CN103206382B - 一种具有控制流量流速的浓浆充填泵 - Google Patents

Abstract

一种浓浆充填泵，主体泵芯是一段外径相等的变螺距、变根径的螺旋体，由三个或多个不同的螺旋叶轮〔21〕组成，安装在传动轴〔22〕上，套装在由上泵体〔19〕与下泵体〔24〕组成的圆柱体空间(泵壳)内，上泵体的一端开设进料口〔26〕，下泵体的另一端开设出料口〔27〕，泵壳内壁与泵芯外缘紧密配合，形成一个密封的楔形螺旋空间，此楔形螺旋空间与进料口〔26〕和出料口〔27〕自然联通。当驱动传动轴〔22〕做正向连续运转时，这个楔形螺旋空间将会连续地由大变小，产生正向压力，而进入这个螺旋空间的介质正是在这种压力和自身粘滞力、摩擦力的作用下被拖拽、推动完成输送过程的，这一工作原理更加适宜输送浓度高、粘稠度高、粗粒骨料含量高的浆体。

Description

一种具有控制流量流速的浓浆充填泵

技术领域

本发明涉及采矿领域充填过程的充填浆体输送装置，尤其是一种能控制充填浆体的流量和流速的浓浆充填泵。

背景技术

目前，公知的在采矿充填过程中，充填浆体的输送遇到两大难题困扰，一是流量，二是流速。由于采矿充填作业对充填浆体的浓度要求是越高越好，然而较高浓度的充填浆体却变得无法正常输送。这是因为充填浆体的特性是随着浆体浓度的提高粘滞力增大、流动性变差、充填倍线减小，输送难度增加的缘故。当充填浆体的重量浓度达到60％以上时，传统的砂泵、渣浆泵、油(水)隔离泵都不能对其进行输送，国产浓浆泵不能输送含有大量粗粒固体颗粒的充填浆体，进口的和国产的柱塞泵，结构复杂，能耗大，输送能力小，所以一直难于推广应用。现行的充填浆体的输送方法大都是浆体自流输送，这种方法只能限于较低浓度的充填浆体和深井近距离的充填作业。这种较低浓度的充填浆体，其相对流速较快，并且无法控制，因而加大了输送管道特别是充填钻孔的磨损。另外，较低浓度的充填浆体还会给充填作业带来其它一系列的不利因素，应该尽量不使用这种方法。所以，对采矿充填作业如何实现高浓度充填浆体的正常输送，以及如何能够根据需要有效地控制充填浆体的流量和流速，已成为采矿充填过程急需解决的重要课题。

发明内容

为了解决采矿充填过程较高浓度的充填浆体不能使用传统输送设备进行输送的问题和较低浓度的充填浆体靠自流输送不能控制流速而严重磨损输送管道及充填钻孔的问题，本发明提供了一种浓浆充填泵，该浓浆充填泵利用高浓度充填浆体的粘滞力大、流动性差的特性，采用螺旋叶轮输送的方式，凭螺旋叶轮与浆体之间的摩擦力、粘滞力，推动和拖拽浆体一起运动，从而完成输送过程，这种浓浆充填泵不仅能顺利输送各类较高浓度的充填浆体，而且能在调频电机的配合下，精确调控充填浆体的流量和流速，减轻输送管道和充填钻孔的磨损，节能降耗，实现低压远距离输送。

本发明提供的一种浓浆充填泵，其关键的技术方法是：将三个或多个不同的螺旋叶轮组装在传动轴上形成一段共三圈或多圈的螺旋体(泵芯)，将这段螺旋体套装在由上泵体与下泵体组成的圆柱体空间(泵壳)内，圆柱体空间内壁与螺旋体外缘紧密配合，形成一个密封的螺旋空间；上泵体的一端开设进料口，下泵体的另一端开设出料口，两口之间由螺旋空间自然联通；螺旋叶轮和上下泵体由可切削加工的耐磨铸钢材料铸造而成，螺旋叶轮由键槽过度配合组装在传动轴上，上下泵体由连接螺栓及泵体定位销固定连接；泵体两端安装轴承座，

由圆锥滚子轴承固定传动轴，轴承座与泵体、轴承座与轴承座端盖由六角盲螺丝连接固定并固定轴承。轴承内有润滑通道外联，由O形密封圈和内包骨架唇形密封圈密封，传动轴与泵体之间的间隙采用填料密封即由盘根密封，盘根压盖压紧；传动轴在泵体一端设有凸台，用于止推螺旋叶轮的正向窜动；传动轴传动一端安装联轴器与调频驱动装置联接；上泵体一侧开设矩形观察视孔，用以检查螺旋叶轮磨损情况，平时由视孔盖及视孔盖螺丝压紧密封；下泵体设有地脚螺丝孔用于和基础地脚螺丝连接固定。

本发明提供的一种浓浆充填泵，其输送能力的产生是这样实现的，技术特征在于泵芯是一段外径相等、变螺距、变螺旋根径的螺旋体，即螺距由大变小，螺旋根径由小变大的螺旋体，这段螺旋体不论是三圈或多圈，其螺距和螺旋根经的变化规律都类似于一个抛物线运行轨迹，这样泵芯与泵壳所形成的螺旋空间也就成为一个纵断面由大变小的楔形空间。当电动机驱动传动轴做正向旋转时，这个楔形空间就会连续地由大变小，这一过程是一个大空间压向小空间的能量释放过程，也是一个压强由小变大的过程，从而对进入这个螺旋空间的介质产生输送能力完成输送过程。

本发明提供的一种浓浆充填泵，其它技术特征还在于：进料口与出料口的内径等于或大于最小的螺距，这是因为高浓度充填浆体的进料和出料过程都会产生一定的摩擦阻力，进料口小、阻力大，易出现进料不足和断料的现象，一旦出现断料现象，极易造成机器失能，这也是浓浆充填泵的一大特点，若出料口过小则会影响泵芯的螺旋输送效果，并增加能耗。

本发明提供的一种浓浆充填泵，其流量和流速的可调控性主要取决于以下技术特征：a、螺旋叶轮外径与螺旋初始根经，两者的比例关系，一般取值为3，在低压、低速、大流量输送时取值＞3，高压、高速、小流量输送时取值＜3；b、螺旋叶轮厚度与螺旋体平均螺距，两者的比例关系，一般取值为5，在低压、低速、大流量输送时取值＞5，高压、高速、小流量输送时取值＜5；c、螺旋输送方式不同于离心力输送，它虽然具备随着螺旋转速的增加输送能力增大的规律，但却不是同比关系，它对粘滞力大、流动性差的介质，更适宜低速输送，取值螺旋叶轮转速为≤200r/min，输送浆体在管道内的流速为≤2m/s；d、引入调频调速机能，只有引入调频调速机能之后才可以根据需要灵活调整驱动装置，以适应更加复杂的应用环境。

在复杂的采矿充填过程，特别是在深井充填作业采用低浓度自流输送过程中，会经常出现充填输送管道呈现负压状态，自流浆体会严重危害输送管道及充填钻孔，而采用浓浆充填泵就可以避免危害的发生，这是因为浓浆充填泵的泵芯控制了充填浆体的运行速度，泵芯楔形螺旋空间中的充填浆体会对负压力产生反方向的摩擦力，这种摩擦力会随着负压力的增大而增大，从而有效地控制充填浆体在输送管道中的流速，减轻危害和损失。

本发明的有益效果是：

a.设备结构简单，容易加工制造，安装使用方便，工作性能稳定；

b.运行速度慢、能力大，可低压远距离输送，节约能耗，安全可靠；

c.适用于输送各类不同浓度、不同粘度的浆体，更适应高浓度、高粘度的浆体；

d.适用于输送含有各类不同骨料的浆体，对粗粒骨料浆体输送优势更明显；

e.具有抵抗负压止推功能，可在驱动调频系统的配合下，精确控制流量和流速；

f.工作原理主要是发挥利用了被输送介质的特性，节能环保，应用范围广。

附图说明

图1是本发明浓浆充填泵的主视图。

图2是本发明浓浆充填泵的纵剖面图。

图3是本发明浓浆充填泵的螺旋叶轮主视图。

图4是本发明浓浆充填泵的螺旋叶轮侧视图。

图中1.联轴器2.六角盲螺3.润滑油杯4.轴承座5.六角盲螺丝6.泵体定位销7.视孔盖8.六角盲螺9.六角螺丝10.六角螺11.六角盲螺丝12.盘根压盖13.轴承端盖14.联轴器键15.○形密封圈16.圆锥滚子轴承17.内包骨架唇形密封圈18.六角盲螺丝19.上泵体20.螺旋叶轮键21.螺旋叶轮22.传动轴23.盘根24.下泵体25.轴承压盖26.进料口27.出料口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

在附图中，浓浆充填泵的主体构件就是泵芯和泵壳，本实施例泵芯由三个螺旋叶轮〔21〕组成，这种泵芯适用于高浓度充填浆体近距离低压输送，三个以上或更多个螺旋叶轮组成的泵芯则可以输送距离更远、需要输送压力更大的充填浆体。需要指出的是，不论泵芯是由几个螺旋叶轮组成，其每个螺旋叶轮的外形尺寸都是不一样的。这是因为泵芯的螺距是由大到小、根经是由小到大逐渐变化的，其变化规律类似于一个抛物线运行轨迹，这是产生输送能力的一个主要因素。三个或更多个螺旋叶轮〔21〕组成的泵芯，以过度配合螺旋叶轮键〔20〕固定方式组装在传动轴〔22〕上，套装在由上泵体〔19〕与下泵体〔24〕组成的泵壳内，泵壳内壁与泵芯螺旋外径紧密配合，以尽量避免和减少被输送浆体在泵体内直线串动影响输送效果。上泵体〔19〕的一端开设进料口〔26〕，下泵体〔24〕的另一端开设出料口〔27〕，两口之间由密闭的螺旋空间自然联通；上下泵体由六角螺丝〔9、10〕及泵体定位销〔6〕固定连接，泵体两端安装轴承座〔4〕，由圆锥滚子轴承〔16〕固定传动轴〔22〕，轴承座〔4〕与泵体由六角盲螺丝〔18〕锁紧固定，轴承座〔4〕与轴承座端盖〔13〕、轴承座压盖〔25〕由六角盲螺丝〔2、11〕连接固定并固定圆锥滚子轴承〔16〕。圆锥滚子轴承〔16〕由O形密封圈〔15〕和内包骨架唇形密封圈〔17〕密封，内有润滑通道外联润滑油杯〔3〕，传动轴〔22〕与泵体之间的间隙采用填料密封即由盘根〔23〕密封，盘根压盖〔12〕、六角盲螺丝〔5〕压紧；传动轴〔22〕在泵体一端设有凸台，用于止推螺旋叶轮〔21〕的正向窜动；传动轴〔22〕传动一端安装联轴器〔1〕，由联轴器键〔14〕锁紧与调频驱动装置联接；上泵体〔19〕一侧开设矩形观察视孔，用以检查螺旋叶轮〔21〕磨损情况，平时由视孔盖〔7〕及六角盲螺丝〔8〕压紧密封；下泵体〔24〕设有地脚螺丝孔用于和基础地脚螺丝连接固定。

本发明结构简单，容易加工制造，特别是对制作材料方面没有严格的要求，只是对螺旋叶轮〔21〕、上泵体〔19〕和下泵体〔24〕的用料提出了要求，因为是为了适应其技术要求所设计的物理形状的复杂性而采用了铸造加工工艺，选用可切削加工的耐磨铸钢材料铸造而成，机加工精度要求是，上泵体与下泵体的啮合面为1.6级，轴承座与泵体的结合面为1.6级；螺旋叶轮之间的接触面、泵壳内壁，以及镗、钻孔内壁的加工精度为3.2级，泵芯螺旋外径为6.3级；螺旋叶轮与传动轴之间的槽、键过渡配合，按机械加工规范要求进行。利用传统铸造工艺和普通车、铣、刨床即可完成制作任务，传动轴选用45#圆钢切削加工，其它部件按一般要求加工处理。

本实施例需要更加说明的是，浓浆充填泵解决了采矿充填过程充填浆体无法正常输送以及因此所带来的一系列的问题，如何精确控制流量和流速的问题，则必须有驱动调频装置的配合；如何适用于条件复杂的工况环境，满足充填作业必备的技术参数，这也是本实施例的一大优势，具体表现在：a、可以输送任何浓度和粘度的浆体；b、可以根据需要任意调整输送能力；c、可以根据输送距离的远近任意调整输送压力；d、可以在负压输送的情况下有效控制输送流量，保证充填管道内浆体流速。这里需要说明的是，实现精确控制的前提还必须是设备规格选型与现场生产规模相匹配，必须是在允许范围之内进行的。还有，浓浆充填泵的工作原理是靠浆体与泵芯之间的摩擦力完成输送的，被输送的任何介质都会对泵芯和泵壳产生磨损，磨损将导致泵芯与泵壳之间的间隙增大，被输送介质串流增加，影响输送效率，所以本实施例要求螺旋叶轮〔21〕及上泵体〔19〕、下泵体〔24〕要选用耐磨材料。在实施过程，采矿充填作业所输送的充填浆体有砂砾等粗大固体骨料，对泵芯和泵体的磨损是较为严重的，特别是泵芯是主动器件，更容易被磨损，是易损件。实施例设计的螺旋叶轮〔21〕与传动轴〔22〕过渡配合，这有利于拆卸更换。还有，在具体的生产使用过程，泵芯的磨损使其外径变小影响输送能力，螺旋根经变小，叶轮变薄，螺旋空间增大，输送能力又会增加，这两者可以互补而不真正影响输送能力。随着磨损时间的延长，泵芯的机械强度变小，最终影响输送效能而更换新的泵芯。

本实施例科学地利用和发挥了被输送介质的自身特性，同时也说明了高浓度、高粘稠度浆体的可输送性，并有着明显的节能降耗作用。因此可以说，该浓浆充填泵具备较强的适应复杂应用环境的能力，用途广泛，有着较好的推广研究价值。

Claims (1)

1.一种具有控制流量流速的浓浆充填泵，其特征是：三个不同的螺旋叶轮组装在传动轴上形成一段共三圈的螺旋体，螺旋体套装在由上泵体与下泵体组成的泵壳内，泵壳内壁与螺旋体外缘紧密配合，形成一个密封的螺旋空间；

上泵体的一端开设进料口，下泵体的另一端开设出料口，两口之间由螺旋空间自然联通；

螺旋体外径相等、变螺距、变螺旋根径，即螺距由大变小，螺旋根径由小变大；进料口与出料口的内径等于或大于最小的螺距；

a、螺旋叶轮外径与螺旋初始根经，两者的比例关系，取值为3；

b、螺旋叶轮厚度与螺旋体平均螺距，两者的比例关系，取值为5；其中螺旋叶轮的厚度为40mm，螺旋叶轮的外径为396mm；

c、螺旋叶轮转速为≤200r/min，输送浆体在管道内的流速为≤2m/s。