旋流泵

美國(guó)西部機(jī)械公司(Western Machine Company)研制出第一臺(tái)WEMCO型旋流泵之后，其它泵公司也相繼開(kāi)始了對(duì)旋流泵的設(shè)計(jì)研究。1956年Stenbery Flygt公司試制出了旋流潛水泵。1959年瑞士埃格爾(Egger)公司開(kāi)始生產(chǎn)旋流泵。而后日本也開(kāi)展了對(duì)該種泵的研究和生產(chǎn)。1968年，西德學(xué)者Rutschi公開(kāi)發(fā)表了旋流泵實(shí)驗(yàn)研究報(bào)告。已有多個(gè)國(guó)家和地區(qū)生產(chǎn)旋流泵，國(guó)外一些大的泵制造公司已將該泵型作為標(biāo)準(zhǔn)泵型生產(chǎn)。

國(guó)內(nèi)對(duì)旋流泵的研究起步較晚，石家莊水泵廠曾在20世紀(jì)60年代中期試制過(guò)一臺(tái)用于輸送順丁橡膠的旋流泵。1979年蔡振成對(duì)6J35型旋流泵進(jìn)行了試驗(yàn)研究。80年代，北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)和江蘇工學(xué)院公開(kāi)發(fā)表了旋流泵方面的一些研究成果。近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)關(guān)于旋流泵的研究主要集中在蘭州理工大學(xué)、江蘇大學(xué)等高校，研究?jī)?nèi)容多為綜述、CFD模擬及性能分析 。產(chǎn)品方面，以企業(yè)為主導(dǎo)，開(kāi)發(fā)了一些具有特殊性能和應(yīng)用領(lǐng)域的泵型，如切線泵、旋流穩(wěn)壓泵等。

旋流穩(wěn)壓泵又稱(chēng)旋流恒壓泵，是旋流泵的一種，因具有穩(wěn)壓（恒壓）特性而得名。所謂穩(wěn)壓性，是指水泵揚(yáng)程(或出口壓力)具有一定的穩(wěn)定性，隨流量變化而變化不大。

旋流穩(wěn)壓泵具有旋流泵的典型結(jié)構(gòu)特征，即具有開(kāi)式葉輪、徑向葉片。根據(jù)檢索到的旋流泵專(zhuān)利（專(zhuān)利權(quán)人：北京江河旋龍水泵技術(shù)有限公司；專(zhuān)利號(hào)：02281735.2）以及其它相關(guān)文獻(xiàn)，將旋流穩(wěn)壓泵的結(jié)構(gòu)特征概括為：葉輪具有正葉片和副葉片；正葉片近似徑向分布，從進(jìn)口處向后傾斜，在靠近出口處再向前彎折，該折平面的橫截面為一折線；副葉片起到平衡軸向力的作用。

旋流穩(wěn)壓泵的主要技術(shù)特點(diǎn)及性能特點(diǎn)如下：

1、獨(dú)特的流道設(shè)計(jì)使旋流穩(wěn)壓泵具有變流穩(wěn)壓特性，即當(dāng)流量從零到所需最大流量范圍內(nèi)變化時(shí)，其揚(yáng)程基本保持穩(wěn)定，揚(yáng)程變幅在10%以?xún)?nèi)，保證了用水系統(tǒng)壓力平穩(wěn)；小流量或零流量時(shí)不超壓，提高了管網(wǎng)的安全性。

2、在規(guī)定流量范圍內(nèi)運(yùn)行，電機(jī)不會(huì)過(guò)載。

3、直連結(jié)構(gòu)，布局緊湊，體積小，安裝和維修方便。

4、半開(kāi)式葉輪易鑄造加工，省去了常規(guī)離心泵維持恒壓所必須的變頻調(diào)速系統(tǒng)，制造、初裝及維護(hù)成本都大幅降低。

5、與同樣具有穩(wěn)壓性能的切線泵相比，旋流穩(wěn)壓泵的噪音相對(duì)較小，效率有所提高。

旋流穩(wěn)壓泵特別適用于對(duì)供水系統(tǒng)壓力要求平穩(wěn)的場(chǎng)合，如村鎮(zhèn)集中式供水、樓宇二次供水、消防給水、農(nóng)田及園林噴灌等。

根據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)節(jié)水和農(nóng)村供水技術(shù)協(xié)會(huì)發(fā)行的自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)刊（2010年10月25日）介紹，北京江河旋龍水泵技術(shù)有限公司已推出旋流穩(wěn)壓泵的系列產(chǎn)品，并成功應(yīng)用于北京市房山區(qū)村鎮(zhèn)供水泵站改造示范工程。2100433B

旋流泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是葉輪為開(kāi)式或半開(kāi)式，葉片為直葉片并呈放射狀布置，葉輪與前泵殼之間有較寬闊的軸向空間，或者說(shuō)葉輪后縮至泵殼后腔，這便為固體介質(zhì)通過(guò)泵體提供了良好的條件。

旋流泵的工作原理是當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)介質(zhì)受離心力的作用能量增加，進(jìn)入葉片間的介質(zhì)受葉片的推動(dòng)與葉輪一起運(yùn)動(dòng)。在葉輪出口頂部附近的介質(zhì)因離心力較大形成了貫通流，在葉輪中部的介質(zhì)形成了循環(huán)流。貫通流經(jīng)泵腔出口流出，形成一定的揚(yáng)程；介質(zhì)中的固體顆粒和纖維在循環(huán)流的作用下獲得能量，絕大部分不經(jīng)過(guò)葉輪，而在無(wú)葉腔內(nèi)運(yùn)動(dòng)后經(jīng)泵出口排出，從而達(dá)到輸送復(fù)雜介質(zhì)或含雜質(zhì)流體的目的。

旋流泵與其它雜質(zhì)泵相比具有以下特點(diǎn)：（1）無(wú)堵塞性能好，可通過(guò)大約與泵出口口徑相當(dāng)?shù)墓腆w顆粒，但對(duì)輸送的物料具有一定破壞性。（2）葉輪和泵體之間的軸向間隙對(duì)泵性能的影響不如離心泵那樣敏感，無(wú)需間隙調(diào)整；（3）耐磨性好，不存在磨損后間隙加大而造成性能下降的問(wèn)題，再加上固體顆粒絕大部分不經(jīng)過(guò)葉輪，因此對(duì)葉輪的磨損也相應(yīng)減輕，葉輪的使用壽命長(zhǎng)。（4）旋流泵葉輪大多為開(kāi)式徑向葉輪，制造工藝簡(jiǎn)單，葉輪流道容易加工且葉輪容易平衡，運(yùn)行平穩(wěn)。（5）泵吸入性能好，具有良好的抗汽蝕性能，可抽送含氣率較高的液體，也可抽送高濃度以及高粘度的液體。（6）由于循環(huán)流的存在，水力損失較大，泵的效率基本在60%以下且其無(wú)量綱比轉(zhuǎn)速的使用范圍為60～130。

（1）提高旋流泵的效率必須考慮如何降低旋流泵的循環(huán)流和軸向漩渦。

（2）通過(guò)觀察輸送胡蘿卜試驗(yàn)，當(dāng)小流量時(shí)，蘿卜幾乎不循環(huán)就快速流出渦室；隨著流量加大，蘿卜循環(huán)圈數(shù)明顯增多。

（3）泵體形狀對(duì)旋流泵性能的影響：對(duì)于螺旋形泵體，Q-H曲線降低，軸功率大，效率低，但高效范圍寬；對(duì)于半螺旋線形泵體，Q-H曲線升高，軸功率曲線下降，效率明顯提高；對(duì)于圓環(huán)形泵體，Q-H曲線與半螺旋線形相近，最高效率點(diǎn)效率值高，高效點(diǎn)向小流量方向移動(dòng)，但高效范圍較窄，大流量區(qū)域的效率明顯下降。

（4）軸向間隙對(duì)旋流泵性能的影響：一般可通過(guò)減小葉輪與泵殼的軸向空間寬度來(lái)提高效率，但這樣將降低固體介質(zhì)的通過(guò)性，換言之，旋流泵是以犧牲效率為代價(jià)來(lái)?yè)Q取工作的可靠性的。。

（5）葉輪直徑D2對(duì)旋流泵性能的影響：對(duì)于其他結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)固定匹配情況下，D2以一個(gè)中間值所表現(xiàn)出的性能為最佳，泵效達(dá)最高值。

（6）葉輪葉片寬度b2對(duì)泵性能的影響：隨著b2增大，揚(yáng)程曲線幾乎平行上升且變得較為平坦，功率曲線上升，泵效率亦上升。但增大至最佳葉片寬度范圍內(nèi)，進(jìn)一步增加b2并不顯著影響泵的效率。b2增大有利于提高泵最大流量，這與離心泵一致。

（7）葉輪葉片數(shù)z及葉片形狀對(duì)泵性能的影響：葉片數(shù)z增多，揚(yáng)程和效率顯著提高, 但達(dá)到一定數(shù)量后揚(yáng)程和效率不再增加。葉片數(shù)8～10片為佳。對(duì)于葉片形狀，前彎葉片揚(yáng)程及泵效均最高，其功率曲線上升較快，容易造成泵超載運(yùn)行；直形葉片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功率曲線上升較慢，泵效率居中，設(shè)計(jì)中優(yōu)先采用；后彎葉片泵效率及揚(yáng)程最低，且功率曲線上升較快。

（8）渦室寬度B對(duì)泵性能的影響：B增大，泵流量增大，通過(guò)性能提高；但B 過(guò)大，揚(yáng)程曲線及泵效率曲線明顯下降；B過(guò)小，泵效率也下降，且通過(guò)性能變差，抽送大徑軟顆粒受到限制。

（9）鄭銘提出以蝸殼無(wú)葉腔體積V0與葉輪體積VI之比ZV來(lái)設(shè)計(jì)旋流泵的方法。由大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出，當(dāng)ZV=V0/VI3～5時(shí)可獲得較好的水力性能與通過(guò)性。當(dāng)轉(zhuǎn)速n高時(shí)取大值，轉(zhuǎn)速低時(shí)取小值。采用體積比設(shè)計(jì)旋流泵意在求出各形狀參數(shù)之間的綜合關(guān)系。

公司主要產(chǎn)品有：XWD系列臥式旋流泵、XLY系列立式旋流泵、WLD系列耐腐耐磨臥式離心泵、LJY系列耐腐耐磨立式離心泵、DCS系列臥式離心泵、DCF系列臥式離心泵、YCZ系列化工流程泵、ZW系列臥式軸流泵、ZL系列立式軸流泵、YYTL系列脫硫泵、ZJ系列渣漿泵、ZJL系列立式渣漿泵及磷化工差流式節(jié)能攪拌器。

本書(shū)的主要內(nèi)容包括：葉片泵（包括離心泵、混流泵、軸流泵和貫流泵）的基本原理、基本的水力設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)實(shí)例，旋流泵、螺旋離心泵、無(wú)堵塞離心泵和泥漿離心泵的水力設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)實(shí)例，葉片泵的相似設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的設(shè)計(jì)方法。

本書(shū)可作為高等院校相關(guān)專(zhuān)業(yè)教材，也可供葉片泵使用和設(shè)計(jì)人員參考。

葉片泵是用量最大的水泵，在給水排水及農(nóng)業(yè)工程、固體顆粒及液體輸送、石泊及化學(xué)工業(yè)、航空航天、航海、能源和車(chē)輛工程等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)都有廣泛的應(yīng)用。由于應(yīng)用場(chǎng)合、性能參數(shù)、輸送介質(zhì)和使用要求的不同，葉片泵的品種及規(guī)格繁多，其結(jié)構(gòu)有各種各樣的形式。為此，本書(shū)主要介紹葉片泵（包括離心泵、混流泵、軸流泵和貫流泵等）的基本原理、基本的水力設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)實(shí)例，也簡(jiǎn)單介紹了旋流泵、螺旋離心泵、無(wú)堵塞離心泵和泥漿離心泵的水力設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)實(shí)例，另外還介紹了葉片泵的相似設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)和基于數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的設(shè)計(jì)方法。在泵的選擇和水力設(shè)計(jì)方面，本書(shū)可作為廣大離心泵使用和設(shè)計(jì)人員的參考用書(shū)。