【正文】 蝸殼的密封采用o型密封圈，方便可靠，所設(shè)計(jì)泵具有效率高、使用壽命長(zhǎng)、重量輕、震動(dòng)小、噪聲低的特點(diǎn)。參考文獻(xiàn)1 李建成. 水力機(jī)械測(cè)試技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社，1982：12—142 關(guān)開元. 用計(jì)算機(jī)處理離心泵性能測(cè)試數(shù)據(jù)的方法和步驟. 水泵技術(shù). 1986, 9（6）:1012 3 任仲岳. 電機(jī)電工微機(jī)測(cè)試. 上海交通大學(xué)出版社，19864 王安生. 離心泵的汽蝕判拒與熱力學(xué)準(zhǔn)則，機(jī)械工業(yè)出版社，19785 王經(jīng)國(guó). 提高離心泵抗汽蝕性能的有效途徑. 機(jī)械工業(yè)出版社，19766 徐朗. 螺旋離心泵的內(nèi)部流動(dòng)和性能研究. 江蘇工學(xué)院博士論文. 1990:367 查森. 離心式和軸流式水泵. 機(jī)械工業(yè)出版社，19618 劉湘文. 離心式泥泵系數(shù)設(shè)計(jì)法. 水泵技術(shù)，1982，1：47—499 黃黔生. 離心式泥泵葉輪的改進(jìn). 水電部第十三工程局，198310 何希杰. 離心式泥漿泵的基本原理與設(shè)計(jì)方法. 雜質(zhì)泵及管道水力輸送學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集. 1989：10—2111 蔡保元. 離心泵的“兩相流”理論及其設(shè)計(jì)理論. 科學(xué)通報(bào). 1983：490—49812 許洪元. 離心式化工流程泵的設(shè)計(jì)理論研究和應(yīng)用. 水力發(fā)電學(xué)報(bào). 1998：70—8513 吳玉林. 雜質(zhì)泵葉輪中固體顆粒運(yùn)動(dòng)規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究. 清華大學(xué)學(xué)報(bào). 1992, 32（5）：50—6014羅先武. 氧化鋁流程泵的高效設(shè)計(jì)和抗磨設(shè)計(jì)分析對(duì)比. 流體機(jī)械，1998, 26（10）：18—2115 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緒論目前固液兩相流離心泵廣泛應(yīng)用于江、河、湖泊的開挖、清於，疏浚等水利工程。98年的特大洪水使全國(guó)各地都把興修水利當(dāng)作一件大事來(lái)抓，而江河湖泊的清於疏浚被大家公認(rèn)為最有效的措施之一，因此固液兩相流離心泵的研究開發(fā)越來(lái)越受到重視。由于江河湖泊的水流中含有大量泥沙，在實(shí)際應(yīng)用中，固液兩相流離心泵的過(guò)流部件都存在嚴(yán)重的磨損，嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)。本文根據(jù)對(duì)離心泵磨損的研究，認(rèn)為顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、速度及分布與泵內(nèi)流場(chǎng)有很大關(guān)系，而這些因素極大地影響了離心泵的磨損，因此有必要深入研究固液兩相流離心泵內(nèi)流場(chǎng)對(duì)磨損的影響。2 專題正文 離心泵磨損情況分析 葉輪是固液兩相流離心泵內(nèi)磨損最嚴(yán)重的零件，而葉輪出口處又是葉輪中磨損最嚴(yán)重位置之一，磨損后的出口端部極薄，呈鋸齒狀。葉片工作面與后蓋板相交棱角處有很深的條形溝紋，這種條形溝在葉片工作面的不同部位深度和寬度不同，一般在葉輪出口附近最深，甚至有可能使葉片或后蓋板洞穿。葉片非工作面上有凹凸不平的麻坑，但相對(duì)工作面磨痕較淺。葉片入口附近有帶形凹坑，個(gè)別凹坑很深甚至使后蓋板洞穿而導(dǎo)致葉輪失效。葉輪前后蓋板內(nèi)表面有顆?；?，除靠近葉片工作面位置外，磨損較輕；外表面光滑、有均勻磨損痕跡。葉輪磨損狀況如圖1。近十幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外多名學(xué)者進(jìn)行了離心泵葉輪磨損進(jìn)行了研究但他們基本上都是通過(guò)對(duì)固體顆粒在葉輪中的運(yùn)動(dòng)軌跡的分析和用數(shù)值分析的方法來(lái)研究葉輪的磨損。 磨損機(jī)理現(xiàn)代的流場(chǎng)分析與流動(dòng)測(cè)試研究表明離心葉輪流道內(nèi)的流動(dòng)基本上是由相對(duì)速度較小的尾流區(qū)和近似于無(wú)粘性的射流區(qū)所組成(圖2)， 射流結(jié)構(gòu)尾流區(qū)緊貼在葉輪的前蓋板和非工作面上，尾流區(qū)愈寬，射流 尾流之間的剪層愈薄，兩者之間的速度梯度愈大，意味著射流 尾流結(jié)構(gòu)愈強(qiáng)，葉輪內(nèi)的損失也就愈大。尾流的形成與發(fā)展是邊界層的發(fā)展、二次流的發(fā)展、流動(dòng)分離和分層效應(yīng)等因素相互影響相互促進(jìn)而形成的。簡(jiǎn)而言之，就是由于葉輪流道內(nèi)的液流受到葉片作功作用不均勻，靠近葉片工作面強(qiáng)而靠近非工作面弱，在逆向壓力梯度作用下，靠近出口處非工作面的邊界層容易產(chǎn)生分離，使液流在邊界層附近產(chǎn)生回流和脫流，形成尾流區(qū)。圖1 葉輪顆粒運(yùn)動(dòng)和磨損情況圖2 離心泵內(nèi)的尾流相對(duì)流線方向的旋渦是由兩個(gè)因素產(chǎn)生：流線曲率和旋轉(zhuǎn)角速度。假定綜合反應(yīng)曲率和旋轉(zhuǎn)的量為Ri，對(duì)工作面上的邊界層而言，Ri0，而對(duì)非工作面上的邊界層，Ri0，也即工作面上的邊界層是不穩(wěn)定的，而非工作面上的邊界層是穩(wěn)定的。由于受到葉輪流道內(nèi)的二次流的影響，工作面不穩(wěn)定邊界層里的低能微團(tuán)就會(huì)通過(guò)前、后蓋板進(jìn)入非工作面上的邊界層，致使非工作面的邊界層越來(lái)越厚，而工作面上的邊界層則很薄，邊界層里的液流速度較低，而邊界層外主流的液流速度較高，這樣就形成了如圖2所示的尾流 射流結(jié)構(gòu)。葉輪中的損失集中在尾流區(qū)，其間只有葉輪通道總流量的一小部分流體穿過(guò)。在尾流區(qū)與射流區(qū)之間，存在著具有一定速度梯度的區(qū)域。速度梯度過(guò)大，會(huì)形成射流 尾流剪切層，由于哥氏力及流線曲率的存在，射流尾流不可混摻。尾流區(qū)的存在是真實(shí)流動(dòng)效應(yīng)的綜合反映，它不僅影響葉輪的效率，而且將大大增加蝸殼內(nèi)的流動(dòng)損失。在徑向與前向葉輪中尤其明顯，而低比轉(zhuǎn)速離心泵的葉輪就是徑向葉輪。射流尾流水力結(jié)構(gòu)一方面消耗了很大的能量，致使揚(yáng)程和效率下降，另一方面使葉片工作面和后蓋板內(nèi)壁的磨損加劇，尤其在靠近葉輪出口兩者的交接處，磨損十分劇烈，常導(dǎo)致固液兩相流離心泵的局部磨損失效。　　離心泵葉輪一般葉片數(shù)較少，不能假定速度沿通道方向線性分布，如葉片上的載荷較大，即使考慮了粘性的影響，從總體上講吸力邊與壓力邊的速度差也會(huì)較大，從而導(dǎo)致通道法向方向上速度梯度較大。葉片數(shù)減少時(shí)，如葉形變化不大，則相對(duì)速度變化不大，若不減小通道寬度，速度梯度的增加分層效應(yīng)增加，因此葉輪葉片的包角應(yīng)加大，即采用大后彎式，以減小通道寬度，增加相對(duì)速度?！　》謱有?yīng)與葉片的吸力邊、壓力邊的速度差有關(guān)，即與葉片上的載荷有關(guān)。欲減小分層效應(yīng)必須減小葉片上的載荷。為了減小流道的磨阻損失及提高抗空蝕性能等因素，經(jīng)常適當(dāng)?shù)販p少葉片數(shù)，但葉片數(shù)減少后，將使葉片上的載荷增加，從而使分層效應(yīng)增加。為了減少分層效應(yīng)，必須加長(zhǎng)流道以減少葉片單位長(zhǎng)度上的載荷，因此葉片數(shù)較少的葉輪，其葉型總是取大后彎的形式，一般葉片數(shù)越少，葉片越長(zhǎng)，并且葉輪通道的當(dāng)量擴(kuò)張角一般小于10176。當(dāng)然，過(guò)分加長(zhǎng)流道將增加流道的壁面磨擦損失，反而不利于效率的提高?！　?duì)于定常運(yùn)動(dòng)的顆粒運(yùn)動(dòng)受力分析可知，在每一顆粒軌跡線上只有一個(gè)特定的運(yùn)動(dòng)速度能滿足平衡方程。相對(duì)于平衡軌跡上的顆粒速度過(guò)大或不足都將引起附加的哥氏力與離心力的指向，比平衡流動(dòng)所要求慢的顆粒，傾向于移向吸力邊，比平衡流動(dòng)所要求的速度快的顆粒傾向于移向壓力邊，這就是所謂的顆粒運(yùn)動(dòng)的分層效應(yīng)。因此對(duì)固液兩相流泵，除了考慮液相的分層效應(yīng)，還應(yīng)考慮固相的分層效應(yīng)?！　膶?shí)際流場(chǎng)來(lái)看，固體顆粒有趨向于葉片工作面的趨勢(shì)，只是對(duì)于質(zhì)量(密度及粒徑)的影響不同，趨向的速度和位置不同。而質(zhì)量的影響與流場(chǎng)有關(guān)，如果射流 尾流結(jié)構(gòu)強(qiáng)，則流場(chǎng)對(duì)顆粒質(zhì)量的影響將較大，當(dāng)設(shè)計(jì)較合理，射流 尾流結(jié)構(gòu)弱時(shí)，流場(chǎng)對(duì)顆粒質(zhì)量的影響將較小?！　★@然，從泵實(shí)際流場(chǎng)分析可知，射流 尾流結(jié)構(gòu)對(duì)顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡具有決定性影響，從而影響泵的磨損。同時(shí)實(shí)際流場(chǎng)分析也很好地解決了上述不同觀點(diǎn)之間的矛盾。觀點(diǎn)1的理論分析沒有考慮到實(shí)際流場(chǎng)的復(fù)雜性，其計(jì)算流場(chǎng)是用有限元計(jì)算的葉輪S1流面的液體速度場(chǎng)，沒有考慮到射流 尾流結(jié)構(gòu)，因此得到的結(jié)果有一定的局限性。但觀點(diǎn)1的試驗(yàn)正是采用小出口角、少葉片數(shù)等有利減弱射流 尾流結(jié)構(gòu)的葉輪，因此，試驗(yàn)與理論較相符。而觀點(diǎn)2的試驗(yàn)采用大出口角、多葉片數(shù)的葉輪，因此其射流 尾流結(jié)構(gòu)較強(qiáng)，對(duì)較大質(zhì)量的固體顆粒，在進(jìn)入葉輪的初期受流*的后期受射流 尾流結(jié)構(gòu)的影響較大，將越來(lái)越趨近工作面。 設(shè)計(jì)方法 固液兩相流離心泵的主要問題是磨損，效率次之。為了提高泵的抗磨性，除考慮材料外，還應(yīng)從實(shí)際流場(chǎng)出發(fā)，對(duì)葉輪進(jìn)行合理設(shè)計(jì)等。固液兩相流離心泵內(nèi)的磨損主要有兩種類型：切削磨損和疲勞磨損。對(duì)切削磨損要求材料硬度高，對(duì)疲勞磨損則要求材料韌性好，因此理想的耐磨材料應(yīng)該是同時(shí)具有很高的硬度和韌性，但實(shí)際中往往是矛盾的。采用國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的Cr15Mo3，這種材料能滿足輸送介質(zhì)要求。 葉片出口角 葉片出口角對(duì)泵的性能影響很大，它不但影響揚(yáng)程，而且對(duì)性能曲線的形狀有影響。其值和固體顆粒粒徑d50、濃度Cw等有關(guān)。根據(jù)顆粒在葉輪中的運(yùn)動(dòng)軌跡分析可知：粒徑大時(shí)，它在葉輪流道內(nèi)流動(dòng)的曲率較大，和葉片工作面接觸相對(duì)較少，出口角可較大，取β2=20176?！?0176。；反之，粒徑小時(shí)應(yīng)認(rèn)小的出口角，β2=15176?！?5176。為了減弱射流 尾流結(jié)構(gòu)，固液兩相流泵亦采用較小的葉片出口角，這樣在較少葉片數(shù)時(shí)可得到較高的揚(yáng)程和穩(wěn)定性，并可盡量減少顆粒碰撞葉片工作面。同時(shí)減少β2可使進(jìn)入壓出室的流體流動(dòng)速度減小，對(duì)降低壓出室水力損失及壓出室的磨損均是有利的。 葉片數(shù)固液兩相流泵大都采用較少的葉片以減少磨損，一般Z=4～，兩者之間有密切聯(lián)系。以前為達(dá)到較高揚(yáng)程一般采用多葉片數(shù)大出口角，這對(duì)固液兩相流泵是很不利的。理論和試驗(yàn)都表明，少葉片數(shù)和小出口角更適合。較少葉片數(shù)可減輕葉輪進(jìn)出口排擠現(xiàn)象，也有利于克服性能曲線的駝峰。 葉片進(jìn)口角度考慮磨損和防堵塞,一般葉片進(jìn)口邊的厚度取稍厚。對(duì)于細(xì)顆粒,β1=18176?！?5176。；對(duì)于輸送磨蝕性較強(qiáng)的介質(zhì)，β1=30176?！?0176。3 結(jié)論1)離心泵內(nèi)流場(chǎng)對(duì)磨損起關(guān)鍵作用，特別是葉輪出口附近的射流—尾流結(jié)構(gòu)是離心泵內(nèi)的局部磨損的重要原因。2)固體顆粒都有趨向于葉輪工作面的趨勢(shì)，采用小葉片出口角β少葉片數(shù)Z和大出口寬度b2的葉輪能減輕泵的磨損。參考文獻(xiàn)1 朱金曦. 葉輪內(nèi)固體顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的分析計(jì)算 .: (3)2 趙振海. 管道內(nèi)固液混合物運(yùn)動(dòng)的基本方程. 水泵技術(shù). 1992: (1)3 許洪元. 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WA摘要通過(guò)有限元分析和實(shí)驗(yàn)的測(cè)量方法與干涉測(cè)量法建立數(shù)學(xué)模型從而研究磨料水射流鉆孔技術(shù)，有限元分析的精確性可以通過(guò)與實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)值進(jìn)行比較。，從而得出二者的一定聯(lián)系，同樣可以和鍍瓷的材料進(jìn)行比較，我們可以發(fā)現(xiàn)有限元模型可以反映出在靜載荷下實(shí)際的負(fù)載狀態(tài)。在數(shù)字化和實(shí)驗(yàn)的技術(shù)相結(jié)合的條件下推定待測(cè)的物質(zhì)與磨料水射流鉆孔時(shí)的漿柱之間的聯(lián)系而得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：莫爾干涉測(cè)量法，有限元建模分析，靜載荷概述磨料水射流加工應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)已有十五年的歷史了，它廣泛應(yīng)用于切割，鉆孔，尤其是對(duì)堅(jiān)硬物料的切割。然而，磨料水射流切割技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，我們對(duì)這方面的了解比較困難。我們只有在理想的狀況下將力學(xué)與水射流技術(shù)聯(lián)系起來(lái)應(yīng)用在加工工藝過(guò)程的研究中才能被應(yīng)用在更為廣泛的經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域中。解決問題的一種方法是利用數(shù)字模擬的分析方法（Kobayashi,1987）,這種方法是被用來(lái)研究脆性金屬受到磨料水射流穿透作用下的受力狀態(tài)（Guo,1998）。Ramulu(1993)利用光測(cè)彈性學(xué)來(lái)分析透明材料從而研究水射流力學(xué)和磨料水射流加工。一種光學(xué)實(shí)驗(yàn)的測(cè)量法，干涉測(cè)量法，被用來(lái)研究陶瓷等易碎材料在水射流沖擊作用下表面的變化。對(duì)樣本在受力狀態(tài)下進(jìn)行有限元分析，并利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)照，二者吻合。這就足有力的證明了實(shí)驗(yàn)與有限元分析的可靠性。這項(xiàng)研究的目的是利用光波干涉來(lái)測(cè)定水射流作用下物體表面的張力，從而建立有限元模型來(lái)分析沖擊的過(guò)程。實(shí)驗(yàn)?zāi)M和有限元模型的建立通過(guò)分析易碎材料受集中力進(jìn)行校核。光學(xué)實(shí)驗(yàn)的建立和過(guò)程磨料水射流系統(tǒng)的研究由高壓泵，多個(gè)噴嘴，捕捉單元，還有提供磨料的漏斗。光波干涉被用來(lái)測(cè)量陶瓷等脆性材料的靜負(fù)荷，光波干涉實(shí)驗(yàn)裝置由許多