排沙潜水泵和普通潜水泵的区别

概念不同——本质区别

从字面上理解,排沙潜水泵就是用于水中含泥沙的工况排水,而且必须能正常使用一定时间的潜水泵。普通潜水泵是用于清水或污水的工况排水。在水中含有泥沙的工况排水,用普通潜水泵会很快损坏——“烧电机”或“叶轮磨损”。

但是,一些厂商模糊概念,把普通潜水泵当成排沙潜水泵出售,用户很难判别。还有很多厂商推出各式各样的排沙潜水泵产品,这些产品的效果如何?也是不得而知。

区分排沙潜水泵和普通潜水泵的根本依据应该是产品标准。产品标准中规定了产品的类型、品种和结构形式,规定了产品的主要技术性能指标。但是,由于没有排沙潜水泵的行业标准,也就没有明确或统一的排沙潜水泵定义(详见《什么是排沙潜水泵什么是矿用立泵》)。这就造成排沙潜水泵的市场混乱。再加上安标中心在没有区别鉴定的前提下,发放了近2000个“潜水排沙泵”的安标证(大部分是清水潜水泵或潜污泵),导致排沙潜水泵的市场更加混乱。

浆体中“泥沙”的成分不同、浆体浓度不同,排沙潜水泵的使用寿命差别很大。应该制定统一的标准,规定“标准”沙浆的成分、浓度、密度、粘度等参数,规定在标准沙浆中能正常工作XX时间的水泵叫“排沙潜水泵”。不能把“只能抽一分钟沙浆就报废的清水泵”也叫做“潜水排沙泵”。

本文仅就“王庆武版本”排沙潜水泵同清水潜水泵和潜污泵的区别做如下分析。

产品标准中排水工况不同

查阅产品标准,排沙潜水泵同普通潜水泵规定的排水工况不同:

清水泵是为抽清水的工况设计的。工况要求水中不含泥沙。

潜污泵是为抽处理过的生活废水(污水)而设计的。工况要求水中允许含非磨蚀性固体4%。

排沙潜水泵(矿用立泵)是为抽水中富含泥沙的工况设计的。

其标准规定:适用于输送液体中含有悬浮固体颗粒(如石英沙、矿石、岩石、灰渣、煤、沙砾等)。

输送介质的浆体密度最大允许值分为三个档次,分别为:

a、低浓度工况,密度≤1100kg/m3

主要使用场所: 煤矿采区用,输送含煤泥、碎煤颗粒。

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

b、高浓度工况,密度≤1300kg/m3

主要使用场所: 工艺流程渣浆输送,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、尾煤泥含量40%,石英砂含量37%,尾矿沙33%。

c、超高浓度工况,密度≤1500kg/m3

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、尾煤泥含量60%,黄粘土40%,石英砂含量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。

配套电机功率不同

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。

清水潜水泵在设计时是按照清水密度1000kg/m3配套电机,用其抽沙浆时电机肯定会过载,很容易烧电机。这是很浅显的道理。

此外,理论计算的水泵输出功率远小于实际输出功率,排沙潜水泵的配套电机功率不仅仅是同规格清水泵电机功率乘以浆体密度这么简单,应该再增加1.3~2倍的富余量。这是因为,沙泵工作时浆体浓度大小很难控制,输送浆体的密度忽大忽小,造成沙泵输出功率也相应变化。再加上沙泵启动、运转时固体颗粒会对叶轮旋转造成一定的阻碍(严重时卡住叶轮),造成沙泵输出功率进一步增大。浆体中的固体颗粒越大,这种不确定性因素就越大。因此在沙泵设计选配电机功率时,不仅要要考虑水泵的额定输出功率,还要考虑最大输出功率。

排沙潜水泵(矿用立泵)的配套电动机在考虑到浆体密度的同时,还增加了额外的富余量。此外,还采用强制水冷式结构(双层电机外壳或电机外带导水套)。可在少量增加成本的前提下,大幅增大电机功率。

以下是国家级检测中心的试验测量结果:

Y系列4kW电机采用强制水冷结构时可通过5.5kW电机考核,功率大1.38倍。

Y系列55kW电机采用强制水冷结构时可通过82.5kW电机考核,功率大1.5倍。

Y系列1.1kW电机采用强制水冷结构时可通过2.2kW电机考核,功率大2倍。

这种结构能提高电机功率的极限是多少?我们没有进一步去验证,但保守估计,至少可提高电机功率1.3~1.5倍(功率越小,提高比例越大)。

   如果不采用这种结构,电机功率必须用其他方法留出足够的富余量。

结构特征不同

水中含泥沙时,潜水泵损坏的主要现象是“烧电机”和“叶轮磨损”。其中绝大多数是“烧电机”,其原因一是电机过载,二是电机进水。电机过载可通过增大配套电机功率,或采用强制水冷式结构(详见上文)来解决。电机进水,也就是“排沙密封”问题,这是一个科研难题。

排沙潜水泵要延长使用寿命必须要解决“排沙密封”与“排沙磨损”问题。这里主要难题是“排沙密封”问题。陆地上用的沙泵有很多种类,例如:渣浆泵、泥浆泵、液下泥浆泵,生产厂家非常多,而真正意义的排沙潜水泵很少。

我们解决“排沙密封”的方法是:

a、空气密封结构——电机轴伸端与沙浆分离。

b、采用特殊设计的双端面硬质合金机械密封——提高机封的可靠性。机封采用油润滑,机封腔内有大量的机油,可进一步阻止浆体的进入。

c、机封腔与轴承室之间有独立的“连通室”,“连通室”有与“储水室”之间的通道。即便机封失效,少量泄漏的浆体会流到“储水室”,不会接触轴承,避免轴承润滑脂流失,可延长轴承寿命。

d、电机为封闭的腔体,高温产生高压会把“储水室”或“储油室”内的浆体通过安全阀泄漏出去。

e、电机腔内绕组的位置较高,即便电机腔进水,也不会直接接触绕组,这样的结构可延长电机寿命。电机绝缘等级高,耐湿热的能力强,可进一步提高电机寿命。排沙潜水泵(矿用立泵)电机做耐湿热试验中时,拆除了电动机的全部0形圈,其他潜水电机产品在办证检验时都是密封做的试验。(“模拟使用状态”时,必须模拟潜水电机内腔已经进水的实际使用状态,上海电科所是始终坚持这样做的。否则潜水电机的耐湿热试验没有任何意义。)

我们解决“排沙磨损”的方法是:

a、改善口环材质,可在少量增加成本的前提下,大幅提高沙泵的寿命。

b、采用空间导叶结构可避免泥沙的有效圆周运动,要比蜗壳结构耐磨,寿命长。

c、低比转数叶轮,采用人字形叶片,改善流道狭窄的状况,增大叶轮与泵壳之间的上下、左右距离,减少流道长度,提高泥沙的通过性能,控制流速,减少泥沙与流道壁之间的磨损。

d、叶轮、泵体易损部位采用加厚材料、使用耐磨材料、增加合金内衬等方法,增加抗磨性能。

水泵设计原理不同

清水泵属于“一相流”原理设计的产品。而排沙潜水泵(矿用立泵)需根据“二相流”理论设计才能提高水泵抽排沙浆时的效率。

安全性能不同

我们认为采用干式电机结构的潜水泵在抽沙浆时存在电机爆炸的隐患。因此排沙潜水泵必须采取相应措施来解决安全问题。

我们解决的方法是:

a、排沙潜水泵(矿用立泵)电机壳体(包括电机上盖、电机机壳、电机下盖)全部采用焊接结构,提高壳体强度。

b、排沙潜水泵(矿用立泵)电机壳体的强度检验最小水压值为2.5MPa(准入证检验要求是1MPa),最大高达9MPa。电机壳体强度、螺栓规格按此标准设计。

c、排沙潜水泵(矿用立泵)电机壳体有收集、储存冷凝水的“储水室”,避免电机腔内产生高温蒸汽。

d、排沙潜水泵(矿用立泵)电机腔与“储水室”之间有隔爆铸件或隔爆管件。

e、排沙潜水泵(矿用立泵)电机壳体增加安全阀结构,防止爆炸发生。

 

通过上述分析,我们可以判断出排沙潜水泵同清水潜水泵、潜污泵是完全不同的产品。用户在选型、采购时一定要区分,不要被假冒伪劣产品欺骗。

 

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