卸船机自吸泵优化改造

港口科技・科研与技革　

卸船４ｔｔ，自吸泵优化改造　

王东升　

（宁波港北仑矿石码头分公司，　浙江　宁波３１５８００）　

摘要：分析了影响矿石码头卸船机自吸泵的几个因素。从自吸泵出水结构选型、优化回流　

孔，优化泵叶轮和密封环机械密封改进等方面，制定了相应的对策措施。优化改造大幅提　

高自吸泵的使用可靠性。　

关键词：港口矿石码头卸船机　自吸泵改造可靠性　

Ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　Ｒｅｆｏｒｍ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ｓｅｌｆ——Ｐｒｉｍｉｎｇ　Ｐｕｍｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｕｎｌｏａｄｅｒ　

Ｗａｎｇ　Ｄｏｎｇｓｈｅｎｇ　

（Ｎｉｎｇｂｏ　Ｐｏｒｔ　Ｂｅｉｌｕｎ　Ｏｒｅ　Ｔｅｒｍｉｎａｌ　Ｂｒａｎｃｈ，　Ｚｈ￣ｉａｎｇ　Ｎｉｎｇｂｏ　３　１　５８００）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ　ｔｈｅ　ｓｅｌｆ—ｐｒｉｍｉｎｇ　ｐｕｍｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　

ｕｎｌｏａｄｅｒ　ｏｆ　Ｏｒｅ　Ｔｅｒｍｉｎａ１．Ｉｔ　ｍａｋｅｓ　ｕｐ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｆｒｏｍ　ｓｅｖｅｒａｌ　ａｓｐｅｃｔｓ，ｓｕｃｈ　

ａｓ　ｔｙｐｅ—ｃｈｏｉｃｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｒａｉｎｉｎｇ　ｓｔｒｕｅｔｕｒｅ，ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｔｕｒｎ　ｈｏｌｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ｏｆ　ｐｕｍｐ　

ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｓｅａｌ　ｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｓｅａｌ　ｅｔｅ．Ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ　ｒｅｆｏｒｍ　ｈａｓ　ｅｎｈａｎｃｅｄ　ｔｈｅ　

ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｌｆ—ｐｒｉｍｉｎｇ　ｐｕｍｐ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｔ　ｏｒｅ　ｔｅｒｍｉｎａｌ　ｕｎｌｏａｄｅｒ　ｓｅｌｆ—ｐｒｉｍｉｎｇ　ｐｕｍｐ　ｒｅｆｏｒｍ　ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ　

在矿石卸船码头上，控制抓斗卸料点的粉尘　

污染，许多码头以洒水喷雾形成的水幕墙除尘为　

主。作为洒水防尘系统吸水装置中的主要组成部　

分——自吸泵起着关键作用。自吸泵的好坏直接　

影响洒水是否能够正常进行。　

１矿石码头自吸泵现状　

自吸泵是指不需要在吸人管路内充满水就能　

自动地把水抽上来的离心泵。自吸泵的种类繁　

多，根据工作原理不同，可以分为水环轮式自吸　

泵、射流式自吸泵、气液混合式自吸泵三种。自吸　

泵中水环轮式由于寿命较短，在民用中较多；射流　

式用在潜水泵较多；码头上以气液混合式较多。　

气液混合式又分成外混式和内混式，均采用　

轴向回液的泵体结构。内混式自吸泵工作原理与　

外混式相同，被排出的气体与起动循环液在叶轮　

．２８．　外缘处开始混合的称为外混式；被排出的气体与　

起动循环液在叶轮进口处开始混合的称为内混　

式。内混式自吸泵的效率略高于外混式自吸泵。　

现在一般都采用外混式自吸泵。原因是成本　

较低，结构简化，可靠性较高。在码头上用得较多　

的是外混式ＺＸ型自吸式离心泵（图１），这种产　

品优点是：　

１）排污能力强：特殊的叶轮防堵设计，确保　

了泵高效且无堵塞。　

２）高效节能：采用优秀水力模型，效率比一　

般自吸泵高３～５％。　

３）自吸性能好：自吸高度比一般自吸泵高　

ｌｍ，且自吸时间更短。　

被广泛使用在城市环保、建筑、消防、化工、制　

药、染料印染、酿造、电力、电镀、造纸、石油、设备　

冷却、油轮卸油等地方。

　港口科技・科研与技革　

口　

图１　外混式２Ｘ型自吸式离心泵　

但这种泵在矿石码头上经过一段时间的使用　

后，发现存在以下的问题：自吸泵寿命只有１—２　

个月，机械密封寿命只有１星期到１０天，配件更　

换频繁，维修工作量大，运行成本高，设备故障率　

高，无法有效地减轻矿尘污染。　

经过几个月的调查分析和在与兄弟港口交流　

中发现，使用的水质有很大的问题：　

１）一般矿石码头防尘使用的水以河水居多，　

现在的河水污染较严重，有一定的腐蚀性。　

２）基于供水方便和快速增压考虑，水泵房沉　

淀水池一般建在矿石堆场附近，使水池中的水含　

小颗粒矿石较多。　

３）码头上的水槽一般在陆侧且没有封闭，一　

方面扬尘会落在水槽上，另一方面民工喜欢在水　

槽上清洗，导致水中含矿石颗粒增加。　

针对上述现象，先从改善水质方面着手解决　

问题：　

１）推荐使用城市中水直供；在无法使用中水　

的情况下，在水池沉淀后增加全封闭的过滤沙层，　

沙过滤后的水作为码头供水。　

２）如码头水槽是整座的可做成全封闭，吸水　

管从旁边出来（图２）。在无法全封闭的情况下，　

加强对民工的教育，禁止在水槽上清洗。加强水　

槽清洗频率，改每年一次为半年一次或在必要时　

清洗，另在水槽底部每隔ｌＯＯｍ开个放水阀，方便　

清洗。　

经过上述处理后，发现泵的使用寿命延长到　

３—４个月，机械密封寿命可以达到１个月，设备　

故障率有一定降低，但与别的地方使用寿命至少　

２—３年相比，还是太短。又经过一年多的摸索和　改革，使水泵的效率和寿命有了大幅度的提高，下　

面将这些经验与大家分享，以便有关码头用户参　

考。　

ｊⅡ口　３５Ｃ１　，一…………—～’］　，ｒ…………一一‘一　

图２全封闭水槽　

２自吸泵优化改造　

２．１相关理论　

自吸式离心泵从启动到正常操作，必须首先　

经历自吸过程实现液体灌注，即吸人管路中的气　

体被逐渐排出，被输送液体沿人口管路爬升至泵　

的叶轮入口。此后，自吸泵开始进人液体输送过　

程。图３中是自吸状态和液体输送状态。　

自嗄状态　ｂ度俸输送状态　

图３　自吸式离心泵自吸状态和液体输送状态　

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惟　｝Ｉ　ｌ　ｉ　ｌ　｝ｌ　ｌ　＋、＿　ｆｌ　ｆ｛ｌ　譬　高　‘　

钕￣ｌ限Ｉ吸上ｉ高ｉ皮一　

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吸上时阁　

图４　自吸泵自吸特性曲线　

自吸泵用于描述自吸过程的性能参数，普遍　

・２９・

　港口科技・科研与技革　

用最大吸上高度（ｈ）和最长吸上时间（ｆ）表示，在　

国内很少有自吸泵厂能提供预期的自吸特性曲线　

（如图４所示）。最大吸上高度指在常温、常压环　

境下，使用清洁的常温水作泵腔循环液和被输送　

介质。自吸泵所能实现的最大静吸上高度，也就　

是自吸特性曲线中的最高点。相应地，最长自吸　

时间（ｆ）是指泵从启动到实现自吸高度所需要的　

时间。　

理论上，泵实现自吸的过程中，总会在某一时　

刻达到自吸高度。但事实恰好相反：当泵启动后，　

吸人管中的液面会随时间而升高，升高的速度会　

越来越慢。自吸腔内的循环液在叶轮的高速扰动　

下，温度快速升高。在起动后至ｔ时刻，温度也升　

至某一值时，如果被输送的流体此时未被吸人叶　

轮，泵腔内的循环液开始沸腾，使得抽出的气量全　

部是循环液蒸汽，泵失去继续抽出人口管路中空　

气的能力，吸入管中的液面逐渐下降，在以后的时　

间里再也不可能实现灌注。在一般情况下，自吸　

高度不超过６．５ｍ，自吸时间不超过２５０ｓ。　

３．２自吸泵优化　

３．２．１在自吸泵出水结构上重新选型　

码头上原来用的自吸泵的出水结构是（图５）　

分割转弯式。泵出水流道与出口隔开，出水方向　

转弯，不对正出口的结构。优点是泵水内存水不　

易冲出泵外，出口管高度低，可以不受出水管安装　

高低的影响，气水分离效果好，泵实际自吸高度较　

高，缺点是泵体内旋涡大，泵效率较低。这种泵通　

用性较强，常用在取水高度较高的码头大型机械　

上。　

矿石码头的卸船机上自吸泵需求是：自吸高　

度基本在２～３ｍ，出口管高度２０ｍ甚至更高，需　

要较高泵效率，显然选分割转弯式自吸泵不适合。　

・３０・　图５分割转弯式出水结构　经过比对，将泵改动为：泵的出水流道口逆时　

针转１５。～２５。，出水从圆的切线出去，泵出口与　

泵体流道相通且流线转弯，直接到上面的出水口。　

这种形式的泵自吸高度稍微降低；存水极易冲出，　

需配足够高的出水管；泵效率较高。经过改动后　

满足使用要求（图６）。　

图６改动后的出水结构　

图７自动开关弹性阀　

３．２．２优化回流孑Ｌ，增设自动开关弹性橡胶阀　

回流孔的作用就是把已脱气后的水通过回流　

孑Ｌ返回叶轮的外缘，重新参加新的气体混合工作．　

因此说自吸泵的自吸作用是通过回流孔来实现　

的，回流孑Ｌ的位置和大小与自吸泵自吸性能关系　

密切，并在很大程度上影响自吸性能。　

原来回流孔位置在涡壳底部，沿叶轮旋转方　

向的１０。～ｌ５。，形状为不规则梯形，回流孔面积　

较大，虽然自吸时间降低，但泵效率和扬程均降　

低，经过试验比对，把回流孔的位置放于泵体中　

心线最下方，回流孔改为腰形孑Ｌ为最佳。　

外混式自吸泵效率较低是因为自吸过程结束　

后没把回流孑Ｌ堵住。经过测算，其中回流孔降低　

效率４～８％。原来用活塞式阀杆加个橡胶锥形　

堵头，手动关启回流孑Ｌ，

感觉太麻烦。后来采用自　港口科技・科研与技革　

动开关弹性橡胶阀解决问题（图７）。．　这种碗式阀采用优质弹性橡胶材料，内置加　

强锦纶帘布的全橡胶结构，阀体特别柔韧。膜片　

原来是１ｍｍ，试验中发现，容易冲坏，改为２ｍｍ后　

满足要求。在自吸过程中，阀在弹性力作用下开　

启。自吸过程完毕，泵开始正常工作，储液室的压　

力高于涡室的压力，阀被压下，使储液室和涡室隔　

断，这样消除了回流水力的损失，达到排放性与抗　

压性的完美结合。　

经过改动后，大大提高了泵效率和扬程。　

３．２．３优化泵叶轮和密封环　

１）从叶轮和密封环材料上优化　

故障泵拆开可以看见：泵叶轮外缘与泵体隔　

舌的间隙测量为２～３ｍｍ。磨损严重，叶轮有一　

定概率的碎裂。在１～２个月时间内，将间隙从　

０．３～０．５ｍｍ磨到２～３ｍｍ，绝对是不正常的。因　

为间隙越小，自吸高度越大；在间隙增大后，会发　

生气水混合物在蜗壳内再循环的现象。大部分气　

水混合物未被刮到蜗壳的压出室中去，使自吸时　

间延长和自吸高度下降外，泵的扬程、效率均降　

低。　泵叶轮和密封环均采用的是ＱＴ４００—１８，为　

铁素体型球墨铸铁，常温时冲击韧性高，塑性较　

高。抗拉强度　≥４００（ＭＰａ）；硬度只有１３０～　

１８０ＨＢ。而矿石的莫氏硬度为５．５～６．５，并含有　

一定成分的多棱角高硬度的碎石和石英石。从拆　

开来的的泵分析发现，造成间隙增大的主要原因　

是水中的小颗粒矿石冲击磨损造成的。　

针对上述部位的破坏形式选用耐磨材料，密　

封环可选用高铬铸铁制造，其抗磨蚀系数为钢的　

４倍以上。　

叶轮选用Ｑ２３５钢板焊接制造，对叶轮端部　

轴向圆周处易冲刷成Ｖ形沟槽的部位可采用耐　

磨１号焊条堆焊，可形成硬度很高且极耐磨的马　

氏体结构，可有效防止矿石磨蚀。但在使用半年　

后发现叶轮别的地方有麻点凹坑，铁板锈蚀严重。　

叶轮表面采用喷涂环氧金刚砂面层防护后，延长　

了使用时间；经过继续改进后，叶轮材质改为奥氏　

体不锈钢０Ｃｒｌ８Ｎｉｌ２Ｍｏ２Ｔｉ后，解决了上述问题。　

据了解，有一兄弟港口拆修１台德国ＤＬＡ公　

司的ＳＺ３００Ｋ型自吸泵中发现，水泵密封间隙６　

年基本没磨损。叶轮材料采用的是双相不锈钢　

ＣＤ４Ｍｃｕ，特性是强度高，耐磨，耐磨蚀，就是价格　较贵，有条件的港口可以采用。　

２）从叶轮结构上优化　

原来采用的是半开式叶轮，叶片数３片，自吸　

时间较短，但自吸高度、扬程和效率比较低。选用　

４片闭式叶轮后，自吸时间虽然从５９ｓ延长到　

７１　Ｓ，但自吸高度提高了１ｍ，扬程和效率都有不同　

程度的提高。　

３．２．４机械密封改进　

机械密封是利用两个平面互相摩擦运行的原　

理，达到密封的目的。旋转密封面安装于液泵的