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泥泵疏浚工况模拟分析及其再制造材料性能研究
| 论文题名： | 泥泵疏浚工况模拟分析及其再制造材料性能研究 |
| 关键词： | 泥泵疏浚工况;再制造材料;挖泥船;使用性能 |
| 摘要： | 泥浆泵是挖泥船发挥疏浚功能的主要设备之一，其作用是将水下的泥沙碎石等吸入，再通过排泥管排放到指定地点。由于工作条件十分恶劣，泵壳、叶轮和衬板等过流部件受到砂石剧烈的磨损和冲击，导致泥浆泵的寿命较短，经常需要更换和维修，不仅造成挖泥船疏浚效率下降、产值损失严重，而且工人劳动强度大。 再制造工程可使废旧泥泵中蕴含的价值得到最大限度的开发和利用，减少能源消耗和大量的失效报废部件对环境的危害，是节约资源的重要手段。着眼于可持续发展，再制造泥泵过流部件的耐磨性、强韧性成为疏浚工程中亟待解决的两大问题。本文从再制造泥泵疏浚工况分析和内衬高铬铸铁材料的使用性能研究两方面开展研究。 首先使用FLUENT软件进行泥泵的二维固液两相流模拟计算，采用欧拉多相流模型，计算分析了不同泥沙粒径和浓度下泥泵内的泥沙颗粒分布图、汽蚀现象和泵扬程的变化规律。结果表明:泥泵工作时为非均匀磨损，泥沙主要集中分布在叶片的非工作面和泵壳圆周方向。泥泵汽蚀发生在叶轮背面入口处和隔舌附近，泥沙浓度越低，其产生汽蚀现象也越多，对泥泵运行性能影响也越大。泥沙的粒径和体积浓度增加都会使泥泵的扬程下降。所以，泥泵应尽量避免输送高浓度的泥沙。利用数值模拟方法能真实反映泥泵内部的复杂流动，为泥浆泵泵壳的再制造设计、改进提供了理论依据。 再以再制造1750m3/h泥浆泵泵壳内衬Cr26高铬铸铁材料为研究对象，结合泥浆泵泵壳的实际工作条件、失效形式和使用技术要求，通过对Cr26高铬铸铁材料进行不同工艺的热处理，研究热处理后材料的微观组织及相结构特征;分析探讨不同热处理工艺条件（铸态，淬火+回火）下高铬铸铁材料的耐磨性、抗弯强度、变形及其相互关系;分析探讨高铬铸铁材料冲击断口和弯曲断口形貌与韧塑性相互关系，为耐磨性与冲击韧度的合理匹配制定较优的热处理工艺方案，从而为最大限度的发挥材料的性能、延长其使用寿命提供理论指导和技术依据。研究结果表明:三点弯曲试验方法不失为一种评价脆性和低塑性材料韧性的有效方法;奥氏体基体高铬铸铁与马氏体高铬铸铁相比，前者具有较高的弯曲静力韧度，后者具有优良抗泥沙磨损性能;在低应力泥沙磨损条件时，应选用1040℃×5h（空冷）+460℃×5h的热处理工艺;而在存在一定砂石冲击的高冲击载荷磨损条件下，此时应选用铸态+260℃×5h的热处理工艺。实际工程应用表明再制造1750m3/h泥浆泵泵壳的使用寿命和疏浚效率都得到了显著地提升，同时减少了泥浆泵的维修及保养费用。 |
| 作者： | 叶芝军 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 李爱农 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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