疏浚泥泵外特性及泵殼變形規(guī)律的研究.pdf

1、目前，對挖泥船泥泵的設(shè)計和工作特性研究存在局限:
　　 (1)泥泵的設(shè)計多基于清水介質(zhì)，未考慮泥沙的影響，使得泥泵的設(shè)計與實際性能之間存在較大差異;
　　 (2)泥泵設(shè)計性能較難兼顧我國河流、湖泊、海灣眾多的特點和土質(zhì)復(fù)雜多變的工況;
　　 (3)泥泵的復(fù)雜、惡劣工作條件不僅引起泵殼的磨損、沖蝕和氣蝕，還直接導(dǎo)致泥泵內(nèi)外壓差過大，引起泵殼變形。這不僅影響泥泵的疏浚效率和運行安全，也導(dǎo)致能耗增加和降低泵殼的使用壽命

2、。
　　 因此，研究泥砂顆粒性質(zhì)對疏浚泥泵性能（內(nèi)流場及外特性）的影響，探究泥泵外特性與泵殼變形之間的關(guān)系等，對提高泥泵的疏浚效率和確保運行安全具有重要的理論和現(xiàn)實意義。
　　 本文基于1750m3/h挖泥船泥泵固液兩相流疏浚工作條件，運用FLUENT軟件對泥泵內(nèi)部流場進(jìn)行模擬，采用單因素和多因素的試驗方法，分析了顆粒體積濃度、直徑和密度對泥泵內(nèi)部壓力場的影響;結(jié)合壓力場的模擬分析將變形模擬中的泵殼模型簡化為半泵殼模型，

3、再應(yīng)用ABAQUS軟件對泵殼變形進(jìn)行預(yù)測，結(jié)合田口方法定量分析了泥砂顆粒性質(zhì)對泥泵外特性的影響，總結(jié)了有關(guān)因素對泥泵外特性及泵殼變形影響的基本特點，探討了最大負(fù)載工況下泥泵外特性與泵殼變形的關(guān)系，主要結(jié)論如下:
　　 (1)壓力場的模擬分析表明，泵殼周壁和側(cè)壁壓力隨圓周角的不同存在一定波動，但相鄰波峰和波谷間的差值均在0.1MPa以內(nèi);泵殼周壁壓力隨著圓周角的增加沿流體流動方向波動上升;泥砂顆粒體積濃度和粒徑越大，泵殼內(nèi)壓力增加

4、的趨勢越明顯，隨著顆粒密度的增加，泵殼內(nèi)壓力略有增加。
　　 (2)泵殼最大變形位置主要發(fā)生在軸向最大橫截面處，且主要是軸向的外張變形;泵殼變形的較大和較小區(qū)域分別位于沿逆時針方向圓周角為300°～30°、60°～180°;隨著泥砂顆粒體積濃度、粒徑及密度的增加，泵殼變形增加，與泵殼內(nèi)壓力的變化規(guī)律一致;且顆粒體積濃度對泵殼變形的影響最大，其次是顆粒直徑，最小的是顆粒密度。
　　 (3)泥泵外特性的研究表明，隨著泥砂顆粒

5、體積濃度、粒徑和密度的增加，泥泵的揚程、效率減小，而軸功率增加;田口分析發(fā)現(xiàn)，顆粒性質(zhì)對泥泵外特性的影響有如下特點:揚程——粒徑＞濃度＞密度(貢獻(xiàn)比分別為69.86％、28.31％、1.84％);軸功率——粒徑＞密度＞濃度（貢獻(xiàn)比分別為99.10％、0.74％、0.17％）;效率——粒徑＞密度＞濃度(貢獻(xiàn)比分別為65.35％、19.58％和15.07％)。
　　 (4)泥砂顆粒的單因素影響模擬發(fā)現(xiàn)，泥泵以較高的揚程和效率工作時，

6、泵殼變形均較小，表明在一定范圍內(nèi)既可提高泥泵的疏浚效率，又能確保泥泵的運行安全;另外，最大負(fù)載工況時，泥泵的揚程和效率顯著降低(分別比清水時降低了14.62％和38.65％)，泵殼變形為1.547mm，但仍處于安全設(shè)計間隙(2mm)范圍內(nèi)。可見1750m3/h挖泥船泥泵在常規(guī)細(xì)、中、粗顆粒工況下的泵殼變形均處于安全設(shè)計值之內(nèi)。
　　 (5)本文數(shù)據(jù)分析中采用了田口分析方法，不僅得到關(guān)于泥泵外特性影響因素的作用程度、而且獲得了定量