侧向进口渣浆泵内部三维流场数值模拟研究

发布时间：2020-05-14 15:43

【摘要】：渣浆泵被广泛的应用于各行各业,但是实际应用中渣浆泵的密封有效时间短、密封效果不好的问题一直没能得到有效的解决,这不仅造成了大量的物力财力损失,更严重还会威胁操作人员的人身安全。因此研究轴封性能更好的渣浆泵,推进关键设备的自主研发具有非常重要的意义。本文从解决轴封问题的角度出发,设计了侧向进口结构的渣浆泵。为展开对侧向进口渣浆泵与传统轴向进口渣浆泵的对比研究,采用计算机辅助设计的方法对两种不同结构渣浆泵进行实体建模和三维流道建模。然后采用数值模拟对两种结构渣浆泵的清水性能进行了对比分析,通过两种渣浆泵与250ZJ-I-A75型渣浆泵性能表及性能曲线的对比,对侧向进口渣浆泵清水性能做出评价。最后模拟固液两相流工况下渣浆泵内固相浓度及速度分布,对渣浆泵内过流部件的磨损规律进行了分析研究。研究成果对渣浆泵的应用及发展有重要的意义。本文主要研究工作及研究结论如下:1.分析了我国的渣浆泵应用研究现状,对比轴向进口渣浆泵与侧向进口渣浆泵的结构区别,分析了轴向进口渣浆泵轴封易失效的原因,并对两种结构渣浆泵进行了水力及结构改进。2.利用SolidWorks软件对设计的两种渣浆泵全流道进行三维建模,将三维水体模型导入ICEM软件对其进行网格划分。使用与250ZJ-I-A75型渣浆泵清水性能表相同的工况在FLUENT软件中对侧向进口渣浆泵全流道进行了清水工况下的三维数值模拟计算,对压力、速度等参数分布规律进行了分析。结果表明(1)侧向进口渣浆泵轴封处的流场比轴向进口渣浆泵轴封处流场更稳定,侧向进口结构能从根本上解决轴封泄露的问题。(2)在相同半径处,叶片工作面的压力高于叶片非工作面,随着径向距离的增加,主叶片与导叶中的压力、速度均随之升高。(3)相对于流量,转速对蜗壳内压力的影响更大,随流量增加蜗壳中最高压力值不变,但是高压区域增大。3.对侧向进口渣浆泵与轴向进口渣浆泵在相同工况下水力特性进行了对比研究。结果表明,两种结构渣浆泵的性能曲线变化趋势基本一致,侧向进口渣浆泵的性能相比轴向进口渣浆泵有一定降低:在效率最高点扬程降低约11.1%;轴功率降低约9.8%;效率降低约5.2%。4.研究了固液两相流工况下渣浆泵内固相浓度的分布规律,对渣浆泵过流部件的磨损规律进行了探究。结果表明,(1)侧向进口段内在流体绕过轴碰撞的位置固相浓度较高,在该位置易发生磨损。(2)叶片的进、出口位置为易磨损区域。相比于轴向进口渣浆泵,侧向进口渣浆泵内固体颗粒在叶轮中分布更均匀,且叶片非工作面的固相浓度要高于叶片工作面。(3)沿蜗壳到出口管外侧壁面固相浓度较高,该区域为磨损易发生位置。
【图文】：

示意图,渣浆泵,进口结构,轴封

（a）轴向进口渣浆泵（b）侧向进口渣浆泵图 1-1 不同进口结构渣浆泵示意图Figure 1-1 Schematic diagram of slurry pumps with different inlet structures图 1-1（b）所示为侧向进口渣浆泵结构示意图，该种泵流体实际进入叶轮的方向仍然为轴向，但是进口法兰处流体进入的方向为径向，因此称该种结构为侧向进口渣浆泵。该型式泵也就是上世纪 80 年代从美国引进的高质泵结构形式。我们对这种进口结构的泵进行分析，发现轴封位置处于泵头和轴承箱结构之间，轴封的一侧为大气压，靠近泵腔的另一侧为泵的吸入口。由于在泵工作过程中，叶轮对物料抽吸使轴封一侧的压力很低，这样轴封处所受压力很小甚至可能为负压。因此选择简单的填料密封就能保证轴封效果。在泵停止运转时，泵内流体会有一定的回流，造成轴封处产生微小压差，，在这种情况下轴封处选择简易的机械密封就能够实现轴封的安全可靠无泄漏。本课题基于侧向进口渣浆泵展开研究，对该种结构型式渣浆泵与传统轴向进口渣浆泵的内部流场进行对比研究。两种泵靠近轴封处的位置不一样，侧向进口渣浆泵靠近轴封位置为进口段轴承一侧，而轴向进口渣浆泵轴封位置在蜗壳轴承

渣浆泵,总装配图,侧向

硕士学位论文向进口渣浆泵的设计esign of lateral inlet slurry pump国现有的 ZJ 系列渣浆泵，其水力模型经过工业生产多年的检验合市场需求，因此其水力模型有很大的参考价值。受启发于美国向进料型式结构将有效的改善渣浆泵的轴封泄露情况。本研究对浆泵，主要由托架、轴承部件、侧向进口段、出口段、转子部兰螺栓等组成。本环节主要对研究的渣浆泵整体装配结构及过流计改进。侧向进口渣浆泵的整体结构（The overall structure slurry pump）
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH38

【相似文献】