简易真空装置在离心式水泵上的应用

1、简易真空装置在离心式水泵上的应用 摘要：河台金矿井下排水系统使用简易真空箱替代多级离心式水泵的底阀装置，使离心式水泵达到真空效果，实现了水泵的无底阀排水。它具有性能可靠、结构简单、制作维护方便等特点，可大范围推广应用。关键词：矿井排水；离心式水泵；真空水箱；结构原理；应用效果中图分类号： 文献标识码： 文章编号1 引 言河台金矿高村矿区-230m水平 中央水泵房由我矿工程技术人员自行设计。选用150D309型水泵三台，流量155m3/h，最大吸上真空高度6.6m。两路主排水管选用1946.5mm的无缝钢管，2196mm的无缝钢管作吸水管。排水管中水流实际速度1.95m/s；吸水管中水流流速1.

2、4m/s。泵的电机选用与泵配套的JR1264/225kw电机，转速1480r/min。经河台金矿多年使用的经验，考虑底阀的一用多害，则以用真空水箱替代底阀进行无底阀排水。2 真空水箱的结构要求及参教离心式水泵真空水箱由箱体、进水管、出水管、注水闸阀及注水杯等组成（如图1所示）。箱体采用8mm厚的A3钢板卷制焊接而成，依照经验要求，箱体容积以大于吸水管容积的4 倍以上可满足要求。为达到密封效果，吸水管、排水管，及各种注水管、清洗管口的焊接应达到相应的严格要求，保证无漏气现象出现。为保证密闭性，吸水管和排水管潜入箱体效果会好得多，吸水管潜入箱体到箱底距离250mm为宜，排水管口插入箱体至箱底距离1

3、50mm为宜，既是可保障密封性，又可以降低箱体制作要求。真空箱安使用时，注水管与主排水管路连接，通过注水闸阀对泵体和水箱注水，在通常正常运行情况下是无需注水的，仅在箱内水被抽干的情况下才需要注水，注水杯仅要用于初次抽水时，对泵体注水而用。清洗管可用丝堵密封，用于清洗因长时间应用淤积的淤泥等杂质。由于采用真空水箱代替底阀，因此，吸水管的末端应加装滤罩，防止杂物进入泵体发生故障。3 真空水箱替代泵底阀的原理分析离心式水泵是一种输送液体的流体机械，它是依1真空箱体 2出水管 3吸水管4注水阀 5注水杯 6清洗管图1真空水箱结构图靠旋转叶轮对液体的作功把原动机的机械能传递给液体，使液体的能量（位能、压

4、力能和速度能）增加。离心式水泵的主要部件有叶轮，其上有一定数目的叶片，叶轮固定于轴上，由轴带动旋转，当开动泵后，叶轮即随泵轴旋转，注入到叶片流道间的水，在叶片的动力作用下旋转前进运动，经泵的导水圈，大部分速度能转换成压力能，然后沿排水管输送出去。这时，叶轮进口处则因水的排出而形成真空，吸水井中的水在大气压力的作用下，被压入叶轮的进口。于是，旋转着的叶轮就连续不断地把水吸入和排出。当水泵启动时，要求泵体和吸水管是真空的，装在吸水管末端的滤水器中的底阀是一个单向阀，当向泵内灌引水时或水泵停止运转时，阀关闭使向泵内灌注的水充满泵体腔和吸水管而不会漏掉。当泵开动以后，泵腔中的水被排出形成真空，吸水井中

5、的水在大气压力作用下顶开底阀的阀心，被压入叶轮的进口。于是，水就不断地被吸入和排出。所谓真空水箱无底阀泵，即将水泵吸水管底部为了起动前灌引水所装的单向逆止阀去掉。其工作原理是水泵运转时，首先吸的是真空箱内的水。由于箱体内的水在短时间内被排出，这时真空箱内形成一定的真空，水井内的水在外界大气压的作用下，通过吸水管进入真空箱体，从而保证了水泵的正常排水。如果注水过程中，注水流量足够大则吸水管中的空气亦会大部分被排出，使泵体和真空箱体及吸水管的真空程度得到较好的保证。水井中的水在大气压力作用下压入箱体及泵的叶轮，旋转着的叶轮就连续不断地把水吸入和排出。4 真空水箱替代底阀的性能参数验算在离心式水泵吸

6、水管道上的滤水器中设置的底阀不仅增加了管道阻力，加大了能量消耗，降低了水泵效率，而且也减少了水泵的吸水高度。高村-230m中央水泵房配置的三台150D309型水泵，采用真空水箱进行真空，由于其真空状态与无底阀排水方式相同，因而其参数的确定计算与无底阀排水方式相同。计算过程如下：排水管流动阻力损失： hp=lpup2/dp2gp.up2/2g =0.0312291.9/0.1811.672/29.84.9121.672/29.8 =7.86(m) 式中：沿程阻力损失系数取0.0312.； lp排水管总长度；p排水管路附件局部阻力损失系数之和：p=40.29420.0711.711.520.120

7、.29430/90=40921。40.294表示有4个90弯头；20.07表示有2个闸阀；11.7表示有1个逆止阀；11.5表示有1个转弯流三通；20.1表示有2个直流三通；20.29430/90；表示有2个30弯头。吸水管流动阻力损失：hx=lxux2/dx2g+x.ux2/2g=0.030181.282/0.20729.8+4.0281.282/29.8=0.434。式中：沿程阻力损失系数之和取0.0301；lx吸水管长度8m，dx吸水管内径，m；ux吸水管中的水流速度，m/s；x吸水管路附件局部阻力损失系数之和；x =20.294+20.22+3=4.028；局部阻力损失系数中的20.2

8、94表示2个90弯头；20.22表示有2个异径管；3表示无底阀。输水管总阻力损失：hw=(hphxup2/2g)1.7=（0.860.4341.672/29.8）1.7=14.3(m)。 水泵管路特性曲线H=HsyRQ2, R=hw/Q2=14.3/1552=0.0006。H=233.80.0006Q2 ， 按此管路特性曲线与所选的150D309型水泵性能曲线按同一比例画在同一QH坐标上求得该工作点:流量Qm=179m3/h,扬程Hm=250m,效率m=0.75。均在水泵较佳的工作状态。式中：Hsy水泵测地高度；Q所选水泵的额定流量。5 真空装置的应用效果真空装置在离心式水泵上的使用效果主要表

9、现在如下几个方面：运行中的水泵常因底阀质量不好或有杂物进入滤水器，使底阀密封不严、水泵灌不上引水而不工作。真空水箱不存在这种情况，其本身是一个无底阀。由于井下水腐蚀性较重，底阀易损坏，在底阀的检修与更换工作中，工作条件恶劣，劳动强度大，而真空水箱安装于水井之上，人员无须到井下就能处理。由于真空水箱无运动阀件，减小了管道的阻力，降低能量消耗，提高水泵效率，相对于底阀而增加了水泵的吸水高度（在吸水高度相同的条件下则降低了水泵 吸水口的真空度，减少了运行中发生汽蚀现象的可能性），由于部件静止，不像底阀那样因运行频繁而易造成阀芯损坏及密封接合面磨损造成漏水而使水泵无法启动。由于是无底阀，操作人员有时操

10、作不当，停泵时因闸瓦关闭不严，逆止阀失效时，回流水力亦会对泵本身及真空水箱体造成损坏 。相比较喷射泵无底阀排水而言，操作简便、运行平稳，在短时间内就能灌满水；维修方便；在高压水的情况下也可以实现无底阀排水；不存在因喷射水量不足，喷射泵不能工作，液压撞击太强又损坏喷射泵及喷嘴易锈蚀的故障出现。但使用真空水箱需要提高一定的吸程，它比使用射流器耗电略有增加。节约投资，真空水箱的制作工艺要求不高，只要焊接处不漏气就能满足要求，材料无须外购，可在生产现场、车间直接加工，一个通径DN200的底阀需要几千元，且不耐用。而一个配套制作使用的真空水箱仅用几百元就能完成。低扬程排水无须自动阀门就能进行自动化操作，如果配合自动阀门的使用，则可以在高扬程排中实现自动化操作。节电效果理想。通过实测，有底阀泵排出155m3水，耗电；而无底阀泵每排155m3水，耗电。每排155m3水，可节电。每天排水量按2000m3计算,比有底阀节电143.4kw.h,年节电675198.9kw.h.。推广实用性强，可广