基于CFD-DEM方法的矿浆泵磨损特性研究

基于CFD-DEM耦合的方法,同时结合Archard磨损模型,对小流量矿浆泵在不同流量、不同颗粒粒径等工况下进行数值模拟,分析了泵内颗粒运动规律、颗粒在不同流域的分布情况以及颗粒与泵过流部件的碰撞规律,研究了矿浆泵内过流部件尤其是蜗壳的磨损特性。结果显示,蜗壳存在一定堵塞,蜗壳靠近隔舌段颗粒形成低速堵塞区,蜗壳的磨损主要集中在上半部分及隔舌附近的位置;随着流量增大,颗粒速度增大,颗粒与壁面碰撞时动能增大,矿浆泵体磨损情况增强;小粒径颗粒工况下磨损情况更严重。

深海采矿矿浆泵内颗粒流动规律的数值模拟

针对深海采矿输送系统中矿浆泵易磨损等问题,采用RNGκ-ε湍流模型求解矿浆泵内的清水流场,并与试验结果进行对比验证模拟结果的准确性;在此基础上运用离散相模型模拟颗粒流动轨迹,研究转速、流量和颗粒粒径对矿浆泵冲蚀磨损特性的影响。研究结果表明:转速越高,颗粒与过流部件壁面发生冲击的概率增大,冲击速度大幅度升高,加剧过流部件磨损;流量越大,颗粒冲击叶片压力面的位置逐渐移向叶片头部,冲击角度随之增大,颗粒出流角越大,易与导叶吸力面头部发生冲击,流动愈紊乱;小粒径颗粒未与叶轮发生冲击,但冲击空间导叶的速度较大,对空间导叶的磨损较叶轮更严重;大粒径颗粒对叶轮和空间导叶的磨损程度差别不大,更符合等寿命设计原则。

深海采矿矿浆泵的设计方法研究

针对深海采矿矿浆泵尚无成熟的设计方法，基于垂直管道水力输送理论，文章提出了矿浆泵设计参数的理论公式，并对不同工作水深及矿石体积分数下的输送系统进行了分析；采用数值模拟方法分析了几何参数对泵性能的影响。分析结果表明：将体积分数为5％～10％的多金属结核从1000 m和6000 m海底提升至海面所需泵的扬程分别为78．04～130．05 m和440．63～735．17 m ，考虑装备制造的技术能力，矿石体积分数宜控制在8％以下；叶轮叶片数推荐值为4～5，以满足扬程和效率的要求；适当增大叶片进口角可改善泵的抗气蚀性能。最后，通过试验验证了数值分析方法的准确性。

高铬铸铁铝矿浆泵泵壳腐蚀磨损失效分析

用扫描电镜等方法对高铬铸铁铝矿浆泵泵壳进行了腐蚀磨损失效分析。结果表明 ,失效原因是强碱腐蚀与高角度冲蚀磨损的综合作用 。

深海采矿矿浆泵内转速对固液两相流影响分析

为分析转速对深海采矿矿浆泵固液两相流的影响,文章采用RNGκ-ε湍流模型,运用Fluent软件对矿浆泵内固液两相流进行了数值模拟;比较了不同的转速对矿浆泵内压力分布、颗粒体积分数分布以及工作性能的影响;最后,矿浆泵在多种转速下进行试验,结果验证了数值模拟方法的准确性。研究结果表明:转速越大,叶轮对混合流体做功的有效性越好,混合浆体总压呈现大幅度上升,扬程也越大;不同转速工况下,平均颗粒体积分数值在叶片吸力面与压力面上的差异不大,说明叶片吸力面与压力面的磨损程度差异不大,并且导叶表面颗粒体积分数分布受转速的影响较轻。

深海采矿矿浆泵固液两相流数值计算及分析

在深海采矿的矿浆泵结构优化设计问题的研究中,针对大洋多金属结核采矿系统中矿浆泵易磨损等问题,基于欧拉-欧拉理论模型,采用SMPLEC算法及RNGκ-ε湍流模型,对矿浆泵首级叶轮及空间导叶内固液两相流进行数值计算及分析,研究颗粒粒径及颗粒体积分数对矿浆泵内颗粒流动规律及磨损特性的影响。结果表明:颗粒粒径越大,颗粒逐渐向叶片压力面出口处聚集,与导叶吸力面发生冲击的位置逐渐移向导叶头部,颗粒与叶片压力面及导叶压力面发生冲击的速度及角度也越大,降低矿浆泵的抗冲蚀磨损能力;颗粒体积分数越高,颗粒有向叶片压力面进口处及导叶吸力面进口处聚集的趋势,空间导叶流道内颗粒流动愈加絮乱。上述研究为优化矿浆泵高层设计提供依据。

全自动水隔离矿浆泵控制系统

水隔离矿浆泵是用于矿浆管道输送的加压设备,广泛应用于尾矿管道输送领域。控制系统是该设备的核心技术,对其各项性能指标有重要影响。介绍了水隔离矿浆泵的组成及其工作原理,分析了全自动水隔离矿浆泵控制系统的硬件组成。基于理论分析并结合实践经验研究了该控制系统有关控制功能的实现机理,并阐述了其实现方法。经现场使用表明,该控制系统控制稳定、准确、快速,设备运行状态指示清晰,提高了设备的使用寿命,减少了水耗,降低了操作者的劳动强度。

基于结构化网格的两级矿浆泵数值模拟分析

为了研究深海采矿两级矿浆泵泵内固液流体流动规律及工作性能,采用计算流体动力学软件CFD对两级矿浆泵泵内的固液两相湍流进行了数值模拟和性能预测.阐述了矿浆泵计算流道区域的拓扑块划分方法和结构化网格生成方法;采用RNGκ-ε湍流模型和多参考坐标系,进行全三维流场数值模拟,分析了矿浆泵内流场的压力分布、流速分布和湍动能分布,进而计算出不同颗粒属性的泵的特性曲线.研究表明,颗粒属性对矿浆泵工作性能有重要影响,在颗粒体积分数相同的条件下,泵的扬程和效率均随颗粒粒径的减小而增大.颗粒的体积分数适宜控制在5%~10%左右.

矿浆泵内转速对固液流体速度矢量分布的影响分析

为了研究转速对深海采矿矿浆泵内部流动特性及对工作性能的影响,应用欧拉模型,RNGκ-ε(Renormalization-groupκ-ε)湍流模型及SIMPLEC算法,对矿浆泵叶轮及空间导叶内固液两相流场进行数值模拟,研究叶轮叶片和导叶叶片的绝对速度分布及外特性的影响。结果表明:随着转速n的增大,叶轮流道区域内的边界层更易分离,过流能力减弱,在叶轮出口处,射流-尾迹结构越强,水力损失越严重。空间导叶流道进口处的冲击更加猛烈,此区域流动愈加混乱,在导叶压力面进口处出现了范围更大的二次流。但随着转速n的增大,混合流体在导叶吸力面进口处的流动分离被抑制了,增大了过流能力,减弱了水力损失。

浆体流量对矿浆泵空化特性的影响

为分析浆体流量对深海采矿矿浆泵空化特性的影响,建立了两级矿浆泵三维流场模型.基于欧拉多相流模型、Schnerr-Sauer空化模型、RNGk-ε湍流模型,利用计算流体力学理论和Fluent软件对矿浆泵进行数值计算.设置矿石颗粒直径d为20mm,浆体中颗粒体积分数CV为8%,矿浆泵转速n为1450r/min,在该工况下研究矿浆泵输送不同浆体流量时泵的空化特性,比较不同空化特性下矿浆泵内压力分布、气相分布及工作性能的不同,并进行试验对比验证,为矿浆泵空化特性提供理论依据.研究结果表明:深海采矿矿浆泵首级叶轮前端呈现明显的低压区,且该低压区域的面积随着流量的增大而减小;气相体积分数分布区域与低压区呈现类似的规律;空化发生区域出现了速度旋涡现象,增大了流场的不稳定性;随着流量的增加,空化余量增大,空化现象不明显,对矿浆泵扬程的影响也越小.

固相粒径对深海采矿矿浆泵空化特性影响的规律

针对深海采矿矿浆泵空化现象,研究固相粒径对其空化特性的影响。根据空化核子理论、质能方程建立气液两相之间的质量转换方程,运用Fluent软件和Singhal et al的空化模型对在不同固相颗粒粒径工况下的深海采矿矿浆泵进行稳态全流道空化仿真研究。分析叶轮叶片背面压力和气相体积分布规律,对不同区间气相体积分数进行统计,计算出不同颗粒粒径下泵的空化余量和扬程。研究结果表明:随着固相颗粒的增大,叶轮叶片背面入口处的低压区面积逐渐扩展,泵的空化现象趋于严重,扬程下降。当粒径为25 mm时空化余量陡降至最低1.11m,空泡分布广泛,部分区域体积分数高达0.9;粒径从10 mm到25 mm的过程中扬程下降了8.67 m;继续增大粒径,泵的空化性能有所提升,空化余量稳定在3.5 m,但泵的扬程在空化和颗粒磨损共同作用下继续下降至65.3 m。

水隔离矿浆泵智能可视化监控系统硬件的开发

水隔离矿浆泵是一种控制功能较为复杂的浆体输送设备,为了使水隔离矿浆泵的工作性能达到最佳和方便用户的使用,开发了水隔离矿浆泵智能可视化监控系统。文中简要介绍了水隔离矿浆泵的控制特点和工作原理,详细阐述了智能可视化监控系统主要硬件的开发设计。

深海开采矿浆泵水力管道提升理论与设计

水力管道提升系统是联系海底采矿车和水面采矿船的中间环节和海底矿石运输通道。本文对矿浆泵水力提升系统的关键技术和关键装备进行研究,提出了粗颗粒海底矿石浆体在提升管道中的流动模型和理论,并提出了具有通过粗颗粒、高扬程、轴向流、能回流特性的矿浆泵的高比转数混流泵型和技术以及矿浆泵放大流量、等功率设计理论,得到了试验室矿浆试验、海底矿石提升海上试验的验证,应用这些理论和技术对海洋矿产资源商业开采矿浆泵水力提升系统进行了改进。

水隔离矿浆泵在有色金属矿山的应用研究与实践

在有色金属矿山中,由于环保的需要和资源再利用的要求,其选矿厂产生的尾矿堆放地点越来越远,再利用传统的低扬程多级泵站输送,显然是越来越困难。本文对节能型、高扬程水隔离矿浆泵在生产现场的应用状况及其经济效益与社会效益做了分析对比,并针对不同矿山、不同地形及同一选矿厂不同流量、压力如何配置水隔离矿浆泵做了介绍。

颗粒粒径对深海采矿矿浆泵性能的影响

为掌握矿浆泵内部颗粒的运动规律,考虑颗粒的体积效应和相内碰撞效应,应用CFD-DEM耦合算法,对扬矿模型泵内的粗颗粒-海水两相流实施了双向耦合非定常流动计算,分析了不同粒径的颗粒在矿浆泵内的空间分布和运动特征。研究结果表明:采用两相耦合的求解方式可以较好地模拟矿浆泵内的两相流场特性;流动域内颗粒浓度略高于管线平均值,叶轮和导叶内颗粒与流体呈现明显的分层运动,小颗粒获取的能量高于大颗粒,颗粒的存在增加了局部漩涡和相内损耗。计算结果与试验结果吻合较好,证明本文计算方法有效,研究结论可为深海矿浆泵的高效无堵塞设计和分析提供理论支撑。

矿浆泵叶轮磨损数值模拟及陶瓷防护研究

为了解决矿浆泵叶轮磨损腐蚀导致的矿浆泵寿命短、可靠性较差等缺陷。本文通过Fluent软件对矿浆泵叶轮进行了磨损特性的数值分析。模拟得到主要磨损区为叶片进出口压力面,与实际磨损情况基本一致。结合陶瓷涂层耐磨耐腐的特点,采用冷喷涂的方法制备了高铬铸铁基体AT13陶瓷涂层表面试样。测试结果表明:涂层显微硬度高达1 020 HV;磨损试验测得涂层试样损失质量仅为5.1 mg;X射线衍射分析出涂层与基体结合良好;平均孔隙率为1.25%。涂层试样的表面硬度和耐磨性远高于高铬铸铁,涂层质量较好,该涂层工艺可以为矿浆泵叶轮防护提供技术参考。

深海矿产矿浆泵矿石颗粒回流性能

针对深海采矿矿浆泵回流较差的问题,本文使用计算流体力学-离散元方法(CFD-DEM)方法,计算球形颗粒在某型矿浆泵单级和两级叶轮导叶内的回流,混合粒径颗粒回流以及非球形颗粒的回流情况。颗粒群在单级叶轮导叶回流时,由于不同导叶叶片与叶轮叶片之间的相对位置差异,不同导叶流道内颗粒群的回流情况不同;颗粒群的回流情况与叶轮导叶的形状有关,高比转速小包角叶片的设计更有利于颗粒回流。颗粒群在两级叶轮导叶内回流时,次级叶轮导叶内颗粒流动情况与单级基本相同,但首级不同导叶流道内的颗粒分布既受到首级叶轮导叶叶片相对位置的影响,还与首级导叶叶片和次级叶轮叶片的相对位置有关。混合粒径颗粒群的回流能力要弱于单一粒径,不同粒径颗粒在不同级叶轮导叶内通过时间也有所差异。相对于球形颗粒,非球形颗粒回流性能要差很多,增大了可回流矿浆泵的设计难度。

水隔离矿浆泵在我厂的应用

水隔离矿浆泵是目前高浓度浆体长距离管道输送较为理想的新型输送设备,在我矿选厂尾矿输送中的应用表明,该泵优于离心胶泵和油隔离矿浆泵,仅节电一项,年总电耗分别下降约394万度和9万度。

峨口铁矿尾矿输送采用水隔离矿浆泵的实践

峨口铁矿在尾矿输送中采用水隔离矿浆泵 ,输送矿浆稳定、均匀 ,扬程高 ,流量大 ,效率高 ,自动化程度高 ,操作方便 ,大大降低了生产成本 ,在生产中发挥着重要的作用。