李 松， 高 峰， 戴海旭

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

淺論漿體輸送用容積式泵的特點(diǎn)及適用條件

李 松， 高 峰， 戴海旭

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

本文論述了容積式泵的原理、特點(diǎn)及主要泵型，說明了不同泵型的適用條件。

漿體輸送； 高壓； 容積式泵

0 引言

加壓泵是漿體輸送系統(tǒng)的核心組成部分，相當(dāng)于人的心臟，提供源源不斷的動力，將礦漿通過礦漿管道送往目的地。對于低壓輸送系統(tǒng)，離心泵是較好的泵型，應(yīng)用也最廣泛。但對于高壓輸送系統(tǒng)，容積式泵則是最優(yōu)先的選擇。

容積式泵(positive displacement pump)是通過活塞、柱塞、浮球、隔膜等工作件在泵體內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動，或者通過齒輪、螺桿、葉形轉(zhuǎn)子或滑片等在泵體內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，使泵體內(nèi)若干個(gè)工作腔的容積周期性地變化，從而交替地吸入和排出液體的一種泵，屬往復(fù)式泵類。

工作元件作往復(fù)運(yùn)動的容積式泵簡稱為往復(fù)泵，作回轉(zhuǎn)運(yùn)動的簡稱為回轉(zhuǎn)泵。前者的吸入和排出過程在同一泵缸內(nèi)交替進(jìn)行，并由吸入閥和排出閥加以控制；后者則是通過齒輪、螺桿、葉形轉(zhuǎn)子或滑片等工作元件的旋轉(zhuǎn)作用，迫使液體從吸入側(cè)轉(zhuǎn)移到排出側(cè)。

容積式泵分類見表1[1]。

表1 容積式泵分類表

本文針對漿體輸送用容積式泵常規(guī)分類方法——按活塞形式分類加以論述。

1 容積式泵的特點(diǎn)

(1)容積式泵相對離心泵來說，最大的優(yōu)點(diǎn)是輸出壓力很高，國產(chǎn)容積式泵最大標(biāo)定輸出壓力大多不超過10 MPa，國外產(chǎn)品則已高達(dá)25 MPa。容積式泵實(shí)際使用壓力稍低，國內(nèi)制造廠家限定工作壓力為出廠標(biāo)定壓力的80%以下。

(2)容積式泵Q- H性能曲線接近平行于H坐標(biāo)的直線，即流量隨壓力變化甚微，對缸徑、沖程和沖次已確定的某種泵型，其流量基本為定值，適宜于恒定流量的輸送[2]。

(3)容積式泵效率很高，一般都為85%～95%。功率消耗較低，運(yùn)行費(fèi)用較低[3]。

(4)容積式泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積龐大、價(jià)格昂貴、維護(hù)管理要求高，影響其在更廣泛領(lǐng)域內(nèi)使用。

(5)容積式泵對輸送物料要求較嚴(yán)，一般只能輸送粒度小于2 mm的物料漿體，不同磨蝕性漿體，要求選擇不同形式的泵，油隔離泵和活塞泵只能用于磨蝕性較低的漿體輸送系統(tǒng)，柱塞泵和隔膜泵可以用于磨蝕性相對較髙的漿體輸送系統(tǒng)。

(6)容積式泵一般都要求一定灌入壓力，油隔離泵需要2～3 m靜水壓，其它泵型要求更高，常用0.2～0.3 MPa灌入壓力。

(7)除活塞泵外，其它泵型都要求采取使?jié){體不與泵的運(yùn)動部件直接接觸的隔離措施。油隔離泵是以油介質(zhì)隔離活塞與漿體接觸，隔膜泵是以特制橡膠隔膜為隔離體，柱塞泵則以壓力清水沖洗柱塞的方式使柱塞與漿體脫離接觸。

(8)基于容積式泵的工作模式，其排出端通常須設(shè)置穩(wěn)壓、減震和安全裝置，以保證輸送泵出口壓力、流量的盡可能穩(wěn)定，從而保證整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定安全運(yùn)行。目前常在隔膜泵壓出端采用帶壓力開關(guān)和充氮的緩沖器作為穩(wěn)壓安全措施。

(9)容積式泵的流量范圍相對較窄。由于受缸徑、沖程和沖次的限制，流量過大會引起泵的造價(jià)增加和磨蝕率上升。目前國際上生產(chǎn)的隔膜泵流量可以達(dá)到850 m3/h，但大流量隔膜泵推薦用于中低磨蝕性漿體輸送系統(tǒng)。

(10)容積式泵的動力端都有龐大的減速機(jī)構(gòu)，故每臺泵占地面積大，泵站建筑體積大。但對整個(gè)輸送系統(tǒng)，由于泵站少，總的占地面積相應(yīng)比較小。

2 容積式泵主要類型

2.1 活塞泵

國產(chǎn)活塞泵液力端形式主要有二缸單作用和雙缸雙作用兩種類型，三缸單作用泵易損件比雙缸雙作用泵少，按活塞缸擺置方向又有臥式和立式之分。此泵應(yīng)用范圍主要是油田、煤礦、水利施工等行業(yè)用于灌注水泥、泥漿及鉆扦套管試壓等，在漿體輸送中未普遍采用。

2.2 油(水)隔離泵

油隔離泵是在雙缸雙作用活塞泵的基礎(chǔ)上發(fā)展成的。為防止?jié){體進(jìn)入活塞缸內(nèi)，在活塞泵體進(jìn)出口分別加設(shè)四個(gè)油隔離罐，而派生的一種新型活塞泵。自20世紀(jì)70年代由日本引進(jìn)以來，經(jīng)消化移植和改進(jìn)完善，形成具有我國特點(diǎn)的漿體泵[4]。

水隔離泵(也稱球隔離泵)是我國開發(fā)的一種以離心水泵作為動力的新型泵。離心水泵出口管與水隔離泵罐體一端相連，運(yùn)行時(shí)，高壓水推動罐體內(nèi)的浮球來壓送漿體，進(jìn)而將漿體擠出罐體進(jìn)入輸送管道。水隔離泵及配套的水泵各部件均通過微機(jī)控制。

2.3 柱塞泵

柱塞泵均為單作用正排式，國內(nèi)生產(chǎn)的三柱塞和五柱塞兩類產(chǎn)品，較廣泛地用于高壓高粘度漿體的灌注、水力噴砂、油田壓裂、井口試壓等作業(yè)，近年開始在尾礦、灰渣管道輸送系統(tǒng)中采用，效果尚好。國外在銅、鐵精礦輸送管道工程中，運(yùn)用柱塞泵最為普遍，柱塞泵由于采用了特殊設(shè)計(jì)的噴水裝置，可以防止固體顆粒進(jìn)入柱塞密封圈，大大延長了易損件壽命，故對高濃度高磨蝕性漿體有較好的適應(yīng)性[5]。

2.4 隔膜泵

隔膜泵是在往復(fù)活塞泵的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其特點(diǎn)是用橡膠隔膜將輸送的漿體與泵的缸套、活塞等運(yùn)動部件分離開來，使運(yùn)動部件不與漿體接觸，而在清潔的油或水中工作，以提高易損件壽命。隔膜泵解決了普通活塞泵不能適應(yīng)高磨蝕率漿體輸送問題，且具有比柱塞泵輸送流量更大的優(yōu)勢。

2.5 螺桿泵

目前國內(nèi)在煤漿的輸送中使用EFP型、EFN型單螺桿泵和MB型、MBT型雙螺桿泵。EFP型、EFN型單螺桿泵屬于轉(zhuǎn)子型容積泵，MB型、MBT型雙螺桿泵屬于回轉(zhuǎn)式容積泵。容積式泵具有流量穩(wěn)定、振動小、噪音低、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，適用于粘度高、濃度大的漿體輸送。

3 各種泵型的適用條件

對于高壓礦漿輸送系統(tǒng)，只能采用柱塞泵、活塞泵、油(水)隔離泵或隔膜泵等容積式泵型。

漿體柱塞泵在國外作為長距離漿體管道輸送的主要輸送用泵，應(yīng)用時(shí)間較長，對于高壓、小流量的輸送系統(tǒng)成為符合要求的“標(biāo)配”設(shè)備，是壓力在6.4 MPa以上，流量在120 m3/h以下的漿體輸送優(yōu)先選用的泵型。這種泵雖然具有效率高、壓力高、運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，維護(hù)較困難，進(jìn)出口閥和噴水環(huán)壽命不長，流量不足等，在中低壓大流量輸送系統(tǒng)中很少采用。

活塞泵與柱塞泵的壓力范圍大致相當(dāng)，流量可稍大一些?；钊靡话悴恍枰獓娝疀_洗系統(tǒng)。國內(nèi)活塞泵用于漿體輸送的還不多，國外多用于輸煤漿和石灰石漿。

油隔離泵比活塞泵多設(shè)了油罐等設(shè)施，這就能大大減少顆粒進(jìn)入活塞缸內(nèi)，延長泵的使用壽命。其缺點(diǎn)在于油漿易于混合，要損失不少的油料。另外，對于比重與油差不多或等于油的漿體則無法形成油漿界面，不能采用此泵輸送，隨著技術(shù)進(jìn)步和機(jī)械設(shè)計(jì)改進(jìn)，該泵型逐漸被隔膜泵替代。

水隔離泵泵組較單臺離心泵復(fù)雜且維修量大，故在低于1 MPa的低壓輸送系統(tǒng)中使用不如離心泵經(jīng)濟(jì)，在高于1.6 MPa～4.0 MPa的中壓系統(tǒng)中則較復(fù)雜的柱塞泵、活塞泵和油隔離泵要經(jīng)濟(jì)。該泵在使用過程中浮球磨損，與罐體之間的縫隙增大，耗水量也會有明顯增加，對礦漿濃度敏感或?qū)乃坑幸蟮臐{體輸送應(yīng)慎重選用。

隔膜泵與活塞泵相比，主要多了隔膜室，能夠有效防止固體顆粒進(jìn)入缸體，延長了泵體的使用壽命。其易損件主要為進(jìn)出口閥門以及橡膠隔膜，維修也較少，只需定期更換即可，運(yùn)行可靠度超過95%，單臺流量可達(dá)500 m3/h，逐漸成為高壓力、大流量漿體輸送的主流泵型。

4 結(jié)語

一般來說，由于各種類型的容積式泵都有其不同的特點(diǎn)，其結(jié)構(gòu)、功能和工作方式各有不同，因此應(yīng)根據(jù)不同的礦漿輸送條件來選擇適合的泵型。

隨著科技進(jìn)步、機(jī)械加工制造水平的不斷提升，將會有更多的適應(yīng)于不同條件的容積式泵出現(xiàn)。

[1] 錢桂華，曹晰.漿體管道輸送設(shè)備使用選型手冊[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1995.

[2] 徐君，徐建勇，齊繼寶，等．植保機(jī)械用容積式泵工作性能測試系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)[J]．浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2013，25(5)：1114-1118．

[3] 蔣姣麗．測定容積式泵容積效率的方法比較[J]．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2012，(4)：56-57．

[4] 尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)參考資料編寫組.尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)參考資料[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1980.

[5] 付永領(lǐng)，李祝鋒，祁曉野，等.軸向柱塞式電液泵能量轉(zhuǎn)化效率研究[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，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，工程師，大學(xué)本科，主要從事尾礦設(shè)施設(shè)計(jì)工作。

TH38

B

1003-8884(2015)01-0004-03