第三章  平桂砂泵的應用

一、   砂泵有關數值的計算

㈠砂泵排砂管道中的彎管的水壓損失計算公式：

              δ     V²

h_彎管=0.2×——× ——       （米）     公式1

90     2g

h_彎管 — 彎管的水壓損失      （米）

δ —  彎管角度            （度）

V —   礦漿流速            （米/秒）

g —   重力加速度           （米/秒²）

例1：某砂泵排砂管管徑為φ203毫米，有60°彎管一個，其礦漿流速為4.58米/秒，該60°彎管水壓損失為多少？

δ     V²

解：  h_彎管=0.2×——× ——      

90                          2g

 

60    （4.58）²　　　

= 0.2×——×—————

                90     2×9.81

 

　　　　             20.9764

= 0.2×0.6667×—————

                      19.62

 

= 0.1333×1.0691

 

= 0.1425（米）

 

 Q

V =——                       公式2

          F

 

V  —  礦漿流速        （米/秒）

Q  —  礦漿流量        （立方米/秒）

F   — 管道斷麵積      （平方米）

㈡砂泵排砂管道中的大小頭直管的水壓損失計算公式：

             (v₁－v₂)²

h大小頭  = —————             （米）公式3

2g

 

     h大小頭  —  大小頭直管的水壓損失   （米）

 

     V ₁  —  小管徑中的礦漿流速      （米/秒）

 

     V ₂  —  大管徑中的礦漿流速      （米/秒）

 g   —   重力加速度             （米/秒²）

例2：某砂泵排砂管道中裝設Ф203毫米及Ф260毫米兩種管道，大小一個，Ф203毫米管道的礦漿流速為4.58米/秒； Ф260毫米管道的礦漿流速為2.79米/秒,這個大小頭的水壓損失為多少？

(v₁－v₂)²

解： h大小頭 = —————            

2g

 

（4.58－2.79）²

           = ————————

                 2×9.81

              （1.79）²

=　————

             19.62　

    

            3.2041

=  ————

             19.62

 

=0.1633（米）

 

㈢砂泵總揚程計算公式：

H = H_s + H_d + H_s1 + H_d1           （米）公式4

H — 砂泵總揚程                 （米）

H_s — 吸程垂直幾何高度           （米）

（一般情況下，要求不超過4米）   

H_d — 揚程垂直幾何高度           （米）

（平桂200型砂泵使用近六十年來，一般不超過40米）

H_s1 — 吸入損失                   （米）

H_s1 =2×吸砂管長（米）×i        公式5

i  —  水力坡度                 （米/米）

    為了計算上的方便，一般可以將吸入損失取值3米

H_d1 —  排砂管揚程損失              （米）

H_d1 =L_d ×i　　　　　　　　　　　公式6

L_d —  排砂管總長度                 （米）

如果吸、排砂管道中裝有各種彎管及大小頭，還必需將所有彎管及大小頭的水壓損失加進去。

此外，還要考慮砂泵排管出口餘壓2米。

水力坡度計算公式：

i = K₁ ×K₂ ×Q²                   （米/米）  公式7

i  —水力坡度                   （米/米）

K₁ —校正係數，當礦漿比重為1.1～1.09時，取值為57.2%～57.5%。

K₂ —水力坡度係數，管徑大係數值小，管徑小係數值大，見附表。

Q — 礦漿流量                （立方米/秒）

管徑mm	K2	管徑mm	K2	管徑mm	K2	管徑mm	K2	管徑mm	K2
25	256487.89	76	684.44	127	44.33	178	7.333	248	1.252
38	27555.76	89	295.32	140	26.36	203	3.639	254	1.103
50	6390.09	102	142.55	152	17.013	229	1.916	260	0.973
63	1857.77	114	78.83	165	10.983	235	1.668	267	0.845

 

            各種管徑的K₂值表

 ㈣平桂型砂泵經驗計算公式:

1、    砂泵轉數經驗公式之一（此公式計算十分精確）:

n=K₃

n — 砂泵轉數          （轉/分）

H — 砂泵總揚程          （米）

K₃ — 轉換係數

K₃與礦漿流量的大小和土岩中含砂石率的高低有關，成正比關係，礦漿流量大，含砂石率高，則K₃值大，反之則小。換句話說，在砂泵的運轉中，砂泵的轉速與總揚程的平方根成正比。在同樣流量、濃度的條件下，含砂石較多的，塊度較大的，礦漿的臨界流速就需較大值，當砂石在礦漿中的分布不均勻時，必須有較大的吸力才能把砂石吸上，故需增加轉換係數值。當礦漿中含砂石率高，砂泵零件如內殼、葉輪、葉瓦等的磨損也比較快，為使砂泵易損件已部份磨損，但又未曾更換之前尚能正常抽排礦漿，故轉換係數也需適當的增加。

根據平桂礦區幾十年的生產實踐經驗，轉換係數值可按下式計算：

平桂8PG型砂泵的K₃值：

K₃=（101.3～110.9）+0.005Q+10E         公式9

平桂6PG型砂泵的K₃值:

K₃=(128.8～169.4)+0.005Q+10E           公式10

平桂5PG型砂泵的K₃值

K₃=(203～274.2)+0.005Q+10E             公式11

式中:Q — 礦漿流量                (立方米/小時)

     E — 含砂石率                （%）

含砂石率係指大於0.25毫米粒級的砂石在土岩中的占有率 。

2、砂泵轉數經驗公式之二：

此經驗公式計算十分簡便，其結果為近似值。

平桂8PG型砂泵轉數

n=（H×10）+300         （轉/分）  公式12

平桂6PG型砂泵轉數

n =（H×15）+400         （轉/分）  公式13

平桂5PG型砂泵轉數

n =（H×20）+500         （轉/分）  公式14

式中：n — 砂泵轉數            （轉/分）

        H — 砂泵總揚程           （米）

3、砂泵功率經驗計算公式之三：

N_s=（ФQH）×K₄           （千瓦）公式15

N_s — 砂泵功率，裝機容量 （千瓦）

Q —  砂泵流量          （立方米/小時）

H —  砂泵總揚程         （米）

Ф — 經驗係數

Ф經驗係數與礦漿比重有關，礦漿比重為1.09時Ф=

0.0066，當礦漿比重為1.1時，Ф值則取0.00666。

K₄ — 電動機備用係數，一般取1.1～1.15。

二、平桂砂泵的特點

1、進礦漿管為吸入式（個別采場地形條件特殊，也用壓入式給礦），無固定底閥，砂泵運轉中吸砂管常與地平線成10～75°角度範圍的升降，以適應礦漿流量的變化，並保持砂泵吸入較大濃度的礦漿。

2、葉輪翼分為三瓣，兩側無收縮斜角，利於通過大直徑的石塊，抽排石塊的最大粒徑為各種砂泵型號口徑的一半值，所以適應於含石率較多而且粒徑較大的礦床開采作業的水力運輸。

3、結構簡單，設備的安裝、維護都很方便。

4、設備故障少，操作不複雜。

5、適應性強，價格低廉。

三、平桂砂泵的缺點

1、零、部件絕大部分是用普通生鐵鑄造的，容易磨損（生鐵鑄件經摻入稀土鎂後，使用壽命有所提高，視原礦砂石率的多少，分別可提高1～4倍），經常磨蝕需更換的零部件有內殼、葉輪、葉瓦、光身砂筒、法蘭砂筒等。

2、泵殼不是螺線形的，因而泵葉輪與泵內殼之間的間隙較大，工作時礦漿渦流大，砂泵效率比國內外其它類型的砂泵效率低10%左右。

3、平桂8PG型砂泵座過於笨重，移動搬遷比較困難。

四、平桂砂泵安裝時應注意的事項：

1、泵座安裝時要有一定的坡度以平衡軸向推力。平桂型砂泵都是單級單麵進水的，葉輪旋轉時，有軸向推力壓向砂泵進水一側，葉輪勢必會向吸漿口方移動，輕則砂泵運轉就不正常，嚴重時還會發生事故。為了控製以及平衡軸向推力，在砂泵的軸尾裝有止推盤。並且泵底座要向泵軸尾方向傾斜，具有一定的坡度。根據平桂多年的生產實踐經驗，平桂各類砂泵泵座安裝坡度應當是：

8PG型                 ４～4.5%

6PG型                  3.5%

5PG型                  2.4%

4PG型                  2.4%

2、泵頂出口處的初始端，必須保有一段距離具有相當坡度的排砂管，以利於在砂泵退車時能保證泵內的真空度和避免發生堵塞排砂管道的事故，根據生產實踐經驗，這段管道距離不能少於6米，其坡度要大於10%，後續其餘排砂管道則可隨地形臥地鋪設，以減少支架的投資費用。

3、吸入管垂直高和長度

4、砂泵吸入的液體介質是水時，理論上吸入垂高是一個大氣壓的水柱高，一般在海拔300米以內為10米，隨著海拔高度的不同而改變。

 

海拔高（米）	-600	0	100	200	300	700	1000
吸入管垂高 （米.水柱）	11.30	10.33	10.20	10.08	9.97	9.50	9.20

實際上,由於吸入管內的阻力和水的蒸汽壓力關係,吸入垂高要比理論值小得多.由於礦漿的比重大於水的比重,吸入垂高就會因礦漿濃度的增高而逐漸減小。

砂泵運行中，由於礦漿進入葉輪後，葉輪兩側壓力不等，葉輪又有一定厚度，礦漿轉向都要損失一部分壓頭，所以，實際的吸入高度遠比理論值要小。

根據生產實踐經驗，吸入砂漿的高度（即砂泵軸中心線至吸砂池麵的垂直距離）一般應不超過3～4米為好，但也有采用5～6米垂高的。

在砂礦薄礦層開采中，水槍推進較快，為減少搬遷砂泵次數，可以采用長吸砂管，許多采場的砂泵吸入管都達到過60～90米，水岩壩及望高礦的個別采場的砂泵尾涵長達126米，應當注意的是，當砂泵采用長尾涵時，其垂高不能超過兩米。

4、砂泵主要部件的安裝要求

安裝光身砂筒時，砂筒進入泵內殼蓋板要有一定的深度，必須使砂筒口與葉輪麵保持合適的距離，一般來說，光身砂筒口與葉輪麵的距離以6～10毫米為合適，若砂筒口未到達泵內殼蓋板，則易產生渦流，砂泵就會發生吸水不吸砂或者吸入的砂水量少等現象，嚴重時甚至會發生泵外殼爆炸（在砂泵不漏氣的情況下）。如果光身砂筒口與葉輪麵的距離隻有4至5毫米，在軸向位移時會使葉輪麵與砂筒口產生磨損，影響正常運轉，而且，葉輪內麵與葉瓦間尚有8至10毫米的間隙，砂水進入葉輪後，粗礦大量流入間隙易磨損葉輪，致使輪翼掉落。輪翼掉落後，隻剩下葉輪的泵軸連接頭（俗稱六角瓜），此進必須將泵軸拆出並用鐵錘將六角瓜擊碎後才能裝上新的葉輪，這樣，就大大減少了砂泵的運轉時數。長期的生產實踐表明，各種型號的砂泵的光身砂筒口與葉輪麵的距離應當是：8PG型為10毫米；6PG型為8毫米；5PG型為6毫米。

各種型號的砂泵的泵內殼進漿口中心、葉輪進漿口中心、泵後外殼與泵軸都要同心。8PG型砂泵的同心偏差不得大於1.5毫米。

葉輪在泵內殼中，靠泵軸一側的距離：8PG型砂泵為6～８毫米；６ＰＧ型砂泵為４～５毫米；靠進漿口一側的距離：8PG型砂泵為14～15毫米；６ＰＧ型砂泵為7～8毫米。

各個葉瓦及螺絲帽的重量要基本相等，其重量差不得大於0.1kg，以減少砂泵運轉時的振動。如泵的基礎為木質結構，泵座振幅不得大於2毫米，如采用混凝土基礎，泵座振幅不得大於0.25毫米。砂泵軸軸頸磨損的極限值不得小於原軸頸直徑7毫米，超過此值則要更換新泵軸。砂泵軸的彎曲度不得大於0.2毫米，超過此值也要更換新泵軸。

所有各部分螺絲必須完整，螺孔、螺釘、螺帽應符合規定標準，不得鬆孔、滑牙，雙頭螺釘插入螺孔深度必須大於螺釘直徑的1.2倍，螺釘、螺帽接觸端麵必須平整，並與螺釘軸線垂直，螺釘不得彎曲。鐵墊圈和皮墊圈要足量、齊全。

吸砂管道和泵體（室）不得漏氣。吸砂管的重力不得由泵主體承受，應由手動或電動的葫蘆懸掛在木支架上。

5、現場若將平桂8PG或6PG型砂泵當水泵使用時，在砂泵即將安裝完畢結束前，再用細砂將泵內殼與泵外殼之間的全部空隙填滿。這樣，可避免在抽排清水時產生渦流減少流量，增加電動機的負荷等情況的發生。

6、當礦體向下部深采，揚程增加時可考慮砂泵串聯使用，上下兩級砂泵串聯比上下兩級砂泵分級使用要節約動力。下級砂泵為吸入式給礦，上級砂泵為壓入式給礦，所以要選擇類型相同和技術條件相互適應的砂泵，上、下砂泵要裝置聯係信號（如電鈴、彩燈、電話等），並要嚴格遵守開車、退車、慢車、停車的操作順序。

    五、在泵輸送礦漿時應關注的幾個問題

    1、管徑、流速及砂石最大粒徑

平桂礦區露天砂礦的自然容重是（比重）2.02～2.08噸/立方米,鬆散容重是1.34～1.5噸／立方米。含錫褐鐵礦的原礦含礦率為26.5%～28.5%，各采礦場所處理的原礦粒級組成都不同，1954年至1984年各采場已處理原礦粒級組成綜合平均值是50～25毫米為2.74%，25～10毫米為5.51%，10～6毫米為7.40%，6～3毫米為8.43%，3～0.15毫米為22.67%,0.15～0.074毫米占10.29%,-0.074毫米占27.5%,+50毫米占15.91%。

從平桂礦區各礦山多年來PG型砂泵在輸送錫砂礦、鎢礦砂、鐵礦砂、風化殼鉭铌礦、鉛鋅礦砂等的生產實踐中的有關數據充分說明：

甲、固體平均粒徑大，礦漿中固體沉降阻力係數減小，水力坡度相應增大，礦漿中含砂石率高，砂泵轉換係數K₃計算值要增加10E（E為礦漿中土岩砂石率）。

乙、吸管的水力坡度大於排管的水力坡度十多倍。

丙、礦漿比重大、流量大時流速就要求高，相應水力坡度就大。

丁、按照Q=FV公式，管道內徑大就可以減小流速，以降低水力坡度。水力坡度與介質流速的平方成正比，臨界管徑的立方根與臨界速度（近似礦漿慢速滑動狀態）成正比，所以吸管與排管均大於砂泵型號。

要根據礦漿比重、流量、水力粗度的關係選擇管徑。一般來說吸管應比砂泵型號的口徑大20～50毫米；排管應比砂泵型號的口徑大50～70毫米。同時要縮短吸管垂高，這是節約動力的有效措施。

W為水力粗度，它與固體顆粒的平均粒徑（d）的平方成正比，W=π/4×d²,運動物體在運動方向的投影麵積，W值越大，固體顆粒沉降阻力係數就小，也就是說水力粗度愈大，水力坡度也相應增大。

戊、應盡量減少粗顆粒廢石進入砂泵。

砂泵允許通過石子的最大粒徑為砂泵口徑的一半值，大顆粒的廢石進入砂泵對於砂礦采選礦作業都不利，應在吸砂池前設置柵欄，不準其入。礦漿中固體平均粒徑8PG為12.09毫米,6PG 為8.29毫米,5PG為5.71毫米。以平均粒徑12毫米、礦漿比重1.7噸/立方米為例，8PG型砂泵管徑所需的臨界速度隻為2.37米/秒，故而此類的平均粒徑和礦漿比重的礦漿，采用砂泵加壓運輸是沒有問題。同樣的礦漿濃度，因礦石比重大，則礦漿比重也隨之增加，礦漿流動要有合理範圍的流速，流速太大水力坡度增加，從而增加管道磨損和砂泵動力消耗，而流速太小，砂泵隻吸水不吸砂石，因此，對管徑和礦漿流速的選擇要恰當。

平桂PG型砂泵主要參數參考表（多年生產實測綜合數）

平桂砂泵型號 參數		8PG	6PG	5PG
礦漿流量（立方米/小時 ）		318～549	191～357	168～263
礦漿濃度（%）		10.4～15.46	9.86～20	8.45～21.33
礦漿比重（噸/米3）		1.07～1.112	1.065～1.142	1.056～1.15
管徑 （毫米）	吸管	200	150	125
	排管	200～267.3	200	150～200
流速 （米/秒）	吸管	3.2 ～4.83	3～5.6	3.84～5.7
	排管	1.94～3.5	1.7～3.2	1.79～2.07
水力坡度K2 （米/米）	吸管	0.74～0.59	0.499～0.638	0.333～0.462
	排管	0.056	0.0395～0.0434	0.049～0.05

2、砂泵揚程、轉速與K₃、K₄值的選擇

砂泵旋轉後使泵室內的介質獲得一定的離心力，造成適當的流動速度來抽排礦漿的。砂泵的最佳轉速，在生產工作中是以K₃值和總揚程的平方根相乘來求得。砂泵的總揚程與轉速的平方、葉輪直徑的平方成正比，與葉輪有無導葉等結構係數也有關。

各種型號砂泵的K₃值是不同的，它們都有一定的規律，通常砂泵的口徑愈大，葉輪直徑愈大，則K₃值愈小；反之則愈大。生產實踐表明：平桂各類型砂泵的K₃值一般的範圍是8PG104～115；6PG132～173；5PG206～277。選擇K₃值時要特別注意礦漿中土岩的含砂石率的多少，當含砂石率高，石子塊度較大時，應取較大的K₃值。

砂泵總揚程、轉數及功率經驗計算參見前述公式。

3、砂泵流量及調節

8PG型砂泵在850轉/分、總揚程53～59米時，清水流量可達876立方米/小時。而抽排礦漿其流量就明顯減少。在總揚程為10～50米範圍，礦漿流量在300～620立方米/小時之間。礦漿流量的大小，除與砂泵轉速大小有關外，還要受吸管垂高、吸管長度、吸管直徑、礦漿濃度、石子塊度、吸入阻力等因素的影響。流速與真空度成正比，也與礦漿比重成反比，因為礦漿濃度越大，礦漿在管道中的流動係數就越大，故而輸送礦漿的阻力要比輸送清水時為大。比如：當礦漿濃度為8%時，流動係數（K_P）值為1.225，而礦漿濃度達12%時，K_P值增為1.422。礦漿在管道中流動時，流速不能低於臨界速度。礦漿比重的大小，對臨界流速的影響較大。礦漿流量的大小，是隨真空度和礦漿濃度的變化而變化的，如果真空度低，礦漿濃度大，流量就會減小，否則，流量就會增大。

在固定的轉速和幾何揚程的條件下，為了適應水槍采礦流量的變化，一般是變動砂泵吸入幾何高度，減少吸嘴進入礦漿的麵積，或在吸管放入空氣降低砂泵室內真空度，或用壓力水注到吸入口帶進少量空氣等辦法來調節流量，使礦漿池經常能保持最理想的礦漿深度，以保持砂泵能連續吸上砂石礦漿。

生產實踐表明平桂8PG、6PG、5PG等型號砂泵排管的礦漿流速下限為1.9～3米/秒，吸管的礦漿流速下限為3～5米/秒。8PG型砂泵的礦漿流量一般在300～580立方米/小時範圍，但流量以400～550立方米/小時的時候，砂泵效率較高；6PG型砂泵的礦漿流量一般在200～357立方米/小時範圍；但流量以220～357立方米/小時的時候，砂泵效率較高；5PG型砂泵的礦漿流量一般在160～240立方米/小時範圍，但流量以200～240立方米/小時的時候，砂泵效率較高。

2、    砂泵管道水頭損失

砂泵吸管部分水頭損失遠比排管水頭損失為大，因吸管其他部分阻力大，如流速阻力、吸入口（豬嘴）阻力、彎管阻力等水頭損失，歸納為0.09U²，因此，要盡可能減少吸管的垂高，縮短吸管管道長度（盡量使用短尾涵），並選用大於砂泵口徑25～50毫米管徑的吸管，以更有效的節約動能能量。

 砂泵管道水頭損失計算公式見公式7。

5、砂泵效率

砂泵效率在一定流量範圍內比較高，而砂泵流量又受到吸管、排管管徑大小的影響，因為選用管徑較大，砂泵效率相應提高，這是由於水功率之值比所需相應增加的軸功率大。5PG型砂泵效率一般為30～44%平均值40%；6PG型砂泵效率一般為38～46%平均值44%；8PG型砂泵效率一般為44～57.5%平均值49%。

8PG型砂泵當流量在300～390m³/h時，泵效率為44～45%，流量升至400～490m³/h時，泵效率為46～47%，流量再升至500～650m³/h時，泵效率為48～50%。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

二00五年十一月十一日