钼选厂尾矿回水系统泵型选择

李 翔，晁彦德

（栾川龙宇钼业有限公司，河南栾川 471500）

0 引言

栾川龙宇钼业小庙岭选矿公司为万吨钼选厂，2008 年9 月底开始生产，每年向尾矿库排放干尾矿约400 万吨，约230 万立方米，尾矿库水位逐年升高。随着库容减少，近年来水位每年以约10 m 速度上升。2016 年初，库尾清水层至生产高位水池高差约190 m，库尾至高位水池管道大约1260 m，截至2019 年7 月，高差约为160 m。原坝前回水泵至高位水池高差约为384 m，管道长约2250 m。该回水系统2017 年3 月开始试运行，尾矿库由于隐患整改曾一度停运约2 个月。2018 年全年正常运行以来比2016年，仅电费就节约268 万元，因此从库尾回水相对于从坝前回水效益非常明显。但是由于库尾水位不断上升，高差也大幅减少，使得水泵扬程不断变化。若不及时更换水泵，很难适应高差大幅减小的情况，导致水泵电机功率增加，甚至会造成水泵电机损坏。2019 年7月，重新更换一台新回水泵，回水系统水泵选型成为难题。因此有必要研究尾矿回水系统，通过分析多级泵和自平衡泵性能，对回水泵选型问题进行探讨，选出适合回水系统的泵型。针对高程不断减小问题提出解决方法，在保证回水泵安全运行的情况下，使回水泵能够长期适应回水系统高程变化，解决回水泵不断更换的问题。

1 库尾尾矿回水系统

（1）回水系统的组成。由2 台WQR550-6-15 潜水泵（一备一用）、潜水泵浮船、回水泵浮船、泵池、1 台MDP500-574 回水泵、DN400 金属软管、DN400 输水管道（1260 m）、高位水池等组成。

（2）回水系统工艺流程。安装于浮船上的潜水泵从尾矿库1.52 m 深的清水层处取水输送至回水泵浮船泵池，通过回水泵经一段12 m 金属软管和1260 m 输水管道输送至生产用水高位水池。

2 回水泵泵型研究

2.1 多级离心泵和自平衡多级离心泵结构

2.1.1 多级离心泵结构

主要由一个前段、一个尾段和若干个中段组成，用4 个长杆螺栓连接为一个整体。安装在泵轴上的叶轮个数代表离心泵的级数，中段的每个叶轮配一个导轮，导轮作用基本和蜗壳相同，主要是将动能转化为静压能。叶轮一般为单吸，吸入口都朝向一个方向。为了平衡轴向力，在末段后面装有平衡盘，并用平衡管和前段进口相连通。其转子在工作过程中可以沿轴向左右窜动，靠平衡盘的推力平衡叶轮组的轴向力，将转子维持在平衡位置附近。轴的两端用轴承支承，并置于轴承座上，轴的两端均有轴封装置。

2.1.2 自平衡多级离心泵结构

主要由进水段、中段、出水段、次级进水段、正导叶、反导叶、正叶轮、反叶轮、轴、节流和减压装置、挡套、轴承体、过渡管等零件组成。中段由高强度的穿杠螺栓和进出水段联接，泵的进水段、中段、出水段之间的密封面均采用硫化铝润滑脂金属面硬密封。转子由装在轴上的正叶轮、节流减压装置、反叶轮轴套、轴承挡套等零件组成。轴承采用“固游式”干油润滑结构，驱动端采用圆柱滚子轴承，末端采用角接触球轴承。泵的工作室由进水段、中段、出水段、次级进水段、正导叶、反导叶和过渡管等组成。

2.2 自平衡多级离心泵和多级离心泵性能对比主要优势

（1）高效节能。由于自平衡泵无平衡盘的磨损及轴向窜动，叶轮与导叶的对中性始终处于最佳状态，因此不会像普通多级泵随着平衡盘的磨损、转子部件前移而导致效率明显下降。由于无平衡水的泄漏，减少了容积损失，从而提高了泵的运行效率，降低了轴功率。

（2）高可靠性。由于自平衡泵叶轮采用对称布置，使得泵运行中产生的轴向力基本得到自动平衡，从而不需要平衡盘装置来平衡轴向力，因此泵轴的受力状态均匀，且应力峰值较多级泵结构大大降低，提高了泵转子的刚性和临界转速，自平衡泵运行更加平稳、可靠。

（3）汽蚀性能好、使用寿命长。自平衡泵首级叶轮采用双吸结构，与首级叶轮为单吸结构的同规格多级泵，汽蚀余量更低，吸水性能更好，运转平稳、噪声低、使用寿命长。

（4）机封强可靠性。自平衡泵在启、停时由于转子部件无轴向窜动，泵运行时也无轴向脉动，避免了多级泵的机封可靠性差的问题。

2.3 库尾回水泵泵型分析

2008 年9 月底运行时，尾矿库坝前回水泵至高位水池高差约为384 m，管道长约2250 m；2016 年初，库尾清水层至生产高位水池高差约190 m。经过优化尾矿回水系统，在库尾重新安装了一套回水系统，回水泵选用MDP500-604 自平衡泵，库尾至高位水池管道大约1260 m，该回水系统2017 年3 月开始试运行，尾矿库由于隐患整改曾一度停运约2 个月。2018 年全年正常运行以来，仅电费就比2016 年节约268 万元。但是随着高差减少，至2019 年5 月，回水泵电机功率增加，只能通过减少流量的方式维持运行。因此2019 年7 月，重新更换一台MDP580-603 自平衡水泵，通过运行，在能耗不变情况下，水流量提高约20%（100 m3/h）。

（3）离心泵比转速NS。NS=3.65nQ1/2/H3/4，其中，Q 是流量，m3/s；H 是扬程（对多级泵取单级扬程），m，n 是转速，r/min。NS=3080，为低比转速离心泵；NS=80150，为中比转速离心泵；NS=150300，为高比转速离心泵。

（4）回水泵泵型分析。2016 年初，库尾清水层至生产高位水池高差约190 m 时，输水管道约1260 m。统计多年来用水，水泵流量430500 m3/h 就可以满足生产需要，经计算泵最小扬程约196.6 m，按照15% 余量考虑，泵扬程226 m，因此回水泵初始选型MDP500-574 刚好满足。如果初始泵型选择MDP580-604 自平衡泵，流量580（450638）m3/h，扬程240（220260）m，功率560 kW，叶轮直径455 mm，流量满足，功率稍大，扬程稍高，但是如果采用叶轮切割方法就可以满足要求。

由泵流量、扬程、叶轮直径的关系可知，功率尽量小时，叶轮切割量系数D1/D2=（500/560）1/3=0.9629，则D1=4550.9629438 mm，可取叶轮直径为435 mm，叶轮切割量约4.4%，未超过叶轮切割量5%，符合叶轮切割量要求。MDP580-604 自平衡泵参数：流量430610 m3/h，扬程201237.6 m，轴功率489.35 kW，因此完全满足要求。

3 回水泵泵型选择

（1）回水泵泵型选择。初始回水泵可选择MDP580-604 自平衡泵，叶轮直径通过切割方法由直径455 mm 改为430 mm，为保证泵效率，配套导叶适当修正即可。

（2）回水泵参数验算。由泵流量、扬程、转速、功率、叶轮直径关系公式可以计算出MDP580-604 自平衡泵参数：流量425.3603 m3/h，扬程196.5232.2 m，轴功率472.67 kW，完全可以满足要求。如果选择该泵型，2017 年7 月，需要重新购置新泵，只需把MDP580-604 自平衡泵中段去掉一级，更换泵体连接螺栓和泵轴，即成为MDP580-603 自平衡泵，即目前使用的泵。运行23年后高差减少约30 m，只需把该泵改为MDP580-602 自平衡泵即可，这样就节省2 台回水泵，同时也可避免设备闲置。

4 结束语