关英杰， 邹丽， 郑皓， 边有刚， 于宗冰

(1.湖南大学 机械与运载工程学院，湖南 长沙 410082； 2.大连理工大学 船舶工程学院，辽宁 大连 116024； 3.长沙矿冶研究院有限责任公司 深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，湖南 长沙 410012； 4.清华大学 水利系， 北京 100084)

随着陆地矿产资源的衰竭，深海矿产资源开发技术也越来越被世界各国所重视[1]，目前最有商业开采前景的开采方案是管道提升法[2]。扬矿泵作为采矿系统中最核心的动力装备，世界各国都进行了大量研究，德国KSB公司[3]开发的扬矿泵存在过流部件磨损严重，韩国Cundall等[4-5]开发的扬矿泵存在局部颗粒堵塞的情况，日本学者[6]开发的多级扬矿泵停泵后矿浆无法顺利回流，我国长沙矿冶研究院[7-8]开发的扬矿泵在实验过程中也出现了回流堵塞。目前国内开发的扬矿泵过流和回流能力往往不足，导致流道堵塞。采矿系统正常关闭时，矿浆的输送将会提前停止，停泵时输送系统内无矿浆，不存在堵塞问题。而采矿系统在实际开采过程中，船舶的电力供应相对陆地来说不是很稳定，因此矿浆泵存在一定断电紧急停泵风险。在紧急停泵后，水下系统内两相流经短暂波动，其运动状态将趋于稳定，矿物颗粒在重力作用下向海底自由沉降下落。在沉降回流过程中一旦发生堵塞，整个采矿系统将无法重新工作，因此对于颗粒回流过泵通过性的研究具有重要意义。目前我国海试用矿浆泵具有较好的正向流动防堵塞性能，矿浆泵采用多级叶轮-空间导叶的布局，通过放大流量的思路进行水力设计[9-11]。……