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)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1前言水力采煤工艺的关键设备是“两泵一枪”，即高压供水泵(节段式多级离一t2,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12—20MPa)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19／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入高压密封清水。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2001．4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DDM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。2DDM型多级煤泥泵DDM型多级煤泥泵为唐山煤研分院设计，博山水泵厂制造，于1993年通过部级鉴定，1996年获原煤炭工业部科技进步三等奖。图 l为该泵结构形式。该泵设计特点如下：(t)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【4j。(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，延长泵的大修周期．，降低整机造价b1。(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¨】。1997年6月，北票矿务局冠山煤矿采用DDM360—75×11多级煤泥泵输送煤泥水。配套电机为四极，1400kW；水中固体含量289／L，最大颗粒直径0．5 mlTl，排水高度750 m。煤水提升系统见图3。截止1999年11月，两台投一3一图lDDM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．平衡板 lO．】!{{液段 lI．换向流道12．‘p问密尘寸套13．末级右导叶14．朽导11j-套15．右导叶16．后段17．平衡套18．尾盖19．后轴承体20．轴21．轴套22．左叶轮23．左挡套24．平衡盘25．中间轴套26．右叶轮27．右挡套28．平衡鼓入使用的泵运行时间均达到近7000小时。现场认为，该泵有如下特点：1)效率高。当该泵运行至3720小时，对其进行性能测试，泵效率仍达到71．5％。与原使用DN300—60×10多级煤泥泵相比，年节电近240万度。2)大修寿命长。与DN300—60×10多级煤泥泵相比，大修寿命延长了30多倍，单泵年节图2低压约大修费用及日常维护费用160侧末级叶轮万元以上。3)井下维护工作量小。过去冠山矿大量使用DN3013—60X10多级煤泥泵，由于清洁的一4一选煤泥泵图3煤水提升系统水泵技术200I．4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20天左右，工人的劳动强度很大。现在使用DDM360—75×11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。DM、ON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DDM360—75 x1l多级煤泥不需要高压密封清水，这是该泵突出优点。泵3DDM型泵用作高压供水表1┏━━━━━━━┳━━━━━━━━━━━┳━━━━━━━━┳━━━┓┃0{=能参数┃麓暑燕黧慧襻┃转速级数┃备注┃┃趴┃┃n(r／rain)┃┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━╋━━━━━━━━╋━━━┫┃┃．76l┃┃┃┃Mnm80—80┃┃┃┃┃┃．9┃┃┃┃高fE供水泵┃┃┃┃┃┃3345'7．267┃┃┃┃┃┃一】2┃┃┣━━━━━━━╋━━━━━━━━━━━┫┃┃┃┃ l64．6┃┃┃┃1)1)M360—75┃┃┃┃┃┃．┃┃┃┃多级烘泥泵┃┃┃┃┃┃．05┃┃┃┗━━━━━━━┻━━━━━━━━━━━┻━━━━━━━━┻━━━┛3．1DDM型泵与高压供水泵性能相近欲将DDM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，DDM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。3．2DDM型泵作高压供水泵使用的改进DDM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4MPa，出口允许最高工作压力为10MPa。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10MPa，出lCl允许最高工作压力提高为水泵技术2001．420MPa，满足两泵串联运行时作为后置泵的条件。对DDM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QT50—5，现采用铸钢ZG270—500，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10MPa提高为20MPa，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。因此各段之问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45号钢改为40Cr调质：尾盖结构修改，减小承压面积：联接螺栓由8条改为16条，并选用高强度螺栓。换向流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DDM360—75型多级煤泥泵的其它零、部件一律不动，改造后的泵型号为DDZ300—80型高压供水泵。DDM360—75型多级煤泥泵与DDZ300—80型高压供水泵零件的通用性达86．1％，零件木型通用性达95％以上，所有安装尺寸完全一致。4DDZ300—80型高压供水泵的工业运行2000年3月19日，北票矿务局台吉煤矿的两台DDZ300—80×10型高压供水泵投人串联运行，分别安装在负550采区泵房的1号与4号泵位。煤泥含量约109／L，粒径多数为0．1mlTl以下。泵配用电机为4极，功率1050kW，额定电流12iA，额定电压,7：泵一，～