浆体输送系统的应用及改进

球隔离泵输送系统中液压阀的应用及改造赵亚平1张珲2（1白银有色集团公司选矿公司，白银730900；2青岛禹人水设备新技术有限公司，青岛266061）摘要：尾矿矿浆输送是选矿生产系统的重要组成部分，但由于矿浆浓度的差异以及扬程、流量、输送距离的特殊性，则对输送设备提出了更高的要求。同时，输浆系统的整体技术也在不断升级中，球隔离输送技术是目前长距离输送主要采用的输送技术之一。通过该系统在白银选矿公司几年的使用，实际运行中经常存在一些不稳定因素，最主要的就是常常因为控制液压阀门出现故障导致系统不能正常运行，给企业的生产造成损失。就此笔者结合生产实际情况，对系统进行了详细分析，并提出了清水液压阀的技术改进方案，实施后取得了理想效果，与大家共同探讨。关键词：清水阀球隔离罐缓冲罐混浆密封面1浆液输送概述：球隔离浆体泵作为近年来推出的一种新的输送泵,主要用于矿山、电厂、煤炭、化工等行业，用来输送尾矿、精矿、灰浆等浓度较高的浆体，它不同于过去严格意义上的单台泵，而是一个输送系统。该系统的组成部分有：一台离心水泵，作为动力源。三个进水清水阀，三个回水清水阀。三个内含浮球的隔离罐以及检测浮球运行位置的探头。三个进浆逆止阀，三个排浆逆止阀。一台显示及控制器。一个液压站，驱动清水阀开、关。辅件有排气阀、连接管、自充气压力缓冲罐，防止产生水锤。喂料器，高差喂料用。变频调速装置，调整水泵流量，满足不同工况要求。球隔离浆体泵浆液输送是通过球体将浆液与清水隔离，通过对清水在三个球隔离罐内分别进行一定频率的加压以及泄压，实现矿浆的加压输送。首先，清水系统进行独立的循环，通过清水加压泵加压后的清水进入到缓冲罐中，设置缓冲罐的作用是解决水泵供水的连续性与清水阀控制进出水的不连续性之间的矛盾。清水阀动作的频率是由液压站控制的，当液压站开启进水清水阀时，同时关闭回水清水阀，使压力水进入球隔离罐上部，挤压出球隔离罐下部的矿浆；反之，当液压站关闭进水清水阀时，同时打开回水清水阀，矿浆会在重力作用下从一定高差的矿浆池进入球隔离罐下部，顶起隔离球，使上部清水回流至清水箱中，形成循环。原理图见图1。三个隔离罐交替进矿、排矿，保证设备连续、稳定运行。控制器通过隔离罐上的探头检测浮球运行状况，指示调整水泵流量与浆体流量匹配。1、进浆管道；2、进浆止回阀；3、排浆止回阀；4、浆液输出管道（加压后）；5、球隔离罐；6、进水清水阀；7、回水清水阀；8、缓冲罐；9、清水箱；10、加压泵；11、加压泵；图1浆液输送原理图2浆液输送中遇到的常见问题：我公司作为一个选矿企业，选择球隔离浆液泵进行尾矿输送是由于其输送距离远（6.3KM），一级输送替代了过去的多级输送，且有着扬程高、流量范围宽、适合高浓度输送等优点。由于它使用可以变频调速的离心水泵作为动力,流量范围宽,可以满足生产现场对扬程、流量的需要，体现了该输送系统的优越性。但在球隔离浆液输送系统运行时也经常出现一些故障影响了生产的运行。常见的问题是由于清水阀的泄漏导致混浆（矿浆与清水混合），返回清水箱的水由于含有矿浆，水质差而对清水加压泵造成严重影响，叶轮、导叶、以及其他过流件磨损加剧、寿命大幅降低、维修量增加。迫使整个尾矿输送系统停运。同时清水也不能循环使用，大量使用清水，水耗增加，造成生产运行成本也随之增加。经过笔者的多次分析、检查，认为该系统不能正常运行的主要原因就在清水阀这个薄弱点上，之所以叫清水阀是相对于控制矿浆进出的进浆、排浆阀比较而言。清水阀泄漏的主要原因是首先其结构原理还有缺陷，造成液压阀所需液控压力偏大；其次是液压阀垫的密封面损坏，并且损坏频繁，在我们拆卸的设备中发现，阀垫密封面的软密封条断裂，硬密封面被矿浆磨损出沟痕，深的地方达到2个毫米，宽在1至3毫米之间。3清水阀原理缺陷及改进方法：（1）清水阀的原理缺陷阀门是水系统中常用控制设备，分为闸阀、球阀、蝶阀、截止阀、止回阀等，但其基本控制原理是水流方向与闸板的控制方向不能同向，否则就会出现破坏水锤。比如：闸阀的水流方向与闸板的开关方向垂直；球阀的水流方向与球体的开关运动方向垂直；蝶阀的水流方向与蝶板的运动方向一半是反向，另一半是同向，互相抵消；截止阀的水流方向与密封面的运动方向相反；旋启式止回阀在正常工作状态中是水流力量推开旋启式阀板，当遇到突然断电等非正常停机时，要求止回阀关闭，截断回流水保护电机。由此带来的弊端就是产生了破坏性水锤，破坏性水锤的产生就是由于在防倒流过程中水流方向与阀板的运动方向相同。原理分析如下图2：闸阀球阀蝶阀截止阀止回阀图2典型阀门原理示意图球隔离浆液输送系统的清水液压阀主要组件是液压活塞杆、液压缸以及阀门的密封件，密封方式采用了板接式密封。通过将液压能转换为机械能，在液压站和系统的自动控制下往复运动，达到开启和闭合清水阀的目的。在该输送系统的设计中，其水流方向与阀门液压站提供的关阀动力方向同向（这就如同止回阀的关闭瞬间），液压站提供液控压力4.0Mpa，同时再叠加压力水的惯性动力，按我们现在的输送距离，实际清水压力都在1.3Mpa左右；双力叠加则对阀门密封板形成强大冲击力，这种强大冲击力的体现方式就是我们看到的阀门阀垫密封面的软密封条断裂，最早应用的橡胶密封条，后改进成氟橡胶密封条，再改进成尼龙材质的密封面，都依然不能解决密封面的被损坏问题，足以看出此叠加力的破坏之大。（2）清水阀的改进方法①改变目前清水阀的内部结构，原清水阀密封垫与密封面是上部接触密封，开启时F1、F2双力叠加，液控压力必须达到F1+F2以上，如下图3；那么在运行中阀密封垫就极易损坏。改进后清水阀密封垫与密封面是下部接触密封，如下图4：使过去的叠加力改变成反方向力，双力消减，液控压力达到F1-F2以上即可。②同时降低液压站提供液控压力，从原来的4.0Mpa调整到1.5Mpa。（该1.5Mpa是以现场能够正常开关阀门并保证密封效果的实测数据。）图3原清水阀原理图图4改进后清水阀原理图4阀垫密封面结构缺陷及改进方法：（1）密封面结构缺陷原清水阀阀垫的密封面结构设计为两面硫化，中间通过圆孔连通，目的是使密封面更牢固。但是，在使用中发现，密封面脱落断裂前首先是双面硫化的中间连通部分断裂，此处断裂后则导致密封面脱落，然后是断裂损坏。当修改成尼龙材料后，发现尼龙材料被压缩后不具有复原性，越是要求密封就要越是调高液控压力，越是调高压力就越是导致尼龙材料被压坏。原密封面结构如图5。图5原密封面结构图图6改进后密封面结构图（2）密封面改进办法原密封面中间断裂的原因是：中间孔是连通的，孔和孔之间则是金属结构，当密封面受到外力挤压时，连通的孔和金属结构交替排列，导致受力不均匀，而在开启时，密封面与密封垫又有一定的粘合力，当无数次的挤压，粘合分离之后，就会从最薄弱环节断裂，导致密封面脱落并断裂。改进原则是使密封面与金属结合的粘合力牢固，取消中间通过圆孔连通这种结构，同时受力均匀。实施方法是要求硫化沟槽平整，并在硫化沟槽内设金属肋条，增加密封材料与金属骨架之间的结合牢固性。密封面结构改进如图6。5结语把原来的清水阀通过改变内部结构密封原理、改变密封面结构、调低液控压力后，新型清水阀已经在现场正常运行1年以上，运行效果理想，困扰现场运行中清水混浆的问题得以完全解决，水泵的过流件寿命延长，减少了维修工作量，特别是由于液控压力降低一半以上，使得液压站运行状态平稳，带动球隔离浆体泵整个系统得以正常平稳运行，为企业带来了双重效益。以上即为笔者观点，不足和错误之处敬请指正。参考文献：1、《建筑给水排水设计手册》；中国建筑工业出版社出版；2、《建筑给水排水设计规范》；(GB50015-2003)542203、《停泵水锤及其防护》；中国建筑工业出版社(2004-11出版)；4、《流体力学》；石油工业出版社2006；5、专利：水隔离浆体泵；（专利号：cn95231098）通讯地址：白银市白银集团公司选矿公司730900青岛禹人水设备新技术有限公司266061电话：[phone]E-mail：[e-mail]；[e-mail]赵亚平甘肃白银工程师张珲山东青岛