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中浓浆泵螺旋叶片式湍流发生器的设计及其性-中浓浆泵怎么画

时间:2018-06-27 09:13|浏览次数:|作者:admin|文章来源:未知

  

  (轻工业杭州机电设计研究院,制浆造纸国家工程实验室,杭州 310004)。

  本文提出了湍流发生器的有效剪切速度的概念, 优化了螺旋叶片式湍流临界转速的计算公式,验证了湍流临界转速不仅与叶片直径有关,还与叶片的螺旋升角、螺距密切相关。在今后的设计中,优化湍流发生器结构,提高流体化性能可以从以下参数考虑:(1) 转子直径越大,湍流发生器产生的剪切应力越大,纸浆达到流体化所需临界转速越小;(2)增大螺距,加大螺旋升角,湍流发生器产生的剪切应力变大,从而增强湍流效果。

  公式(5)计算结果与实验中泵的性能曲线分析结果相符,由此验证了本文提出的螺旋叶片式湍流发生器湍流临界转速的计算公式,该转速不仅与叶片直径有关, 还与叶片的螺旋升角、螺距密切相关,转子直径越大, 对纸浆剪切强度越大,湍流临界转速越小;螺旋升角增大,达到湍流状态需要的临界转速也越小,因此在湍流发生器结构设计时可以考虑增大螺距,加大螺旋升角, 使之产生更大的剪切力和更好的气液分离效果。

  离心式中浓纸浆泵是通过高强度剪切使中浓纸浆发生湍流,纸浆具有近似于牛顿流体的特性,从而实现离心输送。湍流发生器是离心式中浓纸浆泵的关键部件,在叶片边缘处对纸浆纤维施加高强剪切力破坏并分散纤维网格,使纸浆处于强烈的湍动状态,具有了流动性,从而实现中浓纸浆流体化[1],其结构设计的好坏,直接影响到整台泵的性能。本文运用中浓纸浆的湍流化理论设计了3种不同直径的湍流发生器,并在中浓浆泵上进行中浓纸浆的输送能力测试,以检验湍流发生器结构的合理性。

  摘 要:湍流发生器是离心式中浓纸浆泵的关键部件,其作用是使纸浆实现流体化并进行气液分离。本文提出了螺旋叶片式湍流发生器的湍流临界转速的计算公式,设计了不同直径的湍流发生器并利用中浓泵测试系统进行了测试。测试结果证明,实验数据分析与公式计算结果相符。为优化湍流发生器的结构设计奠定了基础。

  公式(1)是针对直叶片式湍流发生器的计算公式, 而本实验采用螺旋叶片式,在纸浆流体化过程中,对纸浆具有真正剪切效果即叶片的有效剪切速度不仅与螺旋叶片的线速度有关,与螺旋升角也有很大的关联。有效剪切速度可以用以下公式表达。

  [3]陈奇峰,陈克复,杨仁党,等.中浓纸浆流体化过程的数学模拟及临界雷诺数[J].中国造纸学报,2003,18(12):148-150!

  [1]黄德山,于宏,陈华.离心式高性能中浓纸浆泵研制[J] ,中国造纸学报,2014:378.[2] 李智,李军,徐峻,等.中浓浆泵湍流发生器结构设计[J].中华纸业,2016,37(16):15!

  由公式可知:当螺旋升角α→0°,螺距P→0,叶片对纸浆没有剪切力,只有摩擦力;当α→9 0°,螺距P→∞,转子叶片是直叶片,叶片的有效剪切速度等于叶片线速度,剪切强度最高。

  所有中浓泵的湍流发生器都采用剪切叶片旋转剪切浆料实现湍流化,影响湍流发生器结构的因素很多,包括湍流发生器的外径、长度、外缘线型、螺旋线的进出口安放角、叶片厚度及数量以及制作方法等[2]。不同结构的湍流发生器对中高浓纸浆泵的能量消耗和工作性能有很大的影响。传统湍流发生器均采用直叶片或近似直叶片,本实验湍流发生器由三片等螺距的螺旋叶片构成(见图1),该结构不仅对纸浆剪切强度大,还能起到诱导轮的作用,湍流效果好,能够大大提高泵的扬程和效率。

  从图4看到:转速1800r/m i n、2100r/m i n时纸浆还没达到湍流临界点,转速达到2400r/m in时中浓泵进入高效工作区,纸浆达到湍流状态;根据公式(5)计算: d=120m m、nCr=2505r/m in,当转速达到2505r/m in,纸浆才达到湍流状态,也与实验结果相符。

  [4]陈克复.中高浓制浆技术与装置[M].广州:华南理工大学出版社, 1994.[5]陈华,王朝华,何小星,等.中浓纸浆泵系统的设计[J].纸和造纸, 2015,24(2):9-10?

  湍流发生器设计计算的目的是保证转子的实际转速大于湍流临界转速,李军[3,4]等人推导出湍流临界转速计算公式!

  已知螺距P = 2 70 m m ;根 据公式( 3 ) 得出: d =115 m m,α = 3 6 . 8 °;d = 1 2 0 m m,α = 3 5 . 6 °; d =145m m,α=30.7°。根据公式(5)湍流发生器的临界转速计算结果如表1。按照公式(1) 计算,转子直径115m m的湍流发生器,转速达到1587r/m i n以上,就可以实现纸浆湍流化,但从泵的性能曲线r/m in泵的效率很低,表明此时纸浆还没达到湍流临界点,直到转速达到2700r/m i n,中浓泵才进入高效工作区,达到湍流状态;根据公式(5)计算, d=115m m、nCr=2650r/m in,当转速达到2650r/m i n,纸浆才达到湍流状态,与图3结果相符。

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