淺談長(zhǎng)距離輸煤管道輸送泵的選用

馬鴻森

陜西神渭煤炭管道運(yùn)輸有限責(zé)任公司 陜西 西安 710016

引言

管道輸煤是適合我國(guó)國(guó)情的新型煤炭運(yùn)輸方式,而漿體管道輸送泵是管道運(yùn)輸工程的核心設(shè)備。

1 離心泵和柱塞泵

1.1 離心泵 離心泵排出流量大,但對(duì)漿體的重量濃度有一定要求。其輸送揚(yáng)程過(guò)低,一般在100m～150m,只能適用于短距離輸送。采用離心泵輸送需要離心泵串聯(lián)使用,這在很大程度上影響了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性,增加了故障點(diǎn)。另外,由于離心泵是靠葉輪高速旋轉(zhuǎn)通過(guò)離心作用提供泵輸壓力,而煤的顆粒硬度低,葉輪高速旋轉(zhuǎn)將對(duì)漿體中的固體顆粒產(chǎn)生細(xì)化現(xiàn)象,改變漿體流變性能,影響輸送安全性和可靠性,也會(huì)嚴(yán)重磨損泵葉、泵殼,降低泵的工作效率,加大更換泵葉及配件的頻繁程度,而且離心泵本身效率只有70%～75%。故離心泵并不適用于長(zhǎng)距離輸煤管道。

1.2 柱塞泵 柱塞泵屬于往復(fù)式容積泵的一種,通常用于中長(zhǎng)距離漿體管道輸送。目前,由德國(guó)開(kāi)發(fā)的雙柱塞泵已廣泛用于我國(guó)金屬、非金屬尾礦壩的輸送和煤礦井下充填。這種柱塞泵采用油壓傳動(dòng),兩個(gè)缸組為一組,即一個(gè)排出,一個(gè)缸同時(shí)吸入輸送的漿體,間歇式輪流做功。可以輸送濃度較高的粗顆粒漿體,受濃度和顆粒限制性小,最大輸送顆粒可達(dá)15mm,工作壓力可達(dá)15MPa。它的缺點(diǎn)是活塞同輸送漿體直接接觸,對(duì)活塞的磨損嚴(yán)重。由于其單缸的容積有限,因此輸送流量受到限制。同時(shí),雙柱塞泵的喂料是通過(guò)一個(gè)緩沖槽體,泵站接力輸送技術(shù)還不成熟。

2 隔膜泵

2.1 往復(fù)式活塞隔膜泵 隔膜泵也屬于往復(fù)式容積泵。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是借助隔膜將被輸?shù)V漿與活塞和缸體隔開(kāi),以保護(hù)活塞和缸體。當(dāng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí),迫使隔膜交替向兩側(cè)彎曲,將被輸?shù)V漿吸入和排出。彈性隔膜系采用耐腐蝕橡膠制成。神渭管道輸煤項(xiàng)目選用的隔膜泵的容積效率在90%以上,壓力可達(dá)13MPa,流量可達(dá)385m3/h。由于隔膜泵是通過(guò)隔膜將輸送介質(zhì)同活塞隔離開(kāi),這樣可以保證輸送漿體在通過(guò)輸送泵時(shí)性質(zhì)不發(fā)生改變,有效提高了漿體輸送的穩(wěn)定性。使用隔膜泵進(jìn)行接力輸送時(shí),只需要預(yù)留0.35MPa～2MPa壓力作為泵的入口壓力,便可以打開(kāi)泵的入口閥門(mén)達(dá)到接力輸送的目的。目前,隔膜泵技術(shù)已經(jīng)非常成熟,在很多領(lǐng)域的礦漿輸送都有應(yīng)用,特別是在漿體長(zhǎng)距離輸送領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。該類(lèi)型泵的設(shè)計(jì)、制造涉及機(jī)械、電子、液壓、橡膠等多學(xué)科技術(shù)。同時(shí),隔膜泵是所在工藝系統(tǒng)的心臟設(shè)備,對(duì)其運(yùn)行的可靠性有很高的要求。目前只有荷蘭、中國(guó)、德國(guó)等少數(shù)國(guó)家生產(chǎn)制造,進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格昂貴。

2.2 工作原理 往復(fù)式活塞隔膜泵的工作原理如圖1所示,電機(jī)通過(guò)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)曲軸、連桿、十字頭使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng),帶動(dòng)活塞進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。當(dāng)活塞向左運(yùn)動(dòng)時(shí),活塞帶動(dòng)液壓油將隔膜室中橡膠隔膜拉到左方向,使隔膜室工作腔體積增大,同時(shí)出料閥關(guān)閉,待輸送的料漿借助喂料壓力打開(kāi)進(jìn)料閥,進(jìn)入并充滿隔膜室。當(dāng)活塞向右運(yùn)動(dòng)時(shí),關(guān)閉進(jìn)料閥,活塞推動(dòng)液壓油將隔膜室中橡膠隔膜推向右方向,并借助壓力開(kāi)啟出料閥,將料漿輸送到管道。由于礦漿不接觸活塞等運(yùn)動(dòng)部件,避免了這些部件的磨蝕,減少了維修次數(shù)和運(yùn)行成本。同時(shí),通過(guò)設(shè)置靈敏、可靠的自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng),保證了橡膠隔膜的長(zhǎng)使用壽命。往復(fù)式活塞隔膜泵一般有3個(gè)隔膜室,每個(gè)隔膜室的起始排料相位相隔120°,可使礦漿輸送量均勻。以上優(yōu)點(diǎn)使往復(fù)式活塞隔膜泵成為煤漿管道化輸送的理想設(shè)備。

2.3 運(yùn)行規(guī)律 往復(fù)式活塞隔膜泵為并聯(lián)運(yùn)行,所以要求系統(tǒng)運(yùn)行的所有活塞在一個(gè)周期內(nèi)交替運(yùn)行(如果系統(tǒng)有6臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行,即有18個(gè)活塞在一個(gè)系統(tǒng)中,如圖2所示,要求18個(gè)活塞在一個(gè)周期內(nèi)交替運(yùn)行)。對(duì)于1臺(tái)泵,具有3個(gè)活塞,即每個(gè)活塞交替運(yùn)行相差120°,如果6臺(tái)泵的18個(gè)活塞要交替運(yùn)行,在一個(gè)泵系統(tǒng),活塞交替運(yùn)行相差為120°/6＝20°。即活塞運(yùn)行一個(gè)周期整體運(yùn)行順序?yàn)椋?1,21,31,41,51,61,12,22,32,42,52,62,13,23,33,43,53,63,且活塞交替運(yùn)行周期為20°(曲軸轉(zhuǎn)一圈為360°)。

圖1 往復(fù)式活塞隔膜泵工作原理圖

圖2 泵系統(tǒng)示意圖

往復(fù)式活塞隔膜泵的流量與排出壓力并無(wú)直接關(guān)系,只與活塞的面積、行程和往復(fù)次數(shù)有關(guān),因此,在任何排出壓力下其流量基本不變。其流量的調(diào)節(jié),理論上可通過(guò)改變活塞的截面積、沖程和沖程次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn),但是活塞截面積與沖程兩個(gè)因素為泵的固有參數(shù),無(wú)法調(diào)節(jié)。因此,可以通過(guò)改變沖程次數(shù)進(jìn)行流量調(diào)節(jié)。即通過(guò)改變電機(jī)頻率調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速,從而調(diào)節(jié)曲軸轉(zhuǎn)速,改變沖程次數(shù),達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。如6臺(tái)泵組成的泵系統(tǒng),由6套變頻器分別拖動(dòng)1臺(tái)活塞泵,具體啟動(dòng)運(yùn)行方式為：①變頻器做好啟動(dòng)前的準(zhǔn)備工作；②上位控制機(jī)給出啟動(dòng)命令,6臺(tái)變頻器依照命令時(shí)序相繼啟動(dòng)；③上位控制機(jī)分別給出運(yùn)行頻率,系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行后再給出下個(gè)運(yùn)行頻率。以此邏輯,變頻器在交替加速－穩(wěn)定－交替加速－穩(wěn)定,逐漸將頻率上升到所需工況。可以通過(guò)上位控制機(jī)再給出加速命令的時(shí)序的改變,來(lái)調(diào)整變頻器穩(wěn)定頻率后之間的運(yùn)行時(shí)序,從而達(dá)到隔膜泵系統(tǒng)活塞交替運(yùn)行的目的。

結(jié)語(yǔ)

目前,在漿體管道輸送工程中,輸送泵的選擇類(lèi)型主要是往復(fù)式活塞隔膜泵。往復(fù)式活塞隔膜泵可以實(shí)現(xiàn)物料輸送的大流量、高壓力。其主要優(yōu)點(diǎn)是利用隔膜將被輸送煤漿與活塞缸隔開(kāi),使活塞等動(dòng)力端部件得以保護(hù),同時(shí)也減少了對(duì)輸送煤漿的污染。這種隔膜的設(shè)計(jì)可以有效提高輸送泵的運(yùn)行壽命。