固液两相流泵的关键技术分析

ｆ 京 ： 器工 业 出版 社 ， ９ ４ Ｍ１ 北 兵 １９ ．
｛１韦章 兵 ， 艳 丽 ． 浆 泵 的 技 术 关 键 Ｉ１ 山 ４ 吴 渣 ｊ． 矿
机 械 ．９ ９ （ １ ： ６ ５ ． １９ ． １ ）５ — ８ ｆ１陈 勤伟 ， 志 扬 ．０ Ｚ ４ ０渣 浆 泵 的 设 计 思 ５ 莫 ８Ｌ一 １
固液混合物输送用泵 ， 通称 杂质泵 。离心 渣浆泵是离心杂质泵的一种 ，多用于输 送含磨 蚀性 固体颗粒的固液混合物 ，并且长期连续地 工作 ， 其工况条件恶劣 ， 故障率较高。 引起 因此 ， 把离心渣浆泵作为研究 的主要对象 ，分析固液 两相流泵的性能和寿命两个关键问题。 １渣浆泵的设计思路
想 与 实 践 【 ． 力 采 煤 与 管 道 运 输 ，０ ０ （ ） Ｊ水 ］ ２０，４ ：
ｌ — Ｏ ６ ２ ，
『１陈 九 泰 ， 广 运 ． 粒度 渣 浆 泵 设 计 实例 ｌ ６ ６ 顾 大 Ｊ Ｊ 水 泵技 术 ，０３ （ ）１ — ９ ２ ０ ，４ ：６ １．
ｆ ７ １霍春 源， 聂思嘉． 两相流 杂质泵的设计 方法
与特 点Ⅲ． 属 矿 山，９ ４ ２ １ １ ）４ － ３ 金 １９ ，２ （ １ ：１４ ． 作者简介 ： 夏广岚（９ ３ ， １６ 一）佳木斯 大学教 师 ． 究方 向 ： 械 设 计 及 理 论 。 研 机 项 目基 金 ： 禾斯 大 学 科研 项 目 ， 固液 两 佳 “ 相 流 泵 的 关 键 技 术 研 究 与 设 计 ” 项 目编 号 ， ；
渣浆泵 的密封主要是指轴封 ，由于长期受 圃体颗粒的侵蚀和磨损， 使轴封失效 ， 从而致使 介 质外泄 ， 缩短渣浆泵的寿命 。 际的渣浆泵设 实 计或选型可根据工 况条件和密封要求等有 不同
的选 择 。
２２１填料密封 ．． 这种密 封结构 简单 、 价格便宜 、 可靠 ， 用 适 于高扬程和高吸程 ， 使用较普遍 。 缺点是高速时 流 湍 流 结 构 的影 响 、 固体 颗 粒 的 跟 随性 以及 在 效果差 ， 固体颗粒进人后磨损快 ， 盘根消耗 大。 复杂边界条件下 的运动模型 。 ２２２动 力 密封 ，． １２渣浆泵 的设计要求 ． 由附设在叶轮后盖板上 的背叶片以及 与叶 根据 固液两相 流理论设 计的渣浆 泵应满 轮 同轴旋转的副叶轮构成 ，只在泵运行 时起 密 足下列设计要求 ： 封作用 ， 一般用于低压工况和倒灌状态 ， 且通常 １２１高 效 节 能 ．． 与填料密封联合使 用。 缺点是功耗较大 ， 对串联 两相 流泵的水力 设计是 以固液 两相流场 用泵有时反而增加轴向力 ． 对护板寿命也不利 。 设计的 ， 再加上合理 的叶片进出 口角度 、 良好 的 ２２３机械密封 ＿ ． 叶片型线和合Байду номын сангаас的叶片宽度 ， 所以 ， 两相 流泵具 机械 密封结构复杂 ， 价格高 ， 维护较难 ， 对 有新的能量转换规律 ， 可实现高效节 能的效果 。 于有不允许泄漏、稀释要求的工况时经常选 用 １２２抗磨损 、 ．． 耐腐蚀 这类密封。 但对于渣浆泵， 由于当固体颗粒进入 两丰 流泵的 流道 设计符 合固体 流场 的变 动 静环 接 触 端 面后 ，密封 端 面 间 长 时 间 夹 渣 运 Ｈ 需采用隔膜 ， 设 化率 ， 固体沿着叶轮型线运动 ， 叶轮发生 的主要 转 会造成磨损引起泄漏 。因此 ， 迷 分 是 摩 擦 磨 损 ，采 用 较 大 的 Ｉ． 宽 度 和较 小 的 叶 密封 环 、 宫 间 隙 、 离及 过 滤 装 置 等应 用 。 １片 ｆ 轮外径有利于减少磨损 ，泵的气蚀性能随着 流 泵 的密 封 问 题 是 泵设 计 的重 要 因 素 ，对 渣 量的加大变化比较 平稳 。 浆 泵 又尤 显 重 要 ，其 今后 的发 展 重 点 是 组 合 密 １２３过 流 能力 大 ．． 封 和高 压 密 封 。 ２ 磨 损 ． ３ 两相 流泵 的水力 设计 充分考虑 了固体 的 运 动 情 况 ， 般 情 况 下 ， 少 的 叶 片 数 、 大 的 一 较 较 渣浆泵 的磨损应该在磨损机理 和耐磨材质 叶片进出 口角度和较大的叶片宽度等都有利于 两 方 面进 行 研 究 。 ２３１ 损 机 理 ．．磨 防堵 。 浆体 自吸人管道进入泵的流道至从排 出管 ２渣浆泵的技术关键 优秀 的渣浆泵设计 ， 应具有 良好 的水力性 排出 ， 本身 的运动特性不断变化。 其 磨拟也是多 在 浆体的流 动方 向由轴 向 能 和密封性能。 同时 ， 由于浆体的冲蚀和磨损作 种形式的 ， 叶轮人 口， 粒径较大的颗粒会撞击 叶片的头部 用， 使过流部件的结构及使用寿命成为非常重 转为径向 ， 并且液体在绕流叶片时易出现流动分离 ； 要 的应用指标。 因此 ， 渣浆泵的技术关键就是过 区域 ， 在叶轮出 口附近 ， 液流容易产生脱流 ： 出叶轮 流 流部件的合理结构 、 密封和磨损 。 进 入 护 套 的 液流 ，颗 粒 由 于 仍具 有 一定 的惯 性 ２１过流部件的设计 ． 而 向护套边 壁移动 ，造成颗粒在 近壁处聚集等 ２１１叶轮的设计 ．． 向叶 片 的 靠拢 速度 慢 ， 一 在 叶轮的设 计中 ， 需要 考虑 如下一些关键 等 。对 于 小 质量 颗 粒 ， 问题 ：． ａ为避免在 叶轮进 口处发生 “ 相对堵 塞 ” 般 在 出 口处 产生 磨 损 ，大 质 量 颗 粒 一般 要 与 叶 产生严重磨损 。此外 ， 情况 ， 叶轮进 口参数的选择要相互补充 ， 以保证 片进 口部位的头部 相撞 ， 获得较好 的吸人性能。ｂ根据 Ｊ ／８ ９ －９ ． ＢＴ ０ ６ ８的 固体 硬 度 直 接影 响磨 蚀 速 度 。 ２３２磨损危 害及抗磨措施 ．． 行业标 准要求 ， 叶轮 出Ｅ过流尺寸不能太小 。 ｌ 同
迅速。
渣浆 泵的设计 是基于 两相流理论 的基础 上， 其基本观点是 ： 混合液 中的固液两桐 流在流 场 中存在着速度差 ， 有着各 自的速度场 ， 固体颗 粒的存在将使液体 的速度场产生畸变。当固体 颗粒的速度小于液体速度时 ，固体 颗粒相对 于 液体产生相对 阻塞作用 ；当固体颗粒 的速度大 于液体速度时，固体颗粒相对于液体产生相对 抽吸作用。一定量 的固体形成一定形式 的边界 条件 ， 边界条件又影响湍流结构。因此， 解决两 相流问题的关键在 于如何解决固体颗粒对两相
１１ 浆 泵 的设 计 理 论 ．渣
时， 要控制固液速度 比和压力梯度 ， 防止在叶轮 出 口处产生“ 相对抽 吸” 现象。ｃ ． 叶片包 角应取 较小值， 防止 由于惯性作用 ， 固体大颗粒在ｎ 片 Ｐ 进 口处和叶片工作面撞击后 反弹，使其在叶片 问流道中的运动轨迹包角减 小。 ２１ ． ２涡壳的设计 ． 在涡壳 的设计中 ，要充分考虑叶轮和涡壳 的匹配关 系， 避免涡壳喉部流速过高 ， 使过流部
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固液 两 相 流 泵 的关键 技 术 分析
（、 １佳木斯 大学机械 工程 学院 ， 黑龙江 佳木斯 １４ ０ ２ 哈 尔滨理工大学工程训练 中心， ５ ０７ 、 黑龙 江 哈 尔滨 １０８ ） ５０ ０
抗磨措 旌从以下几个方面考虑 ：．水力设 ａ 计方面． 叶片设计是叶轮设计 的关键 ， 渣浆 泵的 叶片设计不 同于清水泵的情况 ，要 充分考 虑固 液两相的流动差异对泵性能及磨损的影 响。通 常对 比转速较低 的渣浆泵 可采用 进 口处扭 曲， 出 口处为 圆柱型的叶片，这样有利于叶轮 的制 造。 ． ｂ 运行方面 ， 渣浆泵的使用寿命和运行 周期 内的性能与其运行维 护有很大的关 系。所 以在 渣浆泵 的使用中 ， 应根据磨料磨损规律 ， 在渣浆 泵的选型时尽量考虑选择合适 的运行 参数 ， 使 泵处 于良好的运行状态 ，并注意在实际操作 中 实 时调节 ， 以达到高效节能 、 抗磨 节材 的运行效 果 。１ 磨材质方面 ， ２ ． 抗 较好 的材质可延长渣浆泵 的使用寿命 ，也可提高泵在有效运行寿命 内性 能的稳定性和可靠性 。 ３ 结 论 按两相流理论进行水力设计 的渣浆泵，由 于考 虑了固体颗粒的存在 ，在设计 中又充分考 虑结构、 轴封 、 磨损 与材质等 因素 ， 所以能够减 轻介质对过流部件的磨损 ，提高其 可靠性 与使 用周期 。
件 的磨 损 加 快 。 ２２密 封 的 选 择 ．
磨损 不仅导致渣浆泵 的材料损失 ，同时使 得渣浆泵 的性能变差。遭受磨损的过流件表面 材 料 流失 后 ， 动 边 界发 生 变 化 ， 往使 泵 内流 流 往 动状态恶化 ， 严重时会诱 发汽蚀 ， 导致磨损 和汽 蚀的联合作用 ， 使得泵的磨损更快、 性能下 降更
参 考 文 献 『１关醒 凡 ． １ 现代 泵设 计手 册 『 ． 京 ： Ｍ１ 北 宇航 出版
社 ． ９ ５ １９ ．
ｆ１董 星， ２ 马安 昌． 耐磨 离心式渣浆 泵的设 计【 ． Ｊ １ 煤 矿 机械 ，０ １ （ ）６ ８ ２ ０ ４ ：－ ． Ｉ１陈次 昌，刘正英等．两相 流泵的理论与设计 ３
摘 要： 以离心渣浆泵作为研 究的主要对象， 通过对渣浆泵的设计理论及渣浆泵设计所能达到的要 求进行 了分析， 出固液两相 流泵的技术关 得 键就 是过流部件的合理结构、 密封和磨损 ， 同时对过流部件的设计 、 密封方式及磨损机理等进行 了分析。 关键词 ： 两相流 ； 渣浆泵； 过流部件； 磨损
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