泥漿泵葉輪優(yōu)化設(shè)計(jì)

泥漿泵（Mud Pump）是一個(gè)較為通俗和寬泛的概念，很多行業(yè)不同用途的排水泵及抽取含有泥土與水混合物液體的設(shè)備都稱(chēng)之為泥漿泵。本文所講泥漿泵是指抽取自來(lái)水、石油等行業(yè)管道工程作業(yè)坑、防汛搶修作業(yè)、泥漿轉(zhuǎn)運(yùn)或河道清淤工程中含有黏土和水（或油）以及含有直徑小于50mm沙石塊等水基或油基泥漿的設(shè)備。

泥漿對(duì)我們的生產(chǎn)生活有著利弊雙重二相性。如在暴雨過(guò)后的城市排澇及管道工程中，泥漿的存在就使得作業(yè)遲緩；而在鉆井領(lǐng)域和建筑領(lǐng)域，泥漿是不可替代的加固、硬化及洗井的功能，泥漿的組成以及其各組分間相互物理化學(xué)作用的宏觀反應(yīng)是泥漿的性能，它是反映泥漿質(zhì)量的具體參數(shù)。泥漿性能及其變化，直接影響著機(jī)械鉆速、鉆頭壽命、孔壁穩(wěn)定、孔內(nèi)凈化和預(yù)防孔內(nèi)問(wèn)題等一系列鉆井工藝問(wèn)題。

泥漿的主要性能有泥漿的比重和固相含量、泥漿的流變特性（粘度和切力）、泥漿的濾失性能（泥漿的失水量和泥餅厚度）、以及泥漿的含砂量、潤(rùn)滑性、膠體率和PH值等。在本文中則不詳細(xì)展開(kāi)說(shuō)明，本文只涉及泥漿泵所能抽取的比重較小的泥水及伴有石塊的混合物排出或轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備-泥漿泵。

泥漿是黏土和水共同組成的懸浮液和膠體溶液的混合物。其中黏土是分散相，水是分散介質(zhì)，它們組成了固-液分散體系。不同黏土在水中分散時(shí)，其分散程度是不相同的。

水是泥漿中的主要組成部分，也可單獨(dú)做沖洗液或配制乳化液。泥漿比重過(guò)大，會(huì)造成泥漿泵吸排效率低下，甚至堵塞設(shè)備出口致使無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1.泥漿根據(jù)其組成成分的不同又可分為：

1.1淡水泥漿

含鹽量<1%；含鈣<120ppm。這類(lèi)泥漿的分散相分散度較高，所以淡水泥漿又叫細(xì)分散泥漿，是泥漿泵作業(yè)的主要泥漿種類(lèi)。

1.2鹽水泥漿

含鹽量<1%，按含鹽量的高低又可分為：

a.海水泥漿：含NaCl 3.5—4×104mg/L；

b.中鹽泥漿：含NaCl 4—5×104mg/L；

c.高鹽泥漿：含NaCl 8一10×104mg/L；

d.飽和鹽水泥漿：含NaCl 30一35×104mg/L。

1.3鈣處理泥漿：含Ca >120mg/L

鹽水泥漿和鈣處理泥漿其分散相的分散度均較淡水泥漿低，一般稱(chēng)為粗分散泥漿，這類(lèi)泥漿運(yùn)用于水敏性溶脹和剝落地層。

1.4非分散低固相泥漿

凡粘土含量(重量比)小于10%(體積比，含固相小于4%)的泥漿稱(chēng)為低固相泥漿

1.5混油乳化泥漿

2.泥漿泵在進(jìn)行泥漿吸排作業(yè)中，針對(duì)泥漿的不同種類(lèi)進(jìn)行過(guò)不同的葉輪設(shè)計(jì)；對(duì)泵的主體也分別進(jìn)行過(guò)多級(jí)泵及單級(jí)泵論證和設(shè)計(jì)工作；對(duì)于提高泵的性能起決定影響因素的其它因素，如泥漿泵蝸殼、密封、耐熱度等方面進(jìn)行過(guò)多方面的論證和實(shí)驗(yàn)。對(duì)于改善泥漿泵葉輪對(duì)泥漿的吸入性能，作了許多方面的調(diào)整，如：

2.1葉輪片向泵入品邊適當(dāng)傾斜和延伸設(shè)計(jì)，可省卻誘導(dǎo)輪并增強(qiáng)吸力，減小機(jī)械磨、部件因磨損失靈。

2.2進(jìn)一步優(yōu)化葉輪片前緣輪廓的優(yōu)化設(shè)計(jì)，如采用拋物線及馮卡門(mén)運(yùn)動(dòng)曲線結(jié)合線，減小砂粒對(duì)葉輪磨擦幾率，加大泥漿泵對(duì)泥漿的吸力，減小吸入側(cè)葉片厚度等方案。在泥漿泵的設(shè)計(jì)中做到盡量精減機(jī)械零部件，加大整體融合性能等，可有效地限制葉片前緣的壓力值所造成的泥漿泵動(dòng)力損失和在泥漿泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)全負(fù)荷狀態(tài)下對(duì)葉輪的敏感程度，降低泥漿泵運(yùn)動(dòng)震動(dòng)。設(shè)備震動(dòng)也會(huì)造成整體性能和功率損失的原因之一。

2.3使用計(jì)算機(jī)三維輔助軟件及計(jì)算機(jī)分析技術(shù)對(duì)葉輪在特殊環(huán)境下（如高溫、高鹽、高比重等）的設(shè)計(jì)工作，涉及葉輪受力扭曲、磨損區(qū)描繪等，從而更好控制和了解葉輪在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中形成的流道中流量及壓力分布以及突然升速及降速狀態(tài)下引起的汽蝕現(xiàn)象等。

泥漿泵在運(yùn)行過(guò)程中，葉輪等轉(zhuǎn)子部件會(huì)受到很大的力，這種力的軸向分量即為軸向力。泥漿泵葉輪在垂直于前后蓋板軸線的平面上的投影面積一般不同，前后蓋板之間的流體壓力差是造成整個(gè)轉(zhuǎn)子部件軸向力不平衡的主要原因之一。

而軸向力對(duì)泥漿泵的運(yùn)行穩(wěn)定性影響很大，不平衡的軸向力可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸向竄動(dòng)、密封室及止推軸承承受過(guò)量的壓力和載荷。

這些情況的詳細(xì)分析將在以后的文章中再加以分析，并對(duì)這些狀況采取有效的改進(jìn)。關(guān)注天津先鋒管道帶壓開(kāi)孔百家號(hào)，獲得更多管道工程原理與技術(shù)知識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

1.焦清朝, 劉永勤, 張愛(ài)民,等. 國(guó)內(nèi)外小型泥漿泵的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 通用機(jī)械, 2004.

2.沙潤(rùn)榮. 淺析泥漿泵實(shí)際排量與容積效率計(jì)算方法[J]. 石油鉆采工藝, 1991, 13(3):7.

3. 張建明, 康曉娟, 李波,等. 輕便型泥漿泵的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及其結(jié)構(gòu)改進(jìn)[J]. 煤礦機(jī)械, 2008, 29(5):3.

4.《先鋒管道液壓泥漿泵生產(chǎn)流程》TJXF-YNB手冊(cè) 2019版