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1、试论乳化炸药输送灌装泵的应用与安全性杨民刚中煤科工集团淮北爆破技术研究院有限公司（安徽淮北，235000）摘 要：在论述乳化炸药物料输送泵类型、结构与原理的基础上，分析各种泵的安全特性，阐述适合输送灌装乳化炸药物料的泵种及应用情况，同时研讨了泵的安全使用措施，给出了相应结论。关键词：乳化炸药；输送灌装泵；应用；安全性乳化炸药经过多年的发展，已成为我国工业炸药主要品种之一。乳化炸药是在乳化 炸药基质中加入敏化剂搅拌混合后而制得，通常在乳化炸药的制备过程中，其乳化炸药 基质或乳化炸药（后文统称乳化炸药物料）在工序间或设备本体的给料输送多是利用输 送泵来完成。目前国内乳化炸药生产中乳化物料的输送和装
2、药灌装都是如此。乳化基质在一定温度下具有一定的雷管感度，乳化炸药是非牛顿型流体，黏度很高, 输送阻力较大。由于泵送的机械作用以及产生的压力、摩擦等不利因素，导致乳化炸药 物料在输送灌装过程中存在一定的爆炸风险。因此研究探讨乳化炸药输送灌装泵的结构 特征、工作原理、安全特性，对输送泵的正确选择与应用，了解其运行特点，提出安全 预防措施，促进安全生产都极为重要。1乳化炸药输送灌装泵类型与原理泵的类型用于乳化炸药物料输送的可选泵种主要是容积泵，包括螺杆泵、旋转活塞（包胶） 泵、齿轮泵、往复泵（活塞泵）、叶片泵等，目前出现了新型的旋转活塞泵和双活塞泵。1.1 泵的结构与原理主要介绍常用的几种泵型和新型
3、泵种。迸口步（定子）图8正弦泵4结论（1）输送灌装乳化炸药物料可供选用的泵类多为容积式泵，包括往复泵和回转泵, 主要有螺杆泵、旋转活塞（包胶）泵、齿轮泵、双活塞泵、新型旋转活塞泵等；前两种 泵安全性较高，综合性能好；后两种泵安全性高，综合性能好，尤其是双活塞泵综合性 能比较突出。（2）乳化炸药生产中目前使用较多、运行稳定的泵主要是螺杆泵、旋转活塞（包 胶）泵；双活塞泵、新型旋转活塞泵正在逐步应用；正弦泵用于装罐乳化炸药已进入研 发试用阶段。（3）泵送灌装乳化炸药物料仍存在一定的危险因素，这些因素除泵本身结构质量 外，与进出料管路布置形式、温度、压力、速度、流量的连续性、负荷状况、异物、密 封状
4、况、过滤的可靠性等工艺和运行参数有关。通过防止泵空运转、降低输送压力和速 度、防止气泡进入泵内、严格物料过滤和泵体冷却、合理设置工艺和泵运行临界参数、 采取安全联锁与泄爆隔爆等措施，可有效预防乳化炸药物料输送灌装泵的运行风险。（4）规范的运行操作与及时维修保养是泵送灌装乳化炸药物料稳定安全运行必不 可少的保证措施。员工对泵的了解与掌握程度更是安全输送乳化炸药物料的重中之重。参考文献1萍乡金源恒业火工科技有限责任公司.RPPT2乳化炸药旋转活塞泵研制总结材料，2015.4.2成志强等.乳化炸药新型物理敏化及装药设备的智能制造技术研究.工作简报.中国爆破器材行业协会，2017. 11.3河北晓进机
5、械制造股份有限公司.“RZZY6000D型乳化炸药自动装药机”研制材料.2017. 10.1.1.1 螺杆泵1）结构：螺杆泵主要由螺杆（转子）、泵套（定子）和绕心轴（万向联轴节）、连 杆、轴封及壳体组成，属转子式容积泵。泵套内衬常用耐磨耐老化橡胶制成。万向节的 受力特点是既能承受扭矩又能承受轴向力和摆动力，把旋转轴的回转运动变为螺杆的复 合运动。轴封位于进口处一侧，常用机械密封或软填料密封。结构如图1。图1螺杆泵结构螺杆是由半径为r （直径为d）的圆以螺距方绕圆心01 （即螺杆轴线）作偏心为e螺杆是由半径为r （直径为d）的圆以螺距方绕圆心01 （即螺杆轴线）作偏心为e的螺旋运动而形成。泵套的
6、表面则由二个直径为d的半圆相距4e距离构成的长圆孔对其对称中心。2（即定子轴线）以螺距得2方作螺旋运动而成，如图2。2）工作原理：螺杆泵是依靠螺套与螺杆相互啮合 形成的空间容积变化来输送液体的，当螺杆以其轴线 01绕定子轴线02转动时吸入腔一端的密封线连续地 向排出腔一端作轴向移动，使吸入腔的容积增大，压 力降低，液体在压差作用下沿吸入管进入吸入腔。密 闭腔容积随着定子一一转子付连续地啮合而不变地作 匀速轴向运动，把输送介质从吸入端输送至压出端而 排出。旋转活塞泵1）结构：该泵主要由转子、定子、旋转轴、轴承、图2螺杆泵转子定子断面传动齿轮、密封件、泵体以及动力装置组成，如图3。一对并列的无间隙
7、结合的转子安装在两根旋转轴上，该转子与 定之接触处用耐磨非金属材料制作，它们安装在定子壳体内。同时，旋转轴上安装有一 对相同齿数的齿轮，驱动两根轴以相同的速度转动。2）工作原理：旋转活塞泵是一种正排量自吸式旋转泵。当动力带动传动轴传递扭 矩时，主动轴驱动一对同步齿轮及固定在泵轴上的二个转子做相对运动，使泵吸入端产 生真空形成吸入腔，排出端产生负载压力形成排出腔，从而实现输送介质的目的。在转 子的连续转动作用下，泵轴每转动一转便有六次介质排出，最终形成连续流量。出口图3旋转活塞泵1.2.3 齿轮泵1）结构：它是分离三片式结构，主要由泵盖、泵体、齿轮、主动轴、从动轴组成， 两齿轮分别用键固定在主动
8、轴和从动轴上，见图4所示。2）工作原理：当泵的主动轴按A-A视图逆时针旋转时，齿轮泵右侧（吸油腔）齿 轮脱开啮合，齿轮的轮齿退出齿间，使密封容积增大，形成局部真空，料箱中的物料在 外界大气压的作用下，经吸料管路、吸料腔进入齿间。随着齿轮的旋转，吸入齿间的物 料被带到另一侧，进入压料腔。这时轮齿进入啮合，使密封容积逐渐减小，齿轮间的物 料被挤出，形成了齿轮泵的输料过程。当主动齿轮连续旋转时，在轮齿脱开与啮合的两 侧，就形成了连续的吸料和排料过程。AA A图4齿轮泵结构叶片泵（滑板泵）1）结构：叶片泵也称滑板泵，主要由定子、转子、叶片、凸轮（或弹簧）、前后盖板、壳体、前后盖板等组成。转子为圆柱形，
9、其上设有安装滑板的径向槽道，滑板能在 槽中滑动。转子绕其中心旋转，转子与定子不同心，二者之间有一定的偏心距。如图5o2）工作原理：转子在泵体内偏心安装，其表面与泵体内表面构成一个月牙空间。 转子旋转时，叶片依靠凸轮或离心力作用紧贴在泵壳（非圆形）上。转子在前半转时， 相邻量叶片所包围的空间逐渐增大，形成真空，吸入物料；转子在后半转时，则相反。出图5叶片泵1.2.4 新型旋转活塞泵1）结构：该泵主要由活塞缸、活塞组件、升降轴、凸轮轨道、主轴组件（包括转 子、轴承）、压簧、料斗、出料管、驱动装置等组成。若干个活塞缸、活塞组件均布在 转子上。如图6。出料口泵体凸轮寻轨清洗油污排港口枷道轴承底座 外筒
10、定子活塞杆格封图i7主能进料口 支板图6新型旋转活塞泵2）工作原理：当电机驱动减速机带动主轴转动时，泵体上的转子带动圆形均布的活塞缸、活塞、 活塞杆以及活塞杆上的轨道轴承,在同圆凸轮导轨上同步旋转。在凸轮导轨下降区段， 活塞与活塞杆受凸轮导轨（或压簧）力的作用而下移，缸体内产生负压，物料在压差作 用下被灌入活塞缸体中。活塞组件旋转到凸轮导轨上升区段时，受凸轮导轨的作用力而 上移，将活塞在缸体内从低端向上推到高端，从而使缸体内物料同步被压送挤出。1.2.5 双活塞泵1）结构：主要有驱动油缸、油缸连接座、活塞推杆、活塞、支撑套、出料阀门、料 缸和泵体等组成，结构如图7所示。每个大活塞上套有一小活塞
11、。2）工作原理：当活塞杆由液压油驱动向前伸展时，出料阀门旋向出料缸一侧而打开， 另一侧关闭，小活塞带动大活塞压送物料；压送的同时，活塞的另一侧即吸入侧体积增 大，与料斗上的大气压形成压差而使物料被吸入到腔中。当活塞杆由液压油驱动改变方 向向后缩回时，出料阀门旋向改变而关闭，小活塞与大活塞脱离，使物料从吸入侧进入 压出侧，如此反复运动，则形成间断式输送物料。当设置成两个活塞交替压送物料时, 就形成了连续出料。驱动油缸；2-油缸连接座；3-活塞推杆;4-活塞；5-活塞泵体；6-活塞推杆支撑套 图7双活塞泵2泵安全可靠性及选用2.1 泵的特性泵的性质取决于其结构以及材质等因素，主要特性见表1。其中安
12、全性主要指对输 送灌装乳化炸药物料的安全适用性。表1几种泵的特性顶II结构流量扬程安全性螺杆泵金属转子螺杆被包 在内衬为橡胶的定 子内旋转，结构简 单、紧凑无脉动，量较小， 自吸性强较高，对不 同流量可有 不同扬程运转平稳，转子与定子接触 处的硬度差较大，输送乳化 炸药物料安全性较高旋转活塞（包胶）泵一对同步齿轮带动 一对外边有包胶的 旋转活塞在定子内 转动，结构简单、紧 凑输送物料脉动小、 连续均匀性好、自 吸性强较高，对不 同流量可有 不同扬程运转平稳，转子与定子接触 处有一定硬度差，每个转子 分别由齿轮带动，转子间摩 擦相对较小，安全性相对较 高齿轮泵装有一齿轮的主动 轴带动另一被动齿
13、轮在定子内转动，结 构简单、紧凑输送物料脉动很 小、连续均匀性好、 自吸性强，量较小较高，对不 同流量可有 不同扬程噪音较大，两齿轮转子直接 接触转动，有相对摩擦，安 全性一般叶片泵由凸轮径向驱动的 多个叶片嵌在转子 上，在定子内转动吸 送物料，结构较复 杂，流量较均匀，运转 平稳，相对前述三 种泵而言对粘度适 应性不强，零件制 造精度要求较高。较高，对不 同流量可有 不同扬程噪声较低，对粘度比较敏 感，零件制造精度要求较 高，安全性一般新型旋转 活塞泵多个活塞体随转子 一起转动，在转动同 时凸轮驱动活塞杆 与活塞上下运动吸 送物料，结构较复杂流量无脉动，均匀高运转平稳，噪声较低，对粘 度后一
14、定敏感性，活塞与活 塞缸有一定间隙，靠非金属 活塞还密封，活塞运动到止 点靠行程限制防撞击，制造 和组装要求较高，安全性高双活塞泵两套可分合的小活 塞套在大活塞上一 起作前后运动，结构 简单、紧凑流量无脉动，均匀， 运转平稳，高运转平稳，噪声低，对粘度 有一定敏感性，活塞与活塞 缸有一定间隙，罪非金属活 塞还密封，活塞运动到止点 靠行程限制防撞击，运行安 全性可靠性高2.2 泵的选用与运行在确定选用何种泵输送乳化炸药物料时，从安全角度除考虑结构和材质外，还要看 对温度、压力等工艺参数的适应性。输送的乳化炸药物料温度一般在45125C,需要 的最高压力一般多在0. 8MPa左右，有时超过1. O
15、MPa以上，上述几种泵均能满足工艺参 数要求。结合前面讨论，在输送灌装优先考虑安全时可以得出，输送乳化炸药物料，螺 杆泵较为适宜，其次是旋转活塞（包胶）泵；用于装药灌装乳化炸药，双活塞泵较为适 宜，其次是螺杆泵、旋转活塞（包胶）泵、新型旋转活塞泵，齿轮泵和叶片泵安全性相 对较低。国内乳化炸药物料的输送和装药灌装使用较多的是螺杆泵、旋转活塞（包胶）泵, 也有少量使用齿轮泵和叶片泵，双活塞泵和新型旋转活塞泵正在逐步使用。用于输送灌装高粘度、有爆炸性的乳化炸药物料，在泵运行前一般应盘泵（或点动转 动），以防止启动泵时泵卡住，引起电流过大，损坏定子，烧坏电机；若停泵后对泵未 清洗，还可能引起燃烧爆炸危
16、险。为了下次安全顺利启动，应在泵停止运行后即时对泵 定子转子副进行清洗，然后加入润滑液，对螺杆泵尤其如此。3泵的安全使用与展望螺杆泵和旋转活塞（包胶）泵输送乳化炸药物料，双活塞泵和新型旋转活塞泵灌装 乳化炸药，其安全性较高，综合性能较优良。这里重点研讨它们的安全使用技术。3.1 泵运行的危险因素通过上述对几种泵结构、工作原理及安全可靠性的阐述，查找泵在输送灌装乳化炸 药物料时有哪些危险因素可能导致其发生爆炸，是预防爆炸产生的关键。根据机械作用 下炸药起爆机理，炸药物料受机械作用后，机械能转化成热能，热量聚集温度升高而形 成热点。泵送乳化炸药物料过程的主要危险因素应从容易形成热点的情况进行分析。
17、（1）泵空运转。当泵内无物料进出且泵内有乳化炸药物料，转子仍在转动时，由 于转子的持续旋转，使泵内物料温度升高，热量无介质及时带走，于是形成热点，引起 爆炸。（2）异物进入泵内。坚硬的异物进入定子一一转子副后，使磨损加剧，产生热量， 导致温度升高，容易形成热点使乳化炸药物料爆炸。（3）泵送压力增大。当出口管路堵塞或排出阻力增大，泵排料压力升高，达到爆 炸最低燃烧压力时，燃气产物不能及时排出将导致爆炸发生。同时压力增大时物料与定 子和转子的运动摩擦力增大，摩擦热使局部区域乳化炸药物料温度升高，容易形成热点 而发生爆炸。（4）泵转速提高。转速高时，单位时间内摩擦热量加大，聚集在乳化炸药物料上不能被
18、及时带走时，会引发乳化炸药物料燃烧爆炸。（5）转子与定子粗糙度大。在制造过程中表面光滑度低，在不平的突出点上发生 局部接触，接触面积通常很小，旋转时的摩擦能大部分变成热能且聚集起来，使局部接 触点表面上的温度升高而形成热点。（6）旋转偏心距较大。如螺杆泵因万向节制造精度或定子安装精度不够，转子绕 定子旋转时可能引起的偏心距远大于设计要求，造成定子与转子挤压力增大，摩擦产生 热量聚集，局部升温形成热点，发生爆炸。（7）密封损坏导致密封性能下降，物料进入动静环或摩擦副之间，可引起局部温 升导致爆炸。（8）乳化基质夹带气泡进入泵内。基质受泵挤压，会使基质混合敏化，感度提高， 形成安全隐患。另外，当热
19、量聚集，温度升高，会使定子及转子橡胶发热膨胀，直径变化定子抱紧 转子，首先会损坏泵体，影响正常工作，还可能发生爆炸事故。3.2安全防护措施为使安全有效输送灌装乳化炸药物料，可从技术和管理两方面探讨安全预防措施。（1）技术措施1）防止无料进出的空运转。确保进料槽内有物料且不断进入泵内。可在进料槽下部 安装重量传感器，无料时传感器发出信号可使泵停转；也可使用电流表检测运行电流大 小，或在定子上设置温度传感器，超出规定值即可判断泵在空转或超负荷运转，通过控 制系统使其停机。2）降低输送阻力。最直接的方法是减少输出管路长度、增大管路直径和曲率半径。 输出管路设置压力传感器，压力超出给定值时控制系统可使
20、泵停止运转。3）降低泵转速或移动速度。空运转、压力大等原因导致的爆炸事故都与泵的转速有 关，在工艺许可范围内，若能有效降低泵工作速度并对其进行控制，将会使爆炸可能性 降低。实践表明，旋转类泵在80r/min以下运行，尽可能不超过100r/min,是比较安全 稳定的工作速度范围。4）提高定子包括活塞缸和转子包括活塞的加工质量及装配精度。主要是降低转动 副和移动副接触面的表面粗糙度、消除微观凸出点、减少热积聚的条件，装配时转动副 和移动副偏心距在许可范围内。5）阻止气泡进入泵内，除保证良好密封外，进料槽内物料应填满进料口，防止夹 带空气。6）严格过滤输送物料。主要是对形成基质的水相和油相溶液进行多
21、级过滤。彻底滤掉一切杂质。若设预乳工艺，还应对预乳液进行过滤。确保进入泵内物料无固体杂质。7）设计合理的冷却腔体。泵运行时，通冷却水降温，及时带走摩擦产生的热量， 以防温度升高形成热点。8）设置安全联锁预防系统。对输送灌装泵的压力、流量、温度、负载、异常声音 等进行安全运行值设定，当工艺参数或设备运行参数超过安全设定值时，监控系统报警 或使运行设备及前后生产单元自动联锁停机，防止在线物料堆积或无料运行导致生产处 于危险状态。（9）工艺设备一旦发生燃烧爆炸，泄爆与隔爆是预防事故扩大的有效方法。在输 送灌装泵或其进出料管路适当位置安装泄爆片或柔性连接（刚度低），当爆轰压力超过 泄爆片临界值时，泄爆
22、片破裂，释放压力，起到了防护作用。（2）管理措施1）为使下次开泵起动无故障和保护有关传动件，应在上次工作停泵后，用热水清洗干净。若停机时间较长，在停机后应加入适量机油，使转子包括移动活塞与 定子包括活塞缸接触面之间存有油膜，便于下次开泵起动顺利。2）炸药配方改变时，不要轻易增加不溶性坚硬组分，以防增加摩擦和热聚集的几 率，形成热点爆炸。3）规范的运行操作规程与维修保养制度同技术预防措施同样重要，是安全运行的 必要条件。3.3泵送灌装工艺展望近几年国内输送灌装乳化炸药物料用泵的研究有较大进展，上述的螺杆泵、旋转活 塞（包胶）泵和叶片泵不同程度在使用，双活塞泵和新型旋转活塞泵是用于输送灌装乳 化炸药物料的新型泵种，后两种泵不仅较为简单，而且安全性较高，尤其是双活塞泵。 正在研发的还有正弦泵，如图8,它是一种回转式容积泵。正弦波曲线形的转子与固定 衬套和刮刀门及泵腔形成封闭容腔。转子同时与刮刀门固定衬套共同动作，利用其形状 特点，将泵腔分为四个完全相同的腔室。刮刀门将泵腔分为吸入腔和排出腔，形成进出 口压力差。通过转子的运动，推动或排出物料。因转子具有柔和连续起伏的轮廓曲线, 因此在输送物料时对物料基本不产生剪切作用，输送轻柔平稳，安全性较高。