射流泵在含沙水流中抗磨损性能优化

发布时间：2022-01-12 09:45

　　为减小射流泵装置在含沙水流中运行时射流泵遭到的磨损破坏,对射流泵的抗磨损性能进行优化.首先提出了一种经济有效的材料表面磨损情况预测方法,再利用该方法得到抗磨损性能最佳的参数组合.结合粒子垂直撞击平板试验与数值模拟结果,得到在特定材料（316L不锈钢）下的磨损等高线图,并通过不同喷嘴出口速度的垂直撞击平板试验对磨损等高线图的通用性进行了试验验证,结果证实该方法可用于预测.通过Plackett-Burman试验设计得到显著影响材料磨损情况的射流泵参数,利用D-optimal试验设计得到性能最佳的射流泵参数组合.结果表明:当射流泵的参数组合为喷嘴角度39.85°、面积比5.84、喷嘴直径18 mm时,射流泵的抗磨损性能和水力性能都达到最佳,即最大磨损深度8.6μm、效率16.8%.根据最佳参数组合加工射流泵样机,验证了预测结果的可靠性,并通过扫描电镜对喷嘴处的磨损疤痕进行观察,结论与数值模拟分析结果一致. 

【文章来源】：排灌机械工程学报. 2020,38(02)北大核心CSCD

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【部分图文】：

图1 粒子撞击平板试验台示意图

试验台主体是以泥浆泵为动力源的循环装置．泥浆水在泵的加压下进入漏斗形泥浆箱中的2个喷嘴;喷嘴下安装2个用于放置样品的支架台．泥浆在冲击样品平板后，返回泥浆泵进入循环．样本为直径25 mm的316L不锈钢的圆盘，通过控制泥浆泵的流量得到5,10 m/s 2种喷嘴出口速度．通过激光测距传感器得到沿样品平板的磨损深度情况，如图2所示(喷嘴出口速度5 m/s)，图中L为样品平板径向长度，hd为磨损深度．为提高试验的准确性，最终试验结果取2块样品平板磨损深度的平均值．1.2 CFD对粒子撞击参数的预测

流体及粒子材料的设置与表1基本相同，液相采用23°常温水;固体使用材料库中的沙粒材料，沙粒为球形，直径250μm．模拟结果如图3所示(喷嘴出口速度5 m/s)，带箭头线表示粒子运动轨迹．从图中可见，并非所有流动的粒子都会撞击到平面，且碰撞角度随着粒子与平板中心距离的变化而变化．根据不同粒子撞击情况将图3分为1,2,3这3个区域．其中，区域1的撞击角在50°～90°，撞击速度较小;区域3的撞击角小于20°，撞击速度较大;区域2的撞击角在20°～50°，撞击速度介于区域1,3之间．

【参考文献】：
期刊论文
[1]射流泵装置性能预测方法[J]. 邹晨海,李红,向清江,汤攀,陈超.  排灌机械工程学报. 2020(01)
[2]水轮机活动导叶端面间隙磨蚀形态演变预测[J]. 韩伟,陈雨,刘宜,魏三则,李光贤,金俊俊.  农业工程学报. 2018(04)



本文编号：3584553