渣浆泵背叶片磨损的数值模拟及试验研究.pdf

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1、渣浆泵背叶片磨损的数值模拟及试验研究NumericalSimulationand—stResearchonthelulatlonanlestReseaJNUme0nWearofBackBladesinSlurryPumps姓2014年6月独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要

2、贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名11日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优

3、秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学研究生处办理。本学位论文属于不保密勃形，指导教师签名：矽／怍6月I／日江苏大学硕士学位论文摘要离心式渣浆泵多用于输送含有悬浮固体密度较高的两相流体，广泛应用于电力、采矿、冶金、交通、水利、环保等行业。由于在实际使用中需要输送的固液浆体中含有固体颗粒，使渣浆泵的过流部件容易被磨损，尤其是密封部分，其使用寿命常常只有其他部件的1／4或更少，普通渣浆泵50％的维修工作量是密封问题，不仅降低了渣浆泵运行的可靠性，且频繁的检修也

4、对生产造成了不必要的损失和浪费。渣浆泵需要输送的是含有固相颗粒的两相流，成本昂贵的机械密封并不适用，因为一旦颗粒进入摩擦副机械密封便会很快被磨损，故渣浆泵一般都采用背叶片形式的流体动力密封，可见对背叶片磨损的研究具有十分重要的工程价值。本文针对采用背叶片流体动力密封的单级卧式离心泵，通过数值模拟和试验研究的方法对渣浆泵在运行时叶轮的磨损情况以及背叶片抗磨损性能进行研究。本文主要研究结论及创新点有：(1)搭建了试验台进行渣浆泵磨损试验，试验中对渣浆泵拆检了两次，并对磨损情况作记录，对渣浆泵运行过程中

5、叶轮的磨损有了直观及动态的了解，试验结果发现：背叶片磨损最严重的部位是叶片压力面出口处，并由此处开始往轮毂处发展，磨损形状呈抛物型；叶轮磨损较严重的部位是叶片进口边、压力面与盖板交界处以及压力面附近靠近出口的盖板表面。(2)对该泵进行全流道三维实体造型，并采用结构化网格进行划分，运用ANSYSCFX软件，基于Particle欧拉多相流模型，对渣浆泵内两相流动进行了稳态三维湍流数值模拟，模拟结果表明：泵内静压分布合理；泵内固相体积分数分布较高处与试验中磨损严重位置一致；背叶片流道出口处颗粒的流出角与

6、试验中背叶片磨损后的叶片压力面出口角相似；经分析发现由于隔舌处的高压引起流道中颗粒回流撞击背叶片外缘是造成背叶片外缘磨损的主要原因。(3)根据背叶片设计理论并结合磨损试验及数值模拟结果首次针对背叶片抗渣浆泵背叶片磨损的数值模拟及试验研究磨损性能进行了优化设计，共设计了7种方案，以研究背叶片型线及背叶片数对背叶片抗磨损性能、密封性能及其对泵外特性的影响。采用上述数值计算方法对各方案下泵内两相流场进行了模拟，发现背叶片型线对背叶片内颗粒流动、泵外特性及其产生的反压影响不大；减少叶片数会降低背叶片对流道

7、内介质流动的约束能力，使单个流道内轴向漩涡面积增加，颗粒与压力面的撞击速度变大，且产生的反压降低明显，故叶片数不宜过少。(4)在数值计算的基础上选取两种较优方案试制并进行磨损试验，通过对比发现，采用后弯型背叶片能有效地减少背叶片压力面出口处的磨损，通过加粗背叶片出口处宽度来提高其使用寿命的方法在实际应用中是可行的，优化设计完成，为渣浆泵背叶片的设计和改进提供了一定的参考。关键词：渣浆泵；背叶片；试验研究；数值模拟；优化设计江苏大学硕士学位论文ABSTRACTCentrifugalslurrypum

8、pisanequipmentusedtodeliverhi曲densityfluidcontainingsuspendedsolid，whichisgenerallyusedinelectricity,mining，metallurgy,transportation，waterconservancyandenvironmentalprotectionindustry，etc．Thepresenceofsolidparticlesinslurryleadstoanobviouspro