沥青输送泵设计研究

沥青输送泵设计研究

陈显忠,徐金雷, 刘婷婷

浙江威肯特智能机械有限公司 323000

摘要：沥青是工业生产中的一项重要原材料之一，且在不同的温度环境下，沥青都会具有不同的粘度、密度与流速，因此沥青的输送泵与其他物体的泵存在较大的差异，应针对沥青的本身特性进行泵的设计，本文探讨了当前工业生产中沥青输送泵的种类及各类参数例如流速与管径、扬程、阻力、泵体功率等方面的设计方式，希望为有关部门提供参考，促进我国工业生产的发展。

关键词：沥青；输送泵；设计参数；设计方式

引言：沥青常态下呈现液态，而沥青是在工业生产的运输过程中很容易由于保温材料或输送材料而引发事故，例如沥青泵的型号过小、流量与扬程不匹配、泵体缺乏阻力积蓄大量空气、噪音较大等情况，各项参数均会影响沥青输送泵的质量及运作效率，为此就应积极对沥青输送泵的各项参数进行调整与改进，优化沥青输送泵的设计，提升沥青输送泵的运输质量。

一、沥青输送泵的种类

沥青的化学组分较为复杂，其内部含有多种碳氢化合物，其内部混合物种类更是多达70种，大多数为三环以上的高分子芳香烃混合物，还有少量炭粒，且密度不稳定，不同软化点的沥青也拥有不同的密度，而随着沥青本身的温度不同，其粘度、表现形式、结构等都会发生变化，例如在100℃与150℃下，沥青的各项参数差别较大，因此沥青输送泵在设计中就应考虑到沥青的多样性变化。

沥青输送泵一般包括离心泵、往复泵、齿轮泵与流体泵。其中离心泵流速较大，流量会随着管路的情况产生变化，一般拥有较低的扬程，最高输送效率为70%，效率较为一般，可用于输送腐蚀性物质，难以输送粘度较大的物体；往复泵流量不均匀，流量趋近于稳定，输送效率可达到80%,泵体拥有较高的扬程，受到管路形态的影响，可被用于输送小流量的清净液体；齿轮泵流量与流速较为均匀，难以受到其他条件影响，且扬程较高，还可以及时调整泵体扬程，泵送效率在60%-90%，但高效率时容易发生漏液现象，可运送小流量的油类或粘性物质；而流体泵的流量流速较小，压强较低，运送效率较低，一般用来间歇性运送腐蚀性较大的液体，为此在工业生产中， 一般在沥青输送过程中普遍都会运用输送距离较远、落差较大且灵活性较高的齿轮泵。

二、沥青输送泵的参数设计

（一）流速与管径的设计

沥青输送泵管径的大小将会对设计费用造成影响，同时也会影响到沥青在运输时的输送情况，而在设计过沉重，沥青输送泵管径的大小还取决于沥青本身的流速，而沥青的流速则取决于沥青本身的重量、粘度以及各类生产工况，例如在沥青自身粘度较大，则流速较慢，同时就需要增加泵体的扬程，确保流速满足工况要求，这种流速也可以被称为经济流速，为沥青输送的理想状态，在沥青粘度为0.02Pa/s时，经济流速应为0.8~1.2m/s，一般可取1.1m/s。

而这种情况下，沥青在管径内的流速已经确定，泵的吸入与输出管路直径为d，流量Q为20m³/h，可通过：

其中代表沥青流速；为管路内径81mm，管路外径可取89mm即可满足正常工况要求。

（二）扬程的设计

沥青贮槽上方液面与泵高位槽的上方液面之间差值为沥青液面高差，考虑到沥青呈现粘性液态，流动中会受到摩擦阻力的影响，另外还包括管壁内的粗糙壁面、流动状态及液体本身粘度，因此总压头应随着泵体内沥青的流动而进行调整，降低压头由于摩擦而增温出现热损失，可根据：

其中代表沥青贮槽上方液面、高位槽上方液面的沥青流速；代表两个沥青液面的压强；代表两个沥青液面距离基准面之间的距离；为重力加速度；为沥青本身密度；为沥青在泵内获得的能量或泵的压头；代表两个沥青液面间的压头损失情况，或液体克服摩擦力消耗的能量。而该式又可变成：

设沥青贮槽液面沥青流速为0，高位槽截面同样可为0，并与大气环境相同，因此压强为0，则可为8m，为35m，因此泵体的扬程可设置为27+可满足沥青运输需求[1]。

（三）阻力的计算

沥青输送泵中的管路阻力为直管阻力与局部阻力的和，可通过：

其中为沥青克服摩擦力消耗的机械能；为克服直管阻力的压头；为克服局部阻力的压头，其中可根据达西公式：

其中代表摩擦系数；代表管道内径；代表沥青流速；代表重力加速度，常见管道材料的摩擦系数可取0.3164，而对于则可通过局部的阻力系数与各部分局部的阻力系数总和进行测算，例如：

其中代表各部分局部阻力的总值，应包括泵整体含有的各个截止阀、各角度弯头、管路内壁等；代表沥青流速；代表重力加速度。

（四）泵体的其他设计

沥青输出泵的功率情况直接关系着泵体的运输质量，一般泵体运输功率可通过：

其中代表泵体的有效功率；代表管路流量；代表沥青在泵内获得的能量；代表重力加速度；代表沥青的密度，在进行实践设计时，还应将有效功率与总效率相比，应立足于不同工况，针对不同工况下的沥青情况，从而得出泵体的实际输出功率。

另外，在齿轮泵的实践运作中，很多情况下都会产生金属碰撞噪音，而这种噪音的产生原因是两个齿轮的咬合重合度过小，相互之间存在较大的误差，且轴承也会随着工况高温环境加速齿轮的不连续性，相互之间产生撞击噪音，影响着齿轮传动的平衡性，从而为沥青输送泵的运转造成稳定性影响，为了降低这种噪音，就应对齿轮重新进行设计，首先保持齿轮顶圆直径与齿轮节圆直径，增加齿轮泵内的齿根圆直径，确保新设计的齿轮在直径一定下比原有齿轮更为贴合，提升齿轮的咬合重合度，降低齿轮误差，确保齿轮可以连续转动。还可以在齿轮泵的边缘增加再增加一堆与原有齿轮同轴的副齿轮，改变齿轮泵的结构，确保新增的齿轮中心距与原有齿轮中心距相同，且相互重合度应高于标准重合度，让齿轮在转动过程中直接渡过相磕碰的部分，降低沥青输送泵发出噪声的情况，经过设计后，齿轮沥青输送泵就可以得到更高的运输质量与运输稳定性，确保输送质量可满足生产需求

[2]。

结语：总而言之，沥青的输送泵很容易受到沥青粘度、性质、密度、温度等方面的影响，导致输送泵无法保证本身效用，为此在进行沥青输送泵的设计中，就应积极对其流速与管径、泵体扬程、泵体阻力、泵体的功率等方面进行设计，还应注意由于齿轮相互撞击之间，很容易影响输送泵的稳定性，因此还应对输送泵的齿轮进行设计，提高沥青输送泵整体的输送质量。

参考文献：

[1]梁毅凌. 焦油加工系统沥青输送泵动力密封装置的国产化技术攻关[J]. 山西化工,2022,42(02):171-172.

[2]李振华,陆忠义,王仕峰. 全封闭连续化生产改性沥青设备与工艺的研究[J]. 石油沥青,2021,35(01):12-17.