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安徽渣浆泵叶片式叶轮对浆液浓度的影响

文章作者:河北富津泵业点击次数:-更新时间:2020-07-31 09:02:13

 渣浆泵作为固体物料水力输送的动力源,广泛应用在冶金、采矿、水利和轻工等部门。由于输送的介质为固液混合物,其所面临的问题也是比较突出的,诸如效率较低,磨蚀严重等。叶轮是固液两相流离心泵内磨损最严重的零件,而叶轮出口处又是叶轮中磨损最严重位置之一,磨损后的出口端部极薄,呈锯齿状。叶片工作面与后盖板相交的棱角处有很深的条形沟纹。叶片非工作面上有凹凸不平的麻坑,但相对工作面磨痕较浅。叶片人口附近有带形凹坑,个别凹坑很深甚至使后盖板洞穿而导致叶轮失效。叶轮前后盖板内表面有颗粒滑痕,除靠近叶片工作面位置外,磨损较轻;外表面光滑、有均匀磨损痕迹。
    近十几年来,国内外多名学者投入了大量精力进行离心泵叶轮磨损的研究,但他们基本上都是通过固体颗粒在叶轮中运动轨迹的分析和用数值分析的方法来研究叶轮的磨损。实际上,不管渣浆浓度的高低,离心泵叶轮内的流场对颗粒分布和轨迹具有决定性意义。
    探求渣浆颗粒在离心叶轮内部的运动和分布规律,是泵内固液两相流动研究和渣浆泵叶轮设计理论研究的基础。研究两相流动的运动轨迹、运动规律、固相浓度的分布、液相压力的分布,对渣浆泵叶轮的合理设计,提高效率,减轻磨蚀有着关键的指导意义。近些年来,随着计算机技术的不断发展,计算流体力学(CFD)正在越来越多地被用来进行泵内部流场的数值分析。其中,对于湍流二相流的研究一直是工程中的重要研究课题。近些年来也提出了很多多相流模型,推动了多相流的快速发展。
    笔者通过商业软件FLUENT的使用,希望能够通过FLUENT所具有的多相流模型来尝试比较精确地模拟渣浆泵中的固液两相流的流动规律,以便能够比较精确地获得渣浆泵叶轮内部固体颗粒相的浓度分布。因为在渣浆泵的叶轮磨损中,除了汽蚀所造成的影响,固体颗粒对渣浆泵叶轮的磨损是造成泵的水力效率低下,使用寿命较短的主要原因。因而,如果能够通过数值模拟的方法获得比较精确的浓度分布,就可以大致了解叶轮磨损的主要区域,以便在今后的叶轮设计中加以改进。
    对于固液两相流动的数值模拟,目前通常采用两种方法,即Euler和Lagrange方法。第一类是把颗粒看成是拟流体,认为颗粒与流体是共同存在且相互渗透的连续介质,两相同在Euler坐标下处理,即为连续流体模型。第二类方法是把流体当作连续介质,把颗粒当作是离散体系,在Euler坐标下考察流体相运动,在Lagrange坐标下研究颗粒群的运动,即为颗粒轨道模型。笔者通过采用近些年来发展起来的以颗粒碰撞理论为基础的颗粒动力学双流体模型,来对于颗粒浓度较高的渣浆泵的叶轮内部流动进行数值模拟,以期研究其内部的流动规律。

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产生腐蚀的原因

(1)化学腐蚀  

化学腐蚀是指由于金属间电极电位的差异,使得异类金属的接触表面形成 从而使金属产生腐蚀的化学过程。

渣浆泵防止化学腐蚀的措施,是渣浆泵的流道最好采用相同的金属材料;例如将小件的易损件用低电位金属制成,作为阳极,将大件的重要零件用高电位金属制成,作为阴极,阳极金属将先腐蚀,保护了阴极金属。

(2)均匀腐蚀

均匀腐蚀指腐蚀性液体接触渣浆泵金属表面时,整个金属表面发生均匀的化学腐蚀。这是腐蚀型式中最常见的型式,同时也是危害性最小的一种腐蚀型式。

防止均匀腐蚀的措施是:采取合适的材料(包括非金属),在渣浆泵设计时考虑足够的腐蚀量。

(3)局间腐蚀

 局间腐蚀是一种局部腐蚀,主要是指不锈钢晶粒之间析出碳化铬的现象。局间腐蚀对不锈钢材料例如不锈钢潜水渣浆泵或者不锈钢自吸泵的腐蚀性极大。发生局间腐蚀的材料,其强度及塑性几乎完全丧失。

 渣浆泵防止局间腐蚀的措施是:对不锈钢进行退火处理,或采用超低碳不锈钢(C<0.03%)。

(4)局部腐蚀

局部腐蚀。由于金属局部破坏引起金属表面某局部区域迅速形成半球形的凹坑,这一现象称为局部腐蚀。点腐蚀主要由Cl引起。

 渣浆泵防止局部腐蚀可采用含M0钢(通常为2.5%Mo),并且随着Cl一含量和温度的上升,M0含量也应相应增加。

(5)缝隙腐蚀

渣浆泵缝隙腐蚀指缝隙中充满腐蚀性液体后,由于缝隙中含氧量下降和(或)pH值降低导致金属局部破坏而引起的腐蚀。不锈钢在CL-溶液中经常发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀和局部腐蚀在形成机理上很相似。二者均是由Cl的作用局部破坏而引起的。随着Cl含量的增加及温度的上升,缝隙腐蚀发生的可能性增大。

采用Cr、M0含量高的金属可防止或降低缝隙腐蚀发生。

渣浆泵抗缝隙腐蚀性能由差至好的顺序如下:12%Cr钢<17%Cr钢<奥氏体不锈钢<奥氏体316不锈钢。

(6)磨损腐蚀

指渣浆泵高速流体对金属表面的一种冲刷腐蚀。流体冲刷磨损腐蚀不同于介质中含有固体颗粒时引起的磨蚀。不同材料抗磨损腐蚀性能也不同。抗磨损腐蚀性能由差至好依次是:铁素体Cr钢<奥氏体一铁素体钢<奥氏体钢。

(7)汽蚀腐蚀

渣浆泵发生汽蚀时引起的腐蚀称汽蚀腐蚀。防止汽蚀腐蚀的最实用、简便的方法是防止发生汽蚀。对于操作时经常会发生汽蚀的渣浆泵,为避免汽蚀腐蚀,可使用耐汽蚀材料,如硬质合金、磷青铜、奥氏体不锈钢、12%铬钢等或者采用气动渣浆泵泵或者其他化工泵类产品可以避免汽蚀现象的出现。