确定渣浆泵的抗冲击磨损性能

离心泵是世界上最常用的机器之一。每天，测试实验室都会评估其性能。这些泵中的大多数已设计为在工业过程中输送流体或产生压力。因此，最重要的测量包括泵压力（扬程），流量和功率，以及维护和环境因素，例如振动，声级和工作温度。

当泵的主要目的不是流体的流动而是岩石，沙子，砾石和泥浆的输送时，测试工程师应该考虑什么？通常不考虑将离心泵用于此类目的，但这正是泥浆泵在采矿和疏浚行业中的作用。

尽管在渣浆泵操作中，固体中总是存在水（或其他流体），但通常它只是一种载体。虽然可以回收利用，但用于移动和加压的动力却损失了能量。在某些情况下，水的存在会给工艺带来不利影响，例如在疏浚作业（侧重于港口和港口的土地建设）中，或者在采矿作业中，必须将去除矿石后残留的大量岩石运回采矿厂。以对环境负责和地质稳定的方式进行景观美化。

在这些情况下，将用水量减少到最低限度对于确保稳定性和节省稀缺水资源至关重要。输送这些固体的大部分水都留在地下，必须予以更换，即使一桶湿污垢也要消耗35％的水。

泵的磨损是另一个考虑因素。尽管高固含量的运输是节省电力和水资源的最有效策略，但这些稠密的浆料混合物（有时固体含量超过40％）对浆料泵的湿部造成了巨大损失。叶轮或机壳衬套经常会完全磨损，在几个月内损失多达其原始重量的一半。考虑到典型的渣浆泵以每小时500至5,000立方米的高密度渣浆移动，某些大型操作的速度为10,000至20,000 m3 / hr，更换零件的大小和费用就成为一个因素。实际上，它可以达到总成本（包括电力成本）的40％。

渣浆泵液压实验室在清水上进行常规的泵性能测试（可用作设计基准），而泥浆测试则提供了最有趣的结果。考虑到影响和考虑因素的范围，测试本身差异很大。本文讨论了两个示例来帮助说明这一点。

在某些应用中，例如疏通新水道或在磷酸盐基质和油砂的“水力运输”中，最大的固体直径可能超过100毫米。在这种尺寸下，叶轮入口和机壳截止水的冲击磨损通常会限制使用寿命。尽管存在一些量化泥浆耐磨性的测试，但它们始终使用沙粒大小的颗粒，因此对于典型的渣浆泵材料在更大极限载荷下的耐冲击性了解甚少。由于许多此类材料相对较硬且易碎，因此不能忽略此问题。关键问题包括：

随着影响变得更加严重，材料的相对排名会发生变化吗？

是否必须保持强度或韧性极限？

冲击速度与磨损之间的三次方关系是否仍然成立？

为了回答这些问题，液压实验室建造了一个“磨损测试”装置，该装置由28英寸（710毫米）吸水泵组成，在20英寸（508毫米）管道中运行，流速高达每秒33英尺（ft / s），或每秒10米（m / s）。测试固体由花岗岩“ rip-rap”组成，经过筛网后的顶部尺寸为6英寸（150毫米），平均直径为3英寸（75毫米）。磨损样品由2英寸（50毫米）的试棒组成，这些试棒垂直于管道沿固体底部移动时抵抗固体的全部冲击力而垂直放置在管道中。测试了不同的材料，包括几种等级的白铁，碳化钨和焊接涂层。还包括合金钢棒作为对照样品。测试以不同的速度进行，在每种情况下，在四个小时的过程中，每15分钟将新鲜的岩石添加到系统中，最终达到约6％的体积浓度。固体的磨损严重，几乎没有颗粒大于3英寸。

作为这项研究的一部分，还使用离散粒子计算流体动力学（DEM CFD）软件对泵内固体之间的相互作用进行了建模，在该软件中，可以跟踪单个粒子并确定它们与泵送表面以及彼此之间的相互作用。这导致了泵设计方面的改进，以减少冲击磨损影响。

在许多采矿应用中，矿石中含有少量金属。例如，许多铜矿的铜含量不到1％。提取贵重金属的过程需要每天以数千吨的速度对矿石进行大量研磨和加工。

一旦去除了含有浓金属的矿物进行冶炼，就可以保留97％的固体以填埋到环境中。如上所述，应将这些固体尽可能以最高浓度放置，以确保地质景观稳定并节约水资源。这些通常被精细研磨，尺寸为100微米或更小，并形成具有非牛顿流体性质的粘稠糊状物。通常，运输必须延伸数公里，并且管道中的摩擦损失可能很高。

来自每个矿山的浆液是不同的，只有实验室中的测试才能精确定义其参数，以确保成功进行系统设计并保护泵送系统和填海区建设中涉及的大量投资。渣浆泵液压实验室会定期为采矿工程师测试此类泥浆，但也有兴趣确定这些泥浆对泵性能的影响。

在某些方面，这些浆料的作用类似于粘性液体，但通常也具有所谓的“屈服应力”，即在液体剪切之前必须施加的力的值。这种行为在蛋黄酱和花生酱等日常液体中表现出来。在泵送应用中，会导致异常的流动模式，例如管道中的活塞流，其中液体的中心核心就像固体圆柱一样在其中运动。在泵中，情况变得更加复杂，并且在某些情况下，离心泵由于未知原因而无法移动这些液体。在最近的测试中，以高达1200 Pa的屈服应力泵送泥浆，导致每英尺管道的管道摩擦损失高达4英尺水头，从实际（经济）的角度来看，这是一种极端情况，但对于开发油井非常有用。