盾构泥浆用除泥器设计及粒径控制实验研究

摘要

随着地面交通日益拥堵，地下交通项目在很多城市纷纷开工建设，泥水平衡盾构技术因其对地层适应性好，施工效率高等优势被广泛使用，此技术中涉及到泥水处理合理处置问题是泥水平衡盾构施工过程中的重要环节。目前国内针对盾构泥浆处理问题的研究较少，而且大多是对现场施工经验的总结，缺少理论分析。
　　本文在广泛调研国内外盾构泥水处理方案的基础上，进行了泥水处理系统设计，其组成主要包括振动筛，除砂器、除泥器、卧螺式离心机、泥浆泵。系统首先对泥浆进行筛分去除大粒径颗粒，然后通过两级水力旋流器进行小颗粒去除和粒径控制的处理流程。
　　为了提高泥水分离效果，针对泥水分离系统中的核心装置除泥器，在常规设计的基础上，使用数值模拟的方法对除泥器内部流场和结构对处理性能的影响规律进行了研究。使用单因素优化的方法对除泥器进行了优化设计，优化设计后的除泥器对颗粒的分级能力有了较大的提升，相对于优化前其分级效率提高了12％。在切向入口水力旋流器设计的基础上进行了轴向入口水力旋流器的设计和数值模拟，模拟结果显示轴向入口水力旋流器具有更稳定的流场，更高的分离效率和更小的压降损失。
　　为了对旋流器分离性能进行进一步探究，使用设计的小处理量旋流器样机进行泥浆分离实验，旋流器对泥浆具有较好的分级效果并且入口流量的变化对旋流器分离性能有较大影响。另外针对泥浆循环过程中因细小颗粒大量累计造成泥浆劣化的问题，进行了碟式离心机应用于泥浆中细小颗粒分离的可行性实验研究，实验证明碟式离心机对泥浆具有较好的澄清效果，分离效率在90％以上。
　　本课题的研究为泥水分离系统的优化与效率提供了理论与实验依据，为实现盾构泥水的高效率分离提供一定的参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 泥水平衡盾构机的原理

1．3 盾构泥浆处理应用现状

1．3．1 国外发展现状

1．3．2 国内发展现状

1．4 本课题的主要研究内容及技术方案

1．4．1 研究内容

1．4．2 技术方案

第二章 泥浆处理流程方案设计

2．1 系统方案及主要设备介绍

2．1．1 方案设计

2．1．2 振动筛

2．1．3 旋流器

2．1．4 卧螺式离心机

2．1．5 调节罐

2．2 设备选型计算

2．2．1 泥水系统的设计依据

2．2．2 振动筛的选型

2．2．3 泵的选型与校核

2．2．4 除砂旋流器的设计与选型

2．2．5 卧螺式离心机的选型

2．3 本章小结

第三章 除泥用切向入口旋流器结构的初步设计

3．1 旋流器结构尺寸设计

3．1．1 主直径的计算

3．1．2 入口尺寸

3．1．3 溢流口和底流直径

3．1．4 溢流管进入深度和锥角

3．1．5 旋流器柱体长度

3．2 旋流器整体结构

3．3 本章小结

第四章 除泥用切向入口旋流器的数值模拟

4．1 物理模型与边界条件设置

4．1．1 网格划分

4．1．2 计算模型选择与简化假设

4．1．3 流场边界条件与收敛性判定

4．2 模拟结果及分析

4．2．1 速度分布

4．2．2 压力分布

4．2．3 分离性能

4．3 结构参数对分离性能的影响

4．3．1 分离性能评定参数选取

4．3．2 不同结构参数变化对分离性毹的影响

4．3．3 旋流器参数优化结果

4．4 流量变化对旋流器流场分布及分离性能的影响

4．5 本章小结

第五章 除泥用轴向入口旋流器设计及数值模拟

5．1 轴向入口水力旋流器结构设计

5．2 轴向入口旋流器的数值计算及分析

5．2．1 旋流器内部流场分布

5．2．2 固液两相分布

5．2．3 溢流管对旋流器分离性能的影响

5．3 两种旋流器对比

5．4 本章小结

第六章 实验部分

6．1 旋流器分离性能实验

6．1．1 实验装置及流程介绍

6．1．2 实验材料及实验方案

6．1．3 实验结果及分析

6．2 碟式离心机应用于泥浆澄清的实验研究

6．2．1 碟式离心机分离原理及可行性分析

6．2．2 实验设备简介

6．2．3 实验结果及分析

6．3 本章小结

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

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