渣漿泵與管道的匹配淺析

魏欲曉

北京華宇工程有限公司平頂山分公司，河南平頂山 467002

渣漿泵與管道的匹配淺析

魏欲曉

北京華宇工程有限公司平頂山分公司，河南平頂山 467002

本文闡明了輸送渣漿管道特性與渣漿泵特性的關(guān)系，當(dāng)選定泵揚(yáng)程高于管道實(shí)際揚(yáng)程太多時(shí)，會(huì)導(dǎo)致泵發(fā)生汽蝕和壽命大幅度下降，提醒設(shè)計(jì)者在選泵之前，首先要深入了解渣漿泵的汽蝕特點(diǎn)和最佳阻力損失的計(jì)算方法，說明如果渣漿泵能采取無極調(diào)速控制則能與輸送管路更好地匹配。

渣漿泵；汽蝕；管道阻力

在渣漿泵設(shè)計(jì)及泵改造過程中，經(jīng)常會(huì)遇見選擇渣漿泵和輸送管道阻力計(jì)算的問題，在計(jì)算時(shí)，如選擇的阻力系數(shù)偏大，渣漿在管道內(nèi)的流速不合理，因此得到的管道阻力比實(shí)際大，造成泵的揚(yáng)程高于實(shí)際管道阻力過多，實(shí)際流量有可能大于泵的臨界流量，使泵發(fā)生汽蝕，導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定或發(fā)生事故。

1 泵特性曲線與管道特性曲線的關(guān)系

泵的特性曲線有Q-H曲線和Q-△hr曲線[1]，如圖1，這兩條特性曲線由泵實(shí)際測(cè)試得到，在選泵時(shí)是由廠家提供，管道系統(tǒng)也有Q-Hm曲線和Q-△hr，曲線，這兩條曲線是管道設(shè)計(jì)時(shí)由計(jì)算確定的，即：

式中：

Hm為輸送渣漿時(shí)，管道裝置的揚(yáng)程，m；

Hj為進(jìn)料池液面至管道出口的垂直高度，m；

Σξ為局部阻力系數(shù)的總和；

λ為輸送渣漿時(shí)管道的沿程阻力系數(shù)；

L為管道當(dāng)量長(zhǎng)度，m；

D為管道內(nèi)徑，m；

g為重力加速度，m/s2；

V為管內(nèi)流速，m/s；

△ha為有效汽蝕余量，m；

Pa為大氣壓力，Pa；

Pv為載體汽化壓力，m；

Sm為渣漿密度，t/m3；

Hg為進(jìn)料池液面至泵軸中心之間的距離，m；Hw為吸入管道中的總損失，m。

圖1 管道特性與泵特性的關(guān)系

曲線Q-Hm與Q-H的交點(diǎn)是泵在運(yùn)行時(shí)的工作點(diǎn)，如圖1中 m點(diǎn)，曲線Q-△ha與Q-△hr的交點(diǎn)，是系統(tǒng)的臨界汽蝕點(diǎn)。因此，Qd就是臨界流量。在一定的吸入裝置情況下，要保證泵在運(yùn)行時(shí)不發(fā)生汽蝕，則必需使流量Qm小于Qd，此外泵在小流量運(yùn)行時(shí)會(huì)使泵內(nèi)水溫升高，使Pv增加，相應(yīng)△ha就降低了，所以還必須使Qm＞Qmin，只有Qd＞Qm＞Qmin才安全。也就是說要使泵不發(fā)生汽蝕必須使有效汽蝕余量大于必需汽蝕余量。

2 管路與泵匹配不當(dāng)導(dǎo)致的后果

1）如果渣漿泵能調(diào)速，則當(dāng)出現(xiàn)圖2所示的流量偏移時(shí)，可以使泵的轉(zhuǎn)速由n2降到n1，實(shí)際流量為要求的流量Qm1；

2）由于選擇泵時(shí)留有揚(yáng)程余量，泵有一定磨損之后轉(zhuǎn)速仍能滿足設(shè)計(jì)流量的要求。如果不能調(diào)速，則泵在運(yùn)行初期實(shí)際流量將大于設(shè)計(jì)流量(圖3中Qm1（Qm2）>Qm)，此時(shí)，為了使泵不至于抽空影響正常運(yùn)轉(zhuǎn)，只好采取加水的方法，其缺點(diǎn)是：

（1）浪費(fèi)水；

（2）浪費(fèi)輸送水的能源；

1）當(dāng)實(shí)際管徑大于臨界管徑時(shí)，實(shí)際流速將小于臨界流速，這時(shí)實(shí)際輸送流量將出現(xiàn)波動(dòng)，甚至出現(xiàn)堵管事故;而當(dāng)實(shí)際管徑過小，實(shí)際流速過高時(shí)，水頭損失及管壁磨損都要相應(yīng)增加，既浪費(fèi)能源又降低了管道的使用壽命。如果渣漿泵型號(hào)已確定，當(dāng)輸送管徑過小時(shí)，由于水頭損失增大，只能提高渣漿泵的轉(zhuǎn)速以增大泵的揚(yáng)程，否則輸送流量減小。例如山東某氧化鋁廠赤泥漿輸送系統(tǒng)，采用80ZJ型渣漿泵，管道直徑為DN125，由于管徑過小，輸送流量?jī)H為80m3/h，需要同時(shí)開二臺(tái)泵，而如果采用DN150的管道，輸送流量可以達(dá)到135m3/h，只需開一臺(tái)就可以了；

2）如圖2所示， 用計(jì)算的方法來確定管道揚(yáng)程時(shí)，不可避免地要與實(shí)際揚(yáng)程出現(xiàn)差異，如果我們選取的公式不當(dāng)就有可能出現(xiàn)圖2的情況，圖中A1線為管道實(shí)際揚(yáng)程曲線，A2為計(jì)算管道的揚(yáng)程曲線，A2線比A1陡，說明計(jì)算管道揚(yáng)程偏大，另外在選泵時(shí)，還要加一個(gè)揚(yáng)程余量δH，以便使泵運(yùn)行一段時(shí)間后（即泵有一定的磨損后），仍能正常運(yùn)行。這樣就會(huì)有下述情況，在設(shè)計(jì)流量Qm時(shí)，實(shí)際管道揚(yáng)程為Hm，本應(yīng)選泵Q-H曲線（轉(zhuǎn)速為n1時(shí)曲線）過m點(diǎn)，由于計(jì)算誤差（ Hm1- Hm），并又加了一個(gè)揚(yáng)程余量δH，使所選泵的Q-H曲線移到了轉(zhuǎn)速為n2的曲線[2]。這時(shí)，泵的實(shí)際輸送流量偏移到Qm2，給泵造成以下不利結(jié)果：

（1）功率加大，易引起電機(jī)超負(fù)荷；

（2）當(dāng)Qm2＞Qd時(shí)，泵可能發(fā)生汽蝕；

（3）在非額定工況下，泵的壽命與轉(zhuǎn)速成反比；

（4）泵抽空而不能正常運(yùn)行。

綜上所述，我們?cè)诠艿老到y(tǒng)設(shè)計(jì)中，計(jì)算管道汽蝕余量△he時(shí)，不能只計(jì)算設(shè)計(jì)流量Qm1點(diǎn)，而是應(yīng)該計(jì)算偏移后的流量Qm2點(diǎn)，使該流量點(diǎn)的管道汽蝕余量滿足下式要求：

△he=△hr＋0.5（3）

3 采取調(diào)速控制使渣漿泵與管路實(shí)現(xiàn)最佳匹配

圖2

圖3

（3）如果水資源緊張需要回水的話，則還將增加回水設(shè)施和能源消耗；

（4）加快泵和管道的磨損，降低使用壽命。

如果泵能調(diào)速，初期采用速度n2，滿足設(shè)計(jì)流量Qm的要求，隨著泵的磨損程度的增加，再將泵的轉(zhuǎn)速由n2逐步提高到n1。

3）對(duì)具體工況而言，要求的輸送流量并不是固定不變的，受各種因素的影響，要求的輸送流量會(huì)有一定的波動(dòng)。如果不能調(diào)速，則設(shè)計(jì)時(shí)只能按最大流量來選擇泵的轉(zhuǎn)速，而實(shí)際流量較小時(shí)就采取加水的方法，從而降低泵的使用壽命并造成浪費(fèi)。如果泵能調(diào)速，則可以通過不斷改變泵的轉(zhuǎn)速的方法來適應(yīng)實(shí)際流量波動(dòng)的要求。

4 結(jié)論

1）管路Q-H曲線與泵Q-H曲線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量是泵的實(shí)際運(yùn)行流量；管路Q-△ha曲線與泵Q-△hr曲線交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的流量，是泵和管路組成的輸送系統(tǒng)的臨界汽蝕流量，泵的實(shí)際運(yùn)行流量必須小于系統(tǒng)的臨界汽蝕余量，大于最小流量，即Qmin＜Qm＜Qd，且實(shí)際運(yùn)行處的管道汽蝕余量一定要大于泵的必需汽蝕余量，即：△he=△hr＋0.5；

2）隨著變頻調(diào)速等調(diào)速裝置的發(fā)展和應(yīng)用的普及，渣漿泵應(yīng)盡可能采取無極調(diào)速控制，特別是對(duì)于實(shí)際輸送量經(jīng)常有波動(dòng)或波動(dòng)量較大的輸送系統(tǒng)。它既能克服由于泵的磨損帶來的一些問題，也能節(jié)約能源并延長(zhǎng)泵的使用壽命。

[1]關(guān)醒凡.泵的理論與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1987.

[2]何希杰.渣漿泵工作原理和設(shè)計(jì)方法[J].流體機(jī)械，1994(9).

TH3

A

1674-6708（2010）33-0084-02

魏欲曉，高級(jí)工程師，工作單位：北京華宇工程有限公司