螺旋軸流泵的設計及試驗研究
闡述了螺旋軸流泵的原理和設計方法，基于商業(yè)軟件ANSYS CFX 對設計的螺旋軸流泵進(jìn)行了數值計算，并與試驗結果進(jìn)行了對比分析。結果表明：0.8Qd工況時(shí)，在葉輪輪轂與葉片結合處存在局部高壓區和漩渦，隨著(zhù)流量的增大，局部高壓區和漩渦逐漸減小并消失；設計工況和1.2Qd工況時(shí)，泵內部壓力和速度分布逐漸均勻，流動(dòng)平穩，入流平順；設計工況下，試驗揚程H=5.38m，比規定值高7.6%，比預測揚程低4.8%；試驗效率η=77.8%，比規定值高2.8%，比預測值低3.1%，最高效率點(diǎn)為1.2Qd工況，效率為78.9%，比預測值低5.8%，偏大工況運行；運行全過(guò)程中，獲得了平滑下降的Q-H 曲線(xiàn)和功率曲線(xiàn)，無(wú)馬鞍區，無(wú)過(guò)載現象發(fā)生，達到了設計要求。
目前國內的污水處理用泵主要有污水泵、污泥泵、潛水軸流泵、旋流泵、螺旋離心泵等.綜觀(guān)應用情況，現有各種污水處理用泵雖然具有抽送含顆粒、雜質(zhì)混合液的較好性能，但由于受泵型結構所限，泵在工作中會(huì )時(shí)常發(fā)生繞纏與堵塞故障，而且對物料破壞嚴重，更無(wú)法用于抽送長(cháng)纖維、大粒徑固體物和要求不損傷的物料(活性污泥)，遠不能滿(mǎn)足污水處理等行業(yè)的需要。雖然螺旋離心泵具備無(wú)堵塞、高性能等特點(diǎn)，適合用于污水處理，但不能提供所需的大流量。因而，具備大流量、無(wú)堵塞、無(wú)損性和高性能的污水處理用泵是今后的發(fā)展趨勢.本研究通過(guò)CFD數值模擬，分析了螺旋軸流泵的內部流動(dòng)規律，并開(kāi)發(fā)出一種結構緊湊、無(wú)堵塞、無(wú)纏繞、無(wú)損性且大流量的螺旋軸流泵。
1、螺旋軸流泵的開(kāi)發(fā)原理與設計
鑒于目前我國污水處理的嚴峻形勢，開(kāi)發(fā)出一種流暢、高效、大流量的污泥回流泵至關(guān)重要.據前人研究和試驗結果可知：當離心泵和旋流泵的水流流經(jīng)泵葉輪時(shí)，有一個(gè)突然的90°轉角，許多絮凝體被打碎且很容易造成纖維物質(zhì)纏繞；阿基米德螺旋泵雖然能夠輸送高固體含量的污水，但結構龐大，受場(chǎng)地的限制而不能使用；螺旋離心泵具備無(wú)堵塞、無(wú)纏繞和無(wú)損性，柔性輸送，使活性污泥中的菌膠團結構基本保持完整，仍保持其物理性質(zhì)，但不能提供所需的大流量，且徑向尺寸大，安裝不便；潛水軸流泵具有大流量、結構緊湊等特點(diǎn)，但對所輸送的介質(zhì)有較嚴格的要求，容易被纖維狀物質(zhì)纏繞造成堵塞，燒壞電機，并且流量揚程曲線(xiàn)存在馬鞍區，流動(dòng)損失較大。
螺旋軸流泵的開(kāi)發(fā)是基于兩相流理論，為輸送固液混合物設計的一類(lèi)新型泵，尤其適用于作為污泥回流泵.其工作原理是泵軸帶動(dòng)螺旋型葉輪旋轉，介質(zhì)在螺旋葉片的束縛下沿螺旋線(xiàn)方向拋出，經(jīng)過(guò)空間導葉導流后，沿軸向流出；其特殊形式的葉輪結構工作時(shí)產(chǎn)生的液流壓力與流速趨于均勻，既無(wú)水流沖擊，又能強制進(jìn)料，具有極好的通過(guò)性能。由于其結合了螺旋泵和軸流泵的優(yōu)點(diǎn)，且其比轉數高達570以上，因此稱(chēng)為螺旋軸流泵。
4、試驗研究
4.1、試驗方案設計
螺旋軸流泵性能試驗是在具有B級精度的水泵開(kāi)式試驗臺上進(jìn)行的.測試系統由螺旋軸流泵、井筒、管路系統、壓力傳感器、電磁流量計、調節閥和二次儀表等組成，按照GB/T 12785—2002《潛水電泵試驗方法》進(jìn)行試驗.試驗開(kāi)閥啟動(dòng)，從額定流量的150%一直進(jìn)行到關(guān)死點(diǎn)，相關(guān)測試數據由計算機自動(dòng)采集和處理，螺旋軸流泵的實(shí)物圖如圖8所示。
圖8 螺旋軸流泵實(shí)物圖
4.2、結果與分析
從圖9中可以看出：揚程的預測曲線(xiàn)與試驗曲線(xiàn)基本符合，無(wú)馬鞍區存在，且在設計點(diǎn)試驗揚程H=5.38m，比規定的設計值高出7.6%，除在1.5Qd外，其他點(diǎn)的計算值均比試驗值高，但最大誤差不超過(guò)6%，在合理范圍內；預測效率曲線(xiàn)趨勢與試驗曲線(xiàn)基本相同，設計點(diǎn)的試驗效率η=77.8%，比規定值高出2.8%，比預測值低3.1%，最高效率點(diǎn)為1.2Qd，效率為78.9%，比預測值低5.8%；預測功率曲線(xiàn)與試驗曲線(xiàn)平滑下降，整個(gè)過(guò)程的最大功率為試驗功率P=43.1kW，小于45kW 的額定功率，無(wú)過(guò)載現象發(fā)生。由此，說(shuō)明本螺旋軸流泵的設計達到了設計要求，設計方法合理可行。
圖9 試驗性能與預測性能對比
