与设计方法.杂质泵及管道水力输送学术讨论会论文集.蔡保元.离心泵的“两相流”理论及其设计理论.科学通报.许洪元.离心式渣浆泵的设计理论研究和应用.水力发电学报.吴玉林.杂质泵叶轮中固体颗粒运动规律的实验研究.清华大学学报.,罗先武.氧化铝流程泵的高效设计和抗磨设计分析对比.流体机械郭中兴.我国水力机械抗泥沙磨损的实验研究.水机腐蚀，关醒凡.泵的理论与设计.机械工业出版社，林福严.磨损理论与抗磨设计.科学出版社，高志强.离心泵内叶轮的固体颗粒运行规律研究.清华大学硕士学位论文,白文雄.离心砂泵的设计与实践.石油机械姜培正.液固两相流泵设计的几个问题.西安交大情报室，佟庆理.两相流动理论基础.冶金工业出版社，张爱习.离心式杂质泵的性能及水力设计.河北机械，金树德.现代水泵设计方法.兵器工业出版社，陈次昌.两相流泵的理论与设计.兵器工业出版社，厉蒲江.不堵塞泵的设计方法.航出版社，.,.,,,,专题部分固液两相流离心泵磨损机理和叶轮的设计绪论目前固液两相流离心泵广泛应用于江河湖泊的开挖清於，疏浚等水利工程。年的特大洪水使全国各地都把兴修水利当作件大事来抓，而江河湖泊的清於疏浚被大家公认为最有效的措施之，因此固液两相流离心泵的研究开发越来越受到重视。由于江河湖泊的水流中含有大量泥沙，在实际应用中，固液两相流离心泵的过流部件都存在严重的磨损，严重影响设备的正常运行和安全生产。本文根据对离心泵磨损的研究，认为颗粒的运动轨迹速度及分布与泵内流场有很大关系，而这些因素极大地影响了离心泵的磨损，因此有必要深入研究固液两相流离心泵内流场对磨损的影响。专题正文.离心泵磨损情况分析叶轮是固液两相流离心泵内磨损最严重的零件，而叶轮出口处又是叶轮中磨损最严重位置之，磨损后的出口端部极薄，呈锯齿状。叶片工作面与后盖板相交棱角处有很深的条形沟纹，这种条形沟在叶片工作面的不同部位深度和宽度不同，般在叶轮出口附近最深，甚至有可能使叶片或后盖板洞穿。叶片非工作面上有凹凸不平的麻坑，但相对工作面磨痕较浅。叶片入口附近有带形凹坑，个别凹坑很深甚至使后盖板洞穿而导致叶轮失效。叶轮前后盖板内表面有颗粒滑痕，除靠近叶片工作面位置外，磨损较轻外表面光滑有均匀磨损痕迹。叶轮磨损状况如图。近十几年来，国内外多名学者进行了离心泵叶轮磨损进行了研究但他们基本上都是通过对固体颗粒在叶轮中的运动轨迹的分析和用数值分析的方法来研究叶轮的磨损。.磨损机理现代的流场分析与流动测试研究表明离心叶轮流道内的流动基本上是由相对速度较小的尾流区和近似于无粘性的射流区所组成图，射流结构尾流区紧贴在叶轮的前盖板和非工作面上，尾流区愈宽，射流尾流之间的剪层愈薄，两者之间的速度梯度愈大，意味着射流尾流结构愈强，叶轮内的损失也就愈大。尾流的形成与发展是边界层的发展二次流的发展流动分离和分层效应等因素相互影响相互促进而形成的。简而言之，就是由于叶轮流道内的液流受到叶片作功作用不均匀，靠近叶片工作面强而靠近非工作面弱，在逆向压力梯度作用下，靠近出口处非工作面的边界层容易产生分离，使液流在边界层附近产生回流和脱流，形成尾流区。图叶轮颗粒运动和磨损情况图离心泵内的尾流相对流线方向的旋涡是由两个因素产生流线曲率和旋转角速度。假定综合反应曲率和旋转的量为，对工作面上的边界层而言而对非工作面上的边界层也即工作面上的边界层是不稳定的，而非工作面上的边界层是稳定的。由于受到叶轮流道内的二次流的影响，工作面不稳定边界层里的低能微团就会通过前后盖板进入非工作面上的边界层，致使非工作面的边界层越来越厚，而工作面上的边界层则很薄，边界层里的液流速度较低，而边界层外主流的液流速度较高，这样就形成了如图所示的尾流射流结构。叶轮中的损失集中在尾流区，其间只有叶轮通道总流量的小部分流体穿过。在尾流区与射流区之间，存在着具有定速度梯度的区域。速度梯度过大，会形成射流尾流剪切层，由于哥氏力及流线曲率的存在，射流尾流不可混掺。尾流区的存在是真实流动效应的综合反映，它不仅影响叶轮的效率，而且将大大增加蜗壳内的流动损失。在径向与前向叶轮中尤其明显，而低比转速离心泵的叶轮就是径向叶轮。射流尾流水力结构方面消耗了很大的能量，致使扬程和效率下降，另方面使叶片工作面和后盖板内壁的磨损加剧，尤其在靠近叶轮出口两者的交接处，磨损十分剧烈，常导致固液两相流离心泵的局部磨损失效。离心泵叶轮般叶片数较少，不能假定速度沿通道方向线性分布，如叶片上的载荷较大，即使考虑了粘性的影响，从总体上讲吸力边与压力边的速度差也会较大，从而导致通道法向方向上速度梯度较大。叶片数减少时，如叶形变化不大，则相对速度变化不大，若不减小通道宽度，速度梯度的增加分层效应增加，因此叶轮叶片的包角应加大，即采用大后弯式，以减小通道宽度，增加相对速度。分层效应与叶片的吸力边压力边的速度差有关，即与叶片上的载荷有关。欲减小分层效应必须减小叶片上的载荷。为了减小流道的磨阻损失及提高抗空蚀性能等因素，经常适当地减少叶片数，但叶片数减少后，将使叶片上的载荷增加，从而使分层效应增加。为了减少分层效应，必须加长流道以减少叶片单位长度上的载荷，因此叶片数较少的叶轮，其叶型总是取大后弯的形式，般叶片数越少，叶片越长，并且叶轮通道的当量扩张角般小于。当然，过分加长流道将增加流道的壁面磨擦损失，反而不利于效率的提高。对于定常运动的颗粒运动受力分析可知，在每颗粒轨迹线上只有个特定的运动速度能满足平衡方程。相对于平衡轨迹上的颗粒速度过大或不足都将引起附加的哥氏力与离心力的指向，比平衡流动所要求慢的颗粒，倾向于移向吸力边，比平衡流动所要求的速度快的颗粒倾向于移向压力边，这就是所谓的颗粒运动的分层效应。因此对固液两相流泵，除了考虑液相的分层效应，还应考虑固相的分层效应。从实际流场来看，固体颗粒有趋向于叶片工作面的趋势，只是对于质量密度及粒径的影响不同，趋向的速度和位置不同。而质量的影响与流场有关，如果射流尾流结构强，则流场对颗粒质量的影响将较大，当设计较合理，射流尾流结构弱时，流场对颗粒质量的影响将较小。显然，从泵实际流场分析可知，射流尾流结构对颗粒运动轨迹具有决定性影响，从而影响泵的磨损。同时实际流场分析也很好地解决了上述不同观点之间的矛盾。观点的理论分析没有考虑到实际流场的复杂性，其计算流场是用有限元计算的叶轮流面的液体速度场，没有考虑到射流尾流结构，因此得到的结果有定的局限性。但观点的试验正是采用小出口角少叶片数等有利减弱射流尾流结构的叶轮，因此，试验与理论较相符。而观点的试验采用大出口角多叶片数的叶轮，因此其射流尾流结构较强，对较大质量的固体颗粒，在进入叶轮的初期受流的后期受射流尾流结构的影响较大，将越来越趋近工作面。.设计方法固液两相流离心泵的主要问题是磨损，效率次之。为了提高泵的抗磨性，除考虑材料外，还应从实际流场出发，对叶轮进行合理设计等。固液两相流离心泵内的磨损主要有两种类型切削磨损和疲劳磨损。对切削磨损要求材料硬度高，对疲劳磨损则要求材料韧性好，因此理想的耐磨材料应该是同时具有很高的硬度和韧性，但实际中往往是矛盾的。采用国内外应用比较成熟的，这种材料能满足输送介质要求。叶片出口角叶片出口角对泵的性能影响很大，它不但影响扬程，而且对性能曲线的形状有影响。其值和固体颗粒粒径浓度等有关。根据颗粒在叶轮中的运动轨迹分析可知粒径大时，它在叶轮流道内流动的曲率较大，和叶片工作面接触相对较少，出口角可较大，取反之，粒径小时应认小的出口角，。为了减弱射流尾流结构，固液两相流泵亦采用较小的叶片出口角，这样在较少叶片数时可得到较高的扬程和稳定性，并可尽量减少颗粒碰撞叶片工作面。同时减少可使进入压出室的流体流动速度减小，对降低压出室水力损失及压出室的磨损均是有利的。叶片数固液两相流泵大都采用较少的叶片以减少磨损，般.叶片出口角和叶片数都对泵性能有很大影响，两者之间有密切联系。以前为达到较高扬程般采用多叶片数大出口角，这对固液两相流泵是很不利的。理论和试验都表明，少叶片数和小出口角更适合。较少叶片数可减轻叶轮进出口排挤现象，也有利于克服性能曲线的驼峰。叶片进口角度考虑磨损和防堵塞,般叶片进口边的厚度取稍厚。对于细颗粒,对于输送磨蚀性较强的介质，。结论离心泵内流场对磨损起关键作用，特别是叶轮出口附近的射流尾流结构是离心泵内的局部磨损的重要原因。固体颗粒都有趋向于叶轮工作面的趋势，采用小叶片出口角少叶片数和大出口宽度的叶轮能减轻泵的磨损。参考文献朱金曦.叶轮内固体颗粒运动轨迹的分析计算.水泵技术.赵振海.管道内固液混合物运动的基本方程.水泵技术.许洪元.关于泵轮中颗粒运动的研究.水泵技术.沈天耀.离心叶轮的内流理论基础.杭州浙江大学出版社，许洪元.心泵叶轮磨损规律研究.中国工程热物理学会流体机械学术会议论文集.郭晓民等.经验法设计渣浆泵嗅.水泵技术，关醒凡.的理论与设计.北京械工业出版社，第十届美国水射流研讨会年月至日休斯顿，休斯顿水射流冲击作用下物料的建模分析.与.波士顿西北科技合作中心,美国大学机械工程部摘要通过有限元分析和实验的测量方法与干涉测量法建立数学模型从而研究磨料水射流钻孔技术，有限元分析的精确性可以通过与实验所得的数值进行比较。对尺寸为.毫米的聚碳酸酯和陶器类样本受集中的静载荷进行研究，从而得出二者的定联系，同样可以和镀瓷的材料进行比较，我们可以发现有限元模型可以反映出在静载荷下实际的负载状态。在数字化和实验的技术相结合的条件下推定待测的物质与磨料水射流钻孔时的浆柱之间的联系而得出结论。关键词莫尔干涉测量法，有限元建模分析，静载荷概述磨料水射流加工应用于工业生产已有十五年的历史了，它广泛应用于切割，钻孔，尤其是对坚硬物料的切割。然而，磨料水射流切割技术相当复杂，我们对这方面的了解比较困难。我们只有在理想的状况下将力学与水射流技术联系起来应用在加工工艺过程的研究中才能被应用在更为广泛的经济领域中。解决问题的种方法是利用数字模拟的分析方法这种方法是被用来研究脆性金属受到磨料水射流穿透作用下的受力状态,。利用光测弹性学来分析透明材料从而研究水射流力学和磨料水射流加工。种光学实验的测量法，干涉测量法，被用来研究陶瓷等易碎材料在水射流冲击作用下表面的变化。对样本在受力状态下进行有限元分析，并利用实验结果对照，二者吻合。这就足有力的证明了实验与有限元分析的可靠性。这项研究的目的是利用光波干涉来测定水射流作用下物体表面的张力，从而建立有限元模型来分析冲击的过程。实验模拟和有限元模型的建立通过分析易碎材料受集中力进行校核。光学实验的建立和过程磨料水射流系统的研究由高压泵，多个喷嘴，捕捉单元，还有提供磨料的漏斗。在磨料水射流的喷嘴处有个直径.毫米的孔和内径为.毫米的硬质合金管子。光波干涉被用来测量陶瓷等脆性材料的静负荷，光波干涉实验装置由许多部分组成，有微感应仪器，还有用来产生和测量光波条纹的电子设备等。测试的样本为块状氧化铝的静负荷，其尺寸为.。样本被平均毫米条的衍射光栅所覆盖。实验的具体细节可在和。除有高压水射流装置外，还有个静载荷的测量装置来计算区域的变化趋势。光学测量装置如图所示，样本表面的静载荷是由直径为毫米锯齿状的物体加载的。将标准校核好的砝码放在由塑料组成的滑移托架上，作用在样本上的全部静载荷通过安放在滑移托架中间的测压元件来测量的。由于这是个静态实验，所以只需要个摄象机就能够完成拍摄光波条纹的任务。当区域范

（图纸） 泵体 A1.dwg

（论文） 说明书.doc

（图纸） 托架部分 A1.dwg

（图纸） 叶轮 A1.dwg

（图纸） 轴 A1.dwg

（图纸） 装配图 A0.dwg