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水力采煤 系列用泵 的开发与应用 崔 巍 煤 炭科学 研究 总院唐 山分院 ； 0 6 3 0 1 2 摘要 将用于水力采煤 的节段式多级离心泵改为叶轮对称布置的多级泵 ，取消了平衡机 构 ， 解决 了寿 命 、 效 率及 运行 稳定性 等 问题 。改 造后 的泵 亦可 用作 高压供 水 泵 。 关键词 多级 离心泵水 力采煤 多级煤泥泵高压供 水泵 l 刖 置 水 力采煤工艺 的关键 设备是“ 两 泵一枪 ” ， 即高 压供水泵 节段式 多级离 心泵 、多级煤 泥 泵 节段式 多级 离心 泵 与高压水 枪。简述其 工 艺路线为 高压供水泵将水 压力通常为 l 2 2 0 MP a 输送给高压水枪 ， 高压水枪把击落的 煤 经过分级后 与水混合 ， 由多级煤泥泵输送 至地面选煤 厂。 多年来 ，水 力采煤行 业的技术 人员一直 试 图将高压供水泵与多级煤泥泵使用同一型式的 泵。形 成 统一结构 的水 力采 煤泵 系列 。这一 方 面便于现场用泵的维护与管理 ， 降低易损件备 用量 ；另一 方 面 ，泵 的选 型 工作 简 化 ，有利 于 水力 采煤工艺 的推广应 用。 但是 ， 这种设想一直未能实现。主要因为 水力采煤矿井 中使用 的高压供水泵 与多级煤 泥 泵均为同向布置叶轮的节段式多级离心泵， 其 平衡机构由平衡盘和平衡板组成，必须在清洁 水中才能正常工作。但多级煤泥泵输送的是煤 泥水 ； 高压供水泵使用的是循环水 ， 水质也很 差 煤 泥含量 大于 l g ／ L 。 这就需要两 个必备 条 件 第 一 ，矿井 下必 须 有清 洁 的密 封水 资 源 ； 第 二 ，必须 配备一 套密封 注水 系统 ，向高 压供 水泵与多级煤泥泵的平衡机构注人高压密封清 水 。然而水力采煤矿井中清洁的水源难寻 ， 复 杂 的密封 注水 系统 又增加 了维护难 度。导致高 水泵技 术2 O O 1 ． 4 压供水泵与多级煤泥泵运行状况极不稳定 ， 大 修寿命难以提高。为解决上述问题 ， 我院设计 开发 了 DD M 型 多级 煤 泥 泵 ，此 泵在应 用 中所 显 示的 良好性能 ，使两 种泵通用 有 了可能 。 2 D DM 型 多级煤泥泵 D DM型多级煤 泥泵为唐 山煤研 分 院设计 ， 博 山水泵厂制造 ，于 1 9 9 3年通 过部级 鉴定 ， 1 9 9 6年获原煤炭工业部科技 进步三等奖 。图 1 为该泵结构形 式。 该泵设计特 点如下 1 叶轮采用背靠背布置 ， 低压侧末级叶 轮为后半开式 图 2 ， 用 以平衡轴向力。 该结构 已获国家专利 ， 其水力学原理及数学计算见参 考 文献 【 4 J 。 2 泵 的所 有间隙密封部位 喷焊耐磨 合金 粉 末 ，以提高耐 磨性 ，延 缓轴 向力 的变 化 ，延 长泵的大修周虮 ， 降低整机造价 。 3 为提高泵的效率， 该泵过流部件的水 力设计全部采用 “ 固液两相流理论” ，由计算机 辅助设计完成 ，获得 良好效 果“ 。 1 9 9 7年 6月 ，北票 矿务 局 冠 山煤 矿采 用 D D M3 6 0 7 51 1 多级煤泥泵输送煤泥水 。配 套电机为四极 ，1 4 0 0 k W； 水 中固体含量 2 8 g ／ L， 最大颗 粒直径 0 ． 5 mm，排水 高度 7 5 0 r n 。 煤 水提升系统见图 3 。 截止 1 9 9 9年 1 1 月， 两 台投 一 3 一 维普资讯 图 l D D M 型多 级煤 泥泵 结构 图 1 前轴承体2 ．穿杠3 前段4 密封环5 ．中段6 ． 左导叶7 左导叶套8 末级左导叶9 平糟扳 1 0 ．出液段 1 1 ．换向坑道 】 2 ．中间密封套 1 3 束缎右导叶 1 4 ． 右导叶套 1 5 右导叶 1 6 ．后段 1 7 平衡套】 8 ．尾盏1 9 ． 后轴承件2 O ． 轴2 1 轴套2 2 ． 左叶轮2 3 左挡奢2 4 平衡盘 2 5 中间轴套2 6 右时轮2 7 右挡套2 8 ． 平衡鼓 人 使 用 的 泵运 行 时 间 均 达 到 近 7 0 0 0小时。现 场认为 ，该泵有如 下 特点 1 效 率高 。当该泵 运行 至 3 7 2 0小 时 ， 对 其 进行 性 能测试 ， 泵效 率仍达 到 7 l 、 5 ％ 。 与原使用 DN 3 0 06 01 0多 级 煤 泥 泵 相 比，年节 电近 2 4 0万 度 。 2 大修 寿命 长 。 与 DN 3 0 0 6 01 0多级 煤 泥 泵 相 比 ，大 修 寿命延长 了 3 O多倍 ，单泵年节 图 2 低压约大修 费用 及 日常维 护 费用 1 6 0 侧束级叶轮万 元 以上 。 3 井下维护工作量小。 过去冠山矿大量使 用 D N 3 0 0 6 01 0多级煤 泥泵 ，由于清洁的 一d一 泥泵 图 3 r 煤 水 提升 系统 水 泵技 术2 0 0 1 ． 4 维普资讯 密 封水源得 不到保 障 ，泵 的平 衡机构 平 衡盘 、 平 衡板 磨损极 快 ，几天 就需 要拆卸 、调整 ，甚 至每个 班都 要 调整 ，泵 的大修 寿命 只有 2 0天 左 右 ，工 人 的 劳 动 强 度 很 大 。 现 在 使 用 D DM3 6 07 5l 1多级煤 泥泵 ，工人 只需每 班 给轴 承加一次 油 4 彻底 摆脱 了对 高压 密封清水 的依 赖 。 D M、D N型多级 煤 泥泵 之所 以大修 寿命 短 ，关 键 是用 于多级 煤泥泵平 衡机 构 的密封 水水质较 差，含固体物料较多 ， 导致泵的平衡机构 平 衡 盘 、平 衡板 磨 损极 快 ，事故 频 繁 ， 可 靠性 差。而 D DM3 6 07 51 1 多级煤 泥不需要高 压 密封 清水 ，这是该 泵 突出优点 。 泵 3 D DM 型泵用作高压供水 表 1 转 速 级 数 备 注 { r／ m in 】 75 8 8． 7 6】 M B 08 0 2 8 0 8 0 70 3 9 高压 水泵 3 3 4 7 7 2 67 I 48 0 3～ I 2 2 l 6 8 5 】 6 4 6 ∞ M3 6 。一7 j 3 o o 8l 2 72 0 6 5 多域攥泄泵 3 60 76 7 4． 0 5 3 ． 1 DDM 型泵 与高压 供水泵性 能相近 欲将 D D M型多级煤泥泵改造成高压供水 泵 ， 前 提 是其 性能 参数应 和现有的高压 供水泵 基 本一 致。由表 1对 比可知 ，D DM泵与 目前应 用 的 MDZ型 高 压供 水泵 性 能参 数 相符 ，仅 汽 蚀性能略差 ， 具备 了取代的基本条件。 3 ． 2 D D M 型泵作高压供水泵使用的改进 DD M 型 多级 煤泥泵 与 目前应 用 的高压供 水 泵相 比 ，优越 之处 在于 前 者对水质 的适应 性强。但不足之处是承压能力低其人口允许 最 高 工作 压 力为 4 MP a ，出口允 许最高 工作压 力为 1 0 MP a 。 为了达到现有高压供水泵的工作 压力等级 ， 应把泵的人 口允许最高工作压力提 高 至 1 0 MP a ，出 口允许 最高 工 作压 力提 高 为 水 永技 术2 0 0 1 ． 4 2 0 MP a ，满足两泵 串联运 行时作 为后置 泵的条 件 。 对 D DM型 多级煤 泥泵采取 下述改进 措施 。 3 ． 2 ． 1改变关键零 件 的材质 前段、 填料压盖等零件原用材料为球墨铸 铁 Q T 5 0 5 ， 现采用铸钢 Z G 2 7 0 5 0 0 ． 提高了 设备的可靠性。 3 ． 2 ． 2改 变关键 零件 的密 封结 构 由于泵 的最高 工作 压 力 由 1 0 MP a提 高 为 2 0 MP a ，泵 的前 段 、中段 、后段 、出液 段 、尾 盖、 换 向流道等零件的清水试验压力相应提高 到工作压 力 的 1 ． 5倍 。因此各段 之间 的密封 面 上不能采用纸垫。如采用经过磨床加工的金属 面作为 密封 面 ，制造成本 将大 幅上升 。经过 多 次试验 ， 采用特殊结构橡胶密封圈 ， 解决了高 压密 封问题 。 3 ． 2 ． 3提高泵体 密封 面联接 零件 的强度 泵 的前段 、中段 、后段 、出液 段 是用 穿杠 联接在一起。由于最高工作压力提高 了一倍 ， 经计算将穿杠材料由 4 5 号钢改为 4 0 C r 调质 尾盖结构修改 ． 减小承压面积 联接螺栓 由 8 条改为 1 6条 ， 并选用 高强度 螺栓 。 换 向漉道及 填料压盖联接螺栓直径相应增大。所有法兰厚 度加 大 。 3 ． 2 ． 4其他零件 D D M 3 6 0 7 5 型多级煤泥泵的其它零 、 部 件 一 律不 动 ，改造后 的泵 型号 为 DD Z 3 0 08 O 型高压供水 泵 。DDM3 6 07 5型 多级煤 泥 泵与 D D Z 3 0 08 0型 高 压 供 水 泵 零 件 的 通 用 性 达 8 6 ． 1 ％ ，零件木型通 用性达 9 5 ％ 以上 ， 所 有安 装尺寸完 全一致 。 4 DD Z 3 0 08 O型 高压供 水 泵的工业运行 2 0 0 0年 3月 1 9日，北票矿 务 局 台吉 煤矿 的两 台 DD Z 3 0 08 0 x 1 0型高压 供水 泵投 人串 联运行 ，分别 安装在 负 5 5 0采 医泵 房 的 l号与 4号 泵 位 。 煤 泥 含 量 约 1 0 g ／ L，粒 径 多 数 为 0 ． 1 i n m 以 下 。 泵 配 用 电 机 为 4 极 ，功 率 1 0 5 0 k W，额定 电流 1 2 1 A，额定 电压 6 0 O O V。 泵 一 5 一 维普资讯 开启 后 ，电流 为 8 9 A，电压 6 4 0 0 V，前 置泵 出 口压力 8 ． 3 M P a ， 后置泵出 13压力 1 6 ． 5 M P a 。 落 煤 能 力显 著增加 。 截止 2 0 0 1年 4月 2 0 日，1号 与 4号泵位 的 D D Z 3 0 08 01 0型 高 压 供 水 泵 累 计 运 行 4 6 5 0小 时以上 。经过 一年多 的工 业运行 ， DD Z 型高压供水 泵获得现 场好评 。 1 效率高 ， 且维持高效运行的时问长 该矿 原使用 的 MD Z 2 8 06 5 x 1 0型高压供 水泵因关键零件未选用高耐磨材料 ， 运行一个 月 后 ，由 于煤 泥水 的冲刷 ，泵 内部 间隙密封磨 损 ，内漏 增大 ，效 率急剧下 降 。表现 为泵 的运 行 电流 大幅 降低 ，水枪 流量 、 压 力下 降 ，落煤 效率降低。但 D D Z 3 0 0 8 O x 1 0型高压供水泵 在运 行 一年 多后 ，落煤 压 力投有 变化 ，运行 电 流也 没降低 ， 前 置泵 1 号 泵 与后 置泵 4号 泵 均 为 8 9 A。 2 现场工人 操作 简单 ，维护方 便 运行 MD Z 2 8 0 6 5 x1 0型高压供水泵时 ， 工人需经常更换平衡盘 、 平衡板 ， 调整泵的轴 向串量 ， 泵局部拆卸、 安装的工作量很大。现 在 运行 D D Z 3 0 08 O x1 0型高压供 水 泵 ，每天 只需给轴 承加些 油 ，有 时换条盘 根即可 。截止 目前 ，未换其 它零件 。 3 对恶劣水 质具有 良好 适应性 DD Z 3 0 08 0 x 1 0型高压供水 泵工作 用水 煤 泥 含量 约 1 0 g ／ L ，有 时甚 至 达 5 0 g ／ L ，但 这 对该泵 的性 能及 寿命 未产生任何影 响。 4 对频繁启 动适应性 强 由于台吉 煤矿属 于高瓦斯矿 井 ，水枪 不能 连续 落煤作业 ，因此高压供水 泵运行 2 O 3 O 分 钟 最短 1 5分钟 ， 最长 1 小时 就要停机。 频繁 启动通常对顺序布置节段式多级泵的损伤极大 ，每启动一次， 平衡机构就会经历一次剧烈的 撞击 与磨损 ，会大 幅降低整机 寿命 。该 矿原使 用 的 MD Z 2 8 06 5 x 1 0型高压供水 泵就因不适 一 6一 应 频 繁启 动而 经 常损 坏 平 衡机 构 。DD Z 3 0 0 8 01 0型高压供水 泵 由于是对称布置 ， 对 频 繁启动投有不 良反应 。 事物 总是一分 为 二 ， 对 称 布置节段式 多级 离心泵 与顺序 布 置节段式 多级 离 心泵相 比 ， 前 者 由于增加 了一个 出液段 ，体 积 、重量均 相应 增加 。这是水 力采煤专用泵 的不足 之处 。 5经济效益分析 经 北 票 矿务 局计 算 并 出示 证 明 ，每 台 D D Z 3 0 08 0 x1 0型 高 压 供 水 泵 比 MD Z 2 8 0 6 5 x 1 0高压 供水 泵每年 可节省 大修 费 9万 元 ， 日常 维修费 6 、 8万 元 ，电费 2 O ． 3 5万元 ，共计 3 6 ． 1 5万 元 。 这还不包 括因采用 DD Z 3 0 08 0 x 1 O型 高压 供 水 泵而大 幅度提 高落 煤能 力 所产 生 的效 益 在 内 。 高 压供水 泵与 多级煤 泥泵 同一结构 型式 多 级泵的研制与工业试验得到博山水泵厂和北票 矿务局的大力支持 ， 仅此致谢 参考 文献 l 沈 阳水 泵研究 所离心 泵设 计 基础机械 工业 出版杜 ， 1 9 7 4 8 2 崔巍 ． D I M3 6 07 5多级 煤 泥泵 的研究 及推 广 应 用水 力 采 煤及 管道 运输 ，1 9 9 8 3 3 北 票矿 井局冠 山煤 矿DD M3 6 07 5 x 1 I多圾煤 泥泵 在我 矿的使用情况 ． 1 9 9 8 ． 6 ． 1 0 4 崔巍对称布置型多级煤水泵的轴向力分析及结构改进 流体机槌，1 9 9 9 1 1 5 崔巍 ．喷焊 工艺在多缎煤 泥泵上的应用 ．承泵技术 ． 1 9 9 3 5 6 许洪元 固} 嚏 两相流泵叶轮出 r a 参数的计算和选择 ．承 泵 技术 ，1 9 8 8 3 本文 编辑张树 荫 水泵技 术2 0 0 1 ． 4 维普资讯