水隔離泵配高濃度高耐磨高揚程離心式排沙泵在尾礦輸送中的應用

A. 第一代球隔離原理的隔離裝置

第一代水隔離泵的隔離機理為球隔離，最早見于上世紀七十年代日本日立公司，他們提出的隔離機理結構為圖13。隔離罐中有一浮球，其比重介于清水比重與漿體比重之間，浮球中間為一腰帶，腰帶與罐壁間隙為1.5～2mm。浮球為中空，里面放置水銀，保證重心偏下，且易垂直。

這種隔離方式，我們簡稱為球隔離，由于浮球比重介于清水比重和礦漿比重之間，因此浮球既不向清水上浮，也不向礦漿下沉，它永遠懸在清水與礦漿之間。

由于隔離罐中的清水和礦漿一直在做上升與下降的運動，其運動的紊流作用，特別是在速度突變，減速、加速運動中，以及運動方向的突變和壓力交變的瞬間，作為一個單獨的質量體浮球，都要產生二階振蕩狀態，其周圍流體亦為二階振蕩狀態。這種運動造成混漿，回水渾濁，不能循環使用。清水泵需不停地加清水?；厮ǔ；氐綕饪s池澄清或者制漿或者白白放掉。

正因為球隔離的水隔離泵浪費水資源，所以這個時期的水隔離泵沒有推廣起來。

B. 第二代水封隔離原理的隔離裝置

第二代水隔離泵的機理為水封隔離，水封隔離機理，是讓浮球的比重小于1，在清水中，浮球依靠比重小于1的浮力，自動向上漂浮。在有機玻璃的模型實驗時，由于浮球上浮，腰帶周邊有水封水下流，如圖14。

在實踐中，采用水封隔離機理的水隔離泵，回水水質較好，回水可循環使用。

水封隔離機理的浮球與隔離罐壁的間隙為3～4mm，浮球在清水中上浮速度為每秒1.5～3mm，在靜態中水耗約為額定流量的3～5%。3～5%的水耗在人們可以接受的范圍之內，僅僅比渣漿泵的水封水略高一點。

水封隔離機理，一直持續了二十年。這期間，其隔離裝置做了不少改進。比如浮球下部加裝了滾動導向輪，防止浮球傾斜其腰帶對角線卡罐，后來又有在浮球上、下都加滾動導向輪的結構，以及隔離罐上、下出口加裝球座和上出口加裝橡膠密封環等。

這些改進雖然完善了水封隔離裝置。但水封隔離的固有缺點仍無法克服。水封隔離雖然在靜態時水耗為3～5%，但在動態中往往超過這個指標。特別是操作不當或者浮球腰帶磨損，腰帶與罐壁間隙加大之后，水耗常常超過10%，甚至達到20%。

水封隔離與球隔離，還有一個缺點，就是常常發生浮球腰帶與罐壁相刮的運動狀態，此時有刺耳的噪聲，還易產生爬行造成混漿，影響清水泵壽命。

C. 第三代柔性水墊隔離原理的隔離裝置

第三代水隔離泵的隔離機理為柔性水墊隔離，這個隔離機理的隔離裝置在工業運行實踐中，表現出十分優異的性能。在腰帶上、下兩側，各有一個支撐板，支撐板上、下各有一片或數片柔性密封片，然后用壓環與螺栓固定。這樣在浮球中部由柔性密封片圍成一個或數個相互連通的環形水墊，這個水墊有數百毫米高。水墊把浮球上部清水與下部礦漿隔離，由多個柔性密封片圍成多個密封水墊環，組成一個迷宮式密封，并且液體密封是最有效的密封，如圖15所示。實驗室試驗表明，柔性片與隔離罐無間隙密封效果最好，過盈密封與有間隙密封效果均不如無間隙密封的效果。

此外，柔性水墊隔離裝置的浮球腰帶，其主要作用已不是隔離而是主要用于檢測浮球位置的信號源。柔性水墊隔離機理的應用以及這種隔離裝置的成功設計，使水隔離泵綜合性能有了顯著提升，克服了以往水隔離泵存在的問題：

    實現了水隔離泵無水耗或極少的水耗，回水水質更為清澈；

    有效降低了噪聲；

減弱了由于壓力急劇變化帶來的振動；

    性能可靠，維護成本低。

此外，該柔性水墊隔離裝置可有效吸收由于進漿與排漿高低壓力的交變造成的振動。

該柔性水墊隔離機理的結構形式，由沈陽維揚漿體輸送有限公司于長和、于威、于洋申報了專利。

板城礦業是最先應用柔性水墊隔離裝置的，應用柔性水墊后，由于回水水質改善，清水泵維修次數減少了5～6倍。此外，柔性水墊隔離裝置徹底消除了前兩種隔離裝置造成的浮球腰帶與罐壁相刮的刺耳噪聲。

振動問題及相應的解決方案

A.存在的問題

水隔離泵的工作原理決定了水隔離泵存在振動源，如何降低振動源和如何減振就成為水隔離泵降低噪聲的攻關方向。水隔離泵的振動源主要是流體運動方向與速度的頻繁突變，高低壓液體頻繁突然接通以及高壓狀態下，液體與罐體儲存能量的頻繁突然釋放。如三個罐交替進漿和排漿時，進漿與排漿高低壓力的交變，隔離罐與管道中的清水與礦漿流動速度與流動方向的突變都會引起壓力與流量的脈動和水錘，從而產生振動甚至共振。消除振動又是水隔離泵的一個難題。

B.解決方法

由于第三代隔離裝置采用了如下改進設計，使得第三代水隔離泵克服了以往水隔離泵的振動和噪聲問題：

   三個罐交替吸排漿時，采用正開口控制程序。即在一個罐的吸、排漿停止之前，接替的另一個罐提前數秒開始接續吸、排漿、這樣既防止了吸、排漿交替時產生死點，又使提前開始吸排漿的罐高低壓接通時，沖擊減少。這種程序設計，減少了三個罐交替吸、排漿時的流量、壓力脈動。

    在隔離罐總進水管和總回水管上加裝穩壓罐，利用穩壓罐中氣體的可壓縮性、吸收因高低壓交變及流動方向、流動速度的突變而引起的流量、壓力脈動和水錘。

    變相延長清水閥啟閉時間。清水閥為截止閥形式，開啟時不象閘閥通流面積逐漸增大，而是有一個很大的面積梯度，一旦接通，通流面積增加有一個很大的階躍如圖16。為了減小這個現象，在閥芯上，加圓錐面，讓開啟時，通流面積逐漸增大如圖17，亦相當于延長了啟閉的時間，有助減弱水錘。

另外，柔性水墊隔離裝置，在實踐中也有助于減小壓力脈動。這可能是柔性片與罐壁形成無間隙密封所形成的阻尼，減小了浮球在高低壓交變及突然換向時產生的二階振蕩。實際觀察中，用柔性水墊隔離裝置，在高低壓交變時，壓力表指針，偏移幅度減小，偏移速度減慢，清水泵平衡盤壽命顯著增長。

工作原理：水隔離漿體泵是由高位礦漿池（濃縮池或高濃度高耐磨高揚程離心式排沙泵喂料）向隔離罐中浮球下部喂礦漿，如果礦漿池不能高位，可直接使用高濃度高耐磨高揚程離心式排沙泵喂礦漿；再用高壓清水泵向浮球上部供高壓清水，再通過浮球將壓力傳遞給礦漿，并把礦漿推到外管線輸送到指定地點。由微機控制的液壓站驅動六臺清水閥，使三個隔離罐交替排漿、喂漿，實現均勻穩定輸送。通過傳感器反饋的信號，微機對系統進行實時監控，并由故障診斷專家系統對故障進行分析、判斷，再通過可視化系統提示給操作者。該產品的總體思路與原理具有創新性。它利用高效率、長壽命的離心式清水泵作動力源采用巧妙的隔離裝置——浮球，把工作介質（清水）與被傳輸介質（礦漿）隔離開。隔離裝置即將清水動力傳遞給漿體，還將離心泵的旋轉運動方式轉變成了容積泵的往復運動方式。使本產品兼具離心泵流量大，往復泵揚程高的雙重特點。