鉬選廠尾礦回水系統(tǒng)泵型選擇

李 翔，晁彥德

（欒川龍宇鉬業(yè)有限公司，河南欒川 471500）

0 引言

欒川龍宇鉬業(yè)小廟嶺選礦公司為萬噸鉬選廠，2008 年9 月底開始生產(chǎn)，每年向尾礦庫排放干尾礦約400 萬噸，約230 萬立方米，尾礦庫水位逐年升高。隨著庫容減少，近年來水位每年以約10 m 速度上升。2016 年初，庫尾清水層至生產(chǎn)高位水池高差約190 m，庫尾至高位水池管道大約1260 m，截至2019 年7 月，高差約為160 m。原壩前回水泵至高位水池高差約為384 m，管道長約2250 m。該回水系統(tǒng)2017 年3 月開始試運(yùn)行，尾礦庫由于隱患整改曾一度停運(yùn)約2 個月。2018 年全年正常運(yùn)行以來比2016年，僅電費(fèi)就節(jié)約268 萬元，因此從庫尾回水相對于從壩前回水效益非常明顯。但是由于庫尾水位不斷上升，高差也大幅減少，使得水泵揚(yáng)程不斷變化。若不及時更換水泵，很難適應(yīng)高差大幅減小的情況，導(dǎo)致水泵電機(jī)功率增加，甚至?xí)斐伤秒姍C(jī)損壞。2019 年7月，重新更換一臺新回水泵，回水系統(tǒng)水泵選型成為難題。因此有必要研究尾礦回水系統(tǒng)，通過分析多級泵和自平衡泵性能，對回水泵選型問題進(jìn)行探討，選出適合回水系統(tǒng)的泵型。針對高程不斷減小問題提出解決方法，在保證回水泵安全運(yùn)行的情況下，使回水泵能夠長期適應(yīng)回水系統(tǒng)高程變化，解決回水泵不斷更換的問題。

1 庫尾尾礦回水系統(tǒng)

（1）回水系統(tǒng)的組成。由2 臺WQR550-6-15 潛水泵（一備一用）、潛水泵浮船、回水泵浮船、泵池、1 臺MDP500-574 回水泵、DN400 金屬軟管、DN400 輸水管道（1260 m）、高位水池等組成。

（2）回水系統(tǒng)工藝流程。安裝于浮船上的潛水泵從尾礦庫1.52 m 深的清水層處取水輸送至回水泵浮船泵池，通過回水泵經(jīng)一段12 m 金屬軟管和1260 m 輸水管道輸送至生產(chǎn)用水高位水池。

2 回水泵泵型研究

2.1 多級離心泵和自平衡多級離心泵結(jié)構(gòu)

2.1.1 多級離心泵結(jié)構(gòu)

主要由一個前段、一個尾段和若干個中段組成，用4 個長桿螺栓連接為一個整體。安裝在泵軸上的葉輪個數(shù)代表離心泵的級數(shù)，中段的每個葉輪配一個導(dǎo)輪，導(dǎo)輪作用基本和蝸殼相同，主要是將動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。葉輪一般為單吸，吸入口都朝向一個方向。為了平衡軸向力，在末段后面裝有平衡盤，并用平衡管和前段進(jìn)口相連通。其轉(zhuǎn)子在工作過程中可以沿軸向左右竄動，靠平衡盤的推力平衡葉輪組的軸向力，將轉(zhuǎn)子維持在平衡位置附近。軸的兩端用軸承支承，并置于軸承座上，軸的兩端均有軸封裝置。

2.1.2 自平衡多級離心泵結(jié)構(gòu)

主要由進(jìn)水段、中段、出水段、次級進(jìn)水段、正導(dǎo)葉、反導(dǎo)葉、正葉輪、反葉輪、軸、節(jié)流和減壓裝置、擋套、軸承體、過渡管等零件組成。中段由高強(qiáng)度的穿杠螺栓和進(jìn)出水段聯(lián)接，泵的進(jìn)水段、中段、出水段之間的密封面均采用硫化鋁潤滑脂金屬面硬密封。轉(zhuǎn)子由裝在軸上的正葉輪、節(jié)流減壓裝置、反葉輪軸套、軸承擋套等零件組成。軸承采用“固游式”干油潤滑結(jié)構(gòu)，驅(qū)動端采用圓柱滾子軸承，末端采用角接觸球軸承。泵的工作室由進(jìn)水段、中段、出水段、次級進(jìn)水段、正導(dǎo)葉、反導(dǎo)葉和過渡管等組成。

2.2 自平衡多級離心泵和多級離心泵性能對比主要優(yōu)勢

（1）高效節(jié)能。由于自平衡泵無平衡盤的磨損及軸向竄動，葉輪與導(dǎo)葉的對中性始終處于最佳狀態(tài)，因此不會像普通多級泵隨著平衡盤的磨損、轉(zhuǎn)子部件前移而導(dǎo)致效率明顯下降。由于無平衡水的泄漏，減少了容積損失，從而提高了泵的運(yùn)行效率，降低了軸功率。

（2）高可靠性。由于自平衡泵葉輪采用對稱布置，使得泵運(yùn)行中產(chǎn)生的軸向力基本得到自動平衡，從而不需要平衡盤裝置來平衡軸向力，因此泵軸的受力狀態(tài)均勻，且應(yīng)力峰值較多級泵結(jié)構(gòu)大大降低，提高了泵轉(zhuǎn)子的剛性和臨界轉(zhuǎn)速，自平衡泵運(yùn)行更加平穩(wěn)、可靠。

（3）汽蝕性能好、使用壽命長。自平衡泵首級葉輪采用雙吸結(jié)構(gòu)，與首級葉輪為單吸結(jié)構(gòu)的同規(guī)格多級泵，汽蝕余量更低，吸水性能更好，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲低、使用壽命長。

（4）機(jī)封強(qiáng)可靠性。自平衡泵在啟、停時由于轉(zhuǎn)子部件無軸向竄動，泵運(yùn)行時也無軸向脈動，避免了多級泵的機(jī)封可靠性差的問題。

2.3 庫尾回水泵泵型分析

2008 年9 月底運(yùn)行時，尾礦庫壩前回水泵至高位水池高差約為384 m，管道長約2250 m；2016 年初，庫尾清水層至生產(chǎn)高位水池高差約190 m。經(jīng)過優(yōu)化尾礦回水系統(tǒng)，在庫尾重新安裝了一套回水系統(tǒng)，回水泵選用MDP500-604 自平衡泵，庫尾至高位水池管道大約1260 m，該回水系統(tǒng)2017 年3 月開始試運(yùn)行，尾礦庫由于隱患整改曾一度停運(yùn)約2 個月。2018 年全年正常運(yùn)行以來，僅電費(fèi)就比2016 年節(jié)約268 萬元。但是隨著高差減少，至2019 年5 月，回水泵電機(jī)功率增加，只能通過減少流量的方式維持運(yùn)行。因此2019 年7 月，重新更換一臺MDP580-603 自平衡水泵，通過運(yùn)行，在能耗不變情況下，水流量提高約20%（100 m3/h）。

（3）離心泵比轉(zhuǎn)速NS。NS=3.65nQ1/2/H3/4，其中，Q 是流量，m3/s；H 是揚(yáng)程（對多級泵取單級揚(yáng)程），m，n 是轉(zhuǎn)速，r/min。NS=3080，為低比轉(zhuǎn)速離心泵；NS=80150，為中比轉(zhuǎn)速離心泵；NS=150300，為高比轉(zhuǎn)速離心泵。

（4）回水泵泵型分析。2016 年初，庫尾清水層至生產(chǎn)高位水池高差約190 m 時，輸水管道約1260 m。統(tǒng)計多年來用水，水泵流量430500 m3/h 就可以滿足生產(chǎn)需要，經(jīng)計算泵最小揚(yáng)程約196.6 m，按照15% 余量考慮，泵揚(yáng)程226 m，因此回水泵初始選型MDP500-574 剛好滿足。如果初始泵型選擇MDP580-604 自平衡泵，流量580（450638）m3/h，揚(yáng)程240（220260）m，功率560 kW，葉輪直徑455 mm，流量滿足，功率稍大，揚(yáng)程稍高，但是如果采用葉輪切割方法就可以滿足要求。

由泵流量、揚(yáng)程、葉輪直徑的關(guān)系可知，功率盡量小時，葉輪切割量系數(shù)D1/D2=（500/560）1/3=0.9629，則D1=4550.9629438 mm，可取葉輪直徑為435 mm，葉輪切割量約4.4%，未超過葉輪切割量5%，符合葉輪切割量要求。MDP580-604 自平衡泵參數(shù)：流量430610 m3/h，揚(yáng)程201237.6 m，軸功率489.35 kW，因此完全滿足要求。

3 回水泵泵型選擇

（1）回水泵泵型選擇。初始回水泵可選擇MDP580-604 自平衡泵，葉輪直徑通過切割方法由直徑455 mm 改為430 mm，為保證泵效率，配套導(dǎo)葉適當(dāng)修正即可。

（2）回水泵參數(shù)驗(yàn)算。由泵流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速、功率、葉輪直徑關(guān)系公式可以計算出MDP580-604 自平衡泵參數(shù)：流量425.3603 m3/h，揚(yáng)程196.5232.2 m，軸功率472.67 kW，完全可以滿足要求。如果選擇該泵型，2017 年7 月，需要重新購置新泵，只需把MDP580-604 自平衡泵中段去掉一級，更換泵體連接螺栓和泵軸，即成為MDP580-603 自平衡泵，即目前使用的泵。運(yùn)行23年后高差減少約30 m，只需把該泵改為MDP580-602 自平衡泵即可，這樣就節(jié)省2 臺回水泵，同時也可避免設(shè)備閑置。

4 結(jié)束語