混凝土喷射泵装置的理论设计

混凝土射流泵装置的理论设计关键词平面势流，混凝土射流泵，搅拌特性原作者: 张芳杨建来源: [摘要]基于平面势理论的混凝土射流泵的主要参数进行了理论设计，提出了一种新的设计方法. 该方法通过流体流动和混合特性计算出混凝土喷射泵的性能，具有一定的工程价值. 混凝土喷射泵的理论设计张芳等摘要: 根据平面势流理论计算混凝土喷射泵的主要参数，提出了一种新的设计方法来处理混凝土喷射泵的性能. 关键词: 平面势流，混凝土喷射泵，混合特性1前言流体机械传递能量和质量.

如图1所示，加压流体通过喷嘴喷出，并且动量在喷嘴孔处与周围的抽吸流体交换. 两种液体在喉咙中混合，并且速度逐渐保持一致. 最后，混合后的流体沿着排出口Go流出. 图1喷射泵的工作原理近年来，在隧道，矿山，大洞穴和铁路边坡以及钢筋混凝土建筑中使用了大量的混凝土喷射机. 这种喷射机有许多缺点，因此迫切需要设计和开发一种新型的混凝土输送设备. 作者设想喷射泵在混凝土运输中的应用，即混凝土喷射泵. 该泵利用流体传递能量和质量，没有活动部件，结构简单，制造成本低，运行可靠，安装维护方便. 2混凝土喷射泵的理论设计2.1混凝土喷射泵的组成混凝土喷射泵由电动机，高压泵，喷嘴，搅拌室射流泵的工作原理，混凝土进料装置和混凝土输送管组成. 如图2所示. 由于高压水是通过喷嘴喷出的，因此在吸嘴处发生动量交换，同时混凝土被吸入，使其在喉管中混合，并且速度逐渐变得均匀射流泵的工作原理，从而混凝土沿着排出口运输. 1/5图2混凝土喷射泵的2.2喷嘴的设计（1）喷嘴的设计原理[1]喷嘴是流体射流的产生元件. 它不仅将静压能量转换为动压，而且还确保射流具有良好的流动特性和动态性能. 为了设计喷嘴内壁表面的形状和尺寸，必须找到内部流动微分方程的数值解，以便找到喷嘴的几何参数.

因此，应首先分析常用会聚喷嘴的内部流量. 一般而言，喷嘴的内部流动由两部分组成: 一是流速大，横向速度梯度和湍流小的核心区域，通常被视为潜在流动的核心区域;高速边界层. 由于描述流动的两个部分的微分方程是不同的，因此必须列出方程组并找到其数值解. （2）喷嘴的理论分析可以根据轴对称平面势流处理喷嘴核心区域的流量. 根据流量函数φ（x，r），可以写出核心区域内流体的轴向速度ux和径向速度ur: ux =φ/ r（1）ur =φ/ x（2）连续方程是下面的拉普拉斯方程: （3）其中ux——x轴向分速度ur——r径向分速度可以通过有限差分法根据预先给定的喷嘴内壁的几何条件求解（3）[2] . 以下方程式用于分析喷嘴内部的边界层，即连续方程式，动量方程式和传输方程式为: （4）其中，H形因子R喷嘴半径，R = R（x）v喷嘴核心区域的轴速度η——轴对称的平均形状因子θ——边界层动量厚度（5）（6）2 / 5ψ——传输参数Cf——壁摩擦系数分别求解方程，然后将两者结合起来匹配边界上的速度以获得完整的喷嘴内部流动特性[1〜3].

此外，基于上述方程式，可以得出喷嘴流量系数的理论公式. 对于出口的圆柱形截面的喷嘴，流量系数φ1为: （7）其中，d1——喷嘴出口直径δ——边界层的厚度用于基于该理论设计喷嘴. 3计算示例设计一个混凝土喷射泵，该泵的扬程要求为16m，流量为6.5m3 / h. 3.1喷嘴几何参数的确定如图3所示，收敛喷嘴的几何参数主要包括: 喷嘴的收敛角α，出口的直径d1，圆柱部分的长度l，喷嘴的长度L. 喷嘴和内壁表面的粗糙度. 通常，喷嘴出口直径d1取决于射流，是设计喷嘴的原始数据. 计算d1 ＝ 4mm，l ＝（2.5-3.0）d1，α＝ 13.5°. 这些参数的最佳值必须通过实验确定. 图3喷嘴和喉管入口3.2喉管设计喉管采用收缩半角α1= 20°，喉管入口与喷嘴之间的距离l1> 10mm，喉管的直径d2 = 15mm，喉管的长度扩散器l2 = 130mm，出口端直径d3 = 32mm，扩散角α2= 8°. 3.3进料装置的设计进料装置的主体为圆锥形，如图4所示. 下端的直径与吸入室的直径相同. 上端直径为360mm，锥度为1: 2，圆锥体高度为312mm. 送料装置的上部焊接有高度为160mm的圆柱体. 倾斜度为20°的圆柱体安装在圆柱体内. 筛网的直径为5mm，可防止粒径大于5mm的碎石进入.

特别是，必须防止各种异物进入泵，从而导致喷射泵和管道阻塞. 3/5图4加料装置3.4混凝土组成[4]混凝土由淡水，水泥，细砂和碎石组成. 水泥是普通的硅酸盐水泥，密度ρc= 3.10g / cm3，细砂粒径小于1.6mm，表观密度是自然状态下的密度ρs= 2.65g / cm3. 碎石的粒径在1.6〜5mm之间，表观密度ρG= 2.70g / cm3，净水密度ρ0= 1.00g / cm3. 3.5喷射混凝土的参数混凝土的配合比: W: C: S: G = 0.53: 1: 2: 2（8）其中W-水质量C-水泥质量G-泵质量S-细砂质量W / C为称为水灰比，通常在0.4到0.6之间. 混凝土强度随W / C的增加而降低. 混凝土密度: （9）将数据代入公式（9），并计算ρh= 2.35g / cm3. 3.6喷射泵的流量计算首先计算流量比[5]，即喷射泵流量与工作流体流量的比值: q =（C /ρc+ S /ρs+ G /ρG+ W /ρ0）/（W /ρ0）（10）将数据代入等式（10）以计算q = 4.34. 如果工作流体的流量为1.5m3 / h，则喷射泵的流量qc = 4.43×1.5 = 6.6m3 / h. 3.7喷射泵的出口压力首先按压力比计算，即喷射泵的出口压力与工作流体压力之比[5]，计算得出h = 0.054，工作流体压力为7.5MPa ，则射流泵的出口压力p = 7.5×0.054 = 0.405MPa射流泵扬程: Hc = p /（gρh）= 17.6m4 / 5满足参数要求，根据需要选择3D-1.6 / 80卧式三柱塞泵设置参数，并装有一个水箱.

4结论（1）从计算结果可以看出，根据本文方法设计的混凝土喷射泵的电源功率仅为3.6kW，远小于传统的喷射泵的功率. 具有相同功能的混凝土喷射机. （2）本文提出的混凝土喷射泵装置的设计方法是一种有效的理论计算方法，为混凝土喷射泵的研究，开发和设计提供了理论依据. 作者单位: 张芳，女，35岁，工学学士，讲师，发表论文多篇，主要从事科学研究和教学工作. 通讯简介: 江苏省张家港市沙公新村10号楼404室215600. 张芳（沙洲工学院）杨健（沙洲工学院）参考文献1，孙家俊. 水射流切割技术. 中国矿业大学出版社，1992年2月，Lohn PD，Brent D A.改进水射流切割的喷嘴设计. 第三实习生WJCT上的论文，A3号纸，1976年3，Jackson MK，Davies T W.相干水射流生产的喷嘴设计. 第2届WJCT美国Symp，1983年，王浩. 建筑材料. 中国铁道出版社，1980年5月，陆红旗. 喷射泵技术的理论与应用. 水压机，19895/5

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