广一泵丨旋流泵叶轮与无叶腔的相对位置对泵性能影响

旋流泵的主要结构特征是叶轮退缩到无叶腔后面的泵腔内（如图1)，具有良好的通过性能。它适于输送含有较大固体颗粒或纤维状固体物的流体，并具有较好的气液混输能力，广泛应用于污水处理、固体物质的水力输送等领域。旋流泵扬程曲线平坦，区宽，结构简单，运行可靠；主要缺点是泵效率较低。
旋流泵的内部流动十分复杂，迄今还没有建立严格的理论设计方法，目前大多通过试验研究泵的几何结构参数对泵性能的影响来完善旋流泵的理论，改进泵的性能及设计方法。关于旋流泵叶轮与无叶腔的相对位置对泵性能的影响的研究尚不多见。本文自行设计并制造了一台旋流泵，通过沿轴向改变叶轮与无叶腔的相对位置，对泵性能进行实验测试，得出了旋流泵叶轮与无叶腔的相对位置对广一泵性能影响的变化规律。
一、模型泵设计
1、旋流泵设计方法
广一泵业旋流泵设计方法基本上处于半经验半理论的阶段，尚未建立起一套严格的旋流泵理论设计方法。本文借鉴、参考旋流泵研究报导基础上并考虑及有机玻璃涡室加工工艺确定旋流泵的几何参数。
2、设计参数
流量qv=8m3/h，扬程H=12m，转速n=2850r/min，效率n=50%。
3、模型泵几何参数
模型泵叶轮为焊接结构，叶型线为直射形，涡室采用有机玻璃制作，涡室型线为环形，涡室截面及出口为矩形，主要几何参数如表1所示。图2为叶轮水力尺寸和加工图，图3为涡室水力图。
二、模型泵型式试验
1、试验装置及方法
本文试验工作在江苏大学能源与动力工程学院中心实验室小型泵开式实验台上完成，模型泵与电机为同轴直联，采用电测法对轴功率进行测定，采用调节进口闸阀进行汽蚀试验。按照GB/T12785-2002和GB/T3216-2005对电机及泵性能进行测试。
2、广一水泵分析型式试验数据及结果
表2为泵性能试验数据（其中n为电机和泵机组效率)，表3为汽蚀试验数据（带星号为临界汽蚀余量NPSHc值)。图4为泵型式试验曲线，图5为泵汽蚀特性曲线。
3、旋流泵的汽蚀特性
旋流泵的汽蚀性能与离心泵有较大差异，一NPSH曲线呈先下降后上升的趋势。在小流量区汽蚀性能较差，汽蚀发生时扬程急剧下降；在中间流量范围内汽蚀性能较好，临界汽蚀余量NPSHc值较小，汽蚀发生时扬程曲线缓慢下降到一定程度后才急剧下降；大流量区汽蚀性能变差，临界汽蚀余量NPSHc值变大，但扬程下降非常缓慢。
旋流泵的特殊结构使其汽蚀性能与其他性能叶片泵差异较大。通过有机玻璃涡室可观察到汽蚀初发生时，在无叶腔内叶轮螺母轴线上靠近涡室进口处有环状气泡流绕轴线旋转，当继续减小进口压力，环状气泡流范围逐渐向涡室扩大，环状气泡流的直径增大，继续减小进口压力促使其严重汽蚀时，气泡充满整个无叶腔，流量出现波动现象，广一泵的工作状态变的不稳定，但汽蚀的外部特征噪声和振动不明显。由汽蚀发生位置及扩散过程可推测出，旋流泵汽蚀是由于无叶腔内强旋涡流动所致，在无叶腔内轴线处为旋涡中心，为压力低区，是汽蚀较易发生的位置，汽蚀类型为旋涡型汽蚀。由于旋流泵的特殊结构，汽蚀发生时气泡不会阻塞流道，不会损坏叶轮，同时由于旋流泵具有一定的气液混输能力，在未严重汽蚀时性能变化不明显，仍能可靠运行。
三、结论
通过本试验发现，随叶轮伸人无叶腔尺寸s的增大，扬程曲线、效率曲线均升高，叶轮伸入无叶腔内8mm时，效率比原型泵提高1.83%，轴功率曲线变化不明显，临界汽蚀余量曲线下降，抗汽蚀性能有所增加。旋流泵的汽蚀性能与广一离心泵等其他叶片式泵有较大差异，汽蚀发生的机理还不明确，有待进一步研究。
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