液下泵改卧式泵的设计与应用

朱中亮，陈 坤

（云南锡业股份有限公司冶炼分公司，云南红河 661000）

0 引言

云南锡业股份有限公司冶炼分公司地下槽配备的泵多数为液下泵，启动前无需灌泵、操作简单，但也存在一些弊端。因为泵头要浸入液体介质中，液下泵泵轴普遍偏长，运行过程中泵轴摆动幅度大、转速高，振动明显。如果长时间运行，泵的可靠性和稳定性无法得到保证，故障次数会增多。并且泵轴过长，拆装不方便，也增加了维修难度。在冶炼分公司尾气处理工段，某处地下槽液下泵故障频发，对生产、环保造成了较大影响，维修成本大幅增加，针对于此，现重新选一台便于维修、故障率更低的卧式离心泵替代原有的液下泵。

1 工作环境介绍

槽体直径2.5 m，放置在深2.8 m 的地坑中，储存介质为pH=5 的液体（含水75%），工作时液体温度约40，运动黏度（按水估算）为0.65810-6m2/s。该地重力加速度g=9.8 m/s2。

工艺要求：槽体内液体输出流量应不低于10 m3/h；以槽体顶部平面为基准，压送液体高度应不低于20 m。

2 泵的选用与配置

2.1 总体方案

卧式离心泵安装在槽体顶部，高于液位，如直接配置在现场，因泵进液管底阀会不可避免会产生泄漏，停泵一段时间，泵再次启动前必须灌泵，底阀一旦损坏泵将不上液。为解决该问题，在卧式泵前再增加一套真空引液筒：在泵启动之前，打开真空引液筒排气管，通过注液管向筒内注入地下槽液体，当液面到达筒体吸液管下缘，关闭注液管、排气管阀门；泵启动过后，泵运转吸入真空引液筒内液体，筒内产生负压，筒体吸液管不断将地下槽液体吸入筒内，使泵正常运行（图1）。

图1 卧式泵配置

2.2 泵的选用

2.2.1 确定管道直径

根据管件标准选定d1=65 mm，d2=50 mm，以此计算泵进出口管中流速：1=

2.2.2 泵所需扬程

（1）计算泵进液管水头损失。

式中 hf1——进液管沿程阻力损失

g——重力加速度，取g=9.8 m/s2

（2）计算出液管水头损失。

l2——出液管总长，m，按现场情况取l2=28 m

（3）计算泵的扬程。

式中 Hg——吸液高度，根据槽体放置深度，取Hg=3 m；Hp——压液高度，取Hp=20 m

将数据代入式（4）得H=3+20+0.015 9+1.51=24.5 m。

2.2.3 泵选型

表1 65F-25玉型耐腐蚀离心泵的相关参数

2.3 分析泵的汽蚀

汽蚀会造成泵内过流部件的剥蚀，使泵性能下降，还会产生噪声和振动，危害极大。所以在泵选型过程中，还需对汽蚀情况进行分析，判断在所处工作环境是否会发生汽蚀。

计算在现有工作环境中泵的有效汽蚀余量：

式中 PA——当地大气压力，取值1.01105Pa

PV——液体输送温度（40）下的饱和蒸汽压力，查饱和蒸汽压力与温度对应表，取值7.5103Pa

Hg——泵的安装高度，m，根据现场描述加上泵的中心高，取值3 m

将数据代入式（5）式，得NPSHa=6.525 m。

NPSHaNPSHr，因此该泵不会发生汽蚀。

2.4 真空引液筒的设计

2.4.1 筒体结构及相关参数设定

真空引液筒选取平底式筒体结构（图1）：筒体内径初步设定为0.6 m；吸液管直径为65 mm；筒体进液管（即吸液管）下缘距筒顶0.1 m；管总长3 m；最低水位到吸液管上缘几何高度2.7 m；筒体出液管（即泵进液管）上缘距底部0.15 m（参考电机中心高）。

2.4.2 计算筒体容积

（1）泵启动前筒内气体体积。

式中 VT——筒体灌满液体后吸液管口上部气体体积

Vg——吸液管内气体体积

D——筒体内径，取值0.6 m

L1——筒体灌满液体后吸液管口距筒体顶部距离，取值0.1 m

d1——吸液管直接，取值0.065 m

L2——吸液管总长，取值3 m

将数据代入式（6），则V1=0.038 2 m3。

（2）泵启动后筒内气体压力。

泵启动后，吸液管水头损失按泵的选用方式计算:

式中 v3——吸液管内液体流速，与泵进液管流速相同，取值0.838 m/s

计算泵启动后筒内气体压力P2，P2=P1-0.01（h3+hp）。其中，P1取当地大气压力，取值1.01105Pa；hp最低水位到吸液管上缘几何高度，取值2.7 m。可计算得出P2=7.33104Pa。

（3）泵启动后筒内气体体积。

按等温变化的波义耳定律，计算泵启动后筒内气体体积V2，则

（4）筒体容积。

泵启动后气体V2引起液位下降的高度其中，A 为真空引液筒内部截面积，A=，则H0=0.186 m。

设泵启动后仍保持浸没深度为0.2 m，真空引液筒的净高度等于所有设定与计算高度之和H=0.186+0.2+0.15+0.1=0.636 m，净容积V=

2.4.3 确定筒体规格尺寸

参考《给水排水设计手册（专用机械）》给定标准，确定筒体规格尺寸：筒体内径D=600 mm，容器总高H=1115 mm，壁厚S=4.5 mm。

3 结束语

该项设计在实际生产中已得到应用，较好地解决了之前设备故障率高、难维修等问题。相比于改造之前的液下泵，卧式泵的价格更低。但卧式泵及真空引液筒的配置占用空间较大，在某些空间狭窄地方无法使用。真空引液筒的选用应遵循宁大勿小的原则，筒体焊接后应进行水压试验（试验压力为0.2 MPa），各焊缝均不允许有渗漏现象。在使用过程中，真空引液筒顶注液管、排气管阀门必须具有较好的密封性。