CN111425405A - 带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵 - Google Patents

带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵 Download PDF

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任瑞文
张文斌
吕亚
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Abstract

本发明涉及一种带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵，包括矿浆输送泵主体、高压清水辅助装置，矿浆输送泵主体由潜水电机和多级离心泵组成，多级离心泵的每个工作腔内部设有高压水引流结构，高压水引流结构通过工作腔上的高压水进口连接所述高压清水辅助装置，由高压清水辅助装置提供清洁海水，通过高压水进口注入到多级离心泵的每个工作腔内部，在工作腔的高压水引流结构区域形成局部高压水流，防止矿浆输送过程中的堵塞卡滞以及停泵后的淤积，并且缓解固体颗粒对部件表面的冲击磨损。本发明的带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵可以有效解决矿浆输送泵一直存在的易堵塞淤积、易卡滞、易磨损等问题，大幅度提高设备使用寿命和可靠性。

Description

带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵
技术领域
本发明涉及一种用于深海采矿的矿浆输送泵，尤其是一种具备自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵。
背景技术
广阔海底蕴藏着极其丰富的战略金属资源，目前，国际上深海采矿商业化已见端倪，对国际海底矿区的勘探申请以及深海矿藏的开采迅速升温。
如图1所示，深海采矿系统由海底集矿机20、矿浆流体提升输送系统和海面采矿船21等系统组成。矿浆输送泵22是其核心设备。
如图2所示，目前世界各国研发的矿浆输送泵均存在运行时易堵塞卡滞、易磨损，停泵时易淤积等难以解决的问题，造成该问题的主要原因是矿浆输送泵工作介质为含有矿石固体颗粒的海水(称为矿浆)。在实际采矿作业过程中，为了保证深海采矿的经济性，矿浆中的矿石颗粒一般在直径10mm以上，甚至达到50mm，而矿石在矿浆中的浓度一般达到10％左右，此种高浓度大颗粒固液两相流在输送过程中，首先，固体颗粒跟随液体的碰撞冲击会对泵体的内部工作表面以及叶轮表面造成较大的磨损；其次，运行过程中，矿石颗粒也容易进入矿浆输送泵叶轮进出口口环、水轴承等间隙部位，引起泵的堵塞卡滞；第三，当泵停止时，流体速度逐渐下降，矿浆中的固体颗粒将会下沉淤积在矿浆输送泵工作腔内，当泵再次启动时，产生卡滞和磨损。
目前的矿浆输送泵主要存在如下问题：
1、矿浆输送过程中，固体颗粒在跟随液体流动中引起的碰撞冲击会对泵体内部工作面以及叶轮表面造成较大的磨损；
2、运行过程中，矿石颗粒容易进入矿浆输送泵叶轮进出口口环、水润滑轴承等间隙部位，引起泵的堵塞卡滞；
3、停泵时，矿浆流动速度逐渐下降，其中的固体颗粒将会下沉淤积在矿浆输送泵工作腔内，当泵再次启动时，容易产生卡滞和磨损。
世界各国均开展了矿浆输送泵的研究工作，期间，曾经采用过轴流泵、混流泵、隔膜泵以及多级离心泵等多种形式，但经多年研究论证和试验分析，最终均采用了多级离心泵的型式，为了解决以上所诉的堵塞卡滞、淤积磨损等问题，针对多级离心泵目前主要采用了叶片数量优化(采用3或4叶片叶轮)、叶型优化及加厚、叶轮进口斜切、倾斜流道、带空间导叶的导向器等措施，提高矿浆输送泵的通过性(防阻塞卡滞和淤积)和抗磨损性能。但是从各国实验室以及海上试验结果来看，矿浆输送泵的堵塞卡滞、淤积磨损等问题虽然有所改善，但还并没有实质性的解决，成为深海采矿无法商业化的瓶颈之一。因此，目前急需开发研制出一种能够较好的解决堵塞淤积以及磨损等问题的矿浆输送泵。
发明内容
本发明是要提供一种带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵，目的在于矿浆输送泵高压水引流结构设计和高压清水辅助装置设计，在矿浆输送泵主体工作腔内部形成局部高压清水流动，大幅度改善目前深海采矿用矿浆输送泵运行过程中普遍存在的易堵塞、卡滞、淤积以及部件磨损等问题，从而全面提升矿浆输送泵使用寿命和经济性。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵，包括矿浆输送泵主体、高压清水辅助装置，所述矿浆输送泵主体由潜水电机和多级离心泵组成，所述多级离心泵的每个工作腔内部设有高压水引流结构，高压水引流结构通过工作腔上的高压水进口连接所述高压清水辅助装置，由高压清水辅助装置提供清洁海水，通过高压水进口注入到多级离心泵的每个工作腔内部，在工作腔的高压水引流结构区域形成局部高压水流，防止矿浆输送过程中的堵塞卡滞以及停泵后的淤积，并且缓解固体颗粒对部件表面的冲击磨损。
进一步，所述高压清水辅助装置的出口输水管路的数量、尺寸大小以及布置方式与矿浆输送泵主体的工作腔内高压水引流结构相适配。
进一步，所述矿浆输送泵主体中的叶轮进口边附近工作面、出口边附近工作面以及蜗壳隔舌附近工作面处分别开有2～3mm宽度平行分布的若干条引流狭缝，通过狭缝喷射高压水，减弱颗粒对叶片的冲击。
进一步，所述高压清水辅助装置安装于矿浆输送泵主体的外壳，并通过高压输水管路与矿浆输送泵主体1的前、后盖板腔体相连通。
本发明的有益效果：
本发明的具备自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵，通过矿浆泵输送泵主体的高压水引流结构和外置高压清水辅助装置相结合，将高压清洁海水注入主体工作腔内的特定位置，能够产生以下有益效果：
1.引入矿浆输送泵工作腔的高压水，在指定位置形成局部高压水流，使得矿石颗粒对矿浆输送泵工作腔内表面及叶片表面的冲击受到阻拦缓冲，有效改善矿浆输送泵部件过快磨损情况；
2.引入矿浆输送泵工作腔的高压水，在指定位置形成局部高压水流，可以有效防止矿石颗粒及其他杂质进入矿浆输送泵叶轮进出口口环、水润滑轴承等动静间隙，解决矿浆输送泵主体一直存在的堵塞卡滞和口环过快磨损等问题；
3.引入矿浆输送泵工作腔的高压水形成的局部高压水流，能够对矿浆输送泵主体在停止运行时下沉淤积的矿石颗粒起到自清洗作用，有效防止泵再次启动时产生卡滞磨。
总体而言，本发明的具备自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵能够有效提升泵的使用寿命，降低使用成本，大大改善深海采矿作业的经济性和可靠性。
附图说明
图1是深海采矿示意图；
图2是矿粒的淤积和过流部件的磨损示意；
图3是本发明的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵结构剖视图；
图4是叶轮结构剖视图；
图5是蜗壳结构剖视图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作一步说明。
如图3所示，一种深海采矿带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵，包括矿浆输送泵主体1和高压清水辅助装置2。矿浆输送泵主体1主要由潜水电机3和多级离心泵4组成，其工作腔即多级离心泵内部前盖板腔体5和后盖板腔体6进行了高压水引流结构7的设计，在后盖板腔体6上面设置有多路高压水引流结构7；高压清水辅助装置2为高压离心泵，主要由潜水电机8、离心泵9以及多路高压输水管路10组成。高压清水辅助装置2安装于矿浆输送泵主体1的外壳，利用其高压输水管路10与矿浆输送泵主体1的前后盖板腔体5、6相连通，将高压海水注入腔内的特定位置。
针对矿浆输送泵主体工作腔即多级离心泵内部结构特点，分析泵运行时固体颗粒容易进入引起卡滞的动静间隙、停泵容易颗粒淤积叶轮背部等特定部位实际情况，进行工作腔内高压水引流结构7设计，确定高压清洗海水入口数量及位置。高压水引流结构7根据实际叶轮级数可进行结构调整，以适应多级泵组工作的需求。
矿浆输送泵主体工作腔内部的高压水引流结构7，需要根据矿浆输送泵主体内部介质的压力分析、固体颗粒流动轨迹分析以及颗粒对动静部件的冲击分析等，确定引流入口的尺寸大小、形状(圆形、矩形、三角形等)以及入口角度等。
高压清水辅助装置安装于矿浆输送泵主体外部，通过输水管路与矿浆输送泵连接，能够提供的清洁海水压力需要根据矿浆输送泵工作腔内部压力确定，使其引入的水流能够在工作腔内部特定位置形成高压水流。高压清水辅助装置出口高压输水管路的数量、尺寸大小等需要根据矿浆输送泵主体工作腔高压水引流结构的需求确定。
如图4、图5所示，在叶轮进口边附近11工作面、出口边附近工作面12、蜗壳隔舌附近工作面13处开有2～3mm宽度平行分布的若干条引流狭缝，狭缝喷射高压水，减弱颗粒对叶片的冲击。
矿浆输送泵主要用来输送含有矿石颗粒的矿浆介质，运行时，矿石颗粒将会对其工作腔内表面及泵叶片形成冲击磨损，高压清水辅助装置给特定位置输送的高压清洗水流可以形成缓冲，有效缓解矿石颗粒对矿浆输送泵工作腔内表面及叶片表面的冲击磨损，保护动静部件，提高矿浆输送泵寿命和可靠性；同时，在矿浆输送泵主体内部间隙引入高压海水后，起到正压阻拦作用，可以有效防止矿石颗粒及杂质进入动静间隙，解决矿浆输送泵主体一直存在的堵塞卡滞和口环过快磨损等问题；矿浆输送泵主体在停止运行时，矿石颗粒会下沉淤积在工作腔内部，再次启动时会产生卡滞，加剧磨损，引入工作腔的高压清水起到冲洗作用，可以有效防止停泵时矿石颗粒的淤积。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围。

Claims (4)

1.一种带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵，包括矿浆输送泵主体、高压清水辅助装置，所述矿浆输送泵主体由潜水电机和多级离心泵组成，其特征在于：所述多级离心泵的每个工作腔内部设有高压水引流结构，高压水引流结构通过工作腔上的高压水进口连接所述高压清水辅助装置，由高压清水辅助装置提供清洁海水，通过高压水进口注入到多级离心泵的每个工作腔内部，在工作腔的高压水引流结构区域形成局部高压水流，防止矿浆输送过程中的堵塞卡滞以及停泵后的淤积，并且缓解固体颗粒对部件表面的冲击磨损。
2.根据权利要求1所述的带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵，其特征在于：所述高压清水辅助装置的出口输水管路的数量、尺寸大小以及布置方式与矿浆输送泵主体的工作腔内高压水引流结构相适配。
3.根据权利要求1所述的带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵，其特征在于：所述矿浆输送泵主体中的叶轮进口边附近工作面、出口边附近工作面以及蜗壳隔舌附近工作面处分别开有2～3mm宽度平行分布的若干条引流狭缝，通过狭缝喷射高压水，减弱颗粒对叶片的冲击。
4.根据权利要求1所述的带有自清洗功能的防堵塞防淤积抗磨损矿浆输送泵，其特征在于：所述高压清水辅助装置安装于矿浆输送泵主体的外壳，并通过高压输水管路与矿浆输送泵主体1的前、后盖板腔体相连通。
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CN114790989A (zh) * 2022-03-23 2022-07-26 江苏大学流体机械温岭研究院 一种防堵塞抗磨损多级泵

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114790989A (zh) * 2022-03-23 2022-07-26 江苏大学流体机械温岭研究院 一种防堵塞抗磨损多级泵
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