沙泵基本参数的选择确定

1、确定流量与管道直径

水中含有泥沙时,必须保证管道中的浆体流速。与清水泵不同,流速太低、太高都不行,否则会出问题。流速过低,会发生沙粒沉降回落,会使泵腔内泥沙浓度急剧增加,使得叶轮快速磨损报废,严重时还会导致堵管、堵泵,甚至烧电机。流速过高,会导致管路损耗增大,流量减小,排水效率降低,容易堵管、堵泵。所以设计选型时,实际工作时的流量要与管道直径相匹配,一般情况下流速2~3m/s。选择矿用立泵时,无特殊要求的情况下,按照排沙潜水泵、矿用立泵产品参数表中流量选择对应的管径即可。

复杂的工况设计需要校核管道流速,对比选出最佳方案。例如远距离浆体输送时重点校核流速,控制管路损耗。此外并联排水方案一定要校核一台泵工作和多台泵工作时的管道流速,这里是选择沙泵排水时最容易出现设计问题的地方。

流速在2m/s、3m/s时,常见管径与流量对照表:

 

流速

DN50

DN75

DN100

DN125

DN150

DN200

DN250

DN300

DN350

2m/s

14

32

57

88

128

226

354

510

690

3m/s

21

48

85

132

190

340

530

760

1040

流速

DN50

DN75

DN100

DN125

DN150

DN200

DN250

DN300

DN350

2m/s

14

32

57

88

128

226

354

510

690

3m/s

21

48

85

132

190

340

530

760

1040

注:流量单位m3/h。

常见物料的最低流速对照表:

常见物料的最低流速对照表:

输送物料名称

粉煤灰

普通泥沙

铁精矿

比重

1.35

2.2

2.65

4.9

排水管最低流速m/s

1.2

1.4

1.5

2.0

选择流速大小的基本原则

    1、管路较短时流速高一些,管路较长时流速低一些;

    2、固体沙粒的比重较大时流速高一些,比重较小时流速低一些;

  • 3、固体沙粒的颗粒较大时流速高一些,颗粒较小时流速低一些;

  • 4、浆体浓度较高时流速高一些,浆体浓度较低时流速低一些;

2、确定扬程

用户选择水泵扬程时,主要考虑三个参数:排水高度、管路损耗、扬程备量。

a、排水高度

 ♦水泵潜水使用时,排水高度为水面与管路出水口之间的高差(水面以下到泵出水口的高差不算扬程);

 ♦水泵在水面以上使用时(放在陆地上或吊挂在空中接吸水管使用),排水高度为泵出水口与管路出水口之间的高差(泵吸水口到水面高差为吸程,不算扬程。);

 ♦如果排水管路上行至最高点后又下行,形成中部凸起,此时的排水高度为泵出水口与管路最高处之间的高差(不能再以管路出水口为基准计算)。

b、管路损耗

管路损耗受管道内径、介质的流速的影响很大,此外还受管道材质(内壁的摩擦系数)、浆体浓度、浆体粘度、管道折弯情况及与阀门等元器件的影响。因此,对于水中含有泥沙的排水工况,管路损耗远大于清水时的管路损耗,而且浆体浓度越高、粘度越大,管路损耗越大。设计选型时,可先按照清水状态计算出管路损耗,再乘以1.5~3倍作为选型用的管路损耗。

 

流速在2m/s、3m/s时抽清水时100米长直铸铁管的管路损耗(单位:米)

流速

管径

DN50

管径

DN75

管径

DN100

管径

DN125

管径

DN150

管径

DN200

2 m/s

9.5

6.3

4.2

3.3

2.7

1.9

3 m/s

/

14

9.5

7.5

6.2

4.3

从表中可以看出管径越小,管路损耗越大;流速越大,管路损耗越大。因此用多根细管来替代等面积的粗管的做法是不可取的。

抽泥浆、沙浆时的管路损耗由于没有理论计算公式和可参照的图表,设计时靠经验得到的管路损耗不准确。尤其是管道很长时,设计值和实际值出入很大,要想准确得出管路损耗的办法就是实际测量。用户可根据现有的排水系统,用压力表测量实际工作扬程(正常排水时,泵出水口处的压力值),再减去排水高度,就可得到当前流量时的管路损耗。以此为基准,再次选型时就有了准确的数据,也可为本单位的其他同类工况设计排水系统提供依据。

c、扬程备量

水中含沙时,水泵长期使用会发生磨损,造成流量下降、扬程降低。当沙泵的最大扬程小于工作扬程时,就无法排水。因此,沙泵选型时扬程要根据情况留出磨损备量。此外,由于核算沙泵的管路损耗是按照清水状态下管路损耗加倍计算得出的,属于凭经验得出的结论,因此,对于没把握的工况设计也需要考虑增加扬程的设计备量。这也是清水泵同沙泵设计选型的区别之一。根据以往的经验,推荐扬程备量:

        ♦扬程0~75米,扬程备量留5~10米;

        ♦扬程75~160米,扬程备量留10~20米;

        ♦扬程160~300米,扬程备量留20~40米;

        ♦如果浆体浓度较高,重度比大于30%,扬程备量需增大1.5~2倍。

根据排水高度、管路损耗、扬程备量之和来选择沙泵的额定扬程。

设计及选型人员需要注意:普通水泵的扬程是有使用范围的,国家标准及国家质检部门对水泵检验仅仅是要求在0.7~1.2倍额定流量范围内(大约是1.1~0.8倍额定扬程),高扬程的水泵是不允许在低扬程使用的。按照本文的选型原则选出额定扬程的沙泵,实际使用时扬程可能要超出普通水泵的使用范围(因为扬程备量很大),因此要求注意所选的沙泵扬程使用范围。矿用立泵具备全扬程无过载的功能,允许全扬程使用。

在确定沙泵的额定扬程后,还需要进一步核对沙泵的额定流量。由于实际使用扬程比额定扬程低,所以实际流量要比额定流量大。需要根据该规格产品的性能曲线,核对额定流量和实际流量,如果相差不大,直接按设计流量选择额定流量(随着沙泵的磨损,实际流量会逐步下降,因此也有留出些备量。);如果相差太大,选择沙泵的额定流量要小于设计流量。

此外,矿用立泵的部分规格产品允许多台串联,(详见独家特性 产品天地 可串联)可降低排水系统的费用,有需要的用户可咨询我单位技术人员。

沙泵设计选型错误案例——某工程公司选择沙泵时,按照清水泵的设计方法选型后,购买了KL280-50 矿用立泵。现场实测工作扬程54米(据说其工程师按清水计算时只有48米,实际排沙浆时管损增大。),该泵的额定扬程只有50米,虽然该泵的最高扬程是67米,54米能出水,但扬程明显选的不对(至少应该选60米扬程的沙泵)。而且该用户选配DN300的大管道,该规格产品要求DN200管径,在扬程不够、流量不足、流速又非常低的情况下抽泥沙,结果是抽进来的高浓度泥浆,出水口排出的是低浓度泥浆,泥沙在管道及沙泵内发生沉降,造成泵腔内浓度越积越高,导致叶轮快速磨损,叶轮寿命大幅下降。这是典型的设计错误的案例。

沙泵设计选型成功案例——参见"福建电厂桩基础渣土4.5公里远距离输送"。

3确定浆体密度、固体浓度,选配适当的电机功率

水泵输出功率P=ρgQH

ρ——泵输送浆体的密度;g——重力加速度;Q——泵的流量;H——泵的扬程。

选择沙泵时,必须要考虑浆体密度,浆体密度不同,匹配的电机功率不同。

浆体密度相同时,由于固体介质的比重不同,浆体浓度也不同。浓度太高,浆体流动性差,水泵功率会大幅上升,容易堵泵、容易烧电机。因此,杂质泵都规定了介质的使用条件。

例如:某种潜污水泵,浆体密度≤1020 kg/m³,浆体浓度体积比≤4%

用户选型时需检查沙泵允许的浆体密度和浆体浓度是否满足工况的要求。超范围使用时不仅容易过载烧电机,水泵寿命会大幅降低,对于普通潜水泵来讲,还存在爆炸的隐患。

浆体浓度分为两种:

1、固体体积比 = 浆体中固体总体积÷浆体总体积

2、固体重量比 = 浆体中固体总重量÷浆体总重量

固体重量比是通用的表达浓度的方式,所有浆体的研究、计算、设计、选型等均采用的是重量比。

固体体积比较直观,大多数用户在描述浆体浓度时,往往说的是固体体积比。

选型时,概念一定要清楚。准确获得浆体浓度的做法是现场测量,可在沙泵工作时用塑料桶或矿泉水瓶等容器在出水口取样,通过称重、计算,得出固体重量比,或沉淀后查看固体体积比,再根据固体比重核算出固体重量比。

 

常见物料浆体密度与固体体积比、重量比对照表:

 

物料名称

物料比重

浆体密度

1100kg/m³  

1300kg/m³ 

1500kg/m³  

体积比%

重度比%

体积比%

重度比%

体积比%

重度比%

精煤泥

1.45

22%

29%

67%

74%

\

\

尾煤泥

1.8

13%

20%

38%

52%

63%

75%

黄粘土

2.6

6%

15%

19%

38%

31%

54%

石英砂

2.65

6%

15%

18%

37%

30%

54%

尾矿沙

3.3

4%

13%

13%

33%

22%

48%

铁精矿

4.9

3%

11%

8%

29%

13%

42%

 

常见物料固体重量比与浆体密度(kg/)对照表:

 

物料名称

物料比重

重量比固体浓度

10%

20%

30%

40%

50%

60%

精煤泥

1.45

1032.03

1066.18

1102.66

1162.32

1162.32

1228.81

尾煤泥

1.8

1046.51

1097.56

1153.85

1250.00

1250.00

1363.64

黄粘土

2.6

1065.57

1140.35

1226.42

1382.98

1382.98

1585.37

石英砂

2.65

1066.40

1142.24

1229.70

1389.25

1389.25

1596.39

尾矿沙

3.3

1074.92

1161.97

1264.37

1456.95

1456.95

1718.75

铁精矿

4.9

1086.47

1189.32

1313.67

1558.03

1558.03

1914.06

 

从上表可以看出,浆体的密度与固体比重、浆体浓度(重量比和体积比)之间是密切联系的。

因此,某沙泵宣传其允许最大浓度可达到70%,同时规定浆体密度最大为1100 kg/m³,这是混淆视线。

同样,某沙泵宣传其允许最大浆体密度为1100kg/,同时规定体积浓度不超过2%,这是掩人耳目。

需要注意的是:选择沙泵产品,在其满足浆体密度和浆体浓度的前提下,必须能保证产品的使用寿命。既便是清水泵也能抽泥沙浆,就是寿命太短了。一些厂商将普通潜水泵更名为潜水排沙泵,实际抽沙时使用寿命根本无法保证,这样的产品属于假冒伪劣产品,根本不是沙泵。用户选型时需仔细甄别。

矿用立泵根据输送介质的浆体密度最大允许值分成三个档次,分别为:

A. 低浓度工况,密度≤1100kg/m³,矿用立泵常规产品大部分属于此类。

主要使用场所: 煤矿采区用,输送含煤泥、碎煤颗粒的浆体。

允许最大浓度(重度比):精煤泥29%,尾煤泥20%,石英砂15%,尾矿沙13%。

B. 高浓度工况,密度≤1300kg/m³,矿用立泵部分常规产品属于此类。

主要使用场所: 浆体输送,或无具体措施控制泥沙含量的岩石爆破施工排水。

允许最大浓度(重度比):精煤泥、尾煤泥40%,石英砂37%,尾矿沙33%。

C. 超高浓度工况,密度≤1500kg/m³,矿用立泵定制产品。

主要使用场所: 专业采沙、输送尾矿沙,或无具体措施控制泥沙含量的稠浆输送。

允许最大浓度(重度比):精煤泥、尾煤泥60%,黄粘土40%,石英砂54%,

尾矿沙48%,铁精矿42%。

注:a)  比重取值:铁精矿4.9、尾矿沙3.3、石英砂2.65、黄粘土2.6、尾煤泥1.8,精煤泥1.45

b) 其他介质根据浆体密度和固体比重参照上述参数选型。

排沙潜水泵和矿用立泵明细表上列出的是A档和部分B档产品,C档产品需要用户定制。此外,这三个档次的矿用立泵的电机功率在设计时都还留有足够的富裕量(55kW电机有1.36~1.5倍的富裕系数),因此排沙过程中抗过载能力很强(详见产品天地 独家特性 全扬程无过载)。常规产品在短期工作时,最高允许的浆体密度≤1300kg/m3,且不会烧电机,此时叶轮等易损件的使用寿命减半。

4、确认电压、频率

       ♦国内常用电压:380V、660V、1140V、3000V、6000V、10000V

       ♦国内频率:50Hz

       ♦国外常用电压:220V、400V、440V、550V、690V、1450V、3000V、6000V、10000V

       ♦国外部分国家频率:60Hz

5、防爆产品须注明防爆类别

例如:煤矿用:ExdⅠ     工厂用:ExdⅡ BT3    ExdⅡ C 氢

6、确定最大颗粒度尺寸,注意防堵塞

矿用立泵受水泵过流部件尺寸限制,流量越小,所排泥沙的固体粒径越小,通常情况:

流量在<50m³/h时,最大固体颗粒直径6mm;

流量在≥50m³/h时,最大固体颗粒直径10mm。

此外,如果用矿用立泵抽沙、清淤,浆体浓度较高或忽高忽低时,选择流量时要大于50m³/h,一般推荐大于200m³/h;

如果用户选择流量小于30m³/h的矿用立泵,浆体浓度最好不要超过10%;

如果水中含有长纤维等杂质,以及对排放的介质另有特殊要求的,可向本研究所咨询。可采取加长滤网、或双层滤网等措施,防止将滤网堵塞,水泵不出水。

这些都是考虑固体的通过能力,避免堵管、堵泵,为了最大发挥矿用立泵的产品特点,让用户更好地使用。

 

 

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