浅论浆体输送用容积式泵的特点及适用条件

李 松， 高 峰， 戴海旭

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

浅论浆体输送用容积式泵的特点及适用条件

李 松， 高 峰， 戴海旭

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

本文论述了容积式泵的原理、特点及主要泵型，说明了不同泵型的适用条件。

浆体输送； 高压； 容积式泵

0 引言

加压泵是浆体输送系统的核心组成部分，相当于人的心脏，提供源源不断的动力，将矿浆通过矿浆管道送往目的地。对于低压输送系统，离心泵是较好的泵型，应用也最广泛。但对于高压输送系统，容积式泵则是最优先的选择。

容积式泵(positive displacement pump)是通过活塞、柱塞、浮球、隔膜等工作件在泵体内作往复运动，或者通过齿轮、螺杆、叶形转子或滑片等在泵体内做回转运动，使泵体内若干个工作腔的容积周期性地变化，从而交替地吸入和排出液体的一种泵，属往复式泵类。

工作元件作往复运动的容积式泵简称为往复泵，作回转运动的简称为回转泵。前者的吸入和排出过程在同一泵缸内交替进行，并由吸入阀和排出阀加以控制；后者则是通过齿轮、螺杆、叶形转子或滑片等工作元件的旋转作用，迫使液体从吸入侧转移到排出侧。

容积式泵分类见表1[1]。

表1 容积式泵分类表

本文针对浆体输送用容积式泵常规分类方法——按活塞形式分类加以论述。

1 容积式泵的特点

(1)容积式泵相对离心泵来说，最大的优点是输出压力很高，国产容积式泵最大标定输出压力大多不超过10 MPa，国外产品则已高达25 MPa。容积式泵实际使用压力稍低，国内制造厂家限定工作压力为出厂标定压力的80%以下。

(2)容积式泵Q- H性能曲线接近平行于H坐标的直线，即流量随压力变化甚微，对缸径、冲程和冲次已确定的某种泵型，其流量基本为定值，适宜于恒定流量的输送[2]。

(3)容积式泵效率很高，一般都为85%～95%。功率消耗较低，运行费用较低[3]。

(4)容积式泵结构复杂、体积庞大、价格昂贵、维护管理要求高，影响其在更广泛领域内使用。

(5)容积式泵对输送物料要求较严，一般只能输送粒度小于2 mm的物料浆体，不同磨蚀性浆体，要求选择不同形式的泵，油隔离泵和活塞泵只能用于磨蚀性较低的浆体输送系统，柱塞泵和隔膜泵可以用于磨蚀性相对较髙的浆体输送系统。

(6)容积式泵一般都要求一定灌入压力，油隔离泵需要2～3 m静水压，其它泵型要求更高，常用0.2～0.3 MPa灌入压力。

(7)除活塞泵外，其它泵型都要求采取使浆体不与泵的运动部件直接接触的隔离措施。油隔离泵是以油介质隔离活塞与浆体接触，隔膜泵是以特制橡胶隔膜为隔离体，柱塞泵则以压力清水冲洗柱塞的方式使柱塞与浆体脱离接触。

(8)基于容积式泵的工作模式，其排出端通常须设置稳压、减震和安全装置，以保证输送泵出口压力、流量的尽可能稳定，从而保证整个系统的稳定安全运行。目前常在隔膜泵压出端采用带压力开关和充氮的缓冲器作为稳压安全措施。

(9)容积式泵的流量范围相对较窄。由于受缸径、冲程和冲次的限制，流量过大会引起泵的造价增加和磨蚀率上升。目前国际上生产的隔膜泵流量可以达到850 m3/h，但大流量隔膜泵推荐用于中低磨蚀性浆体输送系统。

(10)容积式泵的动力端都有庞大的减速机构，故每台泵占地面积大，泵站建筑体积大。但对整个输送系统，由于泵站少，总的占地面积相应比较小。

2 容积式泵主要类型

2.1 活塞泵

国产活塞泵液力端形式主要有二缸单作用和双缸双作用两种类型，三缸单作用泵易损件比双缸双作用泵少，按活塞缸摆置方向又有卧式和立式之分。此泵应用范围主要是油田、煤矿、水利施工等行业用于灌注水泥、泥浆及钻扦套管试压等，在浆体输送中未普遍采用。

2.2 油(水)隔离泵

油隔离泵是在双缸双作用活塞泵的基础上发展成的。为防止浆体进入活塞缸内，在活塞泵体进出口分别加设四个油隔离罐，而派生的一种新型活塞泵。自20世纪70年代由日本引进以来，经消化移植和改进完善，形成具有我国特点的浆体泵[4]。

水隔离泵(也称球隔离泵)是我国开发的一种以离心水泵作为动力的新型泵。离心水泵出口管与水隔离泵罐体一端相连，运行时，高压水推动罐体内的浮球来压送浆体，进而将浆体挤出罐体进入输送管道。水隔离泵及配套的水泵各部件均通过微机控制。

2.3 柱塞泵

柱塞泵均为单作用正排式，国内生产的三柱塞和五柱塞两类产品，较广泛地用于高压高粘度浆体的灌注、水力喷砂、油田压裂、井口试压等作业，近年开始在尾矿、灰渣管道输送系统中采用，效果尚好。国外在铜、铁精矿输送管道工程中，运用柱塞泵最为普遍，柱塞泵由于采用了特殊设计的喷水装置，可以防止固体颗粒进入柱塞密封圈，大大延长了易损件寿命，故对高浓度高磨蚀性浆体有较好的适应性[5]。

2.4 隔膜泵

隔膜泵是在往复活塞泵的基础上发展起来的，其特点是用橡胶隔膜将输送的浆体与泵的缸套、活塞等运动部件分离开来，使运动部件不与浆体接触，而在清洁的油或水中工作，以提高易损件寿命。隔膜泵解决了普通活塞泵不能适应高磨蚀率浆体输送问题，且具有比柱塞泵输送流量更大的优势。

2.5 螺杆泵

目前国内在煤浆的输送中使用EFP型、EFN型单螺杆泵和MB型、MBT型双螺杆泵。EFP型、EFN型单螺杆泵属于转子型容积泵，MB型、MBT型双螺杆泵属于回转式容积泵。容积式泵具有流量稳定、振动小、噪音低、结构紧凑等优点，适用于粘度高、浓度大的浆体输送。

3 各种泵型的适用条件

对于高压矿浆输送系统，只能采用柱塞泵、活塞泵、油(水)隔离泵或隔膜泵等容积式泵型。

浆体柱塞泵在国外作为长距离浆体管道输送的主要输送用泵，应用时间较长，对于高压、小流量的输送系统成为符合要求的“标配”设备，是压力在6.4 MPa以上，流量在120 m3/h以下的浆体输送优先选用的泵型。这种泵虽然具有效率高、压力高、运行可靠等特点，但结构较复杂，维护较困难，进出口阀和喷水环寿命不长，流量不足等，在中低压大流量输送系统中很少采用。

活塞泵与柱塞泵的压力范围大致相当，流量可稍大一些。活塞泵一般不需要喷水冲洗系统。国内活塞泵用于浆体输送的还不多，国外多用于输煤浆和石灰石浆。

油隔离泵比活塞泵多设了油罐等设施，这就能大大减少颗粒进入活塞缸内，延长泵的使用寿命。其缺点在于油浆易于混合，要损失不少的油料。另外，对于比重与油差不多或等于油的浆体则无法形成油浆界面，不能采用此泵输送，随着技术进步和机械设计改进，该泵型逐渐被隔膜泵替代。

水隔离泵泵组较单台离心泵复杂且维修量大，故在低于1 MPa的低压输送系统中使用不如离心泵经济，在高于1.6 MPa～4.0 MPa的中压系统中则较复杂的柱塞泵、活塞泵和油隔离泵要经济。该泵在使用过程中浮球磨损，与罐体之间的缝隙增大，耗水量也会有明显增加，对矿浆浓度敏感或对耗水量有要求的浆体输送应慎重选用。

隔膜泵与活塞泵相比，主要多了隔膜室，能够有效防止固体颗粒进入缸体，延长了泵体的使用寿命。其易损件主要为进出口阀门以及橡胶隔膜，维修也较少，只需定期更换即可，运行可靠度超过95%，单台流量可达500 m3/h，逐渐成为高压力、大流量浆体输送的主流泵型。

4 结语

一般来说，由于各种类型的容积式泵都有其不同的特点，其结构、功能和工作方式各有不同，因此应根据不同的矿浆输送条件来选择适合的泵型。

随着科技进步、机械加工制造水平的不断提升，将会有更多的适应于不同条件的容积式泵出现。

[1] 钱桂华，曹晰.浆体管道输送设备使用选型手册[M].北京：冶金工业出版社，1995.

[2] 徐君，徐建勇，齐继宝，等．植保机械用容积式泵工作性能测试系统方案设计[J]．浙江农业学报，2013，25(5)：1114-1118．

[3] 蒋姣丽．测定容积式泵容积效率的方法比较[J]．现代农业装备，2012，(4)：56-57．

[4] 尾矿设施设计参考资料编写组.尾矿设施设计参考资料[M].北京：冶金工业出版社，1980.

[5] 付永领，李祝锋，祁晓野，等.轴向柱塞式电液泵能量转化效率研究[J].机械工程学报，2014，50(14)：204-212.

The Characteristics and Applicable Conditions of Positive Displacement Pump for Slurry Transportation

LI Song， GAO Feng， DAI Hai-xu

This paper discusses the principle, characteristics and main types of positive displacement pump, introduces the applicable conditions of different types of positive displacement pump.

slurry transportation； high pressure； positive displacement pump

2014-12-06

李松(1981-)，男，湖北竹山人，工程师，大学本科，主要从事尾矿设施设计工作。

TH38

B

1003-8884(2015)01-0004-03