离心式渣浆泵的摩擦磨损机理与有限元分析

论文摘要

离心式渣浆泵在现代工业中应用极为广泛，本文所指的离心式渣浆泵主要是指输送的介质中含有固体颗粒的固液两相混合物的泵，由于泵所输送的介质中往往含有大量的酸性或碱性介质和硬质颗粒。泵在工作过程当中，其具有酸碱性的介质对泵的过流件有强烈的腐蚀作用，而硬质颗粒对泵过流件又有冲刷破坏作用。而所有过流件中磨损最为严重的则为叶轮。论文主要基于笔者在江西耐普集团、江西铜业集团德兴铜矿大山选矿厂实习期间对渣浆泵在实际工作中摩擦磨损以及失效的具体情况进行研究分析。本文首先介绍了离心式渣浆泵的工作原理以及其主要构件的工作特点，然后结合渣浆泵的磨损机理，从浆体性质、粒子粒径、硬度、形状与密度、固体颗粒在流道内的运动轨迹、运行工况以及叶轮材质等方面对渣浆泵的磨损影响以及影响规律进行了系统的研究分析。研究指出：当渣浆泵输送颗粒粒径较小或密度较小的两相流体时，且气蚀发生时，叶片出口处磨损较严重;当渣浆泵输送颗粒粒径较大或密度较大的两相流体时，叶片进口磨损较严重。而后通过分析气蚀各阶段对叶片及泵体的影响，结合近似场势的方程，对离心式渣浆泵叶片设计进行相关参数的优化设计，并用三维软件绘制优化后的立体效果图。最后以优化后的叶片为主体，进行有限元分析，验证优化后各点受力情况，并得出优化后，叶片泵磨损较传统的叶片要小，应力分布也较均匀，可有效提高泵的寿命。最后文章对渣浆泵进行有限元分析时，建立了叶轮的有限元模型，确定了叶轮的应力、应变大小和分布状况，并分别在叶轮空转与工作时对其进行有限元强度分析，结果指出：离心式渣浆泵在工作时最大应力出现在叶轮轮毂与轮体的结合部位和叶片与轮盘结合部位(即叶片根部)。为叶轮的设计提供了理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的目的及意义
• 1.2 渣浆泵的分类
• 1.3 渣浆泵在实际中的运用
• 1.4 国内外渣浆泵的研究及发展的趋势
• 1.4.1 国内渣浆泵的研究
• 1.4.2 国外离心式渣浆泵的研究
• 1.5 课题研究内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 离心式渣桨泵磨损机理和防磨措施
• 2.1 概述
• 2.2 离心式渣浆泵的工作原理及其过流件的特点
• 2.2.1 离心式渣浆泵的工作原理
• 2.2.2 离心式渣浆泵过流件的类型与特点
• 2.3 离心式渣浆泵的磨损理论分析
• 2.3.1 冲蚀磨损
• 2.3.2 影响冲蚀磨损性能的因素
• 2.3.3 气蚀损伤
• 2.3.4 腐蚀磨损
• 2.4 影响渣浆泵磨损的因素以及防磨措施
• 2.4.1 固体颗粒的性质对叶轮磨损的影响
• 2.4.2 固液两相在泵内的运动特性对叶轮磨损的影响
• 2.4.3 材料本身对渣浆泵磨损的影响
• 2.4.4 离心式渣浆泵的防磨措施
• 2.4.5 几种有效减轻离心式渣浆泵磨损的措施
• 2.5 离心式渣浆泵的磨损规律研究
• 2.5.1 叶轮的磨损规律
• 2.5.2 泵体的磨损规律
• 2.5.3 磨损与泵性能之间的变化规律
• 2.6 离心式渣浆泵材料的选择
• 2.7 本章小结
• 第三章 渣浆泵的优化设计
• 3.1 离心式渣浆泵叶轮设计的基本原则
• 3.2 流场的数值分析和第一阶段离心泵叶轮优化设计
• 3.3 空蚀的数值分析方法
• 3.3.1 净吸引压头（泵的净吸压头）和气穴
• 3.3.2 气蚀的产生
• 3.3.3 空化初生 3％的头下降
• 3.4 气蚀损伤
• 3.5 数值方法
• 3.5.1 势流的近似值
• 3.5.2 初始空蚀测定
• 3.5.3 现有的第一级叶轮设计分析
• 3.6 三维数值流场分析
• 3.7 优化后叶轮的性能
• 3.8 本章小结
• 第四章 渣浆泵叶轮的有限元强度分析
• 4.1 有限元软件概述
• 4.2 有限元分析模型的建立
• 4.3 简化约束条件
• 4.4 简化模型的载荷
• 4.5 叶轮应力的分析和数值计算
• 4.5.1 叶轮在空转状态的有限元强度分析
• 4.5.2 叶轮在工作状态的有限元强度分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录