螺旋轴流泵的设计及试验研究

　　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。

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。

图9　试验性能与预测性能对比