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离心式渣浆泵主要用于输送含有不同固相颗粒浓度的液体介质,广泛应用在矿山、煤炭、电力以及化工等行业。由于液体中掺入固相介质,流体与机械部件的相互作用变得非常复杂,叶轮作为关键部件往往因为磨损过快导致结构完整性丧失,使得离心泵的性能和工作寿命降低。对离心式渣浆泵叶轮抗磨损性能的研究具有重要的工程应用价值。 本文以离心式渣浆泵作为研究对象,分析在输送电厂灰渣过程中的整机性能和叶轮磨损特性。首先,本文基于Ansys CFX对渣浆泵模型进行三维非定常数值模拟,结合叶轮实际磨损形貌解释叶轮进口区域、叶片、盖板和背叶片等过流部位的磨损原因。然后,分析当输送介质参数(流量、颗粒粒径和颗粒密度)发生改变时,提取流场中的上述物理量并定量计算叶片的滑动磨损强度和冲击磨损强度。最后,分析当叶片出口角、叶片包角、叶片数以及盖板背叶片线型变化时,定量计算叶片的滑动磨损强度和冲击磨损强度,同时研究背叶片腔体内的漩涡分布情况。 对叶轮的磨损分析表明,背叶片及盖板磨损是由于高硬度强磨蚀性的固相颗粒在较强漩涡流动作用下对背叶片和盖板的外缘部位产生冲刷和耕犁而造成的;叶轮叶片磨损是由于固相颗粒在壁面滑动和冲击过程中的冲蚀磨损造成的。结构优化表明,将背叶片线型优化为前弯型,能显著降低磨损区域的涡量强度,但是需要平均牺牲3.25%和0.86%的扬程和效率作为代价;在研究范围内叶片选择较大出口角、较小包角和较多叶片数的设计,可以改善叶片表面的抗磨能力。本文为渣浆泵叶轮抗磨蚀性能的设计提供参考依据。