螺旋离心泵研究综述

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螺旋离心泵研究综述

摘要：螺旋离心泵是一种可以输送含有颗粒和易缠绕固体物等两相流介质的杂质泵。螺旋离心泵的优点是：具有非凡的无堵塞性能、 柔和输送介质、出众的运行曲线、高固含量介质处理能力、采用可调耐磨内衬。主要应用于冶金、矿山、煤炭、电力、石化、食品、造纸等工业部门以及污水处理、港口河道疏浚等行业。本文总结了国内外螺旋离心泵的研究现状，介绍了螺旋离心泵的结构和原理，对螺旋离心泵叶轮的研究作了分析，为以后的研究奠定了理论基础。

关键词：螺旋离心泵、叶轮设计、叶片绘型

前言

螺旋离心泵是一种新型的无堵塞泵，它具有特殊的三维螺旋叶片，将螺旋的容积推理作用和叶片离心作用有机结合，将螺杆泵与离心泵的优点融合为一体，使介质获得能量，是一种容积式泵和离心泵的结合。在造纸业（高浓度纸浆的输送）、渔业（输送活鱼、活虾等）、糖业、食品(输送土豆、甜菜等块状蔬菜)、冶金、环保(河道清淤：淤泥、沙的输送)、化学工业等各行业和污水处理作业中有十分广泛的应用前景。螺旋离心泵与一般的杂质泵和旋流泵相比，有以下优点：

1、具有陡峭的扬程曲线，它的平稳运行区域宽阔，在泵送复杂介质情况下曲线漂移量小；

2、泵的运行效率高，高效率区宽，运行、维护费用低；

3、净吸压头低，抗气蚀能力强；停机水位低，大大降低投资成本；

4、功率曲线比较平坦；

5、真正无堵塞、不缠绕；

6、泵的吸入性能好 ；

7、可以输送含固率高以及含气体的介质，例如可输送含固率高达18% 的泥浆。螺旋离心泵的应用正在扩大，除用来输送固液两相流体外还可用来输送粘性流体。

一、螺旋离心泵的国内外研究现状

刚开始为了解决输送鱼类的问题，20世纪60年代初，在秘鲁研究发明出了一种带有螺旋型叶轮的泵，融合了离心泵和螺旋泵二者的优点，这就是螺旋离心泵。这种泵获得美国、秘鲁和西德等国的专利，后来发明者又建立了公司。发明者一直致力于螺旋离心泵的进一步研究开发，从当时只用来输送鱼类，发展到后来用来输送固液两相流体，还可以用来排水和输送高粘度液体，发展为多种多样的系列型螺旋离心泵。英国Sigmund、日本荏原、久保田、石川岛播磨重工业、太平洋机工等公司都相继开发出这种泵的系列产品，目前国外已有成熟的产品，这些产品已成为泵送领域的重要输送设备。由于螺旋离心泵结构和用途的特殊，国外公开发表的研究成果到20世纪80年代才有，但是其中的文章大多都是产品介绍，关于怎么设计和研究这方面的泵的文章很少。

我国的螺旋离心泵新技术产品开发起步较晚，国内首次研制螺旋离心泵成功的是在1988年出现，经过几年的生产应用及推广，取得了显著的生产效果与经济效益。后来湖南、广西的造纸厂将其应用到粗、细纸浆的运输。后来几年有广东和青岛的公司也生产螺旋离心泵，用以浸泡海带等和一些运输。在接下来的连续几年的生产应用中，螺旋离心泵都发展的很好，输送效率也很高，在很多方面取得了良好的效果。到目前为止，随着无堵塞泵理论研究的进展与应用领域的不断拓展，螺旋离心泵在航空航天领域也发挥了一定作用。但是到目前为止，螺旋离心泵在各方面的水平都没有普通离心泵的水平高，很多泵方面的研究方法在螺旋离心泵方面涉及很少。

二、螺旋离心泵的叶轮研究方法

离心泵的关键部位在于叶轮，叶轮的设计好坏决定了泵性能的好坏。叶轮进出口之间的叶片的形状更决定了叶轮的水动力特性。尤其对于螺旋离心泵，这种输送固液两相流的泵，叶片型线的设计更为重要。因为可能会因为固体颗粒对叶片的磨损太严重而导致叶轮的寿命减少，也会影响到泵的性能，使之没有预期的那么好。

理论方面，目前这类泵叶轮叶片型线设计时，大多采依靠经验公式和总结。一般采用对数螺旋线这个方法的比较多，而且已经有人提出了螺旋离心泵叶轮叶片工作面和背面空间曲线的螺旋线方程，对螺旋离心泵的研究和设计具有很重要的实际意义。叶片的对数螺旋线型线又分为等角对数螺旋线、非等变角对数螺旋线、等变角对数螺旋线。针对不同的情况，我们要对选取哪一种型线进行分析。随着深入研究，用螺线方程绘制已经从单圆台和单圆锥发展为两种和三种形式的螺线的组合设计，这样形成的水力模型更好的符合泵中流体的流动，有利用提高泵的性能。

实验与数值模拟方面，以CFD数值模拟软件FLUENT为工具，对以清水为介质的泵内部流场进行数值计算，得到一系列实验数据和模拟结果，画出泵的流量-扬程曲线，分析所得的模拟数据。

三、面临的问题

虽然根据多年的研究经验和成果，在设计时有一些经验公式和理论结果，而没有像离心泵那样的精算公式，运用这些方法设计生产出的螺旋离心泵产品的效率达到69%，有待提高。对单叶片螺旋离心泵，叶轮出口回流现象严重，不容易实现机械平衡和水力平衡，这也需要针对这些问题对叶轮进行改造，准确化单螺旋叶轮主要几何参数选取的经验公式。

与普通离心泵相比较，螺旋离心泵在运行过程中的磨损更为严重，而影响杂质泵寿命的关键因素之一便是磨损。要想减小磨损的影响，就要集中研究材料的磨蚀特性和经验公式的总结。已经有一些人在深入研究之后给出了计算磨损的经验公式，而这些对螺旋离心泵的设计、选型与运行等相关研究具有很重要的价值，但是对其的投入仍然不足。磨损经常与空蚀同时作用泵进行破坏，对这方面的研究需要更多。

四、发展前景

随着经济的发展和科技技术的进步，人们对于流体机械的需求越来越大，尤其是高性能的流体机械，更需要进行更深入的研究。近几年来，计算机技术、芯片技术、流体机械测试技术和激光电子技术发展很快，PIV和PSP等流动显示技术也被逐渐的广泛应用，这些流动显示技术具有精度高、响应快和非接触等优点。这些显示技术很好的满足了工程的迫切需要，很有发展前途，这样对进行螺旋离心泵内部三维非定常的复杂流动的测定提供了新的实验手段，并且是先进的手段。在对流固耦合技术的研究中，建模和求解方法已经在泵的研究中得到一定应用，不过在螺旋离心泵的方面研究较少。

相比国外的螺旋离心泵的发展和应用，国内的还很有局限性。由此可以看出，在螺旋离心泵方面的研究，还有很大的前景，例如对结构对称的双叶片螺旋离心泵的研究。运用理论基础、数值模拟和实验相结合的方法，对螺旋离心泵进行研究具有指导意义。

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能源与动力工程   流体机械及工程    岳婷   122080704023