绞吸挖泥船用泥泵特性分析

材料及岩石。这就需要对叶轮通道给予更多的关注，以便减少挖泥船因大块石堵塞造成的停工时间。

1、泥泵性能参数的计算

每台泥泵都具有一些物理性能，体现在人们称为的泥泵特性中。泥泵特性给出了泥泵流量（Q）、压头（ΔP）或扬程（H）、效率（η）和功率（P）等之间的关系。因此根据本项目的设计方案，对泥泵提出了以下要求：

挖深：在50%油、水装载状态平均吃水线下，桥架与水平夹角为45°时，最大挖深30.0m，最小挖深10.0m。

排泥距离：标准排距为6000m。

挖掘土质：淤泥、粘土、密实砂质土、砾石、强风化岩以及抗压强度45MPa以内的弱风化岩。

生产率：6000m3/h，在泥泵有效工作时间内计算（挖深30m、排距6000m（其中：船上管线约200m、水上管线600m、水下2000m、陆上管线3200m），排高8.0m，土质：中细砂 D50=0.23mm）。

本船共装3台高效泥泵。一台单壳水下泵，安装于桥架上，两台双壳舱内泵安装于泵舱内。泥泵采用新型高效、高压泥泵。

水下泵由一台变频水下电机通过齿轮箱驱动；舱内泵分别由一台变频电机通过齿轮箱驱动。

2、计算模型建立

针对本项目挖泥泵的性能参数，设计泵的叶轮和蜗壳，其几何模型由进口短管、叶轮、蜗壳组成，如图1所示。

3、网格划分

网格划分是CFD求解技术中解决流动控制方程数值离散的重要步骤，是实现湍流数值模拟的一项关键技术。网格质量直接影响到解析的敛散性和结果的精度。进而对CFD计算的精度和效率有着重要的影响，为获的高质量的网格，将水力模型流道分成3部分，利用GAMBIT软件分别对各部分进行分块网格划分，生产非结构化的四面体网格。

4、湍流模型选择及边界条件

4.1湍流模型选择

数值计算借助CFD软件FLUENT完成，选取标准湍流模型，非耦合隐式方案进行求解。采用有限体积法对控制方程进行空间离散，通过求解离散方程得到三维流场的速度和压力。对控制方程中的源项和扩散项应用二阶中心差分格式，对控制方程中的对流项应用二阶迎风格式，采用SIMPLEC 算法，实现压力和速度变量的分离求解，计算精度均为1x10-5。

4.2边界条件

进口边界条件采用速度进口，由质量守恒定律和无旋假设确定进口轴向速度。出口边界条件采用压力出口。在所有固体壁面上均采用无滑移边界条件和壁面函数法，动静之间的耦合采用多重旋转坐标系隐式方法（MRF）。

5、模拟结果和性能预测

从表2和表3的数据分析结果看，泵的扬程和效率都达到了设计的要求，扬程比设计的高一点是为了留出点设计余量，从理论上保证实型泵的扬程和效率能够达到要求。从图3和图4可看出，泵的扬程曲线变化陡峭，斜率较大，符合挖泥泵的设计要求；效率曲线高效区较宽，且在大流量区效率保持较高水平。泵的扬程和效率符合挖泥泵的流动规律，从而表明基于CFD数值计算的水力优化设计是满足设计要求的。

6、结论

针对项目的设计要求，应用CFD软件对挖泥泵的水力优化设计进行数值计算，通过对扬程、效率的分析，可得出以下几点结论：

（1）通过数值计算和数值模拟分析的比较，证明了目前我公司在挖泥泵性能计算方面的公式符合设计要求，理论计算与模拟分析吻合，避免了设计中的不少缺陷，为客户选型和提供设计方案提供了依据。

（2）当前CFD技术已经能够较真实地反映离心泵内部流场的分布情况，并能对指定工况下泵的扬程、效率、轴功率等性能参数进行比较准确的预测，从而缩短产品设计周期，降低设计成本。

（3）通过对本项目挖泥泵性能的数值模拟分析，该设计方案理论上满足了客户的设计要求。

（作者单位：1.石家庄强大泵业集团有限责任公司；2.河北德林机械有限公司；3.长安大学）

作者简介

第一作者简介：姓名：曾德英，女，1970年7月生，1997年7月毕业于哈尔滨工业大学流体传动及控制专业，学士学位，高级工程师。工作方向，水泵研发、设计.工作单位：石家庄强大泵业集团有限责任公司.

宋亚恩.河北德林机械有限公司.

胡少衡.长安大学.