液下泵改臥式泵的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

朱中亮，陳 坤

（云南錫業(yè)股份有限公司冶煉分公司，云南紅河 661000）

0 引言

云南錫業(yè)股份有限公司冶煉分公司地下槽配備的泵多數(shù)為液下泵，啟動(dòng)前無(wú)需灌泵、操作簡(jiǎn)單，但也存在一些弊端。因?yàn)楸妙^要浸入液體介質(zhì)中，液下泵泵軸普遍偏長(zhǎng)，運(yùn)行過(guò)程中泵軸擺動(dòng)幅度大、轉(zhuǎn)速高，振動(dòng)明顯。如果長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，泵的可靠性和穩(wěn)定性無(wú)法得到保證，故障次數(shù)會(huì)增多。并且泵軸過(guò)長(zhǎng)，拆裝不方便，也增加了維修難度。在冶煉分公司尾氣處理工段，某處地下槽液下泵故障頻發(fā)，對(duì)生產(chǎn)、環(huán)保造成了較大影響，維修成本大幅增加，針對(duì)于此，現(xiàn)重新選一臺(tái)便于維修、故障率更低的臥式離心泵替代原有的液下泵。

1 工作環(huán)境介紹

槽體直徑2.5 m，放置在深2.8 m 的地坑中，儲(chǔ)存介質(zhì)為pH=5 的液體（含水75%），工作時(shí)液體溫度約40，運(yùn)動(dòng)黏度（按水估算）為0.65810-6m2/s。該地重力加速度g=9.8 m/s2。

工藝要求：槽體內(nèi)液體輸出流量應(yīng)不低于10 m3/h；以槽體頂部平面為基準(zhǔn)，壓送液體高度應(yīng)不低于20 m。

2 泵的選用與配置

2.1 總體方案

臥式離心泵安裝在槽體頂部，高于液位，如直接配置在現(xiàn)場(chǎng)，因泵進(jìn)液管底閥會(huì)不可避免會(huì)產(chǎn)生泄漏，停泵一段時(shí)間，泵再次啟動(dòng)前必須灌泵，底閥一旦損壞泵將不上液。為解決該問(wèn)題，在臥式泵前再增加一套真空引液筒：在泵啟動(dòng)之前，打開(kāi)真空引液筒排氣管，通過(guò)注液管向筒內(nèi)注入地下槽液體，當(dāng)液面到達(dá)筒體吸液管下緣，關(guān)閉注液管、排氣管閥門(mén)；泵啟動(dòng)過(guò)后，泵運(yùn)轉(zhuǎn)吸入真空引液筒內(nèi)液體，筒內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，筒體吸液管不斷將地下槽液體吸入筒內(nèi)，使泵正常運(yùn)行（圖1）。

圖1 臥式泵配置

2.2 泵的選用

2.2.1 確定管道直徑

根據(jù)管件標(biāo)準(zhǔn)選定d1=65 mm，d2=50 mm，以此計(jì)算泵進(jìn)出口管中流速：1=

2.2.2 泵所需揚(yáng)程

（1）計(jì)算泵進(jìn)液管水頭損失。

式中 hf1——進(jìn)液管沿程阻力損失

g——重力加速度，取g=9.8 m/s2

（2）計(jì)算出液管水頭損失。

l2——出液管總長(zhǎng)，m，按現(xiàn)場(chǎng)情況取l2=28 m

（3）計(jì)算泵的揚(yáng)程。

式中 Hg——吸液高度，根據(jù)槽體放置深度，取Hg=3 m；Hp——壓液高度，取Hp=20 m

將數(shù)據(jù)代入式（4）得H=3+20+0.015 9+1.51=24.5 m。

2.2.3 泵選型

表1 65F-25玉型耐腐蝕離心泵的相關(guān)參數(shù)

2.3 分析泵的汽蝕

汽蝕會(huì)造成泵內(nèi)過(guò)流部件的剝蝕，使泵性能下降，還會(huì)產(chǎn)生噪聲和振動(dòng)，危害極大。所以在泵選型過(guò)程中，還需對(duì)汽蝕情況進(jìn)行分析，判斷在所處工作環(huán)境是否會(huì)發(fā)生汽蝕。

計(jì)算在現(xiàn)有工作環(huán)境中泵的有效汽蝕余量：

式中 PA——當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ≈?.01105Pa

PV——液體輸送溫度（40）下的飽和蒸汽壓力，查飽和蒸汽壓力與溫度對(duì)應(yīng)表，取值7.5103Pa

Hg——泵的安裝高度，m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)描述加上泵的中心高，取值3 m

將數(shù)據(jù)代入式（5）式，得NPSHa=6.525 m。

NPSHaNPSHr，因此該泵不會(huì)發(fā)生汽蝕。

2.4 真空引液筒的設(shè)計(jì)

2.4.1 筒體結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)設(shè)定

真空引液筒選取平底式筒體結(jié)構(gòu)（圖1）：筒體內(nèi)徑初步設(shè)定為0.6 m；吸液管直徑為65 mm；筒體進(jìn)液管（即吸液管）下緣距筒頂0.1 m；管總長(zhǎng)3 m；最低水位到吸液管上緣幾何高度2.7 m；筒體出液管（即泵進(jìn)液管）上緣距底部0.15 m（參考電機(jī)中心高）。

2.4.2 計(jì)算筒體容積

（1）泵啟動(dòng)前筒內(nèi)氣體體積。

式中 VT——筒體灌滿液體后吸液管口上部氣體體積

Vg——吸液管內(nèi)氣體體積

D——筒體內(nèi)徑，取值0.6 m

L1——筒體灌滿液體后吸液管口距筒體頂部距離，取值0.1 m

d1——吸液管直接，取值0.065 m

L2——吸液管總長(zhǎng)，取值3 m

將數(shù)據(jù)代入式（6），則V1=0.038 2 m3。

（2）泵啟動(dòng)后筒內(nèi)氣體壓力。

泵啟動(dòng)后，吸液管水頭損失按泵的選用方式計(jì)算:

式中 v3——吸液管內(nèi)液體流速，與泵進(jìn)液管流速相同，取值0.838 m/s

計(jì)算泵啟動(dòng)后筒內(nèi)氣體壓力P2，P2=P1-0.01（h3+hp）。其中，P1取當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，取?.01105Pa；hp最低水位到吸液管上緣幾何高度，取值2.7 m。可計(jì)算得出P2=7.33104Pa。

（3）泵啟動(dòng)后筒內(nèi)氣體體積。

按等溫變化的波義耳定律，計(jì)算泵啟動(dòng)后筒內(nèi)氣體體積V2，則

（4）筒體容積。

泵啟動(dòng)后氣體V2引起液位下降的高度其中，A 為真空引液筒內(nèi)部截面積，A=，則H0=0.186 m。

設(shè)泵啟動(dòng)后仍保持浸沒(méi)深度為0.2 m，真空引液筒的凈高度等于所有設(shè)定與計(jì)算高度之和H=0.186+0.2+0.15+0.1=0.636 m，凈容積V=

2.4.3 確定筒體規(guī)格尺寸

參考《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)（專(zhuān)用機(jī)械）》給定標(biāo)準(zhǔn)，確定筒體規(guī)格尺寸：筒體內(nèi)徑D=600 mm，容器總高H=1115 mm，壁厚S=4.5 mm。

3 結(jié)束語(yǔ)

該項(xiàng)設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)中已得到應(yīng)用，較好地解決了之前設(shè)備故障率高、難維修等問(wèn)題。相比于改造之前的液下泵，臥式泵的價(jià)格更低。但臥式泵及真空引液筒的配置占用空間較大，在某些空間狹窄地方無(wú)法使用。真空引液筒的選用應(yīng)遵循寧大勿小的原則，筒體焊接后應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)（試驗(yàn)壓力為0.2 MPa），各焊縫均不允許有滲漏現(xiàn)象。在使用過(guò)程中，真空引液筒頂注液管、排氣管閥門(mén)必須具有較好的密封性。