Qm时，实际管道扬程为Hm，本应选泵Q-H曲线（转速为n1时曲线）过m点，由于计算误差（ Hm1- Hm），并又加了一个扬程余量δH，使所选泵的Q-H曲线移到了转速为n2的曲线[2]。这时，泵的实际输送流量偏移到Qm2，给泵造成以下不利结果：

（1）功率加大，易引起电机超负荷；

（2）当Qm2＞Qd时，泵可能发生汽蚀；

（3）在非额定工况下，泵的寿命与转速成反比；

（4）泵抽空而不能正常运行。

综上所述，我们在管道系统设计中，计算管道汽蚀余量△he时，不能只计算设计流量Qm1点，而是应该计算偏移后的流量Qm2点，使该流量点的管道汽蚀余量满足下式要求：

△he=△hr＋0.5（3）

3 采取调速控制使渣浆泵与管路实现最佳匹配

图2

图3

（3）如果水资源紧张需要回水的话，则还将增加回水设施和能源消耗；

（4）加快泵和管道的磨损，降低使用寿命。

如果泵能调速，初期采用速度n2，满足设计流量Qm的要求，随着泵的磨损程度的增加，再将泵的转速由n2逐步提高到n1。

3）对具体工况而言，要求的输送流量并不是固定不变的，受各种因素的影响，要求的输送流量会有一定的波动。如果不能调速，则设计时只能按最大流量来选择泵的转速，而实际流量较小时就采取加水的方法，从而降低泵的使用寿命并造成浪费。如果泵能调速，则可以通过不断改变泵的转速的方法来适应实际流量波动的要求。

4 结论

1）管路Q-H曲线与泵Q-H曲线的交点所对应的流量是泵的实际运行流量；管路Q-△ha曲线与泵Q-△hr曲线交点所对应的流量，是泵和管路组成的输送系统的临界汽蚀流量，泵的实际运行流量必须小于系统的临界汽蚀余量，大于最小流量，即Qmin＜Qm＜Qd，且实际运行处的管道汽蚀余量一定要大于泵的必需汽蚀余量，即：△he=△hr＋0.5；

2）随着变频调速等调速装置的发展和应用的普及，渣浆泵应尽可能采取无极调速控制，特别是对于实际输送量经常有波动或波动量较大的输送系统。它既能克服由于泵的磨损带来的一些问题，也能节约能源并延长泵的使用寿命。

[1]关醒凡.泵的理论与设计[M].北京：机械工业出版社，1987.

[2]何希杰.渣浆泵工作原理和设计方法[J].流体机械，1994(9).

TH3

A

1674-6708（2010）33-0084-02

魏欲晓，高级工程师，工作单位：北京华宇工程有限公司