水下开挖中反循环排渣用射流泵的性能研究

发布时间：2020-10-15 07:49

　　 近些年市政建设中出现越来越多的地下水位以下的深基坑工程,通过先降水后开挖的方式不仅会带来一系列的环境问题,还会增加施工难度和造价。而在水下开挖中利用钻机带动大钻头切削土体并搅拌岩屑呈悬浮状态,再结合双壁钻杆,利用射流泵技术进行反循环排渣的方式进行基坑水下开挖,可以解决开挖高水位、复杂地质条件基坑的施工难题,精简施工机械,提高施工效率。在此施工工艺中,射流泵的排渣效率是影响开挖效率的重要因素。但由于射流泵内部流场复杂,效率较低,因此有必要结合实际工况,对射流泵的结构参数进行设计和优化,提高单位时间的排渣量和射流泵效率,并对其冲蚀磨损性能进行研究,为实际应用提供理论依据。首先对射流泵理论进行研究,分析其结构特点和主要性能参数。对射流泵基本特性方程、特性曲线和效率曲线进行研究,分析了流速系数和密度比对射流泵性能和效率的影响。分析表明:较高的流速系数和较低的密度比可以使射流泵具有更好的抽吸效果和更高的效率。结合实际工况和实验室动力泵参数,选取了合适的双壁钻杆,对应用射流泵排渣进行初步的水力计算,求得射流泵的工作扬程和出口扬程,得出了射流泵装置的参数(面积比m、扬程比h),并对喷嘴、喉管、喉嘴距和扩散管进行了理论设计,为下一步的软件仿真奠定基础。运用流体力学软件Fluent对射流泵内部流场进行数值模拟,分析了其内部的速度场、压力场以及岩屑的体积分布情况。以单位时间排渣量和射流泵效率作为评价指标,运用单因素分析法,对射流泵的喉嘴距、喉管长径比和扩散角进行优化仿真,仿真结果表明:当射流泵面积比取9.77,开挖深度设为100m时,最优的射流泵喉嘴距系数为0.9,喉管长径比为6,扩散角为10°,此时射流泵效率16.39%,排渣量 11.8102t/h。运用离散相模型研究了在不同的岩屑粒径、质量流量和岩屑密度的条件下,射流泵的冲蚀磨损区域和最大冲蚀磨损速率的变化规律,为反循环排渣用射流泵的结构设计和失效预测提供了参考依据。
【学位单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TH38
【部分图文】：

这种施工工艺将双壁钻杆与射流反循环钻进原理结合，不仅能够解决开挖高??水位、复杂地质条件基坑的施工难题，还可以有效精简施工机具，减少对环境的??影响，提高施工效率。射流反循环排渣钻具系统如图１－２所示。??■＇??排渣管？＼??／’／?动力泵２?ｚ?一二＾??／／??／／（７＾＇ｒ＾??［ｊ?ｒ＾￣ｉ?一－…?，；：丨．＾???ｏｎ？￣；?：?—?一?＿?—?—?—?—?—?＇?：Ｅ?—?—?—?—?—??？〇５：ｃ．泣？心??ｏｉ．ｃｚ?ｏ＇?＿ｆ?！?—?—?一＾?￣?￣?—?—?￣??—?一?一?—?￣??ｒｒ￣Ｔ＾ｒＫ－?－?—?—??＂－＂－＂Ｍ??沉淀池泥浆池?地下水■外钴杆??ｐ?１?ｔｉｌ?Ｉ??ｊ?＿丨＃一内钻杆??．ｊ?？??＇！＊ｉ；?１??：…丨丨ｈ：?射流泵??：言！」ｉ．?＇?＂＾，义，大钻头??乂二７７＇７＿??图１－２射流反循环排渣钻具系统示意图??在给定的工作条件下，尽可能提高工作效率，才能在基坑水下幵挖施工过程??中实现最优的排渣能力，减少孔底岩屑的重复破碎。又因为在射流反循环排渣过??程中

塌心钞．．兮?‘?ｉ??图１－３旋喷机加载的三翼钻头?图１－４水下开挖机械安装示意图??２０１７?年，Ｃａｍｅｒｏｎ?ＭａｃＬｅｏｄ?Ｓ＇ｖｏｒｄ?介绍?／?ＶＡＭＯＳ?（Ｖｉａｂｌｅ?Ａｌｔｅｒｎａｔｉｖｅ?Ｍｉｎｅ??Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ?Ｓｙｓｔｅｍ?）－种⑴彳了‘的水卜露Ａ：矿幵米系统。该系统的Ｉ：作过程足：由??水卜‘采矿车切割岩石，通过采矿车前面螺旋的不断旋转将岩ＩＳ混合液通过吊杆进??入挖泥船的进水ｎ，然后内置的双级泵抽吸混合液运送至工作平台，混合液沉淀??后泥楽再返回至露天矿（Ｃａｍｅｒｏｎ?ＭａｃＬｅｏｄ?Ｓｗｏｒｄ，２０１７）。装置布置总图如下：??＇⑦??卜采矿Ｖ：?２－立竹？和脐带：３－快速升降装置；４－ｉ：作ｆ台：５－收放式平台：６－补给船：７－遥控车：８－记输竹??进：９－岩上坑壁??图１－５装置布置总图??１．３．２射流泵排渣应用的研究现状??经过调研发现，研宂射流反循环排渣技术在水下基坑开挖施丨：屮的应⑴方面??的文献并不多见。但人们对射流泵的应用和性能研宂己冇１４０多年的历〇！，到丫??２０肚纪３０年代以后，流体力学和空气动力＇哭的快速发展，使得射流技术理论逐??渐成熟。我＿

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本文编号：2841901