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文档简介
1、安全技术防治矿用离心泵的固体磨损1 引言 目前,在煤矿采掘工作面使用的排水泵中,特地排泥沙的产品是空白。无论泥沙多少,普遍使用的依旧是传统的分段式多级清水离心泵。因此,磨损严峻,水泵过早报废,不但增加了成本,还经常直接影响生产进度。 由于采煤工作面和掘进工作面都不行能单独设置沉淀泥沙的水仓,无法就地清除泥沙等固体颗粒,所以,要解决用清水泵排泥沙的问题,临时只能在提高易损件的材料性能上想想方法,最终还要在彻底转变排水泵结构上大做文章。这方面的专业讨论工作,已持续多年,目前依旧在紧急地进行。 讨论发觉,固体颗粒对离心泵的磨损,在特定环境下,遵守着某种规律。把这一规律呈现在我们面前,对症下药,就能找
2、到较抱负的解决方案。 2 工作面水样采集固体重量比测定 经观测,采煤工作面的涌水中,固体颗粒的含量随着回采循环作业内容的转变而变化,因而,具有周期性。 一般状况下,在采前预备结束,采煤作业开头之前,固体颗粒含量最少。采煤作业即将结束时,含量最多。采集水样时,为了既削减采集次数,又能说明问题,可在正式开采前30分钟内采集一次,在采煤作业结束前30分钟内再采集一次。采集水样的地点在采煤工作面下端头,或在溜子道安装的排水泵自己单独的出水口。 一般状况下,在岩石平巷掘进工作面的涌水中,在多台凿岩机集中打眼之前,固体颗粒含量最少。在爆破之后,在出岩作业的后三分之一时间内,固体颗粒含量最多。在这两个时段内
3、分别采集水样。采集地点在耙斗机或装岩机工作地点之后10m之内,或在该工作面排水泵自己单独的出水口。 上面所采集的水样,每次重2K0.2kg。称过重量后,采纳过滤法,用过滤纸滤出水样中的全部固体颗粒。烘干后,称出固体颗粒重量,则水样的固体重量(百分比)比Caw为: 固体重量 Cow=-H% 固、液混合物总重 水样的固体重量比Caw在浆体与粒状物料输送水利学(费祥俊著,请华高校出版社1994年5月出版)中被定义为重量比固体浓度,习惯用于输送工业浆体。本文简称为固体重量比,现场有时习惯称为泥沙重量比。 一般状况下,当一个工作面的涌水量小于10m3/h,固体重量比Cow明显增大;涌水量大于80m3/h
4、,固体重量比Cw明显减小 在同一矿井,在具有标志性的煤层、岩层中大量采集水样,便可以得到该矿井涌水中固体颗粒含量的一般规律。再依据涌水量、岩体的特性和破裂程度、松散颗粒遇水后的反应等进一步分析整理,便可以用来指导排水设计和排水管理。表1是从现场获得的一组综合数据。 3多级离心泵磨损部位及磨损过程 3.1多级离心泵的磨损部位 目前,矿用多级离心泵磨损最严峻的部位是平衡盘,然后依次是叶轮口环、盘根套、中段的轴孔衬套等。 一般固体颗粒不会把泵体外壳磨穿,不会把叶轮外径磨小,也不会把叶片磨短。平衡盘磨损后变薄,使转子向电机方向(向前)的窜量超限,从而产生连锁损坏。叶轮口环和中段轴套磨损后,密封间隙变大
5、,使离心泵出水不足或不出水,有时还拌有剧烈的震惊。 3.2平衡盘的磨损过程 平衡盘有轴向端面跳动,泵体平衡板也有轴向端面跳动。平衡盘转动一周,会在转到某一角度时,局部消失轴向间隙的最大间隙或最小间隙。 平衡盘的平衡状态是动态的,泵的转子在某一平衡位置会前后作轴向脉动。工况点转变时,转子会自动移到新的平衡位置作轴向脉动。 这种轴向端面跳动和轴向脉动叠加后,轴向间隙b0便具有局部的动态最大间隙b0max和最小间隙b0min。 假设:一个固体K的颗粒直径为A,已随着液体到达平衡盘前面的高压区,并且 b0maxAb0min 则固体K将被液体从轴向最大间隙b0max四周裹进平衡盘的轴向间隙之内。 当固体
6、K刚刚跨进较小的距离S,平衡盘就转到轴向间隙b0小于A的位置,或者平衡盘正窜回到轴向间隙b0小于A的位置。这时,平衡盘将对固体K产生挤压,二者将发生相对运动。平衡盘端面会被固体K挤压出凹痕,会被刮削出凹槽,直到固体K被研碎。 假如这种规格的固体颗粒含量较高,就会以前仆后继之势,不断被裹进来,使平衡盘端面很快消失第一道环形沟槽。随着磨蚀的加剧,会在略大于第一道环形沟槽之外,相继消失其次道沟槽、第三道沟槽。 尽管如此,这时泵轴的窜量还没有发生明显转变,取出平衡盘可以看到这些环状沟槽大致是同心的,排列较整齐。与此同时,平衡板也消失相像的沟槽。 下面的现象值得留意: 当另一个固体W的颗粒直径为B,也到
7、达平衡盘高压区,并且 Bb0max 则固体W将被挡在平衡盘的高压区一侧。 此时,若大小不一的固体颗粒随着液体不断涌向平衡盘前面的高压区,粒径小于或等于A的固体颗粒会随着液流通过轴向间隙。粒径大于或等于B的固体颗粒会被隔在这里。我们称这种现象为筛留现象。 当被筛留的固体颗粒达到肯定数量,并且堵在轴向间隙的的入口处,会使液体压力上升,导致转子向后发生脉动,使轴向间隙瞬间加大。这时,这些大粒径固体颗粒乘机大量挤入平衡盘的轴向间隙,消失强登陆现象。若这种现象接连发生,可使平衡盘在较短的时间内被磨薄。 3.3叶轮口环的磨损过程 叶轮小装到泵轴上之后,其口环存在径向跳动;泵体口环孔也存在径向跳动。叶轮转动一周,会在转到某一角度时,局部消失口环径向间隙的最大间隙或最小间隙。 转动的泵轴会弯曲变形,产生最大挠度。 这种径向跳动与最大挠度叠加后,口环的径向间隙b便有局部的动态最大间隙bmax和最小间隙bmin。同样
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