基于固相效应系数的离心式固液两相流泵浆体扬程计算方法研究
固液两相流泵的研究现状和进展
固液两相流泵的研究现状和进展 摘要：本文重点阐述了固液两相流泵的研究现状，从叶轮内部磨损、固体颗粒运动规律、固液两相流动规律和结构优化等几个方面对固液两相泵的研究现状进行了综述，最后提出了展望。 关键词：固液两相流泵研究现状结构优化 1、引言 两相流泵是在工业生产各部门应用广泛的流体机械，在水利、煤炭、矿山、化工、电力、建材、土建、冶金等行业都起着重要的作用。多年来液固两相流泵的设计大多都是按输送清水介质设计的，这样导致了泵的运行效率低，噪声大，局部磨损严重，造成能源和设备的大量浪费[1]。为克服上述缺点，国外在20世纪30年代就把两相流理论运用到渣浆泵的设计中，并取得了很大的成就。 我国对液固两相流泵的研究开始于20世纪70年代末80年代初，直到80年代中期才逐步得到应用。 在流体力学中，将动力学性质相同的一群物质称为一相。据此，一个包含两种以上不同态物质的流动是多相流；有时也把流动中包含的不同尺寸和形状的物质颗粒，当不同的相来处理，例如可以根据具体情况，把同流体一起运动的不同形状、不同尺寸的各种固体颗粒分成许多不同的相。对多相流中的每一相都需要一租力学和热力学的参数来描述，同时还要考虑相间的力学耦合关系，多相流通常是由连续介质与不连续介质组成的流体流。连续介质称为连续相，不连续介质称为分散相。一般碰到的多相流，往往是在连续相中含有分散相的均匀的混合物的两相流动，如固液两相流、气液两相流等[1]。 我们把专门输送多相流体的泵称为多相流泵，特别地把输送两相流体的泵叫两相流泵。这里我们只讨论固液两相流体的问题。 2、研究现状 由于固液两相流动的复杂性和特殊性，所以固液两相流泵在性能、噪声、寿命等方面存在着较大的缺陷。为了克服上述缺点，国内外学者先后通过理论分析，实验研究和数值模拟等方法深入研究固液两相流泵的流动机理，优化泵的设计来提高其效率和寿命，降低噪音。
固液两相流泵机械密封的正确选型与使用
固液两相流泵机械密封的正确选型与使用 由于固液两相流中磨蚀性颗粒介质的存在，采用一般的机械密封常会构成如下5种危害： ①密封端面的加剧磨损。密封面之间因颗粒泄漏进入端面，起着磨料作用，加速了密封面的磨损。 ②介质侧颗粒堵塞。由于颗粒的堆积，架桥，阻碍了弹簧、销和辅助密封封圈的运动，从而导致补偿环的追随性和浮动性下降。 ③大气侧颗粒堵塞。由于常规设计的机械密封，密封面内径和轴（或轴套）之间的间隙较小，泄漏的固体颗粒不能及时排出，易堆积、阻塞，阻碍了辅助密封圈的运动，从而导致密封失败。 ④磨蚀。指密封元件表面由于受到磨蚀性颗粒的作用而产生的局部咬蚀、撕裂。它通常发生在使用较软的钢材或石墨材料时，由于冲洗水或封液的冲击而造成的。在有颗粒介质的情况下，发生得更加严重； ⑤传动元件的磨损。由于传动销这些元件处于颗粒介质中，运动时由于颗粒的研磨作用加剧了元件本身的磨损。 在选型时，应使机械密封产品尽量避免颗粒的作用，不致产生这5种失效，机械密封解决颗粒介质作用的问题有两大途径：一是对机械密封设置一些附加的内部结构或采取辅助措施（如螺旋密封、唇封、封液、冲洗水、水箱或油箱建立液障防止颗粒堆积等），或者外部装置（如旋流固液分离器、磁滤器等），尽量避免上述5种失效出现，维护机械密封良好的工作状态。这种途径对于比较重要的场合，重要的设备可以使用。但对于由于空间受到限制，或者由于辅助设施耗费太高，以及由于有些场合，物料不允许有封液或冲洗水进入产品的情况，就应采取选择设计出一种新型的机械密封结构，能直接用在颗粒介质中，满足生产流程对密封的要求。 为了使机械密封达到密封可靠、寿命长、结构简单、装拆方便、易调节、成本低的目的，具体办法如下： 采用弹簧和辅助密封圈相结合使用。主要优点是：具有较高的弹性，且弹簧不与介质接触，避免了易受颗粒堵塞的问题。
两相流泵介绍
一、概述 LXL 型两相流泵是应用固液两相流动的最新研究成果设计制造的,它突破了杂质泵的 传统设计方法，把泵内固体的运动看成是液体运动的不连续边界条件，由于固体颗粒的存在，不仅使水流的速度场相对于清水发生畸变，而且也使水流的过流通道发生畸变，固液两相由于惯性力的不同，其在泵内的运动速度也始终不同。根据固液两相流体在泵内运动速度场和压力场的畸变规律，求解固液两相的不同速度和运动轨迹，进行泵的流道水力设计，使之符合固液两相流体在泵内的运动规律，得到最佳的能量转换。因此，大大的提高了泵的水力效率和气蚀性能以及泵的使用寿命。其结构先进、运转可靠、适应性强、通用互换性好、维修拆装方便，可广泛应用于冶金、矿山、煤炭、电力、食品、造纸、制糖、建材、交通、水利、和城市排污等部门输送固液两相介质。 泵型号意义说明： LXL—Z———— 三、结构 LXL-Z 型泵主要由泵壳、叶轮、前泵盖、后泵盖、支架轴承室及泵轴等主要零件构成。 1、泵壳为铸铁制成，外形很象蜗牛壳，蜗壳内具有截面逐渐扩大的流道，汇集由叶轮 甩出来的液 体并导向排出管路，使浆液的一部分速度能转变为压力能，为此，它是一个承受液体压力的零部件。 2、叶轮是用铸铁制成的过流零件，输送液体主要靠在泵壳内叶轮的旋转离心作用。为了保证泵的稳定性，在精加工后对叶轮进行动静平衡校验。 3、前泵盖为铸铁制成与进浆管铸成一体，成收缩形流道，与叶轮相应锥形面之间保持着一定间隙，间隙可以靠进浆管与泵壳之间的调整垫进行调整，一般间隙为0.4-0.7mm。进浆口设有手孔用以清除堵塞泵或叶轮处的物料。 4、支架轴承室为铸铁制成，用以安装轴承并对主轴起支承作用。 5、后泵盖为铸铁制成与轴封室铸成一体。 6、泵轴是该泵的主要部件，采用优质碳结钢进行必要的调质处理，增加了足够的钢性， 并且局部 进行硬铬处理，增加足够的耐磨性能。泵轴一端伸进泵壳，用平键和螺母固定叶轮，另一端安装电机联轴器。泵轴支承在支架轴承室内的滚动轴承上，在轴封处装有轴套，防止泵轴的磨损。 四、安装 1、本泵安装尽量靠近贮浆池，进浆管应设在浆池底部最低处，浆管尽可能短。少设置弯头、阀门、三通等附件，尽量减少不应有的管道压力及流量损失，进浆管处的连接应密封好。 2、输浆管道不可直接压在浆泵的吐出口法兰上，以免引起泵的歪斜和造成装卸困难，
固液两相流设计渣浆泵
固液两相流设计渣浆泵 甘肃工业职工大学 秦勇 本文通过固液两相流的动量方程,初步分析了固液两相流的特点,并简单介绍了应用固液两相流设计渣浆泵的有利之处。1 离心泵叶轮中固液两相流分析1.1 固液两相流的动量方程 假设固相由均匀颗粒组成,忽略颗粒之间的作用力:液相作为理想流体处理。由于固液各相的速度场不同,采用两相流体模型,分别建立固液两相流体的动量方用Cv 表示固液两相流体的体积浓度,则在任一体积为V 的两相流体中,液相的体积为(1-Cv )V 。因此液相的动量方程为:D V _f Ds =f f _-△P P f + Fs _(1-Cv )ρf (1)固相和液相在两相流场中同一位置所受压力相同,因此颗粒所受压力亦可用液相类似的方法处理,同时根据动量迭加原理,可得到固相动量方程: (1+C ρf ρs )D V _s Ds -C ρf D s D V _ f Ds =f _s -△P P s +1Cv ρs F _ds (2 ) 式中:V _ f —液相的速度向量ρf —液相的密度fs _—单位质量固体的质量力 Vs _ —固相的速度向量 ρs —固相的密度 Fdf =Fds —单位体积两相流体中固相和液相之间的作用力 C —系数,对于圆球C =1/2 P —固体颗粒单位体积所受压力1.2 研究叶轮中固液两相流体的相对运动,则对于液相有: D W _ f Ds =f f _-△P P f + F d f _(1-Cv )ρf (3)对于固相有: (1+C ρf ρs )D W _s Ds -C ρf D s D W _ f Ds =f s _+△P P s +1Cv ρs F _ds (4) 式中:W _f —液相的相对运动速度 W _ s —固相的相对运动速度 对于(3)(4)二式各项在圆周、径向等方向的分量进行分析可得:固液两相在叶轮流道中流动属于分离流动,即固液两相的速度场是不同的。当固相密度大于液相密度时,固相相对速度及其分量比液相的大,颗粒越粗,它们之间的差值越大:但是固相的绝对速度圆周分量小于液相。沙里亚用高速摄影机拍摄了直径为7.4mm 的钢球和直径7.5mm 的铝球在叶轮水流的运动,分别考察了在1.29Qn 、Qn 、0.53Qn 等工况,得出无论是小流量、额定流量还是大流量均符合这一规律。2 两相流设计的渣浆泵的特点2.1 效率高 由于渣浆泵的自由通过直径加大,叶片数减小,同时内部间隙加大,加上固体的撞击和磨损,摩擦系数加大,机械效率和容积效率必然下降。通常容积效率和机械效率变化范围不大,占的比重也比较小,所以水力效率的变化是主要的,直接影响泵的效率。但是按照两相流设计的渣浆泵的叶型和流道是按照水流的真正速度场设计的,能够最有效地转换能量,而且在一定条件下,水力效率不仅不会下降,反而会有所上升。使渣浆泵输送介质的效率在很大范围内都高于清水。当然如果固体的浓度很高,流量百分比很大,绕流阻力损失占的比重加大,就不一定仍然高于清水,但是实验结果表明,当矿物浆的重量浓度达到50%左右的时候,效率仍然高于清水的效率。2.2 使用寿命长 按两相流设计可以有效地转换能量,减轻磨蚀。从汽蚀破坏的角度来看,两相流设计泵的叶型和流道是按两相流中水流的速度场进行计算的,其压力场也是可以控制的。因此按两相流设计的渣浆泵在实际变工况运行中,很少会发生两相流汽蚀破坏,而是越磨越光,没有出现鱼鳞状或蜂窝状的破坏形式。 从两相流运动方程可以看出,如(下转第17页)
固液两相流的研究现状及进展
固液两相流的研究现状及进展 摘要：本文主要写了固液两相流泵在国内的研究现状以及分别从内特性、外特性两方面对国内固液两相流泵的研究进展进行分析。文中还给出了对固液两相流动中的最佳流动模式进行了探讨及固液两相流泵常用研究方法的分析。 关键词：固液两相流泵数学模型流动模式牛顿流体 1．固液两相流泵在国内的研究背景 我国对液固两相流泵的研究则始于20世纪70年代末80年代初,直到80年代中期以后按两相流理论设计的泵才逐步得到应用。经过几十年的努力,我国两相流泵技术也得到了长足的发展, 国内许多学者应用两相流理论对固液泵进行了水力设计和试验研究, 积累了许多很有价值的经验和数据, 为我国对液固两相流泵的研究开辟了广阔的道路。 2.国内固液两相流泵的研究现状 固液两相流泵的基本概念通常分为两类①杂质泵，包括泥浆泵、砂泵、挖泥泵等，主要用于冶金、矿山开采、电力、煤炭、水泥等行业抽送尾矿、精矿、灰渣、煤泥、水泥等，也可用于江、河、湖、海的挖泥和疏浚。离心式泵约占杂质泵总量的70% 左右，这类泵主要应考虑磨损问题。市场调查发现: 上海主流泵生产企业生产的离心式的固液两相流泵主要是渣浆泵。②无堵塞泵，包括旋流泵、单流道泵、多流道泵、螺旋离心泵和开式或半开式离心泵等，主要用于抽送污水、纸浆、纤维等，这类泵主要考虑的是堵塞问题。
由于固液两相流动的复杂性和特殊性，所以固液两相流泵在性能、噪声、寿命等方面存在着较大的缺陷。为了克服上述缺点，国内外学者先后通过理论分析，实验研究和数值模拟等方法深入研究固液两相流泵的流动机理，优化泵的设计来提高其效率和寿命，降低噪音。 3.固液两相流泵的研究理论 3.1外特性研究 20 世纪30 ～ 60 年代，国外学者研究固液相的性质与外特性关系得出的主要结论是: ①泵的扬程随着浓度的增加而下降; ②泵的 功率随着浓度的增大而增大; ③泵的效率随着浓度的增加而下降;④泵的最高效率点向着小流量区偏移。固液混合物的性质( 浓度、比重、粒径) 对离心泵性能方面的影响。固液混合物按固相比例分为高浓 度和低浓度。由于实际应用和实验大多数是在低浓度下，固体颗粒的质量分数上限为35% ，而对应的体积分数基本在15% 范围内，相当多的文献记载用CFD 方法分析过固相体积浓度为15% 范围内的渣浆 泵的流场。 3.2 内特性研究 固液两相流的内特性研究主要通过以下几个部分来进行： 3.2.1 叶轮内的运动规律 代表性的是B． K．苏波隆运用高速摄影技术研究固体颗粒在叶轮内部运动规律时得出的成果: ①叶道内固体颗粒运动轨迹的特点是: 小颗粒( 1 ～2mm) 大致沿着叶片的工作面运动，大颗粒( 8 ～10mm) 由于离心力作用，运动背离工作面; ②叶轮直径等于310mm，