旋流泵的特性分析与设计方法探讨

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1、第20卷第1期农业工程学报Vol.20No.11242004年1月TransactionsoftheCSAEJan.2004旋流泵的特性分析与设计方法探讨沙毅,杨敏官,康灿,王军锋,陈汇龙(江苏大学能动学院,镇江212013)摘要:在旋流泵流场计算及测试基础上,通过试验分析研究了旋流泵的水力结构参数对其性能的影响;对15种优秀的水力模型进行归纳总结,推导出旋流泵统计系数设计方法。设计实例表明了该设计方法的实用性与优越性。同时,针对旋流泵的性能曲线和汽蚀问题与同比转数普通离心泵进行了对比分析。关键词:旋流泵;性能;设计方法;试验;汽蚀中图分类号:TH311文献标识码:A文章编号:10022681

2、9(2004)01201242040引言旋流泵属于无堵塞自由流泵(FreeFlewPump),其发展历史远比离心泵要短,但国外已将它作为污水浆[1]液输送泵的主要品种,其结构特点是叶轮退缩至无叶腔后面,如图1所示。在应用方面,主要有以下几个特点:1)不堵塞性,可以输送粒径为泵出口直径90%的固体颗粒或含细长介质的固液混合物,如含垃圾、短纤维物质或粪便的两相流体;2)适用于输送气、液、固三相混合流体,由于化学和机械作用,污液在输送过程中会产生气体,离心式固液泵常因气囊堵塞而失去泵送能力,而旋流泵对气体不敏感,当流体中空气含量达15%时,仍能正常运行;3)泵效率偏低,一般G≤50%,泵扬程低,一般

3、H≤100m。近20年来,国内外学者对旋流泵进行了一系列的[2,3]研究,但在理论上尚无突出进展,内部流动和设计过程仍无法用精确的数学方程表达出来。针对这样的现状,本文通过试验、分析和统计相结合的方法揭示旋流泵流动中的一些规律,提出旋流泵统计系数设计方法。图1旋流泵结构及叶轮形式文中试验工作在江苏大学流体中心闭式、开式水泵试验Fig.1Structureandimpellerofvortexpump台和现场完成,试验方法按GB3216-89和GBöT12785-91执行。阀。当阀开度为10%左右时,旋流泵正常运行。在涡室1旋流泵内部流动的观察实验轴线上中央处形成一固定的气泡集群,随着再循环流外

4、圈气泡被带走而消失泯灭,进口又不断补充气泡。随着旋流泵内部流动分为贯通流和循环流,其工作原理流量增大,气泡集群缩小。阀开度为30%时,泵进口发的定性描述笔者通过观察输送红萝卜试验得到验证。将生虹吸式的噪声,运行不稳定。泵流量减小,出现断断续泵涡室进口盖板改成可透入灯光的有机玻璃材料。萝卜续的波动。随贯通流进入涡室。由于叶片旋转的圆周线速度远大于萝卜的轴向速度,要进入叶轮的萝卜被扫回涡室,萝卜3旋流泵结构参数对其性能的影响随循环流径向流动,然后流出涡室。当小流量时,萝卜几目前从理论上还无法建立泵主要水力几何参数与乎不循环就快速流出涡室。随着流量加大,萝卜循环圈泵性能之间的函数关系,只能采用最简单

5、的改变几何参数明显增多。数,分析研究外特性的变化规律,从而为归纳经验系数2旋流泵含气混输观察实验打下基础。3.1叶轮外径D2对泵性能的影响在同一试验台上将进口管道加一通大气的"å铜球与离心泵一样,D2是影响泵性能的一个重要几何参数。试验在其它结构参数固定的条件下,分别以3个收稿日期:2003204224修订日期:2003210225不同D2叶轮装入同一台泵进行试验。试验结果如图2。作者简介:沙毅(1961-),男,副研究员,江苏省镇江市江苏大学能源与动力工程学院,212013随D2增大,扬程与其功率曲线几乎平行上升。且D2增第1期沙毅等:旋流泵的特性分析与设计方法探讨125幅越大,曲线上升幅度

6、也越大。对于其他结构尺寸参数率居中,设计中优先采用。后弯叶片(Vu2

7、几何参数不变下,分别以4个不同b2尺寸的叶轮装入同一台泵中试验。试验结果见图3,b2等比增大,扬程曲线几乎平行上升且变得较为平坦,功率曲线上升幅度没有D2那么大,泵效率亦上升。但增大至最佳叶片宽度范围内,进一步增加b2并不显著影响泵的效率。b2增大有利于提高泵最大流量,这与离心泵一致。3.3叶轮叶片数Z及叶片形状对泵性能的影响[3]对潜水旋流泵叶片数的试验表明:叶片数Z增多,扬程和效率显著提高,但