选煤厂设备泵及管网

第八节选煤厂流体机械［本节重点］1、离心泵工作原理及故障处理2、水泵的汽蚀现象3、鼓风机工作原理4、鼓风机“喘振”现象5、空压机工作原理一、概述1、什么是流体机械？◆流体机械就是给空气或水等流体介质增加能量的机械的总称。2、流体机械的分类［1］叶片式：利用旋转的叶片向流体传递能量［2］容积式：以改变流体的工作容积的方法向流体传递能量［3］无传动式：无运动部件，而是利用一系列管件将一种流体的能量传送给另一种流体。流体机械叶片式容积式无传动式离心式混流式轴流式活塞式回转式水环式齿轮式螺杆式射流泵气泡泵3、选煤厂常用流体机械离心式水泵和杂质泵离心式鼓风机和通风机活塞式空气压缩机回转式鼓风机和水环真空泵二、供水机械（一）离心式水泵1、离心式水泵的基本组成1-泵壳[导流、升压]2-叶轮［把泵轴的机械能传递给水的唯一部件］3-泵轴4-吸水管5-排水管6-底阀及滤水器7-闸门8-灌水漏斗2、离心水泵的工作原理◆泵开动前先在泵内注满水，当叶轮由电动机带动旋转时，叶片带动水一起旋转，由于水受离心力作用，使叶轮外围水压升高，中心部分压力减低。◆当排水管上闸门打开时，泵壳中有压力的水经排水管排升一定高度，与此同时，由于泵入口处于低压，使水池中的水在大气压力作用下，通过吸水管源源不断地进入泵和叶轮内。◆叶轮外围的泵壳呈螺旋形，其过水断面是逐渐增加的，这样可使泵壳中的水流速减低，把水的部分动能转变为压能。水泵能正常工作必须具备两个基本条件一是泵内必须先注满水二是水泵叶轮必须由原动机带动旋转［1］注水装置◆在水泵的泵壳顶部安装灌水漏斗1，作为起动前泵灌水之用，为了在灌水时能逐出内部的空气，泵壳顶端还设置放气阀2。大型离心水泵为缩短灌水时间，可利用真空泵等注水。［2］滤水器及底阀◆安装在吸水管进口处，滤水器可防止水中杂物进入水泵，堵塞叶轮及泵内流道，底阀是一个逆止阀，使水只能进入吸水管而不能返流，这样可以防止水泵注水时水从吸水管下部流走。［3］排水闸阀◆安装在水泵出水管路上靠近水泵附近，在启动、停车和调节水泵流量时使用。［4］逆止阀◆防止水从排水管倒流回水泵，特别是水泵由于突然停电引起水流中断，使管路系统发生水锤作用时，逆止阀可以保护水泵免受水锤冲击波的损害。［5］压力表和真空表压力表安装在泵的出口处，用于指示检测出口压力真空表安装在泵的进口处，用于指示检测进口压力1－灌水漏斗2－放气阀3－底阀及滤水器4－闸门5－逆止阀6－压力表7－真空表3、离心泵的主要性能参数［1］扬程H（压头）单位重量的水通过水泵所获得的能量（mH2O）［2］流量Q单位时间水泵排出的水的体积（m3/h或l/s）［3］轴功率N水泵轴输入水泵的功率（kW）水泵有益功率（输出功率）指水泵排出的水所获得的功率Ne［4］效率：有益功率与轴功率之比，η%［5］转速：电机的转速，n，r/min［6］水泵允许吸上真空高度4、水泵的汽蚀现象水泵产生汽蚀现象的过程◆当叶轮入口最低压力等于当时水温下的饱和蒸汽压力（水开始气化或沸腾时的压力）时，该处液体（在K点附近）开始气化形成汽泡，汽泡随水流到叶轮内的高压区时，由于水的压力上升又高于饱和蒸汽压的值，此时汽泡又凝结成水，原来汽泡占据的空间由于体积突然收缩而形成空洞，周围的水以很高的速度冲向空洞，在该处产生巨大的水力冲击。◆此时，质点的动能变为变形能，由于液体的变形很小，所以压强很高，瞬时压力可达数千大气压。由于水不断的从K区流过，汽泡连续不断的产生和凝结，因此这种水力冲击以很高的频率发生，当这种高频冲击发生在叶轮金属表面时，将使金属表面发生疲劳破坏而剥落，这就是汽蚀现象的主要破坏机理和发生过程。◆水泵发生汽蚀时，由于低压下溶于液体中的有害气体析出，也使金属发生化学腐蚀，这也增加了对金属的破坏。汽蚀时叶轮发生海绵状或蜂窝状损坏。汽蚀严重时，短时间内就能使叶轮报废。◆汽蚀发生时，一般伴有因高频冲击引起的噪音和振动。泵的流量减少，扬程和效率都显著降低，严重时甚至完全不上水。［防止水泵汽蚀的措施］◆水泵吸水高度不能太大，要小于等于最大的水泵吸水高度◆采用较粗的吸水管径，减小吸水管路流速。◆少用弯头及闸门，减小吸水管阻力损失；管道长度应尽量缩短，并尽量减小滤水器和底阀的阻力。◆尽量采用水池水面高于水泵的压入式布置方式。这样水泵吸水口处于正压之下，避免汽蚀的发生。5、离心泵的管道系统6、离心泵的调节◆当离心水泵的工作流量不符合生产要求时，有时并不需要更换水泵，而是设法对水泵进行调节。［1］改变管道特性曲线的调节（排水闸门调节）◆利用排水管道上的闸门开启度来改变管道的阻力系数，从而改变管道特性曲线和水泵的工况点。◆此方法的优点是简单、方便，不需增加设备，但不经济。原因是闸门关小后，排水管的阻力增加了，致使管道损失比闸门关小前增加，由于克服阻力损失是功耗加大。◆故长期调节或调节幅度较大时，不宜采用。但可用在临时性和小幅度调节中。［2］改变水泵特性曲线的调节①减少叶轮数目◆多级水泵的扬程与叶轮数目成正比，当多级水泵的扬程高于实际需要时，可根据实际需要的扬程决定所需叶轮数目。确定需要的级数后，可拆除多余的叶轮。◆但只能拆除最后或中间一级，而不能拆除吸水侧的第一级叶轮，因为这一叶轮拆除后，增加了吸水侧的阻力损失，将使水泵提前发生汽蚀。◆拆除多余的叶轮时，泵壳和轴均可保持原状不动，但需在轴上加一个和叶轮尺寸相同的轴套，以保持整个转子的位置固定不动。②削短叶轮直径◆因为削短叶轮直径后，将使泵的扬程、流量和功率减小，从而使特性曲线改变。◆对于有导叶的多级水泵的叶轮，为了减小叶片车削后液流对导叶和泵壳的冲击损失，一般只车削叶片的外径，仍保留叶轮两侧的盖板。◆对于有螺旋形压水室的水泵，则盖板和叶片可一同车削。③改变水泵转速◆水泵转速改变时，其扬程、流量和功率按比例定律变化，从而使水泵特性曲线也相应改变。这种调节方法的优点是：效率下降少，比较经济，但需增加改装费用或设备，实际应用受限制。◆改变水泵转速的方法A、改变电机转速（在转子电路中串接电阻、改变电机级数、改变电源频率）B、更换皮带轮直径调速C、采用液力联轴器（适用于大型设备）◆改变转速时，增速范围一般不能超过泵的额定转速，以免发生机械强度不够等问题。7、离心泵的启动和停止［1］起动注满水关闭排水管上闸门开动电动机开启排水闸门水泵正常工作逐出泵内空气转速正常后［关闭闸门启动的原因］◆闸门关闭泵的流量为零，零流量时泵的功率最小，电动机的启动电流也最小，所以关闭闸门启动可以减小起动功率和起动电流，并可缩短启动时间。◆电机转速达正常时，应迅速地逐渐打开闸门，不应在闸门关闭状态下长时间（一般不超过3分钟）空转，否则引起泵内水过热。［2］水泵的停止先关闭排水闸门，再停电动机。原因：为了防止突然停泵引起管路中的水锤作用［3］杂质泵的起动和停止◆泵应在清水条件下起动，在达到正常转速并打开排水闸门之后，应先输送清水冲洗管路，然后再输送矿浆。◆泵停车之前也应由打矿浆改打清水，待管路中矿浆全部被置换之后，再行停车。8、水泵运转过程中的注意事项［1］注意轴承温度，滑动轴承不得超过75℃，滚动轴承不得超过70℃。［2］填料箱的水封环要经常供水，松紧适度，过紧会使填料过热甚至冒烟，过松将大量漏水。［3］定期更换轴承箱润滑油，注意供油量合适。［4］定期检查下列各点：◆叶轮入口密封环的间隙是否磨损过大，弹性联轴器的连接是否牢固，吸水管是否漏气，底阀有无堵塞及卡住现象。，各仪表是否准确。［5］运转过程中出现噪音及不正常音响，应立即停车检查。9、离心泵常见故障及其排除方法［1］水泵吸不上水的原因及排除方法A、起动前未注满水，其原因往往是吸水管下端底阀漏水。应及时修理底阀。B、吸水高度超过允许值或要求压入式工作的砂泵灌注高度不够。必须减小吸水高度或增加灌注高度。C、吸水管或滤水网被堵塞。应立即停泵检查，疏通及冲洗堵塞处。D、吸水管接口或水泵填料箱漏气。发生这种故障时，真空表读数较低。必须修理吸水管或更换填料。E、水泵电动机的旋转方向不对。应注意检查电机线路，更换转向。F、杂质泵内部流道被堵塞。应检查泵体及叶轮，清除堵塞物，并注意防止各种杂物进入矿浆池。［2］水泵排水量较正常为低的原因及排除方法A、水泵转速未达额定值，检查原因予以排除。B、吸水管或叶轮局部堵塞，应检查清理堵塞处。C、水泵密封环间隙过大，多级泵水泵叶轮和导水圈未对中。必须更换密封环或重新安装水泵，正确对中。D、水泵吸入侧接口不严或填料箱有少量漏气，应详细检查予以排除。E、水泵及杂质泵的流通部件严重磨损，内部损失增加，因而水泵扬程和流量下降、应检修水泵，更换磨损部件。F、排水管道被沉积物部分堵塞而使管道阻力过大，应清洗管道，除掉内部沉积物。［3］水泵电机过负荷的原因及排除措施A、水泵安装不正确，泵壳和转子发生摩擦。B、平衡盘严重磨损，泵轴窜动过多，致使转子和泵壳发生摩擦或卡住。应立即更换平衡盘上的承磨环，并调整平衡盘的间隙。C、杂质泵矿浆浓度过大，增大了泵的功率。应对浓度加以控制。E、杂质泵因部件严重磨损，使泵的损失加大，增加泵的负荷。应进行定期检修，更换易损部件。F、水泵选择偏大，泵运转时流量和功率超过要求。应对水泵进行调节，使工况向小流量移动，降低电机负荷。G、排水管道发生破裂，使管道阻力突然下降，因流量过大而使电机过负荷。（二）活塞式水泵1、活塞式水泵的工作原理1－水缸2－活塞3－活塞杆4－吸水阀5－排水阀6－曲柄7－连杆8－十字头◆当原动机带动曲轴旋转时，通过曲柄、连杆和十字头将旋转运动变为活塞在水缸中的往复直线运动。◆活塞自左端向右移动时，水缸工作容积（阴影部分）增大并形成负压，使水池中的水在大气压力的作用下，经滤水器和吸水管，推开吸水阀进入水缸。活塞到达右端时，水缸的工作容积被水充满，吸水过程结束。◆当活塞从右端向左移动时，水缸中水压上升，吸水阀关闭，排水阀打开，开始排水。随着活塞左移，水缸的工作容积逐渐减小，缸中的水被挤压到排水管中。活塞移到左端，排水结束。◆随后活塞右移又开始另一次吸水过程。活塞在缸中每往复一次就吸一次水、排一次水，称为一个工作循环。◆因为水泵工作时，活塞在缸中往复运动所以这种水泵也称作往复式水泵。2、活塞式水泵的工作特性［1］水泵启动前不必注水。［2］水泵的流量决定于缸的尺寸和泵的转速。［3］水泵工作扬程的高低完全决定于管道特性。［4］必须在闸门完全打开的情况下启动。［5］水泵的流量是不均匀的。（三）泵房的布置根据泵的形式不同，分为卧式泵房和立式泵房。根据地形及进水要求，分为地上式、地下式或半地下式。并列式顺列式双列式（四）管道系统阀门的选择◆清水管道上选用结构简单、轻巧灵活的闸阀。◆重介或矿浆管道选用耐磨损、易拆卸检修、不易被杂物堵塞的闸阀。［常用的阀类有］◆暗杆楔式单闸板闸阀◆明杆平行式双闸板闸阀◆电动闸阀◆截止阀◆旋转阀或球阀◆隔膜式衬胶法◆蝶阀◆逆止阀三、送风机械1、概述选煤厂送风机械根据其产生的压力大小分为以下四类：［1］空气压缩机（简称空压机）产生的空气计示压力大于0.2MPa用作介质桶的介质搅拌和贮煤仓的气力吹仓［2］鼓风机（包括压风机）产生的空气计示压力为15-200kPa用作跳汰机的风源［3］通风机产生的空气计示压力为0-15kPa主要用于除尘、干燥、锅炉鼓风及厂房通风等场所［4］真空泵◆产生的空气计示压力小于零，具有一定真空度。◆真空泵及压风机和真空过滤机配套使用，真空泵用于抽吸滤液，使粉煤脱水，压风机输送高压空气到过滤机，吹落滤网上的滤饼。2、通风机和通风管道［1］离心式通风机的基本结构和工作原理1－叶轮2－叶片3－轴4－机壳5－进风口通风机工作原理◆主轴3带动叶轮旋转时，由于叶片与空气相互作用，使空气得到能量，并且和叶轮一起旋转，空气旋转产生的离心力作用，将它甩向叶轮外围并且压力升高，而叶轮入口压力降低，风机入口外面的空气在大气压力作用下，源源不断地进入叶轮，叶轮外围甩出的高压高速空气，经螺壳型机壳4汇集，并将其部分动能转化为静压能，然后从排出管排走。◆由于风机是淹没在大气中工作，所以无需向水泵那样起动前先注水。 ［2］轴流式通风机基本组成及工作原理 气流轴向流入和流出故称轴流式1－叶轮2－叶片（放射状）3－电机4－流线罩5－集风器6－整流器7－扩压器8－外壳9－尾罩［轴流式通风机工作原理］◆根据流体力学原理，气流流过机翼型叶片时产生升力ΔP，由于叶轮固定，不能被升力推动，根据作用力和反作用力原理，气流作用给叶片升力的同时，叶片也作用给气流一个和升力大小相等的反作用力ΔF，这个反作用力一方面推动气流旋转，另一方面又推动气流从入口流向出口并且压力增加。［3］通风机在管道中的工作方式A、吸入式◆风机入口和风管连接，风机出口通大，管中压力为负压，抽吸烟尘时用。B、压入式出口与风管连接，入口通大气，管中压力为正压（大于大气压），锅炉鼓风时用。C、混合式入口出口均和风管连接时选煤厂除尘用从吸尘罩到通风机的管道必须为吸入式，通风机出口到厂外的风管则为压入式。3、空气压缩机［1］活塞式空气压缩机1－气缸2－活塞3－活塞杆4－曲轴5－吸气阀6－排气阀7－吸气管8－排气管9－空气过滤器10－贮气罐［活塞式空气压缩机的工作过程（工作循环）］A、吸气过程◆当活塞自左向右运动时，气缸内的工作容积增大而压力下降，外部的空气在大气压力作用下，经过空气过滤器9和吸气管7，推开吸气阀5进入气缸，空压机开始吸气，当活塞到达气缸右端时，吸气终了。B、压缩过程◆当活塞返回自右向左运动时，气缸工作容积减小，压力上升，首先将吸气阀关闭，缸内空气受压缩，随着活塞左移，空气压力逐渐升高，直到压力上升到略大于贮气罐中的压力。C、排气过程◆当缸内压力略大于贮气罐压力时，排气阀6被推开开始排气，随着活塞左移，缸内压缩空气经排气管8被不断排到贮气罐10中，活塞到达气缸左端时排气终了。D、膨胀过程◆排气终了时，气缸和活塞之间仍留有一定间隙，以防止活塞撞击气缸和气阀，这一间隙的容积称为余隙容积。由于余隙容积的存在，排气终了时缸内的高压空气并不能排净，在余隙容积中仍残存着高压空气。当活塞自左向右返回运动时，排气阀首先关闭，随着缸内容积加大，残存高压气体膨胀，压力逐渐降低，直到缸内压力下降到大气压力以下时，吸气阀打开并开始吸气。从排气阀关闭到吸气阀打开前的这一过程称为膨胀过程。◆这四个过程称为空压机的一个工作循环。［活塞式空压机的两级压缩］◆在第1级气缸压缩后，将气体导入中间冷却器冷却，然后再经第2级气缸压缩后，达到需要的压力。［在选煤厂为什么空压机要用两级压缩？］◆因为从排气温度公式计算，空压机的压缩比越大，排气温度越高，当排气温度过高时，气缸内的润滑油容易氧化、分解、汽化，有中杂质和空气中的灰尘结合形成积碳，大量积碳随空气一同排出，分布在气阀、排气管道、贮气罐上，它不但使阀片关闭不严，管道阻力增加，严重的是集碳层氧化发热，导致爆炸。所以采用一级压缩当要求气压较高时，尤其选煤厂要求压力达到0.8MPa，采用一级压缩是危险的。［2］螺杆式空压机［螺杆式空压机工作原理］◆缸内平行装有两个螺杆型转子，其中一个是阳转子，一个是阴转子，两者的齿数不同，阳转子有4个凸出的齿，阴转子有6个凹形的齿，工作时两转子通过一对同步齿轮传动，反向旋转，转子内的沟槽和气缸内壁所构成的容积由于两转子的转动和啮合，不断从吸气侧移向排气侧，从而实现气体从一端吸入沟槽，并随着转动被转子推向排气侧，使气体压缩，最后从排气口排出。 ［螺杆式空压机的工作过程］ ①吸气过程 当转子的一对啮合沟槽与吸气口（在正上方）接通时，开始吸气，转子转过一定角度，吸气的沟槽越过吸气口位置，这一沟槽吸气完毕。［图ａ］ ②压缩过程 从沟槽越过吸气口，沟槽中的容积处于密闭状态，转子继续旋转，两转子由于相向转动互相迎合，阳转子齿缝连续填塞阴转子齿谷，使充满气的沟槽容积不断减小，槽中气体被压缩。［图ｂ］ 随着转动这一沟槽与排气孔相通，压缩过程终止。［图ｃ］ ③排气过程 从沟槽与排气孔口相通即开始排气，两个齿不断啮合，将压缩后的气体压出排气口，直到两齿完全啮合，沟槽内气体被全部排出，排气过程终了。［图ｄ］ 由于螺杆上有几对齿，吸、排气过程相互交错进行，故空压机的吸、排气式连续进行的。 ［螺杆式空压机的优点］ 体积小，结构紧凑，易损件少，运转连续、平稳，可以提高转速。 ［影响空压机供气效率大小的因素］ 气缸余隙容积 吸气压力降低 吸气温度升高 漏气 ［贮气罐（风包）的作用］ 稳压作用，减弱空压机排出气流的压力波动。 贮存一定量压力，对用气的不均衡起一定的调节作用。 罐内可分离出油和水，并定期排出。 ［空压机冷却系统的作用］ 提高空压机的供气效率 节省功率消耗 降低排气温度 增加空压机工作的经济性和安全性 ［空压机的润滑］ 空压机有传动润滑系统和气缸润滑系统两套独立的润滑系统。润滑油除了减少摩擦，延长部件使用寿命，还起到冷却和密封作用。由于气缸内部温度高，必须使用闪点高、粘度大、热稳定性好的压缩机润滑油，严禁使用一般机械油，一般用13号压缩机油。传动机构用40或50号机械油就可以。 ［空压机的安全保护装置］ 安全阀、释压阀、压力继电器和温度保护装置 ［空压机为什么要调节？］ 使用压缩空气的设备和机械往往是间歇工作的，而空压机的排气量是固定的。当供气量大于需要量时，风包压力上升，甚至超过安全阀动作压力，使安全阀动作，将压气排入大气，造成浪费，为了稳定供气压力，使压力的供需相适应，必须装设调节系统。 常用的调节装置有 压力调节器 减荷阀4、鼓风机1、离心式鼓风机［1］鼓风机的“喘振”现象产生的原因◆由于跳汰机工作时压力和流量发生周期性变化，鼓风机和管路中阻力太大，出现类似喘气的现象，还伴随着低频振动和声响。消除的方法◆在鼓风机出口附近的排汽管上装设旁通管和放风阀。◆关小吸气管节流阀。［2］离心鼓风机启动、停止、运转中的注意事项起动◆首先进行手动盘车，各部分不应有不正常的声响，然后开动辅助油泵向机组供油，起动前将排气阀门关上，把旁通管的放风阀打开，再将进气管的节流阀关小，当运行正常后，将排气管闸门慢慢打开，放风阀关死。停止◆先将旁通管的放风阀打开，再将进气管的节流阀关小，最后关上排气阀门。运转◆随时观察风压及各仪表读数，检查轴承温度。［2］罗茨鼓风机 罗茨鼓风机型号：GM80L-150S制造厂家： 德国AERZEN机械制造厂供风能力：150m3/min　　◆罗茨鼓风机的构造 罗茨鼓风机的工作原理 罗茨鼓风机属于回转式鼓风机，在一个近似椭圆形机壳内（气缸）装有一对相互垂直的８字形转子，转子由一对同步齿轮传动相互反向旋转，转子与气缸之间形成的容积（图中阴影部分）不断将空气由吸气管送入排气管，因为这一容积在转子旋转过程中大小不变，所以气体的压缩是在该容积与排气管连通的瞬间，由排气管倒流回来的高压气体进行反压缩实现的。 罗茨鼓风机转子的形状 A、渐开线：面积利用系数较高，制造方便，应用广泛。 B、圆弧形 C、摆线形 在转子之间及转子和机壳之间均留有微小间隙，以防止因热膨胀彼此撞击，间隙太大将降低机器效率和排气量。 间隙大小和机壳及转子的材料与尺寸有关。 大型、高压罗茨鼓风机机壳上装有水冷装置。 罗茨鼓风机的特点 结构简单、运转可靠、不会发生喘振现象。 单位排气量功耗大、经济性不如离心式鼓风机。 运行中噪音大，不能用闸门节流阀调节风量。 罗茨鼓风机的排气量和哪些因素有关？ 决定于机器的尺寸和转速，和压力大小没有关系。ADCFEHGB２１鼓风机管道系统图1----风包　　2----鼓风机［3］鼓风管道 ［４］鼓风机的布置应注意哪些事项？ ①应设在跳汰车间最底层或距跳汰机较近的地方。 ②鼓风机噪音很大，机房应有隔音设备或良好的通风。 ③鼓风机进风口应设在建筑物墙外空气清洁的地方。为防止尘土和杂物进入，进风口装设空气过滤器或消音装置。 ④布置鼓风机时，应考虑管道要尽量短，并且少用弯头等局部部件。 ⑤选用两台鼓风机时，各机组应轴线平行布置，电动机均在同侧，便于检修。［复习题］1、简述离心式水泵的工作原理。2、水泵的汽蚀现象是如何产生的？防止的措施有哪些？3、离心泵常见故障有哪些？如何排除？4、离心泵为什么要调节？常用的调节方法有哪些？5、鼓风机“喘振”现象是如何产生的？怎样消除？6、空压机为什么要调节？常用的调节装置有哪些？