矿用离心泵的固体磨损与防治.docx

矿用离心泵的固体磨损与防治矿用离心泵的固体磨损与防治1 1 引言引言目前，在煤矿采掘工作面使用的排水泵中，专门排泥沙的产品是空白。无论泥沙多少，普遍使用的依然是传统的分段式多级清水离心泵。因此，磨损严重，水泵过早报废，不但增加了成本，还常常直接影响生产进度。由于采煤工作面和掘进工作面都不可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，暂时只能在提高易损件的材料性能上想想办法，最终还要在彻底改变排水泵结构上大做文章。这方面的专业研究工作，已持续多年，目前依然在紧张地进行。研究发现，固体颗粒对离心泵的磨损，在特定环境下，遵守着某种规律。把这一规律展现在我们面前，对症下药，就能找到较理想的解决方案。2 2 工作面水样采集固体重量比测定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改变而变化，因而，具有周期性。一般情况下，在采前准备结束，采煤作业开始之前，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，为了既减少采集次数，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。一般情况下，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，采用过滤法，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，请华大学出版社 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。一般情况下，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，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。再根据涌水量、岩体的特性和破碎程度、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 3 多级离心泵磨损部位及磨损过程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重的部位是平衡盘，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，使离心泵出水不足或不出水，有时还拌有强烈的震动。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，局部出现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。工况点改变时，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 附近裹进平衡盘的轴向间隙之内。当固体 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。