[发明专利]一种提高使用寿命的耐用型泥泵的设计实现方法

说明书

本发明提供一种提高使用寿命的耐用型泥泵的设计实现方法，属于泥泵设计技术领域。本发明在泥泵原有设计基础上对应力集中和磨损严重的位置进行合理的加厚来提高泥泵的使用寿命；主要包括蜗壳和叶轮局部区域的加厚，其中蜗壳的加厚主要通过对磨损严重的隔舌和蜗壳轴断面的加厚来进行，根据隔舌和各个轴断面磨损的严重程度，调整各个断面壁厚的大小；叶轮的加厚在叶片的吸力面上，主要对叶片吸力面靠近进出口边附近进行加厚，该区域也是磨损和应力集中的区域。通过改变壁厚设计出来的泥泵具有较长的使用寿命，可以避免因局部位置出现磨穿或断裂现象而导致泥泵无法正常工作的现象。

技术领域

本发明属于泥泵设计领域，涉及一种提高使用寿命的耐用型泥泵的设计实现方法，针对泥泵内各部件失效的特点来进行局部加厚。

背景技术

泥泵是疏浚工程中的关键一环，泥泵的疏浚物中成分复杂多样，有的包含了粒径较大的砾石或尖锐的岩石块，这些疏浚物在和泥泵碰撞的过程中会对泥泵产生严重破坏；有的为粘土夹砂或粘土夹砾石，容易快速磨损泥泵；有的为中粗砂，容易造成泥泵磨损。根据泥沙在泵内的流动情况，可以发现泥泵内的磨损是非均匀的，会在局部区域极为严重。同时，由于泥泵工作时内部压力分布不均，泥泵各部位的受力不同，局部区域会产生应力集中现象。而这些磨损严重区域和应力集中的区域的寿命就是泥泵的使用寿命。

目前，泥泵的设计均采用相同壁厚的设计方法，当泥泵局部区域出现失效破坏时，虽然其他大部分区域仍然能满足使用要求，但也只能更换泥泵失效的部件，尤其当叶轮或蜗壳出现失效破坏时，更换这些部件会是一件极其繁杂的事，这将导致极大的经济损失和工期延长。目前，通过使用更好的材料和增加泥泵的整体壁厚来延长使用寿命是主要的方法，但该方法经济效益低，成本高。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术的不足，提供一种提高使用寿命的耐用型泥泵的设计实现方法，以提高泥泵易磨损区域和应力集中区域的寿命。

为了实现上述目标，本发明提供了如下技术方案：

通过Euler-Lagrange方程对泥泵内的固液两相流进行有限元计算，在此基础上加入finnie冲蚀方程可以得到泥泵内的磨损情况，发现蜗壳(泥泵壳体)磨损较为严重的区域是在隔舌、蜗壳底部和两侧区域，而顶部和蜗壳出口区域的磨损较少，这是因为泥沙在重力作用的影响下对蜗壳底部和斜下方区域的冲击较多，对蜗壳顶部的冲击较少，而隔舌的磨损是因为泥沙在流出蜗壳前，必然会有大量泥沙冲击隔舌；而泥沙在蜗壳内逐渐扩压，流速降低，在蜗壳出口位置的流速较低，该区域的磨损也较少。

对蜗壳壳体的设计是在蜗壳水力设计的基础上进行的，在蜗壳水力设计的平面图上，将蜗壳以基圆圆心为轴心分为数个轴断面，根据蜗壳内磨损的情况，对各轴断面的壁厚采用非均匀加厚的设计方法，由于隔舌的磨损最为严重，蜗壳底部和两侧区域的磨损较为严重，而蜗壳出口部分和蜗壳顶部磨损较少，因此设计为隔舌的壁厚最大，而蜗壳出口部分和顶部区域的厚度采用基本厚度即可。

按照上述方式对各轴断面和隔舌进行加厚，将加厚度后的位置在蜗壳平面图上点出，然后光滑连接所得点，这样就得到蜗壳外壁面。

进一步，通过Euler-Lagrange方程对泥泵内的固液两相流进行有限元计算，在此基础上加入finnie冲蚀方程，可以得到泥泵内各水力部件的应力情况和泥泵磨损情况，可以发现叶轮上应力集中的区域为叶片的进口边和前后盖板连接处，而叶轮上磨损较为严重的区域为叶片进口边和出口边，泥沙在进入叶轮后会首先对进口边进行冲击，泥沙在叶轮内流速逐渐增加，当流出叶轮时，会对叶片出口边进行冲击，这些原因导致叶片进口和出口部分会被磨穿，大幅降低泥泵效率，因此本发明对叶片进口和出口部分进行加厚处理。

对叶轮加厚的区域是在叶片吸力面上，仅在进出口20％左右的位置加厚，这样对泥泵的输送性能影响较小且能够大幅度提高叶轮的使用寿命。