Máy bơm bùn ly tâm là một trong những loại máy được sử dụng phổ biến nhất trên thế giới. Hàng ngày, các phòng thí nghiệm kiểm tra đánh giá hiệu suất của họ. Hầu hết các máy bơm này được thiết kế để vận chuyển chất lỏng hoặc tạo áp suất trong quy trình công nghiệp. Do đó, các phép đo quan trọng nhất bao gồm áp suất bơm (cột áp), lưu lượng và công suất cũng như các yếu tố bảo trì và môi trường — chẳng hạn như độ rung, mức âm thanh và nhiệt độ vận hành.

Kiểm tra độ bền va đập của máy bơm bùn

Kỹ sư thử nghiệm nên cân nhắc điều gì khi mục đích chính của máy bơm không phải là chuyển động của chất lỏng - mà là vận chuyển đá, cát, sỏi và bùn? Một máy bơm ly tâm thường không được xem xét cho các mục đích như vậy, nhưng đó chính xác là những gì máy bơm bùn làm được trong các ngành công nghiệp khai thác và nạo vét.

Mặc dù nước (hoặc một số chất lỏng khác) luôn tồn tại cùng với chất rắn trong hoạt động của máy bơm bùn, nó thường chỉ là chất mang. Trong khi nó có thể được tái chế, năng lượng sử dụng để di chuyển và tạo áp suất cho nó là năng lượng bị mất. Trong một số trường hợp, sự có mặt của nước gây thêm bất lợi cho quá trình - chẳng hạn như trong các hoạt động nạo vét tập trung vào việc xây dựng đất cho các cảng và bến cảng, hoặc trong các hoạt động khai thác trong đó một lượng lớn đất đá còn lại sau khi quặng đã được loại bỏ phải được trả lại cho cảnh quan một cách có trách nhiệm với môi trường và ổn định về địa chất.

Giảm sử dụng nước đến mức tối thiểu có thể là quan trọng trong những trường hợp này để đảm bảo sự ổn định và bảo tồn các nguồn nước khan hiếm. Một phần lớn nước vận chuyển các chất rắn này vẫn còn trong lòng đất và phải được thay thế — ngay cả một xô chất bẩn ướt cũng là 35% nước.

Máy bơm bùn chống mài mòn

Sự hao mòn của máy bơm bùn là một vấn đề cần cân nhắc khác. Trong khi vận chuyển ở nồng độ chất rắn cao là chiến lược hiệu quả nhất để bảo tồn nguồn điện và tài nguyên nước, thì những hỗn hợp bùn đặc này (đôi khi hơn 40% chất rắn theo thể tích) gây thiệt hại rất lớn cho các bộ phận bị ướt của máy bơm bùn. Cánh quạt hoặc lớp lót của vỏ thường bị mòn hoàn toàn, mất đi một nửa trọng lượng ban đầu trong vòng vài tháng. Xem xét rằng một máy bơm bùn điển hình đang di chuyển từ 500 đến 5.000 mét khối mỗi giờ (m3 / giờ) bùn mật độ cao, với một số hoạt động lớn trong phạm vi 10.000 đến 20.000 m3 / giờ (44.000 đến 88.000 gallon mỗi phút — gpm ), kích thước và chi phí của các bộ phận thay thế trở thành một yếu tố. Trên thực tế, nó có thể đạt tới 40% tổng chi phí sở hữu, bao gồm cả chi phí điện năng.

Trong khi phòng thí nghiệm thủy lực máy bơm bùn thực hiện các bài kiểm tra hiệu suất máy bơm thông thường trên nước trong (hữu ích như một đường cơ sở thiết kế), thì việc kiểm tra chất lỏng mang lại kết quả thú vị nhất. Với phạm vi ảnh hưởng và cân nhắc, bản thân các bài kiểm tra rất khác nhau. Bài viết này thảo luận về hai ví dụ để giúp minh họa điều này.

1. Bơm đá tảng

Trong một số ứng dụng, chẳng hạn như nạo vét một kênh mới hoặc trong “vận chuyển thủy lực” của ma trận phốt phát và cát dầu, chất rắn lớn nhất có thể vượt quá 100 mm (mm), hoặc 4 inch, đường kính. Ở kích thước này, mài mòn do va đập ở nước cắt đầu vào bánh công tác và vỏ thường sẽ hạn chế tuổi thọ sử dụng. Trong khi một số thử nghiệm tồn tại để định lượng khả năng chống mài mòn của bùn, chúng luôn sử dụng các hạt có kích thước như cát, vì vậy ít người biết về khả năng chống va đập của vật liệu bơm bùn điển hình dưới các tải trọng khắc nghiệt hơn. Bởi vì nhiều vật liệu như vậy tương đối cứng và giòn, vấn đề này không thể được xem nhẹ. Các câu hỏi chính bao gồm:

• Thứ hạng tương đối của vật liệu có thay đổi khi tác động trở nên nghiêm trọng hơn không?
• Có giới hạn nào về sức mạnh hoặc độ dẻo dai phải được duy trì không?
• Mối quan hệ công suất thứ ba giữa vận tốc va chạm và độ mòn có còn đúng không?

Để trả lời những câu hỏi này, phòng thí nghiệm thủy lực đã chế tạo một giàn khoan “kiểm tra độ mòn” bao gồm một máy bơm hút 28 inch (710 mm) hoạt động trong một đường ống 20 inch (508 mm) với vận tốc lên đến 33 feet / giây (ft / s), hoặc 10 mét trên giây (m / s). Chất rắn thử nghiệm bao gồm đá granit “rip-rap”, được đưa qua màn hình để có được kích thước đỉnh là 6 inch (150 mm) và đường kính trung bình là 3 inch (75 mm). Các mẫu mòn bao gồm các thanh dài 2 inch (50 mm) được đặt thẳng đứng vào đường ống chống lại toàn bộ lực tác động của chất rắn khi chúng di chuyển dọc theo đáy ống. Các vật liệu khác nhau đã được thử nghiệm — bao gồm một số loại sắt trắng, cacbua vonfram và các lớp phủ hàn. Một thanh thép hợp kim cũng được đưa vào làm mẫu đối chứng. Các thử nghiệm được thực hiện ở các vận tốc khác nhau và trong mỗi trường hợp, đá tươi được thêm vào hệ thống cứ sau 15 phút trong suốt bốn giờ, cuối cùng đạt đến nồng độ xấp xỉ 6 phần trăm thể tích. Sức hút của chất rắn rất nghiêm trọng, với một số hạt còn lại lớn hơn 3 inch.

Trước khi thử nghiệm, có một số cuộc tranh luận rằng độ bền của vật liệu có thể quan trọng hơn độ cứng trong những điều kiện này. Trên thực tế, độ cứng được chứng minh là quan trọng nhất trong tất cả, trừ các dạng giòn nhất của cacbua vonfram, mặc dù sự khác biệt tương đối giữa các vật liệu giảm xuống khoảng một nửa so với trong các thử nghiệm mài mòn thông thường.

Là một phần của nghiên cứu này, tương tác của các chất rắn trong máy bơm cũng được mô hình hóa bằng cách sử dụng phần mềm động lực học chất lỏng tính toán hạt rời rạc (DEM CFD), trong đó các hạt riêng lẻ được theo dõi và xác định tương tác của chúng với bề mặt bơm và với nhau. Điều này đã dẫn đến những cải tiến trong thiết kế máy bơm để giảm tác động mài mòn do va đập.

2. Bơm bột nhão

Trong nhiều ứng dụng khai thác, quặng chứa một lượng nhỏ kim loại. Ví dụ, nhiều mỏ đồng chứa ít hơn 1% đồng. Quá trình khai thác các kim loại có giá trị đòi hỏi quá trình nghiền và chế biến rộng rãi quặng với tốc độ hàng nghìn tấn mỗi ngày.

Một khi các khoáng chất mang kim loại đậm đặc được loại bỏ để nấu chảy, 97% chất rắn có thể còn lại để tái chế vào môi trường. Như đã đề cập ở trên, các chất rắn này nên được đặt ở nồng độ cao nhất có thể để đảm bảo cảnh quan ổn định về mặt địa chất và bảo tồn nguồn nước. Chúng thường được nghiền mịn, có kích thước đến 100 micron hoặc nhỏ hơn, và tạo thành một hỗn hợp đặc có đặc tính chất lỏng không phải Newton. Thông thường, việc vận chuyển phải kéo dài vài km và tổn thất ma sát trong đường ống có thể cao.

Keo dán từ mỗi mỏ là khác nhau và chỉ thử nghiệm trong phòng thí nghiệm mới có thể xác định chính xác các thông số của nó để đảm bảo thiết kế hệ thống thành công và bảo vệ khoản đầu tư lớn liên quan đến việc xây dựng hệ thống bơm và khu vực khai hoang. Phòng thí nghiệm thủy lực bơm bùn thường xuyên kiểm tra các loại bùn như vậy cho các kỹ sư khai thác, nhưng cũng quan tâm đến việc xác định ảnh hưởng của các loại bùn này đến hiệu suất của bơm.

Bạn muốn sở hữu một máy bơm tốt nhất, hãy liên hệ ngay với Nhất Tâm Phát để được tư vấn.