输送含固体颗粒液体用泵
输送含固体颗粒液体的泵，常被称为杂质泵。杂质泵叶轮和泵体的损坏原因分两类：一类是由于固体颗粒磨蚀引起的，如矿山、水泥、电厂等行业用泵；另一类是磨蚀性和腐蚀性共同作用引起的，如磷复肥工业中的磷酸料浆泵等。本节仅结合含细微固体颗粒液体的输送，介绍有关杂质泵结构等问题。
离心式杂质泵的类型很多，应根据含固体颗粒液体的性质选择不同类型的泵。
应用我国学者蔡保元先生提出的两相流速度场来设计叶轮和流道，可以减少固液相之间的相对运动，减少固体对流道的撞击磨损，从而使泵的效率提高，使用寿命延长，运转平稳可靠。我国某泵厂制造的150MD离心式泥浆泵经机械工业部鉴定可满足电厂灰渣及选矿尾砂远距离输送的需要。
一、输送含固体颗粒液体泵的性能修正[3]
泵输送含固体颗粒液体时，由于液体中含有一定量的固体颗粒，就形成了两相流。悬浮在液体中的固体颗粒，既不能像液体那样吸收，贮存或传递能量，又不能将其动能传递给液体。使得泵扬程较输送清水时低，所以设计时，应根据不同的固体含量、粒径、密度等进行适当的修正。需要说明的是：对于颗粒很小，固体物所有粒径均小于100>m，重量浓度c。≤30％，体积浓度c，≤15％的“非沉降类"的均质浆体，只要已知其动力粘度，就可以用标准的粘性修正程序进行修正。在输送沉降类浆体时，其特点是：
① 扬程和效率比输送清水时的值下降同一个比率，即：
HR=ER=Hm/H=ηm/η
式中HR、ER——分别为扬程比和效率比；
Hm、H——分别为浆体扬程，浆体柱(m)和清水扬程，mHz0；
ηm、η——分别为泵送浆体和清水时的效率。
②最佳效率点不变。
③扬程与效率比与流量无关。
根据浆体的重量浓度cw、固体颗粒相对密度p，中值粒径d。o，可由图2—86查出扬程比HR来，同样也可由公式(2-49)计算得出：HR=1-0.000385(ρ-1)(1+4/ρ)CWln(d50/0.0227)式中中值粒径(d。。)是指试样筛分时累积重量为50％的颗粒粒径(mm)，它保证比该粒径大的颗粒和小于该粒径的颗粒的重量份额相同。
已知HR和H。，就可用式(2—48)计算泵的清水扬程。通常在选泵时还要考虑一定的裕量，一般该裕量取额定扬程的10%。
二、杂质泵的结构
杂质泵是用于输送含有固体颗粒的液体，要求泵的过流部件耐磨蚀、为防止固相结晶堵塞，叶轮的叶片数较少，通常在2-8片之间(参见图2-82图2—85)。泵体常采用较宽的流道。为防止固体颗粒进入轴封和防止外部空气流入，轴封处采用清液作为封液，并要求轴封结构可靠。泵的转速一般不高，通常为1000-1500r／min。相应地，泵的效率也较低。
(1)叶轮和泵体设计
一般杂质泵的叶轮用平行盖板，浆体进入叶轮后，在出口处由中心向两侧形成外旋涡，使叶轮的前后盖板和内衬严重磨损，这是造成过流部件寿命短的主要原因。沃曼泵设计的叶轮在出口处形成凹形(参见图2-87、图2-88)，使叶轮两侧前后盖板处的速度大于中间速度，浆体在出口处分成两股流体，向中心旋转，迫使颗粒向中心流动造成内旋涡状，使两侧的浓度降低，从而减轻了泵体流道和两侧壁的磨损。
(2)液下泵
液下泵的特点是占地小，无轴封，不会产生泄漏。典型的液下泵见图2—89。该泵设有液下轴承，轴可以设计得较长。液下轴承通常采用泵送液体自身润滑。当介质含固体颗粒时，会产生磨蚀，使轴承的间隙加大引起振动，所以仅适用于输送清液的场合。当输送含固体颗粒液体时，会降低使用时间。合理的结构是在泵底板上，采用两个轴承支撑，取消液下轴承。磷酸料浆泵即采用这种悬臂式结构(参见图2-90、图2-91)。由于叶轮磨蚀不均匀，转子不平衡度增加，通常在设计轴时，其强度和刚度都要取得较富裕些，将轴径设计得粗一些。悬臂式液下泵常采用刚性轴，为避开轴的临界转速，悬臂泵轴一般不宜过长，否则需加粗。此外液下泵的转速也选用低速型较好。
(3)密封
离心杂质泵主要有填料密封、副叶轮密封和机械密封等轴封型式。副叶轮密封的最大优点是运行可靠，但在设计中要求副叶轮的进口压力控制在一定范围内，沃曼泵规定应小于10％的泵出口压力。这种轴封型式不加轴封水，但使用副叶轮将增加功率消耗，一般为额定功率的5％左右。副叶轮必须与停车密封配合使用，常用的停车密封也为填料密封。
填料密封价格便宜，可靠性高，但在输送含固体颗粒液体时，必须加轴封水冲洗。一般轴封水压等于泵出口压力加35kPa。
机械密封虽是一种广泛应用的密封形式，但在防止固体颗粒进入摩擦副及摩擦副材质的选择等方面，有些问题一时难以解决。在大多数应用场合，效果也不理想。
图2-92为从国外引进的磷酸装置用泵的轴封，采用副叶轮密封加离心块停车密封，运转时由于叶轮背叶片、副叶轮均在旋转，液体在离心力作用下形成液环，在副叶轮轮毂处产生负压，使液体不会外泄。与此同时，离心块8在离心力作用下像伞一样打开，推动执行器4使之产生轴向位移。使密封环6与静环座5脱开，静密封不起作用，但弹簧3被压缩。当泵停车时(见图2-93)，离心块复位，执行器4、密封环6与静环座5在弹簧力作用下紧密接触，使静密封处闭合封住液体，使液体不外漏。这套密封装置虽然要消耗功率，使泵效率下降1％"-2％，但它允许采用较大的密封间隙，在密封含有固体颗粒的介质时，能做到无泄漏，使用时间长，密封可靠。
(4)材料
杂质泵过流部件可选用的材料较多，应根据输送浆体的物理性质(颗粒组成、粒径、形状、硬度、浓度等)和化学性质(酸、碱、油)而定。研究表明：金属的磨损与固体颗粒(磨粒)的速度成正比；金属的磨损率随磨粒尺寸的增加而增加，即磨粒愈细，则磨蚀性愈小。金属
的磨损率还随着磨粒硬度和浓度的增加而增大。
耐磨蚀泵的金属材料有：硬镍l#，硬镍4#，铬27耐磨铸铁及Cr15M03。衬胶泵有最大速度的限制，超过此速度，磨粒就要切割橡胶，主要适用于无尖锐棱角的细微粒。橡胶有良好的耐磨蚀、耐腐蚀性能，常用的有天然橡胶和氯丁橡胶等。
对于强腐蚀性浆液，还可选用其它不锈钢，如304、316和20号合金等，需与泵厂协商
解决。
表2—38 CD4MCu和20号合金的化学成分 ％
组成
C
Mn
Si
P
S
Cr
Ni
Mo
Cu
CD4MCU
≤0．04
≤1.0
≤1.0
≤0.04
≤0.04
25～27
4.75～6．0
1.75～2.25
2.75～3.25
20合金
≤0．07
≤1.5
≤1.5
≤0.04
≤0．04
19～22
27.5～30.5
2～3
3～4
表2—39 CD4MCu和20号合金室温下的力学性能
材 料
N／mm2
N／mm2
%
冲击韧性
N·m
HB
CD4MCu
固溶
700～800
560～630
20～30
67
250～270
时效
940～1010
700～840
10～25
56
290～320
20号合金(固溶)
590～630
240～350
35
97
160
N型泵用材为：硬镍l号、2号，适用于粗颗粒，有较好的抗磨蚀性；硬镍4号对大颗粒、高应力抗冲击磨蚀能力较强；Cr26、Cr28有较好的抗磨蚀、抗腐蚀能力；高碳15—2、低碳15-2属Crl5M03的改良品种，其抗磨蚀能力更强。
(5)传动方式
杂质泵的传动方式有直联(弹性联轴器、液力偶合器)和间接传动(V带、减速机)，此
外还可通过变频装置及可控硅装置调速。其中弹性联轴器和V带传动拆装方便，价格便宜，应优先考虑采用。
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