摘要：本文简要介绍了渣浆泵卸货设备的工作原理和组成、内部流道固液两相流模型研究和设计计算，并结合渣浆泵在打捞工程中的实际应用，对渣浆泵的工程选型、管路匹配进行了理论研究和探索优化。

　　关键词：渣浆泵、固液两相流、选型、管路匹配、“东方日出”

　　引言

　　随着国民经济的持续增长、国内外海运业的迅速发展，各个港口吞吐量持续增长，进、出我国领海的货船也越来越大型化；相应随之而来的是沉船中往往载有大量矿砂、煤粉等散货，因而在现代沉船打捞工程中，清除沉船舱内的矿砂、煤粉等各种大小颗粒散货，减轻沉船水下重量，往往成为第一步需要快速开展的工作。而水下卸货工作的进度与效果，往往对打捞工程的工期、起浮风险等方面有着直接的影响，与整个工程的成败休戚相关。

　　针对“畅通”轮、“东方日出”轮等打捞工程中的卸货和吸砂经验，我们探索将目前广泛应用于煤炭部门水煤浆运输、采矿工业中矿渣输送、水利工程中疏浚作业中的渣浆泵设备进行相应改进引入到打捞工程中的水下卸货和吸砂应用，在“东方日出”轮打捞工程中进行了水下除煤卸货，取得了良好的卸货效果。

　　1.渣浆泵卸货设备系统工作原理和组成

　　渣浆泵卸货设备主要有柴油原动机、渣浆泵总成、输送管路、吸头和高压水搅拌设备组成。柴油机驱动渣浆泵泵轴带动叶轮高速旋转，高压水搅动散货颗粒混合海水，在渣浆泵的吸力作用下，吸头吸进固液两相混合物，通过输送管道输送固液混合物到装载驳船上，完成水下吸砂卸货的工作。

　　渣浆泵按照工作原理划分，与泥泵、沙砾泵统称为离心式固液两相流泵（又称离心式杂质泵），是利用叶轮旋转而使水产生的离心力来工作的。渣浆泵在启动前，必须使泵壳和吸口管内充满水，然后启动柴油机，使泵轴带动叶轮和水做高速旋转运动，固液混合物在离心力的作用下，被甩向叶轮外缘，经蜗形泵壳的流道流入渣浆泵的压水管路。渣浆泵叶轮中心处，由于固液混合物在离心力的作用下被甩出后形成真空，难船舱内中的煤水混合物便在大气压力的作用下被压进泵壳内，叶轮通过不停地转动，使得固液混合物在叶轮的作用下不断流入与流出，完成了从水下沉船中吸取散货的整个工作流程。

　　2.渣浆泵内部流道固液两相流输送理论和设计参数计算

　　2.1.“固液两相流理论”简介

　　两相流理论的基本观点是：混合液中的固液两相流在流场中存在着速度差.有着各自的速度场，固体颗粒的存在将使液体的速度场产生畸变。当固体颗粒的速度小于液体速度时，固体颗粒相对于液体产生相对阻塞作用。当固体颗粒的速度大于液体速度时，固体颗粒相对于液体产生相对抽吸作用。因此，在水泵工作时，固体颗粒对泵性能的影响、主要表现为固体颗粒在泵流道的流场中.特别是在叶轮流道的流场中对液体速度场、压力场和水力损失的影响，也就是对泵的能量转换过程的影响。

　　尽管固体颗粒不存储压力能，但固体颗粒速度在叶轮进口、出口处有显著差别，也就是说泵的叶轮可供给固体颗粒一定的动能，这应成为理论扬程的一部分。

　　泵中固体和液体各以不同的速度运动，其速度差的大小，主要决定于固体的密度、浓度、粒径及绕固液运动的边界条件。水流运动的速度越高，固液两相运动的速度差也越小，叶型和流道变化的规律越趋近于清水。但是速度太高，能量损失加大，泵的水力效率就很低。

　　2.2. 打捞卸货中的渣浆泵研究设计思想

　　根据水下吸砂上广泛的应用统计分析，在运用“固液两相流理论”，结合现代渣浆泵的工程使用特点，确定打捞工程中水下卸货渣浆泵的设计思想：

　　2.2.1.提高吸取效率。选择合理的叶片进出口角度、良好的叶片型线、合理的叶片宽度都有利于提高效率。

　　2.2.2.高耐磨性。较大的叶片宽度和较小的叶轮外径等均有利于减少磨损；

　　2.2.3.过流能力。渣浆泵抽送的介质中往往会有混有大颗粒固体，必须在设计时考虑对颗粒的通过能力。一般情况下，较少的叶片数、较大的叶片进出口角度和较大的叶片宽度等都有利于防堵，提高过流能力。

　　2.2.4.汽蚀性。选择合理的叶轮进口直径、叶片宽度等，以保证汽蚀性能要求。

　　2.3 .渣浆泵转速的选择

　　在改进设计性能要求的情况下.转速的选择直接影响到过流部件的寿命，转速越高。圆周速度越高，磨损越严重。根据流体磨损的原理.磨损量应与作用力特性和速度特性有关。

　　式中 H—扬程，m；

　　n— 转速，r/min；

　　[K]— 常数，一般取值l00～150

　　常数[K]值的大小与渣浆泵的规格尺寸和介质磨蚀性强弱有关。泵愈小、磨蚀性愈弱.取值可以越大。

　　另外.从汽蚀性能出发，也可按下式选择

　　转速：

　　式中C— 汽蚀比转速，一般取值400～800；

　　—— 必需汽蚀余量，

　　Q—流量， 。

　　2.4. 渣浆泵进口直径计算

　　渣浆泵进口直径的选择应保证进口流速大于临界沉降速度。当直径小于200mm 时，临界沉降速度的计算一般依据杜拉德公式：

　　式中 临界沉降速度（m/s）

　　与粒径、浓度有关的系数，一般取O.6～ 1.4，取凡一1.1：

　　g— 重力加速度.g=9.81（m/s。）；

　　d— 泵进口直径（m），；

　　s—固体物料的相对密度，取；

　　—流体的相对密度。

　　2.5. 渣浆泵浆体浓度控制

　　根据一些试验并结合浓度对泵寿命的影响，建议离心式渣浆泵输送浆体的最大体积浓度不超过3O%为宜，即 ≤30% 。这是因为泵过流零部件的磨损量与浓度成正比，即浆体浓度越大，零件的磨损量也越大，也就是说泵的寿命也就越短。

　　3.渣浆泵的工程选型公式计算研究

　　打捞工程中在进行渣浆泵卸货设备设计选型时，不仅要考虑渣浆泵本身的性能参数，而且还要考虑所吸取的沉船舱内固体颗粒的粒径、粒形、比重沉降速度、固液两相流体浓度、粘性和密度，以及它们对泵性能的影响等因素。整个卸货系统选型合理，可充分发挥泵的性能，延长使用寿命，节省能源；如果选型不当，在泵的运行中将发生抽空，汽蚀，效率低、寿命短（磨损快）等不良现象。

　　3.1. 由于固液两相流体的性质是多种多样的，因此输送管路对不同的固液两相流体介质的损失扬程亦是各不相同的。诚然，要找出适用沉船舱内诸多不同固液两相流体介质的准确阻力计算式是非常困难的。但参考历年来的工程实践结果，计算选择渣浆泵的扬程及流量与实际的损失扬程及流量误差值在10% 之内时.是完全能满足实际需要的。因此推荐如下通用渣浆泵选型扬程计算式：

　　3.1.1.式中d为输送管内径（m）； 为输送管的阻力系数；L为输送管长度（m）；V为固液两相流体平均流速（m/s）； 为沉船和泵入口的几何高度差即静扬（mH2O）。

　　3.1.2. 为局部阻力与沿程阻力的比值系数。计入该值是为了简化计算局部损失而设。该式中 、 、 系数若选择得当时.是完全可以满足要求的。一般长距离输送（1000m）较适合，该值选择范围为0.03～ O.06；输送管路长时取小值，反之，则取大值。

　　3.2. 在实际打捞工程中的水下卸货一般为1000 米之内的短距离输送，应采用沿程与局部阻力分开计算的办法，这样计算结果较准确，即应用下式：

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