Nghiên cứu xác định một số thông số kết cấu của bơm hạt rắn kiểu HG 150 dùng cho các nhà máy tuyển than

VŨ VĂN VĂN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

VŨ VĂN VĂN
*
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ KẾT CẤU CỦA
BƠM HẠT RẮN HG-150 DÙNG CHO CÁC NHÀ MÁY TUYỂN THAN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

*
HÀ NỘI - 2019

HÀ NỘI - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
--------

VŨ VĂN VĂN

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ KẾT CẤU CỦA BƠM HẠT
RẮN KIỂU HG-150 DÙNG CHO CÁC NHÀ MÁY TUYỂN THAN

Ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực
Mã số: 8.52.01.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Đức Sƣớng

Hµ Néi - 2019


1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả nghiên cứu trong bản luận văn này là trung
thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình khoa học nào khác.
Hà nội, ngày tháng 04 năm 2019
Tác giả luận văn

Vũ Văn Văn


2

LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................8
LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................9
1. Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................................10
2. Mục đích của đề tài ..........................................................................................................10
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. ...........................................................10

4. Nội dung nghiên cứu của đề tài ....................................................................................10
5. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................................11
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...................................................................11
7. Kết cấu của luận văn ........................................................................................................11
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM SỬ DỤNG TRONG CÁC NHÀ
MÁY TUYỂN ..........................................................................................................12
1.1 - Nhiệm vụ của máy bơm trong dây chuyền của các nhà máy tuyển khoáng. .12
1.2- Một số loại máy bơm sử dụng trong các nhà máy tuyển khoáng vùng Quảng
Ninh nói chung và nhà máy tuyển than Vàng Danh nói riêng. ...................................13
1.3- Đặc điểm của máy bơm hạt rắn kiểu HG-150 dùng cho nhà máy sàng tuyển
Vàng Danh. ................................................................................................................................17
1.4 - Tình trạng mịn hỏng các chi tiết máy bơm và một số thành tựu trong nước
và trên thế giới nhằm nâng cao độ bền mòn của máy bơm. .........................................18
1.4.1- Tình trạng mịn hỏng của các chi tiết bơm hạt rắn. ................................ 18
1.4.2- Thành tựu nghiên cứu trong nước và trên thế giới nhằm nâng cao tuổi
thọ các chi tiết của máy bơm. ...........................................................................21
Chƣơng 2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ LÝ THUYẾT CỦA BƠM HẠT
RẮN VÀ PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ KẾT CẤU CỦA
BƠM .........................................................................................................................25
2.1- Cột áp lý thuyết và đường đặc tính năng lượng. .....................................................25


3

2.1.1- Cột áp lý thuyết ......................................................................................25
2.1.2- Cột áp thực tế và đường đặc tính năng lượng ........................................27
2.1.3- Đường đặc tính của máy bơm khi bơm hỗn hợp có hạt rắn. ..................29
2.2- Sự mòn hỏng của máy bơm và những biện pháp nâng cao độ bền mòn. .........33
2.2.1- Sự mòn hỏng của máy bơm khi bơm dòng mang hạt rắn. .....................33
2.2.2- Những nguyên nhân gây mòn cho máy bơm khi bơm hạt rắn ...............35

2.2.3- Phương pháp lựa chọn các thông số kết cấu chi tiết máy bơm nhằm tăng
độ bền mòn của máy bơm hạt rắn nói chung và máy bơm HG-150 nói riêng..39
2.2.4- Lựa chọn vËt liƯu chÕ t¹o cho máy bơm dòng hỗn hợp chứa hạt rắn. ...46
Chng 3. TÍNH TỐN THIẾT KẾ CÁC CHI TIẾT CHÍNH .........................57
CỦA MÁY BM HG-150 ......................................................................................57
3.1- Tính toán các thông số cơ bản của bơm. ...................................................................58
3.1.1- Công suất yêu cầu trên trục bơm. ...........................................................58
3.1.2- Công suất động cơ ..................................................................................58
3.1.3- Số vòng quay đặc tr-ng. .........................................................................59
3.2 -Tính toán các thông số ở cửa vào của bánh công tác. ............................................59
3.2.1- Vẽ sơ đồ kết cấu bánh công tác HG-150. ...............................................59
3.2.2- Xác định đ-ờng kính đầu ra của trục bơm (đ-ờng kính trục bơm , nơi lắp
khớp nối). ..........................................................................................................60
Ta chọn đ-ờng kính đầu ra trục bơm dr = 60 mm = 6 cm ................................ 60
3.2.3- X¸c định đ-ờng kính trục nơi lắp BTC. ..................................................60
3.2.4- Đ-ờng kính moay ơ của bánh công tác. .................................................60
3.2.5- Xác định đ-ờng kính miêng hút Ds. .......................................................60
3.2.6- Xác định đ-ờng kính D1. ........................................................................61
3.2.7- Xác định chiều rộng mép vào b1 : ...........................................................61
3.2.9- Chiều dầy cánh dẫn S. ............................................................................64
3.3- Tính toán các thông số ở cửa ra của bánh công tác. ...............................................64
3.3.1 Góc ra cđa b¸nh dÉn  2 : .........................................................................65
3.3.2 TÝnh tèc độ vòng ở mép ra của cánh u2....................................................65


4

3.3.3- Tính đ-ờng kính tại cửa ra của bánh công t¸c D2...................................65
3.3.4- Chän chiỊu réng BCT ë cưa ra b2. ..........................................................65
3.3.5- Xác định giá trị tốc độ t-ơng đối. ...........................................................66

3.3.7- Chọn số cánh dẫn Z. ...............................................................................67
3.4- Xây dựng biên dạng cánh..............................................................................................67
3.4.1- Xây dựng biên dạng cánh dẫn trên mặt kinh tuyến (mặt đứng) khi cánh
có dạng mặt trụ. ................................................................................................ 67
3.4.2- Xây dựng biên dạng cánh dẫn trên mặt vĩ tuyến. ...................................70
3.5- Tính toán và xây dựng các bộ phân dẫn h-íng. ......................................................73
3.5.1- Bé phËn dÉn h-íng vµo. .........................................................................73
3.5.2- Bé phËn dÉn h-íng ra kiĨu xo¾n èc. ......................................................74
3.6- Kiểm nghiệm bền trục bơm và buồng bơm trên phần mềm catia. .............80
3.6.1- Kiểm nghiệm trục bơm trên phần mềm catia. ......................................................80
3.6.1.1- Sơ đồ lực tác động lên trục bơm. ........................................................80
3.6.1.2- Meshing ...............................................................................................82
3.6.1.3- Ứng suất. .............................................................................................83
3.6.1.4- Chuyển vị ...........................................................................................84
3.6.2- Kiểm nghiệm buồng bơm bằng phần mềm catia. ..............................................85
3.6.2.1- Sơ đồ đặt lực.......................................................................................85
3.6.2.2- Meshing ..............................................................................................86
3.6.2.3- Ứng suất .............................................................................................87
3.6.2.4- Chuyển vị ...........................................................................................87
3.6.3- Kiểm tra độ bền của gối trục. ..................................................................................88
3.6.3.1- Sơ đồ đặt lực Lực tác dụng. ..............................................................88
3.6.3.2- Meshing ...............................................................................................89
3.6.3.3- Ứng suất ..............................................................................................89
3.6.3.4- Chuyển vị ............................................................................................90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................92


5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1. 1- Máy bơm HM-200 sử dụng trong nhà máy tuyển Vàng Danh 2 ........ 16
Hình 1. 2- Máy bơm HG-150 sử dụng trong nhà máy tuyển Vàng Danh 1 ......... 17
Hình 1. 3- Tình trạng mòn hỏng các chi tiết của máy bơm trong nhà máy
tuyển ..................................................................................................................... 20
Hình 1. 4- Bánh cơng tác bơm BHP 200chế tạo hồn chỉnh (Vật liệu Gang Cr
27)......................................................................................................................... 23
Hình 1. 5- Buồng bơm BHP 200 được chế tạo hoàn chỉnh (Vật liệu Gang Cr
27)......................................................................................................................... 23
Hình 2. 1- Đường đặc tính năng lượng của bơm

27

Hình 2. 2- Đường đặc tính năng lượng của máy bơm HG - 150 .............................
Hình 2. 3- Đường đặc tính của máy bơm và ........................................................ 30

Hình 2. 4- Mô tả sự giảm lưu lượng, giảm cột áp và hiệu suất, .......................... 31
Hình 2. 5- Tình trạng mịn hỏng của máy bơm DENVER-ORION HM-200 ....... 34
Hình 2. 6- Tình trạng mịn hỏng các chi tiết của máy bơm trong nhà máy
tuyển khống ........................................................................................................ 35
Hình 2. 7- Hình ảnh về chuyển động của hạt rắn ................................................ 36
Hình 2. 8- Hình ảnh về chuyển động của hạt rắn trong mỏng xon c............... 37
Hỡnh 2. 9- Xây dựng biên dạng cánh, theo /11/ ........................................................
Hỡnh 2. 10- Bánh công tác bọc cao su /15/ ..............................................................
Hỡnh 2. 11- Bánh công tác bọc cao su /15/ ......................................................... 47
Hình 2. 12- Bơm hạt rắn XPA có bánh cơng tác bọc cao su và lớp lót vỏ xoắn
làm ........................................................................................................................ 48
Hình 2. 13- Bánh cơng tác bọc cao xu ................................................................. 48

6

Hình 2. 14- Bánh cơng tác của bơm .......................................................................
Hình 2. 15- Cánh khuấy đúc bằng vật liệu super duplex A890- 5A .................... 54
Hình 2. 16- Bánh cơng tác của bơm ly tâm đúc bằngthép A890- 5A .................. 55
Hình 2. 17- Vỏ bơm đúc bằng thép super duplex A890- 5A, khối lng 360 kg . 55
Hỡnh 3. 1-Sơ đồ kế cấu bánh công tác 59
Hỡnh 3. 2- Tam giác tốc độ cửa vào ..................................................................... 61
Hỡnh 3. 3- Cửa vào cánh dẫn ............................................................................... 62
Hỡnh 3. 4-Tam giác vận tốc cửa vào .................................................................... 63
Hình 3. 5-Th«ng sè cưa ra .................................................................................... 64
Hình 3. 6-Tam giác tốc độ cửa ra ........................................................................ 66
Hỡnh 3. 7- Mô tả biên dạng mặt kinh tuyến ......................................................... 68
Hỡnh 3. 8- Quy luật biết đổi các thông số wi , Cir ................................................. 68
Hỡnh 3. 9- Biên dạng cánh dẫn mặt kinh tuyến .................................................... 69
Hỡnh 3. 10- Xây dựng biên dạng cánh bằng ph-ơng pháp giải tích từng điểm .... 70
Hỡnh 3. 11- Biên dạng cánh mặt vĩ tuyến. ............................................................ 72
Hỡnh 3. 12- Bản vẽ Bánh công tác máy bơm HG-150 ......................................... 72
Hình 3. 13- Máng xoắn ốc dẫn hướng ra............................................................. 75
Hình 3. 14- Trục bơm HG-150 ............................................................................. 81
Hình 3. 15- Sơ đồ đặt lực trên trục bơm .............................................................. 82

Hình 3. 16- Phân tích phần tử.............................................................................. 82
Hình 3. 17- Kiểm tra ứng suất trên trục bơm ...................................................... 83
Hình 3. 18- Ứng suất trên trục bơm ..................................................................... 83
Hình 3. 19- Kiểm tra chuyển vị ............................................................................ 84
Hình 3. 20- Chuyển vị trên trục bơm ................................................................... 85


7

Hình 3. 21- Sơ đồ đặt lưc lên buồng bơm ............................................................ 86
Hình 3. 22- Phân tích phần tử.............................................................................. 86
Hình 3. 23- Kiểm tra ứng suất ............................................................................. 87
Hình 3. 24- Kiểm tra chuyển vị buồng bơm ......................................................... 88
Hình 3. 25- Sơ đồ đặt lực lên gối trục.................................................................. 89
Hình 3. 26- Kiểm tra phần tử ............................................................................... 89
Hình 3. 27- Kiểm tra ứng suất trên gối trục ........................................................ 90
Hình 3. 28- Kiểm tra chuyển vị ............................................................................ 90
Hình 3. 29- Chuyển vị trên gối trục ..................................................................... 91


8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1. 1- Các bơm hạt rắn sử dụng tại Cơng ty Tuyển Than Cửa Ơng ............ 13
Bảng 1. 2- Các bơm hạt rắn sử dụng tại Cơng ty Tuyển Than Hịn Gai ............. 14
Bảng 1. 3- Các bơm hạt rắn sử dụng tại công ty Cổ phần Than Vàng Danh...... 15
Bảng 1. 4- Thông số máy bơm HG-150 ............................................................... 18

Bảng 2. 1- Thông số kỹ thuật của một số máy bơm dùng trong nhà máy tuyển
(HG)...................................................................................................................... 42
Bảng 2. 2- Một số dạng cánh bánh công tác của máy bơm cho dòng hỗn hợp
rắn – lỏng (trang 66 giáo trình /1/)...................................................................... 45
Bảng 2. 3- Thành phần của thép XAR .................................................................. 50
Bảng 2. 4- Thành phần hóa học của thép không gỉ duplex. ................................ 52
Bảng 2. 5- Cơ tính của thép duplex...................................................................... 53
Bảng 2. 6- Thành phần hóa học của thép super duplex ...................................... 54
Bảng 2. 7- Thành phần hóa học của gang GX260Cr27. ..................................... 56

Bảng 3. 1- Bảng thông số kỹ thuật chính của máy bơm HG-150 ......................... 57
Bng 3. 2- Bảng tính toán phân chia mặt kinh tuyến ........................................... 69
Bng 3. 3- Bảng tính toán phân chia mỈt vÜ tun ............................................... 71


9

LỜI MỞ ĐẦU
Căn cứ vào khảo sát tình hình sử dụng bơm hạt rắn cỡ hạt lớn phục vụ
sản xuất trong các dây truyền tuyển khống nói chung cũng như tuyển than
nói riêng. Ta thấy bơm hạt rắn cỡ hạt lớn giữ vai trò quan trọng. Tuy nhiên,
bơm hạt rắn cỡ hạt lớn sử dụng trong các dây truyền tuyển thường được nhập
ngoại từ các nước ( Úc, Mỹ, Nga, Ấn Độ hoặc Trung Quốc…). Đặc biệt là
các sản phẩm của Trung Quốc chiếm thị phần không nhỏ trong trong lĩnh vực
này của nước ta, tuy nhiên, chất lượng của các tổ máy bơm hạt rắn cỡ hạt lớn
của Trung Quốc cũng không được tốt. Ở nước ta, với nền kinh tế thị trường
đã tạo điều kiện để các đơn vị chuyên ngành chế tạo máy bơm (trong đó có
các đơn vị như: Công ty CP Chế tạo bơm Hải Dương; Viện Cơ khí Năng
lượng và Mỏ Vinacomin; Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; Đại học Mỏ Địa chất …) tiếp cận được công nghệ gia công chế tạo, cơng nghệ vật liệu,
phần mềm tính tốn, thiết kế chun dụng. Nhưng đến nay, số lượng máy
bơm phục vụ khai thác mỏ, tuyển khoáng của Việt Nam được chế tạo trong
nước còn rất hạn chế.
Đề tài: “ Nghiên cứu xác định một số thông số kết cấu của bơm hạt rắn
kiểu HG-150 dùng cho các nhà máy tuyển than.”. Được tiến hành để xác định
một số thông số kết cấu của các chi tiết chính của bơm hạn rắn kiểu HG-150
nhằm từng bước làm chủ cơng nghệ tính tốn, thiết kế lập bản vẽ để gia công
chế tạo thay thế hàng nhập khẩu và chủ động trong sản xuất cho các đơn vị
tuyển khống nói chung và tuyển thanVàng Danh nói riêng.
Máy bơm hạt rắn với cỡ hạt lớn làm việc trong điều kiện khắc nghiệt,

thường xuyên chịu ảnh hưởng của hỗn hợp rắn – lỏng gây mài mòn rất nhanh
một số chi tiết quan trọng như: Bánh công tác, buồng bơm, cánh phản hồi .…
Hơn nữa, trong điều kiện làm việc vận chuyển hai pha (rắn-lỏng), đặc biệt
bơm vận chuyển hỗn hợp than, đất đá và ma nhê tít sẽ đễ bị tắc tiết diện thông


10

tại cửa vào và cửa ra của bánh công tác (chiều rộng b1; b2 …) nếu khơng được
tính tốn cụ thể.
1. Tính cấp thiết của đề tài.

Hiện tại bơm HG-150 đang được sử dụng tại nhà máy sang tuyển Vàng
Danh 1. Dự án nhà máy sang tuyển Vàng Danh 2 đã và đang đưa vào sử
trdụng trong đó có các thiết bị tương tự nhà máy sang tuyển Vàng Danh 1.
Việc nghiên cứu để thiết kế chế tạo các thiết bị như máy bơm bơm HgG-150
đẻ thay thế hàng nhập ngoại trong nhà máy sang tuyển Vàng Danh 2 là hết
sức cần thiết.
2. Mục đích của đề tài

Phân tích tình trạng mịn hỏng các chi tiết chính bơm hạt rắn kiểu HG150 tại nhà máy tuyển Vàng Danh, lấy mẫu. Dựa vào thông số thu thập được
thiết kế lại bằng lý thuyết.
Dựa vào thiết kế trên lựa chọn thông số kết cấu của bơm hạt rắn kiểu
HG-150 nhằm tăng độ bền mịn của các chi tiết chính trong bơm.
Thiết kế, lập bản vẽ chế tạo một số chi tiết chính của bơm hạt rắn kiểu HG150.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài.

Nghiên cứu xác định một số thơng số hình học, thơng số cơng nghệ,
thơng số kết cấu của các một số chi tiết chính (bánh cơng tác; buồng bơm …)
bơm hạt rắn nói chung và bơm HG-150 tại nhà máy tuyển Vàng Danh nói

riêng. lựa chọn thơng số hợp lý cho các chi tiết chính.
Lựa chọn một số thông số kết cấu của bơm hạt rắn nói chung và bơm
kiểu HG-150 tại nhà máy tuyển Vàng Danh nói riêng.
4. Nội dung nghiên cứu của đề tài

Tìm hiểu và đánh giá tình hình nghiên cứu và sử dụng trong và ngoài
nước của bơm hạt rắn tại các nhà máy tuyển


11

Nghiên cứu nguyên lý hoạt động của bơm hạt rắn.
Nghiên cứu xác định một số thơng số hình học, thơng số công nghệ,
thông số kết cấu của bơm hạt rắn và so sánh với bơm mẫu HG-150.
Lựa chọn xác định một số thông số kết cấu của bơm hạt rắn nói chung
và bơm hạt rắn kiểu HG-150 nói riêng.
Trên cơ sở tính tốn xác định một số thơng số hình học, thông số công
nghệ, thông số kết cấu của bơm hạt rắn, thiết lập bản vẽ chế tạo của bơm.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu

Phân tích, nghiên cứu và đánh giá cơ bản về lý thuyết bơm hạt rắn.
Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu của các tác giả trong và ngồi nước
về bơm hạt rắn, lựa chọn các thơng số kết cấu và lựa chọn vật liệu cho các chi
tiết chính của bơm hạt rắn kiểu HG-150.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đánh giá được tình hình sử dụng bơm hạt rắn, phụ tùng bơm trong các
nhà máy tuyển nói chung và bơm HG150 trong nhà máy tuyển Vàng Danh
nói riêng.
Lựa chọn thơng số kết cấu cho chi tiết chính (bánh cơng tác; buồng

bơm; …) phục vụ lập bản vẽ thiết kế và chế tạo phụ tùng bơm hạt rắn kiểu
HG-150.
7. Kết cấu của luận văn

Luận văn được trình bày trong 3 chƣơng, 93 trang,14 bảng, 62 hình vẽ.
Luận văn đã được hồn thành nhờ sự giúp đỡ quý báu của các Thầy (Cô)
trong bộ mơn Máy và thiết bị mỏ, phịng sau Đại học trường Đại học Mỏ Địa
Chất Hà Nội, bạn bè và các đồng nghiệp tại Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ
Vinacomin. Đặc biệt, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thầy
giáo hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Đức Sướng là người đã tận tình hướng dẫn
chỉ bảo cho tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu và làm luận văn.


12

Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MÁY BƠM SỬ DỤNG
TRONG CÁC NHÀ MÁY TUYỂN
1.1 - Nhiệm vụ của máy bơm trong dây chuyền của các nhà máy tuyển
khoáng.

Trong các nhà máy tuyển khống, máy bơm đóng vai trị quan trọng và
được lắp đặt ở nhiều vị trí trong dây chuyền tuyển.
Trước hết máy bơm ly tâm dùng để cấp nước sạch cho nhà máy tuyển
để cung cấp nước cho các trạm bơm huyền phù, cấp nước cho các khâu sàng
tuyển, cho các trạm bơm cấp liệu, cho các máy phun rửa thiết bị và làm mát.
Các bơm sử dụng trong quy trình tuyển nổi, có nhiệm vụ bơm dung
dịch huyền phù lên các xyclon và các thiết bị tuyển. Ở đây, nồng độ hạt rắn có
thể đến 30% hoặc cao hơn, hạt mịn và có khối lượng riêng khá lớn, tùy thuộc
vào loại huyền phù để tuyển khoáng sản tương ứng, ví dụ Ma nhê tít Fe304.
Máy bơm thường được đặt thấp hơn mặt thống bể chứa (chiều cao hút có dấu

âm). Do dung dịch huyền phù có nồng độ rắn cao, hạt mịn nên bánh công tác
và vỏ xoắn của bơm bị mài mịn nhanh chóng làm giảm lưu động, giảm cột áp
và giảm hiệu suất.
Các máy bơm cấp liệu có nhiệm vụ cấp hỗn hợp vật liệu hạt rắn và
nước cho các khâu sàng tuyển. Ở đây, hạt rắn có kích thước khá lớn, địi hỏi
bánh cơng tác của máy bơm và vỏ xoắn có kết cấu phù hợp để thốt các hạt
rắn đi qua bơm và có khả năng chống mòn do va đập, làm việc ổn định.
Các máy bơm thải đá thường được đặt ở cuối dây tuyển, ở đây hạt rắn
cũng có kích thước lớn và đa dạng, đòi hỏi việc lựa chọn máy bơm và vận
hành phù hợp để đảm bảo tuổi thọ của bơm.


13

8. 1.2- Một số loại máy bơm sử dụng trong các nhà máy tuyển khống
vùng Quảng Ninh nói chung và nhà máy tuyển than Vàng Danh nói
riêng.

Các đơn vị sử dụng các loại bơm hạt rắn nhiều nhất hiện nay trong
ngành khai thác mỏ là các cơng ty có nhà máy tuyển than gồm: Cơng ty
Tuyển Than Cửa Ơng, Cơng ty Tuyển Than Hịn Gai, Cơng ty Cổ phần Than
Vàng Danh. Tình hình sử dụng các loại bơm huyền phù tại các nhà máy tuyển
than ở các công ty này được thể hiện ở các bảng số liệu sau.
Bảng 1. 1- Các bơm hạt rắn sử dụng tại Công ty Tuyển Than Cửa Ơng

Cơng
TT

Tên thiết bị

ĐVT S.Lg

Suất
(kW)

1

2

3

4

Chiều
cao
đẩy
(m)

5

6

Lưu
lượng
(m3/h)
7

Cỡ
hạt
max

(mm)
8

I

Nhà tuyển mới

1

Bơm Metso HM300 SC5

Cái

2

250

24

1200

15

2

Bơm Metso HG150 SC3

Cái

2

110

36

365

50

3

Bơm Metso HM150 SC5

Cái

2

37

32

190

15

4

Bơm Metso HM150 SC5

Cái

2

30

30

150

15

5

Bơm Metso HM200 SC5

Cái

2

110

44

500

15

6

Bơm Metso VS50L180

Cái

5

22

40

45

15

7

Bơm Metso VS80L180

Cái

2

15

35

45

15

8

Bơm Metso HM300 SC5

Cái

3

185

24

900

15

9

Bơm Metso HM200 SC5

Cái

2

132

24

600

15

10

Bơm Metso HM200 SC5

Cái

2

90

24

600

15


14

II

Nhà tuyển cũ

1

Bơm 150/100F-CSA

Cái

3

22

10

180

38

2

Bơm 200/150F-CSA

Cái

2

90

15

365

60

3

Bơm 200/150F-CSA

Cái

1

110

20

365

60

4

Bơm 150/100F-CSA

Cái

2

37

15

190

38

5

Bơm 80SPS

Cái

9

15

24

40

75

6

Bơm 100/75F-CSA

Cái

1

15

14

20

30

7

Bơm 100/75F-CSA

Cái

1

13

14

30

25

8

Bơm 100/75F-CSA

Cái

3

55

10

114

30

9

Bơm 100/75F-CSA

Cái

1

11

10

75

30

10

Bơm 100/75F-CSA

Cái

2

15

15

126

30

11

Bơm 100/75F-CSA

Cái

1

22

15

126

30

12

Bơm 100/75F-CSA

Cái

2

30

17,5

150

38

13

Bơm 300/250F-CSA

Cái

4

250

26

1200

65

14

Bơm 300/250F-CSA

Cái

4

185

20

1200

65

15

Bơm 150/100E-WFG

Cái

5

30

17,5

150

38

Bảng 1. 2- Các bơm hạt rắn sử dụng tại Công ty Tuyển Than Hòn Gai

TT

Tên thiết bị

ĐVT

S.Lg

C.Suất
(kW)

Chiều

Lưu

Cỡ hạt

cao đẩy

lượng

max

(m)

(m3/h)

(mm)

1

2

3

4

5

6

7

8

1

Bơm Metso HM300

Cái

4

250

24

1200

15

2

Bơm Metso HM300

Cái

3

185

24

900

15

3

Bơm Metso HG150

Cái

8

110

36

365

50

15

4

Bơm Metso HM150

Cái

2

37

32

190

15

5

Bơm Metso HM150

Cái

4

30

18

150

15

6

Bơm Metso HM200

Cái

2

110

44

500

15

7

Bơm Metso HM200

Cái

2

132

24

600

15

8

Bơm Metso HM200

Cái

2

90

24

500

15

9

Bơm Metso VS50

Cái

3

22

40

45

15

10 Bơm Metso VS80

Cái

4

18,5

16,4

180

15

Bảng 1. 3- Các bơm hạt rắn sử dụng tại công ty Cổ phần Than Vàng Danh

TT

1

Tên thiết bị

ĐVT S.Lg

2

3

C.Suất
(kW)

4

Chiều

Lưu

Cỡ hạt

cao đẩy

lượng

max

(m)

(m3/h)

(mm)

6

7

8

5

I

Dây chuyền tuyển 1

1

Bơm Metso HM200

Cái

3

160

42

360

15

2

Bơm Metso HM150

Cái

6

75

32

300

15

3

Bơm Metso VS80

Cái

1

30

18

250

15

II

Dây chuyền tuyển 2

1

Bơm Warman 100EE

Cái

1

160

40

365

15

2

Bơm Metso HM200

Cái

2

160

42

360

15

3

Bơm Metso HM150

Cái

5

75

III

Dây chuyền tuyển cấp 2

1

Bơm Metso HG150

Cái

2

110

42

360

15

2

Bơm Metso HM150

Cái

2

75

32

300

15

IV

Dây chuyền tuyển cấp 2a

1

Bơm Metso HG150

2

90

25

300

50

Cái

15


16

2

Bơm Metso HM150

V

Hệ thống xử lý bùn nƣớc

1

Bơm Metso HM150

2

Bơm Metso HM150

Cái

2

75

32

300

15

Cái

3

75

32

300

15

Cái

1

55

32

210

15

Nhìn vào bảng số liệu về sử dụng các loại bơm hạt rắn của 3 đơn vị
tuyển khoáng của ngành than tại vùng Quảng Ninh, ta thấy cùng một loại bơm
nhưng tùy theo công dụng và các thông số yêu cầu mà người ta có thể lắp đặt
các động cơ dẫn động với công suất khác nhau.
Theo thông tin thu thập được, các loại bơm của các hãng Bulk
Materials Handling, Warmal ban đầu xâm nhập thị trường Việt Nam rất
nhanh theo các Dự án đầu tư các cơng trình tuyển khoáng và các đơn hàng
nhập khẩu nhỏ lẻ. Qua một thời gian sử dụng các loại bơm này tại Việt Nam,
cùng với sự tiếp thị của các loại bơm huyền phù do hãng Metso chế tạo, các
sản phẩm bơm huyền phù của hãng Metso dần chiếm lĩnh thị trường Việt nam
do những ưu thế hơn hẳn về thuận tiện trong sửa chữa lắp ráp và đặc biệt là về
độ bền làm việc của các chi tiết chịu mài mòn.
Dưới đây là hình ảnh một vài loại máy bơm đang hoạt động:

Hình 1. 1- Máy bơm HM-200 sử dụng trong nhà máy tuyển Vàng Danh 2


17

Với nhà máy tuyển của công ty than Vàng Danh nói riêng thì bơm hạt
rắn được sử dụng rất nhiều trong dây truyền tuyển. Hiện nay bơm HG-150
được sử dụng cho việc cấp liệu đầu vào, đây là một khâu rất quan trọng trong

quá trình tuyển. Bơm HG-150 hoạt động ổn định, vận hành dễ dàng, dễ tháo
lắp và đặc biệt tuổi thọ các chi tiết chịu mài mòn rất tốt.

Hình 1. 2- Máy bơm HG-150 sử dụng trong nhà máy tuyển Vàng Danh 1
9. 1.3- Đặc điểm của máy bơm hạt rắn kiểu HG-150 dùng cho nhà máy

sàng tuyển Vàng Danh.

Bơm hạt rắn kiểu HG-150 dùng trong nhà máy tuyển Vàng Danh là
bơm ly tâm vận chuyển cỡ hạt lớn từ 0 -55 (mm), có các chi tiết chính như
bánh công tác, buồng bơm ... được chế tạo với vật liệu chịu mài mịn cao.
Thơng số kỹ thuật của máy bơm HG-150 như bảng 1.4:


18

Bảng 1. 4- Thông số máy bơm HG-150
Stt

Tên gọi

Thông số

Đơn vị

1

Lưu lượng

360

m3/h

2

Cột áp

27

m

3

Đường kính ống hút

150

mm

4

Đường kính ống đẩy

150

mm

5

Tỷ trọng dung dịch bơm

≥ 1,7

Kg/lít

6

Cỡ hạt bơm max

55

mm

75

kW

1051

v/ph

Động cơ điện
1

Cơng suất

2

Tốc độ

Bơm HG-150 dùng trong nhà máy tuyển Vàng danh với nhiệm vụ bơm
cấp hạt đầu vào phục vụ công tác chuẩn bị cho các khâu tuyển sau này.
Với nhiệm vụ như vậy bơm hạt rắn HG-150 làm trong môi trường với
hỗn hợp rắn lỏng có chứa than, đất đá và huyền phù (ơ xít sắt Fe3O4) có tính
chất như sau:
+ Nồng độ hạt rắn:

 = 30 %

+ Cỡ hạt:

a = 0-55 (mm)

+ Khối lượng riêng:

 ≥ 1700 kg/m3

10. 1.4 - Tình trạng mịn hỏng các chi tiết máy bơm và một số thành tựu
trong nước và trên thế giới nhằm nâng cao độ bền mịn của máy bơm.

1.4.1- Tình trạng mòn hỏng của các chi tiết bơm hạt rắn.
Trừ các máy bơm cung cấp nước sạch thì hầu hết các máy bơm trong
dây chuyền tuyển của nhà máy tuyển khoáng đều làm việc với dòng hỗn hợp


19

chất lỏng và chất rắn. Vì vậy, các chi tiết của máy bơm, đặc biệt là bánh công
tác và buồng bơm bị mòn hỏng rất nhanh. Tuổi thọ của máy bơm tùy thuộc
vào vật liệu chế tạo các chi tiết máy bơm va tùy thuộc vào tính chất của dịng

mang hạt rắn (nồng độ hạt, độ lớn của hạt và khối lượng riêng của hạt). Dưới
đây là một số hình ảnh về tình trạng mịn hỏng của một số máy bơm điển hình
đang được sử dụng trong các nhà máy tuyển khống của Việt Nam.

a. Bánh cơng tác máy bơm HM- 150

b. Cánh phản hồi máy bơm HM- 150

c. Buồng bơm HM-150

d. Cửa ra buồng bơm HM-150


20

e. Bánh công tác bơm HG-150

f. Cánh phản hồi tĩnh HG-150

Hình 1. 3- Tình trạng mịn hỏng các chi tiết của máy bơm trong nhà máy
tuyển khoáng.
Với chế độ làm việc của bơm hạt rắn đã phân tích ở trên thì các chi tiết
chính của bơm là bánh cơng tác, buồng bơm, cánh phản hồi ... sẽ bị mòn rất
nhanh do bị va dập, trà sát của hạt rắn. Nhìn vào hình ảnh trên thì buồng bơm
bị mịn rất sâu phần mép cửa ra (hình d) do bị va đập liên tục, bánh cơng tác
thì hầu như mịn đều trên bánh nhưng phần mịn nhiều hơn cả là vị trí cửa vào
(hình a; hình e)
Các máy bơm DENVER-ORION HM-100, HM-150, HM-200, HM250, HR-200, HG-150 để bơm dòng hỗn hợp rắn – lỏng có thành phần hạt rắn
tùy thuộc vào dây chuyền tuyển, ví dụ tuyển than thì có Fe304, than nguyên
khai (có lẫn đất, đá) và nước, bơm lên xiclon xoáy lốc để tuyển tách. Nồng độ

chất rắn lên tới 25 ÷ 40%, cỡ hạt lớn nhất tới 60mm. Vì thế gây mịn, tuổi thọ
bánh cơng tác của bơm này chỉ khoảng 4500 ÷ 6000 giờ, buồng bơm khoảng
8500 giờ.


21

Nguyên nhân của sự mòn hỏng và biện pháp nâng cao độ bền mòn sẽ
được đề cập trong chương 2.
1.4.2- Thành tựu nghiên cứu trong nƣớc và trên thế giới nhằm nâng cao
tuổi thọ các chi tiết của máy bơm.
Qua tình trạng mịn hỏng của các chi tiết bơm hạt rắn đã nêu trên đặt ra
vấn đề nghiên cứu để nâng cao độ bền của các bơm hạt đặc biệt là các chi tiết
của bộ phận công tác, nâng cao hiệu suất bơm, giảm tiếng ồn, giảm tiêu hao
năng lượng.
Nghiên cứu nâng cao tuổi thọ các chi tiết chính bơn hạt rắn của nước
ngoài:
Các máy bơm hạt rắn làm việc với dịng hỗn hợp chất lỏng có chứa hạt
rắn, vì vậy các chi tiết của máy bơm như bánh công tác và buồng bơm phải
được chế tạo từ các vật liệu chịu mài mịn cao như thép hợp kim có Crôm,
Niken, Wonfram, Titan … và được gia công, nhiệt luyện đạt độ bền cao. Để
giảm lượng kim loại quý có độ bền cao, người ta có thể đúc riêng một vỏ
xoắn ốc mỏng bằng vật liệu bền mịng lót trong vỏ chính của bơm, cũng có
thể làm lớp lót này bằng cao su bền mịn. Bánh cơng tác của máy bơm cũng
có thể bọc cao su bền mịn, tuy nhiên cơng nghệ bọc cao su địi hỏi phải dính
kết tốt giữa cao su và lõi cốt kim loại. Một số nước đã chế tạo các chi tiết
bánh công tác và lớp lót buồng bơm bằng gốm sứ tuy nhiê do tính giịn của
gốm sứ nên dễ bị nứt vỡ khi bị va đập.
Đã có một số nhà sản xuất sử dụng loại thep có tính chống mịn đặc biệt
cao khi chịu tác dụng của tải trọng va đập. Việc xử lý bề mặt không chỉ thấm

các bon hay tôi bề mặt và hóa nhiệt luyện thơng thường. Loại thép này được
gọi là thép Hadfield (do Hadfield tìm ra từ thế kỷ 19), là thép hợp kim đặc
biệt có thành phần gồm 0,9 -1,3%C; 11,4-14,5%Mn, theo TCVN được ký
hiệu là 110Mn13Đ và tổ chức là autesnit. Tuy nhiên đỏi hỏi vật đúc phải qua


22

dạng nhiệt luyện đặc biệt, nung tới 1050-11000C, giữ nhiệt lâu để cacbit
mangn hòa tan hết vào austenite. Phương pháp này gọi là austanit hóa.
Tập đồn Thyssen krpp tại CHLB Đức đã phát minh ra một loại thép có
kết cấu đặc biệt tạo ra tính chất chống mài mịn cao, được gọi là thép XAR.
Với công nghệ cán và xử lý nhiệt đặc biệt, loại thép này có khả năng chống
mài mịn cao hơn nhiều so so vớt thép thơng thường và đã tạo nên thương
hiệu trên toàn cầu. Thép XAR có độ cứng từ 300HB-600HB đạt được khả
năng chịu mài mịn tối ưu và dễ dàng gia cơng nhờ sự kết hợp của các nguyên
tố hợp kim và quy trình nhiệt luyện đặc biệt. Thành phần thép như sau:

C

Si

Mn

P

S

≤0,28

≤0,8

≤1,5

≤0,025 ≤0,01

Cr

Ni

Mo

≤1

≤0,014 ≤0,5

B
≤0,005

Nghiên cứu nâng cao tuổi thọ các chi tiết chính bơn hạt rắn của trong
nước:
Hiện trong nước các nhà sản xuất trong nước đã lấy mẫu và sản xuất
phụ tùng phục vụ việc thay thế các chi tiết chính của bơm hạt rắn. Để đảm
bảo và tăng tuổi thọ các nhà nghiên cứu đã sử dụng vật liệu chịu mài mòn như
gang crom hoặc hợp kim Crom-Niken. Trong các cơng trình nghiên cứu mới
đây đã chỉ rõ: Một bánh công tác máy bơm làm bằng vật liệu Wolframcarbit
nhờ phương pháp chế tạo HVOF (High Veloicty Oxy-Flame) hoặc bánh công
tác đúc từ hỗn hợp Siliciumcabid và nhựa Epoxid có thể tăng tuổi thọ gấp
nhiều lần so với gang hợp kim thơng thường.
Viện Cơ khí Năng lượng và Mỏ đã chế tạo thành công các chi tiết máy

bơm huyền phù để sử dụng cho nhà máy tuyển Vàng Danh. Các chi tiết được
chế tạo từ hợp kim gang crôm 27, quy trình nhiệt luyện khắt khe và các thơng
số kết cấu hợp lý (hình 1.4 và hình 1.5)


23

Hình 1. 4- Cánh bơm BHP 200 được chế tạo hồn chỉnh (Vật liệu Gang Cr 27)

Hình 1. 5- Buồng bơm BHP 200 được chế tạo hoàn chỉnh (Vật liệu Gang Cr 27)