螺旋軸流泵的設(shè)計及試驗(yàn)研究

2013-12-01 朱榮生 江蘇大學(xué)流體機(jī)械工程技術(shù)研究中心

  闡述了螺旋軸流泵的原理和設(shè)計方法,基于商業(yè)軟件ANSYS CFX 對設(shè)計的螺旋軸流泵進(jìn)行了數(shù)值計算,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明:0.8Qd工況時,在葉輪輪轂與葉片結(jié)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(shè)計工況和1.2Qd工況時,泵內(nèi)部壓力和速度分布逐漸均勻,流動平穩(wěn),入流平順;設(shè)計工況下,試驗(yàn)揚(yáng)程H=5.38m,比規(guī)定值高7.6%,比預(yù)測揚(yáng)程低4.8%;試驗(yàn)效率η=77.8%,比規(guī)定值高2.8%,比預(yù)測值低3.1%,最高效率點(diǎn)為1.2Qd工況,效率為78.9%,比預(yù)測值低5.8%,偏大工況運(yùn)行;運(yùn)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(dá)到了設(shè)計要求。

  目前國內(nèi)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(yīng)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(zhì)混合液的較好性能,但由于受泵型結(jié)構(gòu)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(yán)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(yuǎn)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(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(nèi)部流動規(guī)律,并開發(fā)出一種結(jié)構(gòu)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(shè)計

  鑒于目前我國污水處理的嚴(yán)峻形勢,開發(fā)出一種流暢、高效、大流量的污泥回流泵至關(guān)重要.據(jù)前人研究和試驗(yàn)結(jié)果可知:當(dāng)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(tuán)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn),但對所輸送的介質(zhì)有較嚴(yán)格的要求,容易被纖維狀物質(zhì)纏繞造成堵塞,燒壞電機(jī),并且流量揚(yáng)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(shè)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(zhuǎn),介質(zhì)在螺旋葉片的束縛下沿螺旋線方向拋出,經(jīng)過空間導(dǎo)葉導(dǎo)流后,沿軸向流出;其特殊形式的葉輪結(jié)構(gòu)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(qiáng)制進(jìn)料,具有極好的通過性能。由于其結(jié)合了螺旋泵和軸流泵的優(yōu)點(diǎn),且其比轉(zhuǎn)數(shù)高達(dá)570以上,因此稱為螺旋軸流泵。

4、試驗(yàn)研究

  4.1、試驗(yàn)方案設(shè)計

  螺旋軸流泵性能試驗(yàn)是在具有B級精度的水泵開式試驗(yàn)臺上進(jìn)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(diào)節(jié)閥和二次儀表等組成,按照GB/T 12785—2002《潛水電泵試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn).試驗(yàn)開閥啟動,從額定流量的150%一直進(jìn)行到關(guān)死點(diǎn),相關(guān)測試數(shù)據(jù)由計算機(jī)自動采集和處理,螺旋軸流泵的實(shí)物圖如圖8所示。

螺旋軸流泵實(shí)物圖

圖8 螺旋軸流泵實(shí)物圖

  4.2、結(jié)果與分析

  從圖9中可以看出:揚(yáng)程的預(yù)測曲線與試驗(yàn)曲線基本符合,無馬鞍區(qū)存在,且在設(shè)計點(diǎn)試驗(yàn)揚(yáng)程H=5.38m,比規(guī)定的設(shè)計值高出7.6%,除在1.5Qd外,其他點(diǎn)的計算值均比試驗(yàn)值高,但最大誤差不超過6%,在合理范圍內(nèi);預(yù)測效率曲線趨勢與試驗(yàn)曲線基本相同,設(shè)計點(diǎn)的試驗(yàn)效率η=77.8%,比規(guī)定值高出2.8%,比預(yù)測值低3.1%,最高效率點(diǎn)為1.2Qd,效率為78.9%,比預(yù)測值低5.8%;預(yù)測功率曲線與試驗(yàn)曲線平滑下降,整個過程的最大功率為試驗(yàn)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(shè)計達(dá)到了設(shè)計要求,設(shè)計方法合理可行。

試驗(yàn)性能與預(yù)測性能對比

圖9 試驗(yàn)性能與預(yù)測性能對比