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平桂砂泵的应用

2019/11/20 11:09:21      点击:

第三章  平桂砂泵的应用

一、   砂泵有关数值的计算

㈠砂泵排砂管道中的弯管的水压损失计算公式:

              δ     V2

h弯管=0.2×——× ——       (米)     公式1

90     2g

h弯管 — 弯管的水压损失      (米)

δ   弯管角度            (度)

V —   矿浆流速            (米/秒)

g —   重力加速度           (米/秒2

例1:某砂泵排砂管管径为φ203毫米,有60°弯管一个,其矿浆流速为4.58米/秒,该60°弯管水压损失为多少?

δ     V2

解:  h弯管=0.2×——× ——      

90                          2g

 

60    (4.58)2   

= 0.2×——×—————

                90     2×9.81

 

                 20.9764

= 0.2×0.6667×—————

                      19.62

 

= 0.1333×1.0691

 

= 0.1425(米)

 

 Q

V =——                       公式2

          F

 

V  —  矿浆流速        (米/秒)

Q  —  矿浆流量        (立方米/秒)

F   — 管道断面积      (平方米)

㈡砂泵排砂管道中的大小头直管的水压损失计算公式:

             (v1-v2)2

h大小头  = —————             (米)公式3

2g

 

     h大小头  —  大小头直管的水压损失   (米)

 

     V 1    小管径中的矿浆流速      (米/秒)

 

     V 2    大管径中的矿浆流速      (米/秒)

 g   —   重力加速度             (米/秒2

例2:某砂泵排砂管道中装设Ф203毫米及Ф260毫米两种管道,大小一个,Ф203毫米管道的矿浆流速为4.58/秒; Ф260毫米管道的矿浆流速为2.79/,这个大小头的水压损失为多少?

(v1-v2)2

解: h大小头 = —————            

2g

 

(4.58-2.79)2

           = ————————

                 2×9.81


              (1.79)2

= ————

             19.62 

    

            3.2041

=  ————

             19.62

 

=0.1633(米)

 

㈢砂泵总扬程计算公式:

H = Hs + Hd + Hs1 + Hd1           (米)公式4

H — 砂泵总扬程                 (米)

Hs — 吸程垂直几何高度           (米)

(一般情况下,要求不超过4米)   

Hd — 扬程垂直几何高度           (米)

(平桂200型砂泵使用近六十年来,一般不超过40米)

Hs1 — 吸入损失                   (米)

Hs1 =2×吸砂管长(米)×i        公式5

 水力坡度                 (米/米)

    为了计算上的方便,一般可以将吸入损失取值3米

Hd1  排砂管扬程损失              (米)

Hd1 =Ld ×i           公式6

Ld  排砂管总长度                 (米)

如果吸、排砂管道中装有各种弯管及大小头,还必需将所有弯管及大小头的水压损失加进去。

此外,还要考虑砂泵排管出口余压2米。

水力坡度计算公式:

i = K1 ×K2 ×Q                 (米/米)  公式7

i  —水力坡度                   (米/米)

K1 —校正系数,当矿浆比重为1.11.09时,取值为57.2%57.5%

K2 —水力坡度系数,管径大系数值小,管径小系数值大,见附表。

Q — 矿浆流量                (立方米/秒)

管径mm

K2

 

管径mm

K2

 

管径mm

K2

 

管径mm

K2

 

管径mm

K2

 

25

256487.89

76

684.44

127

44.33

178

7.333

248

1.252

38

27555.76

89

295.32

140

26.36

203

3.639

254

1.103

50

6390.09

102

142.55

152

17.013

229

1.916

260

0.973

63

1857.77

114

78.83

165

10.983

235

1.668

267

0.845

 

            各种管径的K2值表

 ㈣平桂型砂泵经验计算公式:

1、    砂泵转数经验公式之一(此公式计算十分精确):

n=K3

n — 砂泵转数          (转/分)

H — 砂泵总扬程          (米)

K3 — 转换系数

K3与矿浆流量的大小和土岩中含砂石率的高低有关,成正比关系,矿浆流量大,含砂石率高,则K3值大,反之则小。换句话说,在砂泵的运转中,砂泵的转速与总扬程的平方根成正比。在同样流量、浓度的条件下,含砂石较多的,块度较大的,矿浆的临界流速就需较大值,当砂石在矿浆中的分布不均匀时,必须有较大的吸力才能把砂石吸上,故需增加转换系数值。当矿浆中含砂石率高,砂泵零件如内壳、叶轮、叶瓦等的磨损也比较快,为使砂泵易损件已部份磨损,但又未曾更换之前尚能正常抽排矿浆,故转换系数也需适当的增加。

根据平桂矿区几十年的生产实践经验,转换系数值可按下式计算:

平桂8PG型砂泵的K3值:

K3=(101.3110.9+0.005Q+10E         公式9

平桂6PG型砂泵的K3:

K3=(128.8~169.4)+0.005Q+10E           公式10

平桂5PG型砂泵的K3

K3=(203~274.2)+0.005Q+10E             公式11

式中:Q — 矿浆流量                (立方米/小时)

     E — 含砂石率                %

含砂石率系指大于0.25毫米粒级的砂石在土岩中的占有率 。

2、砂泵转数经验公式之二:

此经验公式计算十分简便,其结果为近似值。

平桂8PG型砂泵转数

n=(H×10+300         (转/分)  公式12

平桂6PG型砂泵转数

n =(H×15+400         (转/分)  公式13

平桂5PG型砂泵转数

n =(H×20+500         (转/分)  公式14

式中:n — 砂泵转数            (转/分)

        H — 砂泵总扬程           (米)

3、砂泵功率经验计算公式之三:

Ns=(ФQH)×K4           (千瓦)公式15

Ns — 砂泵功率,装机容量 (千瓦)

Q —  砂泵流量          (立方米/小时)

H —  砂泵总扬程         (米)

Ф — 经验系数

Ф经验系数与矿浆比重有关,矿浆比重为1.09Ф=

0.0066,当矿浆比重为1.1时,Ф值则取0.00666

K4 — 电动机备用系数,一般取1.11.15

二、平桂砂泵的特点

1、进矿浆管为吸入式(个别采场地形条件特殊,也用压入式给矿),无固定底阀,砂泵运转中吸砂管常与地平线成1075°角度范围的升降,以适应矿浆流量的变化,并保持砂泵吸入较大浓度的矿浆。

2、叶轮翼分为三瓣,两侧无收缩斜角,利于通过大直径的石块,抽排石块的最大粒径为各种砂泵型号口径的一半值,所以适应于含石率较多而且粒径较大的矿床开采作业的水力运输。

3、结构简单,设备的安装、维护都很方便。

4、设备故障少,操作不复杂。

5、适应性强,价格低廉。

三、平桂砂泵的缺点

1、零、部件绝大部分是用普通生铁铸造的,容易磨损(生铁铸件经掺入稀土镁后,使用寿命有所提高,视原矿砂石率的多少,分别可提高14倍),经常磨蚀需更换的零部件有内壳、叶轮、叶瓦、光身砂筒、法兰砂筒等。

2、泵壳不是螺线形的,因而泵叶轮与泵内壳之间的间隙较大,工作时矿浆涡流大,砂泵效率比国内外其它类型的砂泵效率低10%左右。

3、平桂8PG型砂泵座过于笨重,移动搬迁比较困难。

四、平桂砂泵安装时应注意的事项:

1、泵座安装时要有一定的坡度以平衡轴向推力。平桂型砂泵都是单级单面进水的,叶轮旋转时,有轴向推力压向砂泵进水一侧,叶轮势必会向吸浆口方移动,轻则砂泵运转就不正常,严重时还会发生事故。为了控制以及平衡轴向推力,在砂泵的轴尾装有止推盘。并且泵底座要向泵轴尾方向倾斜,具有一定的坡度。根据平桂多年的生产实践经验,平桂各类砂泵泵座安装坡度应当是:

8PG型                 4~4.5%

6PG型                  3.5%

5PG型                  2.4%

4PG型                  2.4%

2、泵顶出口处的初始端,必须保有一段距离具有相当坡度的排砂管,以利于在砂泵退车时能保证泵内的真空度和避免发生堵塞排砂管道的事故,根据生产实践经验,这段管道距离不能少于6米,其坡度要大于10%,后续其余排砂管道则可随地形卧地铺设,以减少支架的投资费用。

3、吸入管垂直高和长度

4、砂泵吸入的液体介质是水时,理论上吸入垂高是一个大气压的水柱高,一般在海拔300米以内为10米,随着海拔高度的不同而改变。

 

海拔高(米)

-600

0

100

200

300

700

1000

吸入管垂高

(米.水柱)

11.30

10.33

10.20

10.08

9.97

9.50

9.20

实际上,由于吸入管内的阻力和水的蒸汽压力关系,吸入垂高要比理论值小得多.由于矿浆的比重大于水的比重,吸入垂高就会因矿浆浓度的增高而逐渐减小。

砂泵运行中,由于矿浆进入叶轮后,叶轮两侧压力不等,叶轮又有一定厚度,矿浆转向都要损失一部分压头,所以,实际的吸入高度远比理论值要小。

根据生产实践经验,吸入砂浆的高度(即砂泵轴中心线至吸砂池面的垂直距离)一般应不超过34米为好,但也有采用56米垂高的。

在砂矿薄矿层开采中,水枪推进较快,为减少搬迁砂泵次数,可以采用长吸砂管,许多采场的砂泵吸入管都达到过6090米,水岩坝及望高矿的个别采场的砂泵尾涵长达126米,应当注意的是,当砂泵采用长尾涵时,其垂高不能超过两米。

4、砂泵主要部件的安装要求

安装光身砂筒时,砂筒进入泵内壳盖板要有一定的深度,必须使砂筒口与叶轮面保持合适的距离,一般来说,光身砂筒口与叶轮面的距离以610毫米为合适,若砂筒口未到达泵内壳盖板,则易产生涡流,砂泵就会发生吸水不吸砂或者吸入的砂水量少等现象,严重时甚至会发生泵外壳爆炸(在砂泵不漏气的情况下)。如果光身砂筒口与叶轮面的距离只有45毫米,在轴向位移时会使叶轮面与砂筒口产生磨损,影响正常运转,而且,叶轮内面与叶瓦间尚有810毫米的间隙,砂水进入叶轮后,粗矿大量流入间隙易磨损叶轮,致使轮翼掉落。轮翼掉落后,只剩下叶轮的泵轴连接头(俗称六角瓜),此进必须将泵轴拆出并用铁锤将六角瓜击碎后才能装上新的叶轮,这样,就大大减少了砂泵的运转时数。长期的生产实践表明,各种型号的砂泵的光身砂筒口与叶轮面的距离应当是:8PG型为10毫米;6PG型为8毫米;5PG型为6毫米。

各种型号的砂泵的泵内壳进浆口中心、叶轮进浆口中心、泵后外壳与泵轴都要同心。8PG型砂泵的同心偏差不得大于1.5毫米。

叶轮在泵内壳中,靠泵轴一侧的距离:8PG型砂泵为6~8毫米;6PG型砂泵为4~5毫米;靠进浆口一侧的距离:8PG型砂泵为1415毫米;6PG型砂泵为78毫米。

各个叶瓦及螺丝帽的重量要基本相等,其重量差不得大于0.1kg,以减少砂泵运转时的振动。如泵的基础为木质结构,泵座振幅不得大于2毫米,如采用混凝土基础,泵座振幅不得大于0.25毫米。砂泵轴轴颈磨损的极限值不得小于原轴颈直径7毫米,超过此值则要更换新泵轴。砂泵轴的弯曲度不得大于0.2毫米,超过此值也要更换新泵轴。

所有各部分螺丝必须完整,螺孔、螺钉、螺帽应符合规定标准,不得松孔、滑牙,双头螺钉插入螺孔深度必须大于螺钉直径的1.2倍,螺钉、螺帽接触端面必须平整,并与螺钉轴线垂直,螺钉不得弯曲。铁垫圈和皮垫圈要足量、齐全。

吸砂管道和泵体(室)不得漏气。吸砂管的重力不得由泵主体承受,应由手动或电动的葫芦悬挂在木支架上。

5、现场若将平桂8PG6PG型砂泵当水泵使用时,在砂泵即将安装完毕结束前,再用细砂将泵内壳与泵外壳之间的全部空隙填满。这样,可避免在抽排清水时产生涡流减少流量,增加电动机的负荷等情况的发生。

6、当矿体向下部深采,扬程增加时可考虑砂泵串联使用,上下两级砂泵串联比上下两级砂泵分级使用要节约动力。下级砂泵为吸入式给矿,上级砂泵为压入式给矿,所以要选择类型相同和技术条件相互适应的砂泵,上、下砂泵要装置联系信号(如电铃、彩灯、电话等),并要严格遵守开车、退车、慢车、停车的操作顺序。

    五、在泵输送矿浆时应关注的几个问题

    1、管径、流速及砂石最大粒径

平桂矿区露天砂矿的自然容重是(比重)2.022.08/立方米,松散容重是1.341.5吨/立方米。含锡褐铁矿的原矿含矿率为26.5%28.5%,各采矿场所处理的原矿粒级组成都不同,1954年至1984年各采场已处理原矿粒级组成综合平均值是5025毫米为2.74%2510毫米为5.51%106毫米为7.40%63毫米为8.43%30.15毫米为22.67%,0.150.074毫米占10.29%,-0.074毫米占27.5%,+50毫米占15.91%

从平桂矿区各矿山多年来PG型砂泵在输送锡砂矿、钨矿砂、铁矿砂、风化壳钽铌矿、铅锌矿砂等的生产实践中的有关数据充分说明:

甲、固体平均粒径大,矿浆中固体沉降阻力系数减小,水力坡度相应增大,矿浆中含砂石率高,砂泵转换系数K3计算值要增加10EE为矿浆中土岩砂石率)。

乙、吸管的水力坡度大于排管的水力坡度十多倍。

丙、矿浆比重大、流量大时流速就要求高,相应水力坡度就大。

丁、按照Q=FV公式,管道内径大就可以减小流速,以降低水力坡度。水力坡度与介质流速的平方成正比,临界管径的立方根与临界速度(近似矿浆慢速滑动状态)成正比,所以吸管与排管均大于砂泵型号。

要根据矿浆比重、流量、水力粗度的关系选择管径。一般来说吸管应比砂泵型号的口径大2050毫米;排管应比砂泵型号的口径大5070毫米。同时要缩短吸管垂高,这是节约动力的有效措施。

W为水力粗度,它与固体颗粒的平均粒径(d)的平方成正比,W=π/4×d2,运动物体在运动方向的投影面积,W值越大,固体颗粒沉降阻力系数就小,也就是说水力粗度愈大,水力坡度也相应增大。

戊、应尽量减少粗颗粒废石进入砂泵。

砂泵允许通过石子的最大粒径为砂泵口径的一半值,大颗粒的废石进入砂泵对于砂矿采选矿作业都不利,应在吸砂池前设置栅栏,不准其入。矿浆中固体平均粒径8PG12.09毫米,6PG 8.29毫米,5PG5.71毫米。以平均粒径12毫米、矿浆比重1.7/立方米为例,8PG型砂泵管径所需的临界速度只为2.37/秒,故而此类的平均粒径和矿浆比重的矿浆,采用砂泵加压运输是没有问题。同样的矿浆浓度,因矿石比重大,则矿浆比重也随之增加,矿浆流动要有合理范围的流速,流速太大水力坡度增加,从而增加管道磨损和砂泵动力消耗,而流速太小,砂泵只吸水不吸砂石,因此,对管径和矿浆流速的选择要恰当。

平桂PG型砂泵主要参数参考表(多年生产实测综合数)

平桂砂泵型号

参数

8PG

6PG

5PG

矿浆流量(立方米/小时 )

318549

191357

168263

矿浆浓度(%

10.415.46

9.8620

8.4521.33

矿浆比重(吨/3

1.071.112

1.0651.142

1.0561.15

管径

(毫米)

吸管

200

150

125

排管

200267.3

200

150200

流速

(米/秒)

吸管

3.2 4.83

35.6

3.845.7

排管

1.943.5

1.73.2

1.792.07

水力坡度K2

(米/米)

吸管

0.740.59

0.4990.638

0.3330.462

排管

0.056

0.03950.0434

0.0490.05

2、砂泵扬程、转速与K3K4值的选择

砂泵旋转后使泵室内的介质获得一定的离心力,造成适当的流动速度来抽排矿浆的。砂泵的最佳转速,在生产工作中是以K3值和总扬程的平方根相乘来求得。砂泵的总扬程与转速的平方、叶轮直径的平方成正比,与叶轮有无导叶等结构系数也有关。

各种型号砂泵的K3值是不同的,它们都有一定的规律,通常砂泵的口径愈大,叶轮直径愈大,则K3值愈小;反之则愈大。生产实践表明:平桂各类型砂泵的K3值一般的范围是8PG1041156PG1321735PG206277。选择K3值时要特别注意矿浆中土岩的含砂石率的多少,当含砂石率高,石子块度较大时,应取较大的K3值。

砂泵总扬程、转数及功率经验计算参见前述公式。

3、砂泵流量及调节

8PG型砂泵在850/分、总扬程5359米时,清水流量可达876立方米/小时。而抽排矿浆其流量就明显减少。在总扬程为1050米范围,矿浆流量在300620立方米/小时之间。矿浆流量的大小,除与砂泵转速大小有关外,还要受吸管垂高、吸管长度、吸管直径、矿浆浓度、石子块度、吸入阻力等因素的影响。流速与真空度成正比,也与矿浆比重成反比,因为矿浆浓度越大,矿浆在管道中的流动系数就越大,故而输送矿浆的阻力要比输送清水时为大。比如:当矿浆浓度为8%时,流动系数(KP)值为1.225,而矿浆浓度达12%时,KP值增为1.422。矿浆在管道中流动时,流速不能低于临界速度。矿浆比重的大小,对临界流速的影响较大。矿浆流量的大小,是随真空度和矿浆浓度的变化而变化的,如果真空度低,矿浆浓度大,流量就会减小,否则,流量就会增大。

在固定的转速和几何扬程的条件下,为了适应水枪采矿流量的变化,一般是变动砂泵吸入几何高度,减少吸嘴进入矿浆的面积,或在吸管放入空气降低砂泵室内真空度,或用压力水注到吸入口带进少量空气等办法来调节流量,使矿浆池经常能保持最理想的矿浆深度,以保持砂泵能连续吸上砂石矿浆。

生产实践表明平桂8PG6PG5PG等型号砂泵排管的矿浆流速下限为1.93/秒,吸管的矿浆流速下限为35/秒。8PG型砂泵的矿浆流量一般在300580立方米/小时范围,但流量以400550立方米/小时的时候,砂泵效率较高;6PG型砂泵的矿浆流量一般在200357立方米/小时范围;但流量以220357立方米/小时的时候,砂泵效率较高;5PG型砂泵的矿浆流量一般在160240立方米/小时范围,但流量以200240立方米/小时的时候,砂泵效率较高。

2、    砂泵管道水头损失

砂泵吸管部分水头损失远比排管水头损失为大,因吸管其他部分阻力大,如流速阻力、吸入口(猪嘴)阻力、弯管阻力等水头损失,归纳为0.09U2,因此,要尽可能减少吸管的垂高,缩短吸管管道长度(尽量使用短尾涵),并选用大于砂泵口径2550毫米管径的吸管,以更有效的节约动能能量。

 砂泵管道水头损失计算公式见公式7

5、砂泵效率

砂泵效率在一定流量范围内比较高,而砂泵流量又受到吸管、排管管径大小的影响,因为选用管径较大,砂泵效率相应提高,这是由于水功率之值比所需相应增加的轴功率大。5PG型砂泵效率一般为3044%平均值40%6PG型砂泵效率一般为3846%平均值44%8PG型砂泵效率一般为4457.5%平均值49%

8PG型砂泵当流量在300390m3/h时,泵效率为4445%,流量升至400490m3/h时,泵效率为4647%,流量再升至500650m3/h时,泵效率为4850%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

00五年十一月十一日

 

 

 

 

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