谈新型接力泵站冷却系统的安装与应用

1、谈新型接力泵站冷却系统的安装与应用许景海（济阳黄河河务局）摘 要 时下黄河放淤固堤远距离输沙施工中普遍安装接力泵，而接力泵站内发动机的冷却和泥浆泵填料的冲洗问题，一直难以解决。通过实践研制的新型接力泵站冷却系统，是专门用于机淤接力泵站柴油机冷却及泥浆泵轴密封冷却用的装置。它能够科学利用机淤出沙管进行散热，且不受水源限制，较好的克服了机淤加力泵站动力机和泥浆泵轴难以冷却、冲洗的难题。同时因为冷却水在封闭状态下循环利用，既节约了能源又避免了对环境的污染，减少了因此而发生的社会矛盾。关键词 接力泵站 冷却水散热器 节约能源 环境友好1 问题的提出在黄河堤防工程建设放淤固堤生产的远距离输沙中，接力泵站

2、的冷却水很重要。首先，燃油发动机需要冷却水降温。否则轻者机械损坏，重者危及人身安全。同时，泥浆泵也需要清水冲洗。一是它能起顶托作用，依靠自身压力防止泥浆由填料函外溢，从而减少泵轴的磨损；二是起清洗作用，能把滞留在泵轴表面的沙粒和杂质随时清洗掉；三是起冷却作用，能够把填料与泵轴高速摩擦而产生的热量带走，从而保护填料性能；四是起润滑作用，能够在泥浆泵轴表面形成清水保护层，减少填料与泵轴的直接摩擦。2004年到2006年笔者作为山东黄河第一期标准化堤防建设者，参加了东明标准化堤防建设放淤固堤第10合同段（k181+790185+000）的施工。该标段有5只船输沙距离在28004500m不等，并且都是

3、由船机送至2000m后再爬越黄河大堤。与济南河段不同，东明河段沙质粗并且杂草较多，故输送比较困难。当输沙距离达到2500m、含沙量达到350kg/m3后，流量会逐步减小直至淤塞管道。因此，项目部决定为5只吸泥船安装接力泵。接力泵的设备配置与吸泥船相同，为潍坊产6160A-9型（185马力）柴油机带动泰安产10EPN-30型耐磨合金泥浆泵（见图1，左端为泥浆泵、右端为发动机）。泵站位置设在爬越黄河大堤之前的临河柳荫地附近。图1 接力泵站机组图片然而，接力泵站位置确定后，附近没有冷却水水源。一开始我们分别试用了利用泥浆水沉淀或过滤后作为冷却水水源、抽取井水作冷却水水源和开挖散热池散热等诸多方法，都

4、没有有效的解决问题。一是净水池很快被淤满；二是当地群众怕静水池湮水影响作物生长，并担心热水水汽熏到了他们的庄稼，影响作物产量；三是经过过滤的沙浆仍然会造成发动机冷水套程度不同的淤积，轻则影响其散热效果，重则可因水套淤塞引发重大机械事故。同时，这些浑水也加剧了泥浆泵叶轮轴的磨损，仅7天时间叶轮轴颈便磨出了痕迹（见图2）。叶轮轴径图2 泥浆泵叶轮图片鉴于生产急需，经过反复研究试制成功了“新型接力泵站冷却系统”。2 工作原理新型接力泵站冷却系统通过冷却水泵抽取小型水井中的水对燃油发动机进行冷却，同时对泥浆泵进行清洗和冷却。它利用散热器套管内管中的常温泥浆作为冷却介质，对发动机冷却后的热水进行强制冷却

5、，被冷却的水再流回水井，进行循环利用（工作原理如图3所示）。小型水井 止回阀 冷却水泵 泥浆泵填料函 冲料控制阀机泵联轴器 冷却进水管 泥浆泵 散热器套管 回水控制阀图3 新型接力泵站冷却系统原理图2.1发动机的冷却当发动机启动后，带动冷却水泵运转，冷却水泵进水止回阀随之被吸开，冷却水泵开始供水并通过冷却进水管给柴油发动机送进冷却水。冷却水在发动机内带出热量后变成热水，又通过出水管进入冷却水散热器，因为散热器内套管里是不断流动着的带有自然温度的含沙水浆，所以对散热器内部的热水起到冷却作用。为了控制发动机温度，在冷却水回水管上安装1个回水控制阀，经过冷却的水，出散热器后经过这个控制阀再循环回清水

6、井里。经过这样的一个过程，对发动机起到了很好的冷却作用。2.2泥浆泵填料函的冲洗在冷却水泵通往泥浆泵填料函水管上安装1个冲料控制阀，当冷却水泵运转后，在泥浆泵工作前，将其打开，带有一定压力的清水就会被送入泥浆泵填料函，对泥浆泵轴起到清洗和冷却作用。控制阀可以通过调节大小来控制进入泥浆泵填料函的流量，从而对泥浆泵填料函起到冷却、冲洗、润滑的作用（见图4）。冲料控制阀填料函压盖图4 泥浆泵填料函冷却图片3 主要构件设计与选择3.1小型水井因为接力泵站需用的水量不是很大（出水量达到3m3/h即可），但是要求水质清澈、有害含量要低（即每升水中铁含量低于0.3mg、锰含量低于0.1mg、碳酸钙含量低于4

7、50mg）。见表1。表1 小型机井主要参数直径材料出水量水质要求打井部位200mm素砼或聚脂3m3/hFe0.3mg/L、Mn0.1mg/L、CaCo3450mg/L泵房内因黄河滩区地下水位比较高，其他含量也都符合标准。设计井管直径200mm，打井深度在1020m不等。选用的井体管一种是素砼管，其下部23m为素砼透水管；另一种是聚脂管，在其下部23m处钻取许多孔起透水作用。为保证水质清澈，要对透水管部分采取过滤措施。一是下设井管前在透水管外壁包扎厚度为5mm棕片过滤层;二是井管下到设计部位后，往透水管四周填充30mm的沙砾（d 0.5-1.5mm）如图5所示。图5 冷却水机井透水过滤示意图为节

8、约用地并提高工作效率，将其设置在接力泵房内。它的作用是为清水泵提供温度适宜的清质水源。3.2散热器套管根据研发目标，为使设备结构紧凑、占地面积小、保证运转时间，结合输沙管道加工成套管式散热器套管，内壁为吸泥船输沙管道，其直径为300mm、长度为5.2m。套管外壁管直径大于内管100mm，长度短于内管0.4m，套管容量为263L，见表2。表2 散热套管主要技术参数材质外径内径容量安装部位3mm普通钢板400mm300mm263L输沙管道在外壁两端安设发动机冷却水回水进出水管，让从发动机内流出的热水进入冷却水套管。这样，套管内的热水就会将它本身的热量传递给输沙管道内流动的水浆，而水浆的温度为自然温

9、度，这样通过热传递从而达到冷却散热的目的。新型接力泵站冷却系统散热器套管的相关图片如图6所示。图6 新型接力泵站冷却系统散热器套管图片散热器套管的作用是将冷却水的热量传递给输沙管道内流动的水浆，从而降低冷却水温度。3.3冷却水泵因为10EPN-30型泥浆泵的扬程为30m，要防止泥浆通过填料函外溢，所选用的清水泵必须也能达到这个压力才能将泥浆顶托住，并起到对填料函使冷却和冲洗作用。经过考查资料并反复比较论证，选定了由山东博山水泵六厂生产的型号为IS50-32-160型单级离心清水泵。该泵结构简单，性能可靠，体积小、重量轻，抗腐蚀性能好，电耗低，使用维修方便（如图7所示）。图7 IS50-32-1

10、60型单级离心清水泵它的轴功率为2.023kW，配用功率为3kW，转速2900 n/min，扬程32m，流量12.5m3/h。将其安装在发动机前部，依靠发动机前输出轴皮带轮带动。亦可以配合照明用电在此位置安装57kW发电机，冷却水泵用以上型号的电联泵。相关参数见表3。表3 冷却水泵主要技术参数型号配用功率转速扬程流量安装部位IS50-32-1603kw2900n/min32m12.5m3/h发动机前部冷却水泵的功能有两项：一是不断给燃油发动机输送清水，给发动机起冷却作用；二是不断向泥浆泵填料函输送清水，对泥浆泵轴起清洗和冷却作用。4 操作原理及维护保养4.1操作原理 由图3系统工作原理可以看出

11、，该设备原理简单，因此操作也比较简单。首先启动发动机，所有水泵开始运转，操作人员主要注意进出水的温度差（进出水温度差应小于25），根据水的温差进行温度调节。当出水温度过低或过高（根据6160A-9型内燃机的要求，冷却水出水温度在7090之间）时，可调整控制阀，减小或增大送入泥浆泵填料函的流量。当冷却水进出水温度差大于25时，可调大控制阀，增大送回水井里的流量，反之减小。其次主要的工作就是冲洗泥浆泵填料函。在冷却水泵通往泥浆泵填料函水管上安装1个冲料控制阀，当冷却水泵运转后，在泥浆泵工作前，将其打开，带有一定压力的清水就会被送入泥浆泵填料函，对泥浆泵轴起到清洗和冷却作用。在操作时，值得注意的是当

12、接力泵停机前，应首先关闭控制阀，避免泥浆倒灌，淤塞清水泵或管道。当发动机正常运转，清水达到一定压力后，方可将控制阀打开。4.2保养以及维修 为保障安全，设备运行时周围勿乱操作或者在操作工的指导下进行操作。 机淤接力泵冷却水散热器不用时，应注意防锈，防止腐蚀，特别是泵的叶片。不用时应保持清洁。 定期检查，以免散热器出现密封不严的情况。 定期检查进水放水系统，工作时不要损坏管路、器件。注意检查控制阀的损坏情况，以免工作时出现不必要的损失。 保证冷却水的供应，避免因冷却水供应不当，造成发动机抱缸、机件熔化或者机身崩裂等重大事故。 因为散热套管内是70以上的热水，所以正常工作期间，闲杂人同意不要靠近，

13、非工作人员不要触摸，以防烫伤。在寒冷季节，发动机停机后，必须放出散热器套管内存水，防止冻裂。5 应用效果与经济和社会效益5.1应用效果该系统结构紧凑、占地面积小、散热效果好。该系统投入使用以来，使用效果良好，故障率低，耗费电力、水资源少。在冷却降温方面，效果明显，达到了预期的目标。5.2经济效益加工安装一套新型接力泵站冷却系统造价为6000元，能生产土方200万m3以上，折合成本0.003元/m3。正确使用该散热器后，每个泥浆泵叶轮（材质为耐磨合金，价格为12500元）能生产土方25万m3不出问题,折合0.05元/m3。两项合计为0.053元/m3。当不使用双功能冷却水散热器时，同样材质和价格

14、的叶轮只能生产土方5万m3,折合0.25元/m3。并且每次更换叶轮需要20多小时，增加了人们劳动强度不说，还耽误生产土方2000m3以上。由此得出，每套新型接力泵站冷却系统可产生经济效益40万元。若因冷却水供应不当，造成发动机抱缸、机件熔化或者机身崩裂等重大事故，每次都要损失5万元以上，并且需停产维修57天，耽误生产土方12万m3。因此该设备具有很好的经济效益。5.3社会效益在该产品出现之前，通常采用开敞式散热法。即在接力泵站房外挖一土坑作水池存水，机器运转时，让从机器里回来的热水自高处淋入水池。依靠热水与空气的温差，自然降温。这样，经常会带来一些社会矛盾和经济问题。一是需要占地，一般每处占地2