基于文丘里原理海洋外排泥装置的设计研究[精品资料]

基于文丘里原理海洋外排泥装置的设计研究[精品资料] 基于文丘里原理海洋外排泥装置的设计研究-精品资料 本文档格式为WORD,感谢你的阅读。 最新最全的 学术论文 期刊文献 年终总结 年终报告 工作总结 关于社区教育工作总结关于年中工作总结关于校园安全工作总结关于校园安全工作总结关于意识形态工作总结 个人总结 述职报告 实习报告 单位总结 摘要:根据文丘里原理，设计用于50米水深海底，排泥量大于200m3/hr的外排泥装置。通过比例模型实验对理论计算的有效性进行了考察。通过对排泥管径、水泵压力、水泵流量、吸泥管内径、喷头内径的参数研究，得到设计规律，优化设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。 关键词:文丘里，水下外排泥设备，排泥量 U615.35+3 A 1 引言 海上废弃设施已经或将要达到服役期要被拆除时，无论采用内切割方式还是外切割方式，都需要进行排泥作业。例如，平台导管架钢桩的切除、海管海缆修复、沉船打捞等项目均需根据不同情况进行排泥作业。随着海洋工程水下排泥作业的日益增多，研制一个操作简单、效率高的外排泥设备是十分必要的。 结合导管架桩腿外部排泥的特点，采用文丘里原理形式的外排泥系统。该系统利用文丘里效应，将工作流体通过注水管注入，在喷嘴处形成高速射流，流体经扩压室将高速度变成负压力，利用压力差将海底固液混合物吸入设备，在喉管进行动量交换，从而实现吸排作用。工作流体一般采用海水。 国外的类似设备已投入使用，例如Diving Equipment Specialties Inc. 公司的外排泥设备，体积较小轻便，可装套于潜水员臂膀，在水底进行吸排泥活动。国内基于文丘里原理的设备主要用于化学剂混合，用于水下清淤排泥的较少。本 文根据海洋拆卸排泥需要，针对海洋环境设计用于50米水深，排泥量大于200m3/hr的外排泥装备。并通过比例模型实验验证理论方法的正确性，通过对关键设计参数的研究得到设计规律，优化设计方案。 2 文丘里模型 外排泥设备主要由上部水泵、吸泥口喷冲系统、文丘里管、吸排泥管路、管道架等组成。在进行作业时，可设计吊机与文丘里管相连接，控制文丘里管沉降深度与位置，也可将文丘里管设置把手，方便潜水员直接在水下进行操作。吸泥口喷冲系统通过喷射高压海水，将桩腿附近的泥沙打散，与海水形成两相流，以便文丘里管能够更好的完成排泥工作，提高工作效率。 文丘里管为外排泥设备的核心部件，文丘里管由注入管、喷嘴、吸入管、喉管、扩散管、排泥管几个部分构成，本文根据功能要求、流体力学计算与设计要求设计文丘里装置初步模型如图1所示。注入管连接处内径为100mm，喷头出口37mm，喉管内径80mm，扩散管锥角8?，吸泥管连接处内径100mm，排泥管连接处内径200mm。整体结构采用316L号不锈钢。 图1文丘里初步设计模型 文丘里管能够在水下正常排泥的要点为: 喷嘴处压强必须小于吸泥管入口处压强，只有产生足够的压强差，才能将淤泥通过吸泥管吸入喉管内; 排泥管出口处压强必须大于所处环境处外界压强，例如排泥口在水下时，排泥管出口处压强必须大于该点所在水深压强，否则会造成回流，无法将淤泥排出; 设计排泥量需要达到实际工程需求，通过排泥口流速计算排泥颗粒大小，需要满足实际工程需求。 这些要点既是保证外排泥设备正常工作的关键，也是设计要点。 3 文丘里流体计算与结构设计 文丘里管内注入流体(或者气体)、吸出泥浆、混合物喷出过程均可通过连续方程与伯努利方程进行计算，以注水管为例，如图2所示，计算方法如下: 图2 注水管 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 图 在高压水泵出口P-P截面与喷头入口处1-1截面(见图2)做流体力学分析，流体力学连续性方程与伯努利方程为: (1) (2) 其中，Ap为水泵出口面积;为水泵出口流速;Qp为水泵出口流量;A1为喷头入口横截面积;v1为喷头入口流速;h为水泵出口与喷头入口高差(水泵较高时为正);Pp为水泵出口压强;P1为喷头入口压强;hf和hj分别为沿程阻力损失和局部阻力损失，计算如下: (3) (4) 其中，为高压水泵出口直径;为局部阻力系数，参考文献[1]4章节取值;为沿程阻力系数，由雷诺数确定，其中为动力液运动粘度。 本项计算牵扯到两种不同介质的混合，因此喉管内流体的计算是流体力学计算的关键点，可采用动量方程处理喉管流体计算: (5) 其中，为注水流量;为排泥量;为混合物密度;为喉管横截面积;为混合物总流量;为混合物流速;为喉管出口压强;为喉管摩擦损失系数，取Sanger实验值0.098。 根据雷廷格尔公式，排泥管出口流速减小，排泥颗粒减小，颗粒沉降公式为: (6) 其中，k为颗粒的形状系数，圆形颗粒为4~4.5，不 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 形状的为2.5~4，本项目中取值4.5;ρs为颗粒密度，本 项目中取值2.5kg/m3;ρ为泥浆密度，本项目中取值1.05kg/m3;δ为球形颗粒的直径。 对于文丘里管的尺寸设计有如下要点: 喷头一般锥角多采用8?~13?用于30倍大气压以上，在30大气压以下，采用15?~45?，本项目设备采用30?锥角; 根据文献[4]，喉管长度为6~7倍的喉管内径; 扩散段锥角多采用5?~8?，超过14?后将产生旋涡回流，本项目采用8?。 4 理论计算验证 实验在浙江大学结构实验室进行，将设计的文丘里管采用1:5比例缩小，制作实验模型，模拟仿真文丘里排泥系统，通过对吸泥量、吸泥时间的测量，计算吸排泥效率，与理论计算结果相对比，验证理论计算方法的正确性。 实验时将文丘里管高于地面1米，其他设备放置于地面。文丘里管连接如图3所示，文丘里管入口与水泵供水出口连接，吸水口与浑水水桶连接，排水管与水池连接。通过水泵将水注入文丘里管，在喷嘴处形成低压，将浑水从水桶中吸出，通过排水管排入水池。为减少实验误差，在开始实验之前确认设备与管道中充满水。启动水泵时开始计时，将3桶浑水抽干时停止计时，所记时间为排泥时间。排泥量为3桶浑水，共计63升。本项实验基本可以如实的反应文丘里排泥管的吸排泥工作原理。 图3文丘里实验模型 除此以外还需要对水泵的供水能力进行测试。将水泵出水管放入空水桶中，从放水开始时计时，三个空桶装满水结束计时，记录下时间，通过计算可得到水泵供水量。在水泵出水管处设置压力表测试出水压力。 通过实验可得，吸干三桶水(63升)平均用时1分2秒，因此吸泥量为3.66m3/h。水泵出水管放满三桶水(63 升)平均用时1分12秒，因此水泵供水量为3.15m3/h。吸泥量与供水量比为1:1.16。 通过理论计算得到实验设备应有吸泥量3.31 m3/h，与实验测试误差为9.6%。通过实验可知，本文理论计算结果与实验测试所得结果较为符合。本文设计的文丘里管实验模型排泥量与供水量比为1:1.16，优于文献[3]中所提设备排泥效率。 5 结果与讨论 通过流体力学理论计算，根据图1所示模型尺寸，计算出文丘里结构各项参数如下: 表1外排泥设备各参数计算结果 5.1 排泥管径对排泥效率的影响 通常排泥管径可选用6英寸、8英寸、10英寸、12英寸。外排泥设备基本参数不变的情况下，排泥管内径对排泥量没有影响，但是对排泥口流体流速以及排泥口压强影响较大。 当排泥管内径过小时，排泥扬程过小(例如本项目排泥管内径为152mm时，排泥管出口压强为负值)，容易造成回流;当排泥管内径过大时，排泥颗粒相对较小。本项目所设计设备，6英寸内径排泥管会造成回流，无法使用;8英寸~12英寸内径排泥管均可满足实际工程需要使用。在实际操作中，应避免采用过大内径的排泥管，以防止排泥颗粒过小，无法满足实际工程需求;应避免采用过小内径的排泥管，容易造成回流，无法完成功能需要。 5.2 水泵压力与流量对排泥效果的影响 图4水泵压力(左)、流量(右)对排泥效果的影响 针对8in排泥管径，对水泵压力、流量对排泥效果的影响进行分析。影响结果如图4所示:随着高压水泵压力增加或者水泵流量的减小，排泥管出口压强逐渐减小，当水泵流量为90m3/hr时，排泥管出口处压强为-0.345MPa，因此无法将污泥排出，容易形成回流，设备无法正常运行;随着高压水泵压力增加或者水泵流量的减小，喷头处压强反而增大，排泥效率 减小，当喷头处压强大于吸泥管底部压强时，污泥则无法通过吸泥管吸到喉管内。 通过以上分析可知，外排泥设备对水泵压强与流量均有一定要求，水泵压强越小、流量越大越有利于排泥效率的提高。 5.3 喷头出口内径对排泥效果的影响 通过计算及试验可知，随着喷头出口内径的减小排泥量逐渐增加;随着喷头出口内径的减小排泥管出口压强逐渐增加;随着喷头出口内径的减小喷头出口压强逐渐减小。这些趋势均有利于实现排泥效率的提高。当喷头出口内径超过39mm时，排泥管出口压强为负值，因此无法将污泥排出，容易造成回流，设备无法正常运行。通过以上分析可知，外排泥设备对喷头出口内径有很高的要求，且喷头出口内径越小排泥效率越好。 6 结论 本文根据海洋拆卸排泥需要，基于文丘里原理，针对海洋环境设计用于50米水深，排泥量大于200m3/hr的外排泥装备。并通过比例模型实验验证理论方法的正确性，通过对关键设计参数的研究得到设计规律，优化设计方案，得到设计参数(表1)。通过研究得到以下结论: 排泥管尺寸大小对排泥量没有影响。在实际操作中，应避免采用过大内径的排泥管，以防止排泥颗粒过小，无法满足实际工程需求。本文设计文丘里管中排泥管采用8英寸，不会造成回流，且排泥颗粒较大，整体排泥效果好。 水泵的压力与流量选择较为关键。若水泵压力过高或流量过小，不利于在喷头处产生较大压差，减小吸排泥效率;同时会造成排泥扬程过小，容易造成回流，不利于排泥功能的实现。 外排泥设备对喷头出口内径有很高的要求，喷头出口内径越小排泥效率越好。针对本项目设计设备，当喷头出口内径 超过39mm时，排泥管出口压强为负值，因此无法将污泥排出，容易造成回流，设备无法正常运行。 参考文献 [1] 张也影, 王悦民, 施祖荫. 水力学及水里机械. 人民教育出版社, 1961. [2] 张广泰, 韩成才. 水力学与水利机械. 陕西科学科技出版社, 1996. [3] 唐天雄. 射流泵设计计算和制造的简化. [4] 陆宏圻. 射流泵技术的理论及应用[M]. 北京:水利电力出版社. [5] Winoto SH, LiH, Shah DA. Efficiency of jet pumps[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2000, 126(2): 150-156. [6] 张广泰, 韩成才. 水力学与水利机械. 陕西科学科技出版社, 1996. 阅读相关文档:市政道路沥青面层的施工技术探析 市政工程造价控制的若干措施分析 建筑工程的施工质量监理之我见 生物技术在林业上的应用 试述城市规划中的人口预测方法 园林绿化苗木害虫的综合防治技术解析 建筑 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 阶段的造价管理分析 深化和规范施工项目管理有关问题的思考 建筑工程中换填法地基加固处理施工工艺解析 生态袋在大沽河堤防护岸工程中的应用 试述土建工程常见的质量问题及防治措施 钢筋混凝土保护层厚度控制的研究与分析 机电设备的运行管理及技术改造问题探究 园林绿化中植物配置的多样性探究 高速铁路大跨径连续梁施工 公路桥梁软土地基施工工艺解析 深基坑工程地下连续墙关键工序施工要 最新最全【学术论文】【总结报告】 【演讲致辞】【领导讲话】 【心得体会】 【党建材料】 【常用范文】【分析报告】 【应用文档】 免费阅读下载 *本文收集于因特网，所有权为原作者所有。若侵犯了您的权益，请留言。我将尽快处理，多谢。*