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行了數(shù)值計算，并與試驗結果進行了對比分析。結果表明：0.8Qd工況時，在葉輪輪轂與葉片結合處存在局部高壓區(qū)和漩渦，隨著流量的增大，局部高壓區(qū)和漩渦逐漸減小并消失；設計工況和1.2Qd工況時，泵內部壓力和速度分布逐漸均勻，流動平穩(wěn)，入流平順；設計工況下，試驗揚程H=5.38m，比規(guī)定值高7.6%，比預測揚程低4.8%；試驗效率η=77.8%，比規(guī)定值高2.8%，比預測值低3.1%，最高效率點為1.2Qd工況，效率為78.9%，比預測值低5.8%，偏大工況運行；運行全過程中，獲得了平滑下降的Q-H 曲線和功率曲線，無馬鞍區(qū)，無過載現(xiàn)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.綜觀應用情況，現(xiàn)有各種污水處理用泵雖然具有抽送含顆粒、雜質混合液的較好性能，但由于受泵型結構所限，泵在工作中會時常發(fā)生繞纏與堵塞故障，而且對物料破壞嚴重，更無法用于抽送長纖維、大粒徑固體物和要求不損傷的物料(活性污泥)，遠不能滿足污水處理等行業(yè)的需要。雖然螺旋離心泵具備無堵塞、高性能等特點，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、無堵塞、無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CFD數(shù)值模擬，分析了螺旋軸流泵的內部流動規(guī)律，并開發(fā)出一種結構緊湊、無堵塞、無纏繞、無損性且大流量的螺旋軸流泵。

1、螺旋軸流泵的開發(fā)原理與設計

　　鑒于目前我國污水處理的嚴峻形勢，開發(fā)出一種流暢、高效、大流量的污泥回流泵至關重要.據(jù)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，有一個突然的90°轉角，許多絮凝體被打碎且很容易造成纖維物質纏繞；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，受場地的限制而不能使用；螺旋離心泵具備無堵塞、無纏繞和無損性，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，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，但對所輸送的介質有較嚴格的要求，容易被纖維狀物質纏繞造成堵塞，燒壞電機，并且流量揚程曲線存在馬鞍區(qū)，流動損失較大。

　　螺旋軸流泵的開發(fā)是基于兩相流理論，為輸送固液混合物設計的一類新型泵，尤其適用于作為污泥回流泵.其工作原理是泵軸帶動螺旋型葉輪旋轉，介質在螺旋葉片的束縛下沿螺旋線方向拋出，經(jīng)過空間導葉導流后，沿軸向流出；其特殊形式的葉輪結構工作時產(chǎn)生的液流壓力與流速趨于均勻，既無水流沖擊，又能強制進料，具有極好的通過性能。由于其結合了螺旋泵和軸流泵的優(yōu)點，且其比轉數(shù)高達570以上，因此稱為螺旋軸流泵。

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級精度的水泵開式試驗臺上進行的.測試系統(tǒng)由螺旋軸流泵、井筒、管路系統(tǒng)、壓力傳感器、電磁流量計、調節(jié)閥和二次儀表等組成，按照GB/T　12785—2002《潛水電泵試驗方法》進行試驗.試驗開閥啟動，從額定流量的150%一直進行到關死點，相關測試數(shù)據(jù)由計算機自動采集和處理，螺旋軸流泵的實物圖如圖8所示。

圖8　螺旋軸流泵實物圖

　　4.2、結果與分析

　　從圖9中可以看出：揚程的預測曲線與試驗曲線基本符合，無馬鞍區(qū)存在，且在設計點試驗揚程H=5.38m，比規(guī)定的設計值高出7.6%，除在1.5Qd外，其他點的計算值均比試驗值高，但最大誤差不超過6%，在合理范圍內；預測效率曲線趨勢與試驗曲線基本相同，設計點的試驗效率η=77.8%，比規(guī)定值高出2.8%，比預測值低3.1%，最高效率點為1.2Qd，效率為78.9%，比預測值低5.8%；預測功率曲線與試驗曲線平滑下降，整個過程的最大功率為試驗功率P=43.1kW，小于45kW 的額定功率，無過載現(xiàn)象發(fā)生。由此，說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