螺旋轴流泵的设计及试验研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)江苏大学流体机械工程技术研究中心 作者:朱荣生

  阐述了螺旋轴流泵的原理和设计方法,基于商业软件ANSYS CFX 对设计的螺旋轴流泵进行了数值计算,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:0.8Qd工况时,在叶轮轮毂与叶片结合处存在局部高压区和漩涡,随着流量的增大,局部高压区和漩涡逐渐减小并消失;设计工况和1.2Qd工况时,泵内部压力和速度分布逐渐均匀,流动平稳,入流平顺;设计工况下,试验扬程H=5.38m,比规定值高7.6%,比预测扬程低4.8%;试验效率η=77.8%,比规定值高2.8%,比预测值低3.1%,最高效率点为1.2Qd工况,效率为78.9%,比预测值低5.8%,偏大工况运行;运行全过程中,获得了平滑下降的Q-H 曲线和功率曲线,无马鞍区,无过载现象发生,达到了设计要求。

  目前国内的污水处理用泵主要有污水泵、污泥泵、潜水轴流泵、旋流泵、螺旋离心泵等.综观应用情况,现有各种污水处理用泵虽然具有抽送含颗粒、杂质混合液的较好性能,但由于受泵型结构所限,泵在工作中会时常发生绕缠与堵塞故障,而且对物料破坏严重,更无法用于抽送长纤维、大粒径固体物和要求不损伤的物料(活性污泥),远不能满足污水处理等行业的需要。虽然螺旋离心泵具备无堵塞、高性能等特点,适合用于污水处理,但不能提供所需的大流量。因而,具备大流量、无堵塞、无损性和高性能的污水处理用泵是今后的发展趋势.本研究通过CFD数值模拟,分析了螺旋轴流泵的内部流动规律,并开发出一种结构紧凑、无堵塞、无缠绕、无损性且大流量的螺旋轴流泵。

1、螺旋轴流泵的开发原理与设计

  鉴于目前我国污水处理的严峻形势,开发出一种流畅、高效、大流量的污泥回流泵至关重要.据前人研究和试验结果可知:当离心泵和旋流泵的水流流经泵叶轮时,有一个突然的90°转角,许多絮凝体被打碎且很容易造成纤维物质缠绕;阿基米德螺旋泵虽然能够输送高固体含量的污水,但结构庞大,受场地的限制而不能使用;螺旋离心泵具备无堵塞、无缠绕和无损性,柔性输送,使活性污泥中的菌胶团结构基本保持完整,仍保持其物理性质,但不能提供所需的大流量,且径向尺寸大,安装不便;潜水轴流泵具有大流量、结构紧凑等特点,但对所输送的介质有较严格的要求,容易被纤维状物质缠绕造成堵塞,烧坏电机,并且流量扬程曲线存在马鞍区,流动损失较大。

  螺旋轴流泵的开发是基于两相流理论,为输送固液混合物设计的一类新型泵,尤其适用于作为污泥回流泵.其工作原理是泵轴带动螺旋型叶轮旋转,介质在螺旋叶片的束缚下沿螺旋线方向抛出,经过空间导叶导流后,沿轴向流出;其特殊形式的叶轮结构工作时产生的液流压力与流速趋于均匀,既无水流冲击,又能强制进料,具有极好的通过性能。由于其结合了螺旋泵和轴流泵的优点,且其比转数高达570以上,因此称为螺旋轴流泵。

4、试验研究

  4.1、试验方案设计

  螺旋轴流泵性能试验是在具有B级精度的水泵开式试验台上进行的.测试系统由螺旋轴流泵、井筒、管路系统、压力传感器、电磁流量计、调节阀和二次仪表等组成,按照GB/T 12785—2002《潜水电泵试验方法》进行试验.试验开阀启动,从额定流量的150%一直进行到关死点,相关测试数据由计算机自动采集和处理,螺旋轴流泵的实物图如图8所示。

螺旋轴流泵实物图

图8 螺旋轴流泵实物图

  4.2、结果与分析

  从图9中可以看出:扬程的预测曲线与试验曲线基本符合,无马鞍区存在,且在设计点试验扬程H=5.38m,比规定的设计值高出7.6%,除在1.5Qd外,其他点的计算值均比试验值高,但最大误差不超过6%,在合理范围内;预测效率曲线趋势与试验曲线基本相同,设计点的试验效率η=77.8%,比规定值高出2.8%,比预测值低3.1%,最高效率点为1.2Qd,效率为78.9%,比预测值低5.8%;预测功率曲线与试验曲线平滑下降,整个过程的最大功率为试验功率P=43.1kW,小于45kW 的额定功率,无过载现象发生。由此,说明本螺旋轴流泵的设计达到了设计要求,设计方法合理可行。

试验性能与预测性能对比

图9 试验性能与预测性能对比

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