一级叶轮前缘既要吸入矿浆,又要在很短距离内给液体加速。
周野提出的方案不是把所有流体一起放慢,而是在叶片入口布置两条不同路径。主流仍进入叶道做功;靠近轮毂和叶片吸力面的含颗粒边界层,被一圈宽六毫米的导流槽暂时引向压力较高区域。
多孔颗粒最容易在低速边界层聚集,也最容易携带气核。导流槽先把这部分流体带走,等局部压力回升后再从叶片中段送回主流。气泡还没来得及长大,就被重新压进水里。
林浩看着三维模型:“六毫米槽会不会被矿粒堵住?”
“不能做成死槽。”周野说,“它必须有自冲洗速度。”
第一版槽口朝向与颗粒来流正对,分离气核效果很好,运行二十分钟后却积了厚厚一层矿砂。第二版将入口改成切向,颗粒不再沉积,可槽内旋涡把小气泡聚成更大的泡团,出口处反而出现强烈空化。
梁师傅用透明树脂打印出多种槽形。水里加入与矿砂密度相近的示踪颗粒,灯光一照,每条轨迹都清楚可见。试到第五版,他们把槽底做成渐缩再渐扩的浅弧,颗粒通过最窄处时速度升高,不会停留;随后扩压段平稳回压,气核在没有剧烈涡流的情况下缩小。
导流槽只能控制一级入口。已经进入后续叶轮的少量气泡,仍可能在十八级之间循环积累。
周野又在每三级导叶上设计一个微型排气回流点。它并不把气体排到泵外,而是把聚集在轮毂附近的微泡混合液引回上一级高压区,让气泡重新溶解。回流量只占主流的千分之几,对总效率影响很小,却切断了气核越养越多的链条。
系统给出耐压材料与流道参数。
【可重构目标:十八级深海矿浆提升泵抑泡流道】
【方案核心:颗粒分流导槽与三级间歇回压】
【预计消耗重构点:】
周野确认。
【重构完成】
【剩余重构点:】
重构后的一级叶轮前缘多出一圈几乎看不见的浅槽,六组导叶则各有一条细小回压通道。所有通道边缘都做成大圆角,避免矿砂高速冲刷产生新的薄弱点。
改造后的叶轮先做静平衡,再做额定转速动平衡。六毫米导流槽沿整圈连续分布,理论上不会产生偏心,但实际加工深度只要一侧多几十微米,高速时就会形成新振动。最终残余不平衡量低于原叶轮验收值,没有用配重掩盖流道加工误差。
高压矿浆回路重新加压到五十兆帕。为放大风险,他们把多孔颗粒浓度提高到海试值的一点二倍,溶解气体含量也取上限。
三分十二秒,透明段没有出现银白雾带。
十分钟,一级叶轮入口只有零星微泡,进入主流后很快缩小。
半小时,振动仍保持稳定。
陈大川松了口气:“气泡这回连潜水证都被吊销了。”
唐屿却指向效率曲线。扬程达到要求,整泵效率比原设计低了百分之一点八。深海装备每一点效率都关系到海面供电与立管流量,这个损失不能轻易接受。
损失主要来自六组回压通道。千分之几回流量看似很小,每经过一级都要重复耗能,十八级叠加后被放大。
周野关闭其中三组通道,效率损失缩到百分之零点九,气核数量却在四十分钟后缓慢上升。关闭全部,空化重新出现,只是延迟到二十七分钟。
“回流必须有,但不该一直开。”林浩说。
他们在每条回压通道入口加入一片无弹簧压差舌片。正常流动时舌片贴合关闭,不产生回流;微泡在轮毂区聚集后,局部密度下降、压差改变,舌片才会短暂开启,把含泡流体送回高压区。
舌片第一次试验动作太慢,气泡已经成团才打开。第二版减薄根部后反应够快,却被矿粒撞击发生抖动。
第三版采用前缘硬、尾部柔的梯度结构。矿粒撞击只让前缘微动,持续压差才会带动整片开启。高压回路里,它平均每九秒动作一次,每次开启不到半秒。
他们还模拟了泵的突然停机。主流速度快速下降时,级间压力会反向波动,六片舌片不能因此同时大开,否则可能诱发倒流。试验中舌片按压差依次动作,最大反向流量不到额定流量千分之一,叶轮没有出现反转冲击。
效率损失下降到百分之零点三。
可在两小时耐久试验结束后,最下游一片舌片边缘出现了不到一毫米的亮斑。那是颗粒冲蚀的起点。
五千米海试需要连续运行数百小时,一毫米亮斑如果继续长大,最终仍会让回压通道失去控制。