盾構螺旋輸送機輸送特性仿真分析.pdf

1、螺旋輸送機是土壓平衡盾構機（EPB）密封倉壓力控制系統(tǒng)的關鍵部件，其工作時，需要精確控制排土量，使其與盾構開挖量相匹配，達到準確控制密封倉壓力的目的。但由于渣土在盾構螺旋輸送機內呈非常復雜的塑性擠壓運送狀態(tài)，其排土量受多種因素的影響，不能僅僅通過調節(jié)螺旋輸送機速度來精確控制，所以很難保證排土量與開挖量的平衡。另外，盾構機掘進時，需要通過復雜的地層環(huán)境，這會使螺旋輸送機的密封性能發(fā)生波動。所以當盾構機穿越富水地層時，若密封失效，將有很大幾

2、率發(fā)生噴涌等惡性事故。針對以上工程問題，研究盾構螺旋輸送機進出口壓差、渣土流變參數(shù)、螺旋輸送機結構參數(shù)和螺桿轉速等關鍵參數(shù)對密封性能和輸送特性的影響規(guī)律并對其進行仿真分析，可有效改善EPB盾構機的可靠性，對盾構施工安全具有十分重要的意義。
　　近年來，非牛頓流體力學的研究隨著計算流體力學（CFD）的發(fā)展而不斷完善，這為盾構螺旋輸送機的研究開辟了一條新的途徑。本論文以我公司生產的某一類型盾構裝備作為模型基礎，利用三維軟件建立較為精確

3、的簡化模型，然后使用 CFD計算流體力學軟件，對不同工況進行仿真，分析各關鍵參數(shù)對盾構螺旋輸送機密封性能和排土率的影響規(guī)律，為后續(xù)優(yōu)化螺旋輸送機關鍵參數(shù)，更好的應用于工程實踐提供理論依據(jù)。
　　本文的主要內容包括以下幾個方面：
　?。?）提出了一種在Fluent軟件中自定義仿真介質模型的方法，其流變參數(shù)與壓力變化具有相關性，可更好的描述非牛頓流體；進而，通過自定義仿真介質粘度模型和密度模型，在仿真計算中實現(xiàn)了對改性渣土流變特

4、性的數(shù)值模擬，使仿真結果與現(xiàn)實狀態(tài)吻合度更高。
　?。?）采用Fluent軟件對盾構螺旋輸送機內渣土運送狀態(tài)進行了仿真計算，通過仿真結果對穩(wěn)定狀態(tài)下螺旋輸送機內的壓力場和速度場分布規(guī)律進行了分析，得出了其在穩(wěn)定狀態(tài)下的輸送特性規(guī)律。
　?。?）通過數(shù)值仿真方法研究了盾構螺旋輸送機的承壓密封性能以及進出口壓差、渣土流變參數(shù)、螺旋輸送機結構參數(shù)和螺桿轉速等對其輸送特性的影響規(guī)律。在此基礎上，提出了各關鍵參數(shù)對盾構螺旋輸送機排土率