详情

原文传递疏浚泥泵外特性及泵壳变形规律的研究

论文题名：	疏浚泥泵外特性及泵壳变形规律的研究
关键词：	泥泵;疏浚效率;外特性;变形规律;泵壳模型;运行安全
摘要：	目前，对挖泥船泥泵的设计和工作特性研究存在局限: 　　 (1)泥泵的设计多基于清水介质，未考虑泥沙的影响，使得泥泵的设计与实际性能之间存在较大差异; 　　 (2)泥泵设计性能较难兼顾我国河流、湖泊、海湾众多的特点和土质复杂多变的工况; 　　 (3)泥泵的复杂、恶劣工作条件不仅引起泵壳的磨损、冲蚀和气蚀，还直接导致泥泵内外压差过大，引起泵壳变形。这不仅影响泥泵的疏浚效率和运行安全，也导致能耗增加和降低泵壳的使用寿命。　　因此，研究泥砂颗粒性质对疏浚泥泵性能（内流场及外特性）的影响，探究泥泵外特性与泵壳变形之间的关系等，对提高泥泵的疏浚效率和确保运行安全具有重要的理论和现实意义。　　本文基于1750m3/h挖泥船泥泵固液两相流疏浚工作条件，运用FLUENT软件对泥泵内部流场进行模拟，采用单因素和多因素的试验方法，分析了颗粒体积浓度、直径和密度对泥泵内部压力场的影响;结合压力场的模拟分析将变形模拟中的泵壳模型简化为半泵壳模型，再应用ABAQUS软件对泵壳变形进行预测，结合田口方法定量分析了泥砂颗粒性质对泥泵外特性的影响，总结了有关因素对泥泵外特性及泵壳变形影响的基本特点，探讨了最大负载工况下泥泵外特性与泵壳变形的关系，主要结论如下: 　　 (1)压力场的模拟分析表明，泵壳周壁和侧壁压力随圆周角的不同存在一定波动，但相邻波峰和波谷间的差值均在0.1MPa以内;泵壳周壁压力随着圆周角的增加沿流体流动方向波动上升;泥砂颗粒体积浓度和粒径越大，泵壳内压力增加的趋势越明显，随着颗粒密度的增加，泵壳内压力略有增加。　　 (2)泵壳最大变形位置主要发生在轴向最大横截面处，且主要是轴向的外张变形;泵壳变形的较大和较小区域分别位于沿逆时针方向圆周角为300°～30°、60°～180°;随着泥砂颗粒体积浓度、粒径及密度的增加，泵壳变形增加，与泵壳内压力的变化规律一致;且颗粒体积浓度对泵壳变形的影响最大，其次是颗粒直径，最小的是颗粒密度。　　 (3)泥泵外特性的研究表明，随着泥砂颗粒体积浓度、粒径和密度的增加，泥泵的扬程、效率减小，而轴功率增加;田口分析发现，颗粒性质对泥泵外特性的影响有如下特点:扬程——粒径＞浓度＞密度(贡献比分别为69.86％、28.31％、1.84％);轴功率——粒径＞密度＞浓度（贡献比分别为99.10％、0.74％、0.17％）;效率——粒径＞密度＞浓度(贡献比分别为65.35％、19.58％和15.07％)。　　 (4)泥砂颗粒的单因素影响模拟发现，泥泵以较高的扬程和效率工作时，泵壳变形均较小，表明在一定范围内既可提高泥泵的疏浚效率，又能确保泥泵的运行安全;另外，最大负载工况时，泥泵的扬程和效率显著降低(分别比清水时降低了14.62％和38.65％)，泵壳变形为1.547mm，但仍处于安全设计间隙(2mm)范围内。可见1750m3/h挖泥船泥泵在常规细、中、粗颗粒工况下的泵壳变形均处于安全设计值之内。　　 (5)本文数据分析中采用了田口分析方法，不仅得到关于泥泵外特性影响因素的作用程度、而且获得了定量数据，使分析结果更加精确、有效。
作者：	郭守建
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：	2012
正文语种：	中文