煤矿离心泵的使用现状及发展方向

2011-08-15刘佳

科学之友 2011年9期

刘佳

（同煤集团燕子山矿，山西大同 037003）

随着煤矿工业的不断发展，对矿井各种机械设备的要求不断增加。越来越多的先进设备都已应用于我国的现代化矿井中，这些设备不仅为煤矿的安全生产带来了保障，还提高了煤矿的经济效益。离心泵作为输送水的一种转动设备，它的应用是非常广泛的，在水处理系统中几乎是不可缺少的设备。利用离心力输水的想法最早出现在列奥纳多达芬奇所作的草图中。1689年，法国物理学家帕潘发明了四叶片叶轮的蜗壳离心泵。但更接近于现代离心泵的，则是1818年在美国出现的具有径向直叶片、半开式双吸叶轮和蜗壳的所谓马萨诸塞泵。1851—1875年，带有导叶的多级离心泵相继被发明，使得发展高扬程离心泵成为可能。在现代煤矿中，离心泵不仅适用于煤矿的工业用水，还适用于居民生活的给排水。

1 离心泵的构造及工作原理

由于离心泵是一种重要的设备，而且它的运转要消耗大量的动力。为了合理、经济的选择和使用离心泵，就必须了解离心泵的构造和工作原理。

1.1 离心泵的构造

离心泵的基本结构是由叶轮、泵体、泵轴、轴承、密封环、轴封装置等6个部分组成。

（1）叶轮是离心泵的核心部分，它将驱动的机械能传给液体，并转变为液体静压能和动能的部件。它转速高，出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内、外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。

（2）泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。

（3）泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接将电动机的转距传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。

（4）轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用68#机油作为润滑剂，加油要适当，一般为油位视镜的2/3～3/4体积，油太多会发热，太少又有响声并发热；滑动轴承使用的是透明油作润滑剂，加油要加到油位线。油太多要沿泵轴渗出，太少轴承又要过热烧坏造成事故。

（5）密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低，间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。为了增加回流阻力，减少内漏，延缓叶轮和泵壳的使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外缘结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25～1.10 mm之间为宜。

（6）轴封装置可分为填料密封装置和机械密封装置。填料密封是依靠填料和轴（轴套）的外圆表面接触来实现密封的，填料密封是由填料箱（又称填料函）、填料、液封环、压盖、双头螺栓等组成。填料函主要由填料、水封环、填料筒、填料压盖、水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流到外面来，也不让外面的空气进入到泵内，始终保持水泵内的真空。机械密封是依靠一组密封端面形成的动密封。机械密封主要由动环、静环、密封圈、弹簧、传动座及固定销钉（键）组成。

1.2 离心泵的工作原理

离心泵主要是依靠叶轮的旋转而获取离心力的，之所以能把水送出去主要由于离心力的作用。当多级离心泵电机带动轴上的叶轮高速旋转时，叶片促使液体也很快旋转，充满在叶轮内的液体在离心力的作用下，液体形成了一个决定于泵腔形状的近似于等厚度的封闭圆环，从叶轮中心沿着叶片间的流道甩向叶轮的四周，泵内的液体被抛出后，叶轮的中心部分便形成真空区域，由于液体受到叶片的作用，使压力和速度同时增加，经过导壳的流道而被引向次一级的叶轮，这样，逐次地流过所有的叶轮和导壳，进一步使液体的压力能量增加。将每个叶轮逐级叠加之后，就能获得一定扬程，这样循环运行就可以实现连续输送液体。

2 离心泵在煤矿工业方面的使用情况

在煤矿工业生产中，离心泵起着很重要的作用。它不仅能给煤矿井下的综采队、机掘队、准备区、防尘区、通风区等工作单位输送水，而且当井下发生漏水事故时，还能及时的将废水排出井外。泵的种类很多，按工作叶轮数目可分为单级泵和多级泵；按工作压力可分为低压泵、中压泵和高压泵；按叶轮进水方式可分为单侧进水式泵和双侧进水式泵；按泵壳结合缝形式可分为水平中开式泵和垂直结合面泵；按泵轴位置可分为卧式泵和立式泵；按叶轮出来的水引向压出室的方式可分为蜗壳泵和导叶泵。

笔者以河北保定亨通泵业制造有限公司制造的ISG、ISZ型系列单级、单吸管道离心泵、直联离心泵为例，具体分析煤矿现使用离心泵的情况。

单吸式离心泵叶轮只在一侧有吸入口，这种泵的流量为4.5～300 m3/h，扬程为8～150 m；双吸式离心泵液体从叶轮两侧同时进入叶轮，该泵适用于大流量泵，其抗气蚀性能较好。ISG、ISZ型系列单级、单吸管道离心泵、直联离心泵，采用IS型泵的性能参数，并加以改进，发展，组合而成。该产品具有高效节能、噪声低、性能稳定、维护方便等优点，是IS型泵的理想更新换代产品。ISG型立式管道离心泵，供输送清水及物理、化学性质类似于清水的其他液体之用，特别适用于煤矿工业井下生产，使用温度T<80℃。该离心泵在工作前，泵体和进水管必须灌满水形成真空状态，当叶轮快速转动时，叶片促使水很快旋转，旋转着的水在离心力的作用下从叶轮中飞出去，泵内的水被抛出后，叶轮的中心部分形成真空区域。水源的水在大气压力（或水压）的作用下通过管网压到了进水管内。这样循环，就可以实现连续抽水。在此需要注意的是离心泵启动前一定要向泵壳内充满水以后启动，否则将造成泵体发热、震动、出水量减少，对水泵造成损坏（简称“气蚀”）造成设备事故。

3 离心泵在煤矿居民生活用水方面的使用情况

离心泵不仅适用于工业用水，而且还适用于城市给排水、高层增压送水、园林喷灌、冷暖水循环增压及设备配套等。现主要以离心泵在煤矿居民生活供水中的使用情况为例，具体介绍一下IR·RS型热水离心泵。

RS型热水离心泵：采用加长联轴器；采用爪型联轴器。该泵的泵体和泵盖部分，是从叶轮背面处剖分的，即通常所说的后开门式，其优点是检修方便，检修时不动泵体、吸入管路、排出管路和电动机，检修时只需拆下加长联轴器的中间联接件，就可以退出转子部件进行检修。泵体和泵盖构成泵的工作室，叶轮、轴和滚动轴承等是泵的转子，悬架轴承部件支承着泵的转子部件，滚动轴承承受着径向力和轴向力。为了平衡轴向力，大多数泵的叶轮前、后均设有密封环，并在叶轮后盖板上设有平衡孔，由于有些泵的轴向力不大，叶轮背面未设有密封环和平衡孔。泵盖与水冷室盖组成水冷室，用于可靠地冷却填料、轴及阻止热量向轴承传递，使泵输送介质在不超过150℃的情况下，以优良的性能工作。泵的轴向密封是由填料压盖、填料环和填料等组成，以防止进气或大量漏水。泵的叶轮如有平衡孔，则软填料的空腔与叶轮的吸入口相通，若叶轮入口处液体处于真空状态，则很容易沿轴表面进气，故在填料腔内装有填料环，通过外接冷却水源，从泵盖上3/8″胶管接头引冷却水进入冷室内，把水冷室内压力水引至填料环进行密封，并从泵盖上另一3/8″胶管接头流出带有热量的冷却水。在冷却水出水管路上需装一闸阀，用来控制冷却水的流量及水冷室内的压力，一般要求水冷室内水的水压保持在1.5 kg/cm2≤Pg≤3.5 kg/cm2，泵的叶轮如没有平衡孔，则叶轮背面液体处压力大于大气压，故不存在漏气问题。为避免轴磨损，在轴通过填料腔的部位装有轴套保护，轴套与轴之间装有O型密封圈，以防沿着配合表面进气或漏水。该泵适用于输送温度低于150℃的清水及物理、化学性质类似水的介质，输送液体不应含有体积超过1%和粒度大于0.2 mm的固体杂质。