新型KJB节能矿浆输送泵在钾肥生产中的应用

霍永星，张生太，孟 浩，丁启军

(青海盐湖工业股有限公司，青海 格尔木 816000)

随着科学的进步，用泵来传输各种浆液的情况普遍增多，促进了渣浆泵在工业生产中的广泛的应用。但是在渣浆泵的使用过程中，如何有效解决泵体由于设计缺陷或者作业工况不同的影响而产生的问题，提高其工作效率，降低故障率，延长寿命时间，是渣浆泵使用过程需要深入研究和考虑的问题。

察尔汗盐湖生产钾肥最具代表性的工艺路线是“反浮选—冷结晶”工艺，此工艺以含钠光卤石矿为原料，运用反浮选技术，通过泡沫浮选将杂质氯化钠(NaCl)和精光卤石(KCl·MgCl2·6H2O)有效分离，制得高品质的低钠光卤石，再通过冷结晶分离氯化镁杂质以制得高品质的氯化钾产品。察尔汗地区地处高海拔地区，昼夜温差大，地处盐渍土地区，淡水资源稀缺等，特别是钾肥生产中，渣浆泵的作业环境特别恶劣。

文章主要研究一种新型应用改良的KJB节能矿浆输送泵，KJB节能矿浆输送泵在铁矿石行业应用比较普遍，在铁矿石行业中铁矿的输送由于不具粘性和结晶、低硬度等特性，相对于传统的渣浆泵，KJB节能矿浆输送泵具备较好的运输性能。而在钾肥行业中光卤石矿矿浆具有较大的粘性和结晶等特性，文章所提及的新型KJB节能矿浆输送泵为在原有专有技术上再改良升级后的一种，适合氯化钾生产工况下的恶劣环境使用，以稳定和节能出发。

1 传统渣浆泵和新型KJB节能矿浆输送泵的工作原理

1.1 传统渣浆泵的工作原理[2]

渣浆泵的主要原理是在离心力的作用下，液体从叶轮中心被抛向外缘并获得能量，以高速离开叶轮外缘进入蜗形泵壳。在蜗形泵壳中，液体由于流道的逐渐扩大而减速，又将部分动能转变为静压能，最后以较高的压力流入排出管道，送至需要场所。液体由叶轮中心流向外缘时，在叶轮中心形成了一定的真空，由于贮槽液面上方的压力大于泵入口处的压力，液体便被连续压入叶轮中，从而形成液体的连续输送[1]。一般所见的渣浆泵属于通过传送浆体的泵类产品中的一种，渣浆泵从不同角度可以具体划分为不同的类型，例如泵内叶轮数目的不同可划分为单级叶轮渣浆泵和多级叶轮渣浆泵；从泵轴与水平面的位置可以划分为卧式渣浆泵和立式渣浆泵；从泵内叶轮的吸水方式划分为单吸进水渣浆泵和双吸进水渣浆泵；从泵壳的结构方式可以划分为水平中开式和垂直结合式。

1.2 新型KJB节能矿浆输送泵的工作原理

新型KJB节能矿浆输送泵又可分为转子总成和泵体两部分，转子总成包括联轴器、泵轴、组合式密封轮(多个副叶轮，专利技术)、工作叶轮、轴套、叶轮螺母等。泵体包括电机支撑架、组合式密封腔(多个)、碗形中间连接体、泵壳、底座等。

泵壳安装在底座上，叶轮由键销及螺母固定在泵轴上，置于泵壳内。组合式密封叶轮(多层副叶轮)由键及螺母固定在泵轴上，置于相对应的密封腔内(组合密封叶轮腔比矿浆输送腔大1.5倍)。所有密封腔均至于碗形中间连接体内，碗形中间连接体与电机支撑架连接后安装在泵壳上，电机与碗形中间连接体通过电机支撑架连接，泵轴与电机通过联轴器连接，底座与地脚螺栓固定在水泵基础平台上。

高液位液体由泵体进口流入叶轮，经过叶轮旋转后产生压力及流量，从泵体出口流出，部分高压液体通过叶轮与碗形中间连接体的间隙处进入碗形中间连接体内，由专利密封装置多个组合式密封叶轮进行密封，解决在不同转速下的泄漏量，从而实现无水情况下的全程密封，实现取消用水的机械密封和专用轴承箱。

2 新型KJB节能矿浆输送泵的优点

2.1 新型KJB节能矿浆输送泵特有的机封结构

KJB型节能矿浆输送泵专利密封装置，采用倒宝塔型结构。液体由泵体进口流入叶轮，经过工作叶轮旋转后产生压力及流量，从泵体出口流出，部分高压液体通过叶轮与碗形中间连接体的间隙处进入碗形中间连接体内，再经过一级密封叶轮盖板与一级密封叶轮的轴向间隙处进入一级密封腔内，再沿一级密封腔内壁与一级密封叶轮外径处进入一级密封叶轮内，经一级密封叶轮旋转的离心力而产生压力，与泄漏液体的压力在一级密封叶轮叶片顶端与一级密封腔内端处达到平衡，从而达到密封效果。在不同转速下工作时，阶梯式多级变频调速密封装置就可以有效密封泵体内泄漏液体压力，从而达到水泵的密封效果，因此KJB渣浆泵在运行时转速如何变化，泵前后副板与转动轴间不会发生泄漏现象。

2.2 新型KJB节能矿浆输送泵采用全新设计理念

利用CFD和PCAD技术的相互结合，对水泵过流部件进行系统化的优化设计及计算验证，并使用虚拟制造技术，实现产品设计、性能预测、工艺编制、制造配置和质量检验，使KJB型节能矿浆输送泵效率有了大幅度提升，可使水力效率提高10%左右。

独特的流线造型，使泵腔内流动更稳定，水流更通畅，回流小，涡量小，极大地减小了流动损失，容积效率提高3%～6%。新型KJB型节能矿浆输送泵轴与电机采用刚性联轴器直接连接，取消了泵轴承座，连接稳定可靠，传动效率提高1%～2%。

2.3 新型KJB节能矿浆输送泵密封抗颗粒性能的提升

当输送高温并含有颗粒(如含有氧化铁皮、结晶颗粒、砂浆等)恶劣的介质时，无需外接冷却水，该密封装置始终处于良好的状态下运行，即使在变频状态下也能正常运行，密封性能优良，不会出现泄漏现象。

新型KJB型节能矿浆输送泵泵体上设置有冲洗水接口，水泵停机后可快速冲洗泵腔内的液体，不会在泵内残留易结晶液体，可确保水泵再次平稳运行，极大的延长了水泵使用寿命。为防止液体在水泵运行过程中的附着结晶，所有旋转体零部件的表面都进行了抛光处理，同时采用2205双向不锈钢材质，提高了表面光洁度，如泵轴、叶轮吸口环、泄漏环等重要部件，其表面粗糙度可达到1.6 μm～3.2 μm之间。旋转体与配合密封面均采用小间隙配合，叶轮吸口环与泵处的配合小于1mm，可有效阻止水泵运行的附着结晶，水泵在高速运行时，还可随时通过末级密封腔顶部的冲洗口对密封装置进行冲洗，冲洗水可随着泵内液体由水泵出口排出，水泵停机时的冲洗水由水泵下部的放空口排出。

3 新型KJB节能矿浆输送泵的节能性

新型350KJB型节能矿浆输送泵在钾肥分公司试用半年以来，性能稳定，质量可靠，仅有实验过程中因技术消缺停机72 h和因上游检修造成的检修垃圾导致进入泵体后副叶轮损坏，其它时间均无出现任何故障停机，连续运行，相对于原普通12/10ST-AH渣浆泵，新型KJB节能矿浆输送泵的能耗均有所下降。

3.1 新型KJB节能矿浆输送泵电耗下降

原普通12/10ST-AH渣浆泵驱动电机为250 kW，新型350KJB型节能矿浆输送泵驱动电机为200 kW，则在同等供矿下单台新型KJB节能矿浆输送泵节省电量为50 kW·h。

3.2 新型KJB节能矿浆输送泵水耗下降

原普通12/10ST-AH渣浆泵运行时机械密封需外供冷却水，用量为0.2 m3/h，而新型350KJB型节能矿浆输送泵运行时无需冷却水，则单台新型KJB节能矿浆输送泵节省水量为0.2 m3/h。在长期或间接性停机是用于冲洗用，有条件或无人值守可采用电磁阀自动开停机冲洗。

3.3 新型KJB节能矿浆输送泵主要备件寿命长

泵体备件主要消耗件为机械密封，传统机械密封容易受输送介质、作业环境、泵体基础的平整性等影响，原普通12/10ST-AH渣浆泵采用水冲洗的机械密封结构，当介中含有易结晶颗粒时，容易造成密封件的损坏，从而引起液体泄漏，目前每台泵12/10ST-AH渣浆泵正常情况下每年消耗机械密封为3个～4个，而新型KJB型节能矿浆输送泵，采用最新副叶轮专利密封技术，机械密封的使用寿命至少为3 a，并且无需连续冲洗，只在长时间停机情况下开停机冲洗。

4 问题思考

新型KJB节能矿浆输送泵在钾肥分公司试用半年以来，各方面性能都显现了优越的技术优势和使用的产品品质，实用性强，设备稳定。仍然存在的部分缺陷需要继续优化，比如长时间停机副叶轮腔中容易结晶和及时排放的问题(批量应用时利用启停和电磁阀自动冲洗解决，避免人为惰性造成密封损坏)；还有矿浆中硬度更多的杂质出现堵泵问题等，这也是其他渣浆泵存在的问题，但稳定运行也需要更进一步优化。