离心式渣浆泵的设计理论研究与应用

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渣浆泵在水利、煤炭、冶金等工业部门的固体物料水力运输方面被广泛应用并占有 举足轻重 的地位 。传统的渣浆 泵设计 -般建立在单相流理论的基础之上 ，而这种理论并不适合渣浆泵中所抽送的固液混合物料的两相流体特性，因此设计出的渣浆泵轴封泄露比较严重，效率低、磨损严重且寿 命短 。虽然 采用部分 关键参数 经验取值的 方法可以在- 定程 度上克服单相 流理论的缺 陷 ，但是对 渣浆泵 的性 能改进 效果并不 明显。

因此 ，基干两 相流 理论对 渣浆 泵进行设 计是提高其性 能的关 键。本文在 两相流理论 的基础上 ，考虑 了所抽送 两相 物料 的具体性 质 ，设计 了-种新 型实用的 离心式渣浆泵 ，所设计 的渣浆泵具有耐磨 、工作稳定可靠 、寿命长等 优点。

1 设计理论根据 两相 流理论进行渣浆 泵设计的核心思想是：要考虑到渣浆泵中的两相物料是分离流动 的 ，固相颗粒和水 流的 受力是不同的 ，由于 固相 颗粒在渣 浆泵 中的运 动和受力特性非常复杂 ，两相流理论中有-种畸 变速度设计法 ”是利用固相颗粒的运动和水流运 动的边界条件近似 相等的关系求 出水流的畸 变速度丑再进 行设计 。

在进行设计前先确定设计参数 如下：流量Q5o m ·h- ，扬程H18 m，转速n1450 r·min～，效率n60%l以实际应用中重介质选煤为例 ，把磁铁矿粉作为 固相颗粒 ，其密度P s4.6 X 10 kg·m～，固相颗粒的最大直径d 0.075 X 10-m，固相颗粒的中值粒径d 0.06 X l0-m，固相颗粒的 体积浓 度C 2O%，固相颗粒的质量浓度C u，53.5%，浆体密度 P 1.72×l0 kg·m～。

1.1叶轮的设计叶轮的主要设 计参数包括叶轮进 口直径D ，叶片进 口直径D ，叶轮 出 I：1直径D，，叶片进 口宽度b.和叶片 出IZl宽度b，。

根据两相流体模型，以叶轮内的固液两相流体的水力损失最小为原则，考虑到临界沉降速度并且在离心力和绕流阻力的作用下叶轮中的固相和水流具有不同的速度，固相颗粒在叶轮的进口容易堆积堵塞，水流速度相对更大，而固相颗粒在叶轮出 口处对水流产生抽吸，固相颗粒的速度相对更大。根据以上原理进行-系列的数学推导可以得到如下设计参数，叶轮轴面投影如图2所示。

D O.070 m ，D.0.066 m，D，0.200 m，bl0.037 m ，b20.032 m。

1.2压出室的设计压 出室设计 的合理与否对渣浆泵的性能具 有很大 影响 ，为了保证设 计出的离心式渣 浆泵具有 较高 的效 率和 良好 耐磨性 ，本 文选 择 涡室 断面 为矩 形 的螺旋 形 压 出室 。其主要的设计参数包括基圆直径D ，进口宽度b ，隔舌芭角 e，涡室第VIII断面面积F其中D -般取D，的1.05～1.2O倍 ，具体取值与渣浆泵的大小有关 ，0-般取30。～50。之间 的角度。根据经验 以及数学推导 ，可得 如下设计参数 ：D 3 0.220 m ，b30.076 m ，e 45。，F 尸 3.762×10-0m2。

2 结构设计本文设计的离心式渣浆泵选择卧式单级悬臂 模式 ，其主要部 件包括泵头 、轴 封、传动部 件组成 。

本 文渣浆泵的泵头 由泵盖 、泵体 、叶轮和护板四部分组成。采用双 泵壳结构 ，用泵盖和泵 体共同 构成渣浆泵 的外壳 ，为了保证外壳 强度和便 于加工 ，可以选用球墨铸铁材料 制作外 壳 ；内壳 由前后护板和护 套组成 ，护套即为上 文所设计 的压 出室 ，为了提高 甭的水利和耐 磨性 能 ，可以选用碳化硅制作 内壳 。叶轮 同样选择 碳化硅作为制作材料 ，叶轮前 盘和前护板 之间采用斜面密封 。

本文渣浆泵采用填料密封的方式进行轴封，水封压力要达到22m水柱，并且注意轴封①基金项 目：本文 由浙江水利 水电学院校级基金提供 资助 ，项 目编号 ：xk009-12。

传 动 部件 可 以 采用 滚 筒式 脂润 滑 托架，并保证轴承能够在托架上沿轴向运动 ，轴承两端进行迷宫密封。

3 结语采用以上方法设计得 到的离心式 渣浆泵能够有效减轻泵中抽送的固液混合物料对过流部件的磨损，从而提高了渣浆泵的寿命和工作效率 ，并且轴封的设计对密封性提供了良好的保障，保证了渣浆泵可以稳 定可靠运行 。

同时也可以看出利用两相流理论进行离心式渣浆泵的设计更符合渣浆泵 的工作特 点 ，设计 出的 渣浆泵具 有更 广阔的应 用空 间。然而，在高浓度、粗颗粒 、高硬 度的固液混合物流下的渣浆泵设计还有待进-步加 强研 究 。另外 ，随 着计 算机技术的发展 ，渣浆泵的计算机辅助化设计也是研究方向之- ，对未来高性 能、强耐磨耐腐蚀 的渣浆泵的开 发设计开辟 了- 条新 的道路 。