CN110219806B - 用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，所属深海采矿扬矿泵技术领域，固液浆料通过驱动电机驱动驱动主轴带动驱动主轴上的若干叶轮内的导叶从进口段进入外筒体内部的环形流道，然后通过吸入段在导叶的旋转加压下，最后从吐出段排出，叶轮和导叶均为环形回转体结构。在扬矿泵即要结合清水流道设计计算，又要满足料浆输送理论，从液体流速和过流截面积依赖关系、浆料粘性沉淀和全局黏度变化，实现流道形状的设计。具有结构紧凑、过流顺畅、耐磨性强、固液输送效率高和使用寿命长的优点。保证足够的流道轴向通过能力，避免颗粒堵塞流道。增大过流速度和消除轴向漩涡，保证下游通流有足够的动能，有效防止局部漩涡和堵塞。
Description
技术领域
本发明涉及深海采矿扬矿泵技术领域，具体涉及一种用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法。
背景技术
当前人类文明和工业化迅速发展，陆上矿产资源日益枯竭，海洋采矿的重要性也逐渐凸显，深海采矿作为系统工程，整体具备技术的前沿性和先进性。其中，矿浆输送的扬矿泵为整个输送管线提供动力，固液浆料经过多级迂回的叶轮和导叶流道而被增压，已有的扬矿泵在颗粒通过性和效率上表现不佳。1988年，日本荏原公司开发了两台8级潜水泵，流量450m3/h，扬程760m，功率1200kW，矿石输送浓度为8％，上部四级水力，下部四级水力，该泵存在的问题是回流过程中粗颗粒矿石难以通过叶轮导叶。2009年韩国开发了一台两级扬矿泵，流量150m3/h，扬程70m，并在100m水深的浅海进行了近海输送试验，成功输送了20mm粒径的颗粒，但是整个输送系统会产生不稳定特征，其中主要原因是泵流道内的局部颗粒堵塞。长沙矿冶院有限责任公司借鉴德国KSB公司的结构，先后开发了一台两级的扬矿泵，流量420m3/h，扬程80m，额定功率200kW，整机性能基本达标，但是颗粒通过能力不足，50mm粗颗粒矿石在回流时出现了堵塞流道现象。
现有的固液两相流泵水力设计方法针对的主要是小颗粒、混合均匀的料浆，对于大颗粒、低浓度的料浆介质，目前还未有合适和准确的设计方法。实际上，大颗粒的固液浆料，整体的两相混合均匀程度远不及高浓小颗粒，颗粒相与液相之间的滑移速度相对较大，壁面对颗粒运动的约束作用在重点碰撞区域尤为明显，因此将单相的水力设计与颗粒的运动特征结合起来，实施两相关联性水力设计将具有重要的工程应用价值。除去水力性能的要求，泵的过流部件抗磨损也是一个重要指标。现有的设计还不能有效地降低这种大颗粒两相流的磨损。
深海扬矿泵作为深海采矿管线输送的重要动力源，其作用是为管线输送的固液浆料增压输送。目前扬矿泵的结构是径向叶轮搭配空间导叶的立式长轴结构，矿浆颗粒要依次通过曲折变向和截面积反复变化的叶轮导叶等流道，既造成效率的降低，又有堵塞流道的风险。现有的扬矿泵流道水力设计方法仍旧是清水设计之上，在实际使用过程中存在流体不顺畅且容易堵塞的缺陷。扬矿泵流道水力设计需要对过流几何参数和流道进行放大，对设计人员要求很高，且目前缺乏明确的固液两相设计思路和系统规范的设计准则。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在固液输送效率低、容易堵塞、耐磨性差和使用周期短的不足，提供了一种用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其具有结构紧凑、过流顺畅、耐磨性强、固液输送效率高和使用寿命长的优点。保证足够的流道轴向通过能力，避免颗粒堵塞流道。增大过流速度和消除轴向漩涡，保证下游通流有足够的动能，有效防止局部漩涡和堵塞。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，湿式潜水电机直驱多级长轴转子，多级长轴转子上布置若干串联的旋转叶轮和静止导叶体，由此构成固液浆料在泵内的增压通过，即由进口段进入，经电机外部筒体内的环形通道，依次通过旋转叶轮和静止导叶体的组合流道，最后由吐出段排出。扬矿泵的水力设计既要结合清水流道设计技术，又要兼顾料浆输送理论，从固液浆料整体流速和过流截面积的依赖关系、浆料粘性沉降和全局黏度变化规律出发，提出一种优化的固液泵水力设计放大，实现流道形状的优化设计。即首先开展常规清水介质下的旋转叶轮进出口速度三角形及关键水力参数计算和流道设计，从而获得叶轮的轴面形状和进出口直径等主体几何参数，在此之上延伸计算出流道内固相和液力各自的轴面速度，结合颗粒的滑移速度关系，精算出固液浆料等效的整体出流速度，由此计算出新的旋转叶轮的进口直径和出口宽度等几何参数，实现对旋转叶轮进出口参数的修正和流道绘形。
作为优选，固液两相水力设计过程如下步骤：
第一步：根据常规比转速下叶轮设计方法获得旋转叶轮的初步水力轮廓，首先计算进口直径和出口直径：
旋转叶轮进口直径
D1为旋转叶轮进口直径，Q为泵的流量，n为泵的转速，Ks为比例系数，Ks由附图9和附图10查表获得；
旋转叶轮出口直径
D2为旋转叶轮出口直径，Q为泵的流量，n为泵的转速，KD为比例系数；ns为泵比转速，kD2为比例系数，kD2由附图9和附图10查表获得；
旋转叶轮出口宽度
完成计算后再依据最小曲率原则对前后盖板内面进行过渡设计，完成旋转叶轮轴面形状的初步绘形；
第二步：常规水力建模基础上对固液两相水力进行改型设计，采用无量纲的旋转叶轮和静止导叶体内流体和颗粒滑移速度公式，计算出颗粒在轴面流道内的轴面速度；并结合浆料的体积浓度、颗粒的体积和颗粒的通过速度，获得浆料整体的轴面通流速度，进而对旋转叶轮进口出口等关键位置的尺寸进行放大设计矫正；
旋转流道内流体的速度滑移计算公式可应用于进出口参数的修正：
Δvrotor＝-0.0042l3-0.9055l2+7.7495l+0.3571；Δvrotor为颗粒速度与流体速度的差值，l为旋转叶轮中沿着流线方向的流动轨迹长。
旋转叶轮流道出口流体相绝对速度计算公式：
w2f＝vmf/cosβ2f，
w2f为流体出口速度，vmf为流体的出口轴面速度，β2f为流体的出口角度，ψ2叶片对流道的阻塞影响系数；η2为流动效率。
叶轮颗粒的出口轴面速度：
w2s＝w2f+Δvrotor；w2s为颗粒在流道内的速度，w2f为流体出口速度；Δvrotor为颗粒速度与流体速度的差值；
颗粒出流角度为β2s＝β2f+10°，则叶轮的出口轴面速度公式：vm2s＝w2f sinβ2s；β2s为颗粒的出口角度，β2f为流体的出口角度；
综合以上计算，旋转叶轮输送浆料的整体速度为：
vm＝vm2s×Cv+vm2f×(1-Cv)；vm为固液浆料整体的通过速度；vm2s为颗粒的轴面通过速度，vm2f为流体的轴面通过速度，Cv为颗粒相的体积浓度；
由新的浆料轴向通过速度计算新的叶轮出口宽度：
b2′为修正后的叶轮出口宽度，Q为泵流量；D2为旋转叶轮出口直径，vm为上述计算出来的整体浆料过流速度；
同理可获得修正后的旋转叶轮进口直径D1′，由此完成轴面流道的优化设计；
第三步：对流道过流断面检查和修正，然后在修正后的流道过流面积的基础上按照均匀单调上升要求进行校核和微调；完成微调后再接着依据静止流道内流体的速度矩守恒原理，设计流道过渡均匀的静止导叶体，保证旋转叶轮和静止导叶体的流道匹配；
静止导叶体流道内流体的速度滑移计算公式：
Δvstator＝-0.0005l3+0.0497l2-0.3322l+0.3954；此处l为静止导叶体(5)中沿着流线方向的流动轨迹长。
作为优选，由此设计的旋转叶轮比转速放大系数在2～3的区间范围，旋转叶轮轴面投影相比常规设计，其出口附近流道更加宽广，旋转叶轮外径和出口宽度也有一定增加。得到的空间导叶轴面形状上游轴面流道尺寸收窄，下游保持较大截面积，流道截面积变化规律为单调增加或者先降后增加，最大与最小截面积比为1.5～2的区间范围，兼顾了颗粒通过性和高效性。
作为优选，所述的旋转叶轮和静止导叶体进口边均采用前伸结构，实现固体颗粒向流动核心区域移动，减小壁面磨损；静止导叶体出口边设置V型缺口，减小颗粒的出流速度，减弱过渡段的壁面碰撞，由于颗粒和水在叶轮里被加速的程度不一样，避免居于流道中央的颗粒速度大于水的速度。V型缺口的目的是让颗粒提前减速，使得对过渡段避免的碰撞将大幅减弱，适度的V型缺口对于泵的性能影响很小，可忽略不计。
作为优选，旋转叶轮前端的吸入段内设有扭曲叶片，改善旋转叶轮吸入的固液浆料流速均匀，扭曲叶片形状呈“S”形扭曲，扭曲叶片出口角度接近90°。由于从驱动电机流道出来的浆料流动很紊乱，使得扭曲叶片不仅能改善叶轮进口来流均匀性，而且提高了旋转叶轮的工作效率，同时起到减小对叶轮的磨损。
作为优选，旋转叶轮和静止导叶体均采用复合底质，复合底质内部采用柔性基质，复合底质表面采用前后不同材质层进行拼接，前段部分采用硬质合金层抵挡法向的冲击，后段部分采用非金属涂层抵抗表面的切削作用。
作为优选，柔性基质选用石棉橡胶，非金属涂层选用陶瓷。
对于颗粒在旋转叶轮和静止导叶体流道内的运动特征进行解析，可知，旋转叶轮的前半段内，颗粒被加速，在流动方向被改变的位置，往往于流道内壁和导叶表面发生正面或者大角度的冲撞，而在流道的中后段，颗粒被加速，轨迹近乎折线，其与壁面的作用以滑削为主，因此，我们的抗磨损策略是整体采用柔性基质，有效抵抗正面冲击，前段部分通过硬质合金等材料抵抗法向作用，后段部分表面通过非金属材料来抵抗剪切作用。
作为优选，旋转叶轮和静止导叶的表面沿着流动方向采用若干呈等间距分布的斜沟槽结构，实现小颗粒和大颗粒的分离运移，二者都有流体浸润，既能增加输送效率，又能减小颗粒与壁面的磨损。
作为优选，湿式潜水电机与多级长轴转子间采用联轴器进行连接，多级长轴转子与旋转叶轮相套接，旋转叶轮与多级长轴转子通过滚动轴承实现多级长轴转子旋转过程中的同轴稳定性。驱动主轴驱动叶轮内的排沙盘，避免在固液浆料输送过程中出现沙浆淤堵甬道影响排液效率。
从颗粒运动机理上看，浆料中的大颗粒叶轮流道和壁面碰撞后，有显著的细小颗粒形成，其与水的跟随性较好。这些大颗粒、细小颗粒在导叶内的运动轨迹是紧贴着静止导叶的壁面，在自身动能和外围海水拽力作用下，快速向下游滑移，其与导叶表面的磨损非常严重，如果不能将大颗粒和细小颗粒分开，二者将不断挤压，细小颗粒表面的棱角将对壁面产生很大损伤，通过沿着流动方向在导叶表面设置斜槽，使得小颗粒落入槽内，大颗粒在槽外，二者之间还有流动的流体介质，起到改善流动特性和抗磨损特性的作用。
作为优选，通过在吸入段与旋转叶轮间设有叶轮密封环、旋转叶轮与静止导叶连接处前端设有泵体密封环，使得多级长轴转子与湿式潜水电机在外筒体内保持良好的密封性能。
本发明能够达到如下效果：
本发明提供了一种用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，与现有技术相比较，具有结构紧凑、过流顺畅、耐磨性强、固液输送效率高和使用寿命长的优点，解决了目前技术存在效率低和通过性差的问题。保证足够的流道轴向通过能力，避免颗粒堵塞流道。增大过流速度和消除轴向漩涡，保证下游通流有足够的动能，有效防止局部漩涡和堵塞。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的叶轮水力优化设计计算流程。
图3是本发明的叶轮出口的速度三角形关系图。
图4是本发明的叶轮轴面流道的优化设计前后对比示意图。
图5是本发明的叶轮和导叶的轴面投影对比图。
图6是本发明的泵吸入段的结构示意图。
图7是本发明的叶轮内部的结构剖视图。
图8是本发明的导叶的结构示意图。
图9是本发明的引用文献图。
图10是本发明的引用文献图。
图中：进口段1，环形流道2，多级长轴转子3，旋转叶轮4，静止导叶体5，泵体密封环6，排沙盘7，湿式潜水电机8，联轴器9，吸入段10，叶轮密封环11，外筒体12，滚动轴承13，吐出段14，扭曲叶片15，柔性基质16，硬质合金层17，非金属涂层18，斜沟槽19，V型缺口20。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1-10所示，一种用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，固液浆料通过湿式潜水电机8驱动多级长轴转子3带动多级长轴转子3上的6个旋转叶轮4内的静止导叶体5从进口段1进入外筒体12内部的环形流道2，驱动主轴3驱动旋转叶轮4内的排沙盘7，避免在固液浆料输送过程中出现沙浆淤堵甬道影响排液效率。然后通过吸入段10在导叶5的旋转加压下，最后从吐出段14排出，通过在吸入段10与旋转叶轮4间设有叶轮密封环11、旋转叶轮4与静止导叶体5连接处前端设有泵体密封环6，使得多级长轴转子3与湿式潜水电机8在外筒体12内保持良好的密封性能。湿式潜水电机8与多级长轴转子3间采用联轴器9进行连接，多级长轴转子3与旋转叶轮4相套接，旋转叶轮4与驱动主轴3通过滚动轴承13实现驱动主轴3旋转过程中的同轴稳定性。旋转叶轮4和静止导叶体5均为环形回转体结构，旋转叶轮4和静止导叶体5进口边均采用前伸结构，实现固体颗粒向流动核心区域移动，减小壁面磨损。静止导叶体5出口边设置V型缺口20，减小颗粒的出流速度，减弱过渡段的壁面碰撞，由于颗粒和水在叶轮里被加速的程度不一样，避免居于流道中央的颗粒速度大于水的速度。旋转叶轮4和静止导叶体5均采用复合底质，复合底质内部采用柔性基质16，复合底质表面采用前后不同材质层进行拼接，前段部分采用硬质合金层17抵挡法向的冲击，后段部分采用非金属涂层18抵抗表面的切削作用。柔性基质16选用石棉橡胶，非金属涂层18选用陶瓷。旋转叶轮4和静止导叶体5的表面沿着流动方向采用若干呈等间距分布的斜沟槽19结构，实现小颗粒和大颗粒的分离运移，二者都有流体浸润，既能增加输送效率，又能减小颗粒与壁面的磨损。旋转叶轮4前端的吸入段10内设有扭曲叶片15，改善旋转叶轮4吸入的固液浆料流速均匀，扭曲叶片15形状呈“S”形扭曲，扭曲叶片15出口角度接近90°。
在扬矿泵即要结合清水流道设计计算，又要满足料浆输送理论，从液体流速和过流截面积依赖关系、浆料粘性沉淀和全局黏度变化，实现流道形状的设计；首先通过设计流道和扬程对叶轮进行常规清水介质设计，以及水力计算涉及到的旋转叶轮4进出口速度三角形及关键变量，从而获得旋转叶轮4的轴面形状和进出口直径等主体几何参数，接着计算出流道内流体的轴面速度，结合颗粒的滑移速度，粗算颗粒的出口速度，并计算旋转叶轮4的出口宽度，对旋转叶轮4进出口参数进行修正和流道绘形。
固液两相水力设计过程如下步骤：
第一步：根据常规比转速下旋转叶轮4设计方法获得旋转叶轮4的初步水力轮廓，首先计算进口直径和出口直径，完成计算后再依据最小曲率原则对前后盖板内面进行过渡设计，完成旋转叶轮4轴面形状的初步绘形。
第二步：常规水力建模基础上对固液两相水力进行改型设计。采用无量纲的旋转叶轮4和静止导叶体5内流体和颗粒滑移速度公式，计算出颗粒在轴面流道内的轴面速度；并结合浆料的体积浓度、颗粒的体积和颗粒的通过速度，对旋转叶轮4进口出口等关键位置的尺寸进行放大设计矫正。
第三步：对流道过流断面检查和修正，然后在修正后的流道过流面积的基础上按照均匀单调上升要求进行校核和必要的微调；完成微调后再接着依据静止流道内流体的速度矩守恒原理，设计流道过渡均匀的导叶，保证旋转叶轮4和静止导叶体5的流道匹配顺利。
第四步：完成固液两相水力设计计算后，根据计算数据得到的旋转叶轮4比转速放大系数为2.5，旋转叶轮4相比原有叶轮轴面投影出口附近流道更加宽广，旋转叶轮4外径和出口宽度也有一定增加。得到的空间静止导叶体5轴面形状上游轴面流道尺寸收窄，下游保持较大截面积，流道截面积变化规律为单调增加或者先降后增加，最大与最小截面积比为1.8，兼顾了颗粒通过性和高效性。
经过用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，设计出深海采矿扬矿泵。该泵参数为流量120方，扬程20米，转速1450rpm。浆料浓度为10％，粒径为10～15mm，效率60％。该泵水力的参数为进口直径135mm，出口直径280mm，出口宽度22mm且出口安放角23°。流体通过旋转叶轮4出口的流体的轴面速度为v2f＝2.02m/s，牵连速度为w2f＝2.19m/s，经计算旋转叶轮4出口处的颗粒海水滑移速度为8.01m/s，则颗粒的轴面速度为v2s＝10.2m/s，浆料通过旋转叶轮4出口的平均速度为2.82m/s。由此得到的旋转叶轮4出口宽度为44mm。旋转叶轮4和静止导叶体5的轴面流道和平面流道型线均经进行颗粒壁面反弹碰撞计算，确保最少碰撞次数和最短通过时间。
综上所述，该用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，具有结构紧凑、过流顺畅、耐磨性强、固液输送效率高和使用寿命长的优点，解决了目前技术存在效率低和通过性差的问题。保证足够的流道轴向通过能力，避免颗粒堵塞流道。增大过流速度和消除轴向漩涡，保证下游通流有足够的动能，有效防止局部漩涡和堵塞。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (9)
1.一种用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其特征在于：湿式潜水电机(8)直驱多级长轴转子(3)，多级长轴转子(3)上布置若干串联的旋转叶轮(4)和静止导叶体(5)，由此构成固液浆料在泵内的增压通过，即由进口段(1)进入，经电机外部筒体(12)内的环形通道(2)，依次通过旋转叶轮(4)和静止导叶体(5)的组合流道，最后由吐出段(14)排出；扬矿泵的水力设计既要结合清水流道设计技术，又要兼顾料浆输送理论，从固液浆料整体流速和过流截面积的依赖关系、浆料粘性沉降和全局黏度变化规律出发，提出一种优化的固液泵水力设计放大，实现流道形状的优化设计，即首先开展常规清水介质下的旋转叶轮(4)进出口速度三角形及关键水力参数计算和流道设计，从而获得叶轮的轴面形状和进出口直径等主体几何参数，在此之上延伸计算出流道内固相和液力各自的轴面速度，结合颗粒的滑移速度关系，精算出固液浆料等效的整体出流速度，由此计算出新的旋转叶轮(4)的进口直径和出口宽度等几何参数，实现对旋转叶轮(4)进出口参数的修正和流道绘形；
固液两相水力设计过程如下步骤：
第一步：根据常规比转速下叶轮设计方法获得旋转叶轮(4)的初步水力轮廓，首先计算进口直径和出口直径：
旋转叶轮进口直径
D1为旋转叶轮进口直径，Q为泵的流量，n为泵的转速，Ks为比例系数，Ks由附图9和附图10查表获得；
旋转叶轮出口直径
D2为旋转叶轮出口直径，Q为泵的流量，n为泵的转速，KD为比例系数；ns为泵比转速，kD2为比例系数，kD2由附图9和附图10查表获得；
旋转叶轮出口宽度
完成计算后再依据最小曲率原则对前后盖板内面进行过渡设计，完成旋转叶轮(4)轴面形状的初步绘形；
第二步：常规水力建模基础上对固液两相水力进行改型设计，采用无量纲的旋转叶轮(4)和静止导叶体(5)内流体和颗粒滑移速度公式，计算出颗粒在轴面流道内的轴面速度；并结合浆料的体积浓度、颗粒的体积和颗粒的通过速度，获得浆料整体的轴面通流速度，进而对旋转叶轮(4)进口出口等关键位置的尺寸进行放大设计矫正；
旋转流道内流体的速度滑移计算公式可应用于进出口参数的修正：
Δvrotor＝-0.0042l3-0.9055l2+7.7495l+0.3571；Δvrotor为颗粒速度与流体速度的差值，l为旋转叶轮中沿着流线方向的流动轨迹长；
旋转叶轮流道出口流体相绝对速度计算公式：
w2f＝vmf/cosβ2f，
w2f为流体出口速度，vmf为流体的出口轴面速度，β2f为流体的出口角度，ψ2叶片对流道的阻塞影响系数；η2为流动效率；
叶轮颗粒的出口轴面速度：
w2s＝w2f+ΔVrotor；w2s为颗粒在流道内的速度，w2f为流体出口速度；Δvrotor为颗粒速度与流体速度的差值；
颗粒出流角度为β2s＝β2f+10°，则叶轮的出口轴面速度公式：vm2s＝w2fsinβ2s；β2s为颗粒的出口角度，β2f为流体的出口角度；
综合以上计算，旋转叶轮(4)输送浆料的整体速度为：
vm＝vm2s×Cv+vm2f×(1-Cv)；vm为固液浆料整体的通过速度；vm2s为颗粒的轴面通过速度，vm2f为流体的轴面通过速度，Cv为颗粒相的体积浓度；
由新的浆料轴向通过速度计算新的叶轮出口宽度：
b2′为修正后的叶轮出口宽度，Q为泵流量；D2为旋转叶轮(4)出口直径，vm为上述计算出来的整体浆料过流速度；
同理可获得修正后的旋转叶轮(4)进口直径D1′，由此完成轴面流道的优化设计；
第三步：对流道过流断面检查和修正，然后在修正后的流道过流面积的基础上按照均匀单调上升要求进行校核和微调；完成微调后再接着依据静止流道内流体的速度矩守恒原理，设计流道过渡均匀的静止导叶体(5)，保证旋转叶轮(4)和静止导叶体(5)的流道匹配；
静止导叶体(5)流道内流体的速度滑移计算公式：
Δvstator＝-0.0005l3+0.0497l2-0.3322l+0.3954；此处l为静止导叶体(5)中沿着流线方向的流动轨迹长。
2.根据权利要求1述的用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其特征在于：由此设计的旋转叶轮(4)比转速放大系数在2～3的区间范围，旋转叶轮(4)轴面投影相比常规设计，其出口附近流道更加宽广，旋转叶轮(4)外径和出口宽度也有增加；由此设计得到的空间旋转叶轮(4)轴面形状上游轴面流道尺寸收窄，下游保持较大截面积，流道截面积变化规律为单调增加或者先降后增加，最大与最小截面积比为1.5～2的区间范围，保证了颗粒通过性和高效性。
3.根据权利要求1述的用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其特征在于：所述的旋转叶轮(4)和静止导叶体(5)进口边均采用前伸结构，实现固体颗粒向流动核心区域移动，减小壁面磨损；静止导叶体(5)出口边设置V型缺口(20)，减小颗粒的出流速度，减弱过渡段的壁面碰撞。
4.根据权利要求2述的用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其特征在于：旋转叶轮(4)前端的吸入段(10)内设有扭曲叶片(15)，改善旋转叶轮(4)吸入的固液浆料流速均匀，扭曲叶片(15)形状呈“S”形扭曲，扭曲叶片(15)出口角度接近90°。
5.根据权利要求2述的用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其特征在于：旋转叶轮(4)和静止导叶体(5)均采用复合底质，复合底质内部采用柔性基质(16)，复合底质表面采用前后不同材质层进行拼接，前段部分采用硬质合金层(17)抵挡法向的冲击，后段部分采用非金属涂层(18)抵抗表面的切削作用。
6.根据权利要求4述的用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其特征在于：柔性基质(16)选用石棉橡胶，非金属涂层(18)选用陶瓷。
7.根据权利要求4述的用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其特征在于：旋转叶轮(4)和静止导叶体(5)的表面沿着流动方向采用若干呈等间距分布的斜沟槽(19)结构。
8.根据权利要求1所述的用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其特征在于：湿式潜水电机(8)与多级长轴转子(3)间采用联轴器(9)进行连接，多级长轴转子(3)与旋转叶轮(4)相套接，旋转叶轮(4)与多级长轴转子(3)通过滚动轴承(13)实现多级长轴转子(3)旋转过程中的同轴稳定性；多级长轴转子(3)驱动旋转叶轮(4)内的排沙盘(7)，避免在固液浆料输送过程中出现沙浆淤堵甬道影响排液效率。
9.根据权利要求1所述的用于深海采矿扬矿泵的固液两相水力设计方法，其特征在于：通过在吸入段(10)与叶轮(4)间设有叶轮密封环(11)、旋转叶轮(4)与静止导叶体(5)连接处前端设有泵体密封环(6)，使得多级长轴转子(3)与湿式潜水电机(8)在外筒体(12)内保持良好的密封性能。
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