污水泵屬于無堵塞泵中的一類, 主要用于輸送含有纖維、紙屑、顆粒等固體懸浮物的液體, 在環(huán)保、市政、水利、污水處理等行業(yè)應(yīng)用十分廣泛。污水泵要實(shí)現(xiàn)無堵塞性能, 關(guān)鍵在于葉輪的結(jié)構(gòu)型式。該文簡要分析了目前常用的污水泵葉輪的主要結(jié)構(gòu)型式、優(yōu)缺點(diǎn), 重點(diǎn)探討了閉式葉片式葉輪與流道式葉輪的特點(diǎn), 并對(duì)它們的水力設(shè)計(jì)及葉輪的主要幾何參數(shù)進(jìn)行了比較, 試驗(yàn)結(jié)果表明流道式葉輪具有較陡降的H-Q 曲線, 較平坦的P-Q 曲線, η-Q 曲線的峰值較高, 區(qū)較寬。另外流道式葉輪還具有抗纏繞、無堵塞性能好, 通過能力強(qiáng), 漿的輸送濃度高, 運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn), 所以采用流道式葉輪代替通常污水泵設(shè)計(jì)中所用的閉式葉片式葉輪是一種發(fā)展趨勢(shì), 具有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。 污水泵屬于無堵塞泵中的一類, 主要用于輸送城市污水、糞便或液體中含有纖維、紙屑、顆粒等非腐蝕性固體懸浮物的液體, 被輸送的固液混合物的溫度不超過80℃。由于被輸送的介質(zhì)中含有易產(chǎn)生纏繞或聚束的纖維物, 故此種泵的流道容易堵塞。一旦堵塞嚴(yán)重, 會(huì)使泵不能正常工作, 甚至燒壞電機(jī)。因此, 污水泵要想實(shí)現(xiàn)無堵塞性能, 關(guān)鍵在于葉輪的結(jié)構(gòu)型式。目前作為無堵塞泵葉輪的主要結(jié)構(gòu)型式有: 開式或半開式葉輪、閉式葉片式葉輪、旋流式葉輪、螺旋離心式葉輪、流道式葉輪等。開式或半開式葉輪、旋流式葉輪的水力損失大, 效率低, 長期運(yùn)行會(huì)浪費(fèi)大量的能源, 所以一般應(yīng)用較少。而螺旋離心式葉輪由于制造比較困難, 對(duì)葉輪平衡的要求較高, 且一般不易控制和掌握, 廢品率較高, 成本大, 所以也沒有得到進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。本文就污水泵中常用的閉式葉片式葉輪和流道式葉輪的特點(diǎn)及對(duì)污水泵性能的影響作一分析、比較。
2 閉式葉片式葉輪與流道式葉輪的特點(diǎn)
2. 1 閉式葉片式葉輪
污水泵閉式葉片式葉輪的制造和一般清水泵閉式葉輪相仿, 如圖1 所示。閉式葉片式葉輪的效率相對(duì)較高, 并且能夠保證在較長時(shí)間內(nèi)運(yùn)行工況穩(wěn)定。采用閉式葉片式葉輪, 產(chǎn)生的軸向力小, 且可在前后蓋板上均設(shè)置副葉片。前蓋板上設(shè)置副葉片, 對(duì)進(jìn)口泄漏及密封處磨損都會(huì)起到減輕作用。后蓋板上設(shè)置副葉片, 當(dāng)泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)防止污物進(jìn)入軸封引起劇烈的磨損, 起保護(hù)軸封的作用; 另外是平衡泵的軸向力。閉式葉片式葉輪的缺點(diǎn)是易纏繞, 抗堵塞性能較差。
2. 2 流道式葉輪
流道式葉輪又稱無葉片葉輪, 從葉輪進(jìn)口至葉輪出口是一個(gè)或兩個(gè)彎曲的流道, 特別適合于輸送含大顆粒或長纖維物質(zhì)的液體, 如圖2 所示。它的抗纏繞、無堵塞性能好, 效率較高, 功率曲線較平坦, 耐磨損性也好, 尤其是流道式葉輪的流道較寬, 能夠順利通過較大的固體顆粒。流道式葉輪又可分為單流道葉輪和雙流道葉輪2種, 由于雙流道葉輪對(duì)稱布置, 平衡性好, 運(yùn)行平穩(wěn)、可靠, 因此在污水泵的設(shè)計(jì)中一般大多采用雙流道葉輪結(jié)構(gòu)型式。
3 閉式葉片式葉輪與流道式葉輪的水力設(shè)計(jì)
污水泵的水力設(shè)計(jì)主要包括2 部分, 即葉輪的水力設(shè)計(jì)與壓水室的水力設(shè)計(jì)。就壓水室水力設(shè)計(jì)而言, 無論是閉式葉片式葉輪還是流道式葉輪, 其差別不是很大, 對(duì)泵性能的影也不大。故這里主要考慮閉式葉片式葉輪與雙流道葉輪的水力設(shè)計(jì)。
通過對(duì)一個(gè)實(shí)例的設(shè)計(jì)來進(jìn)行分析、比較, 其設(shè)計(jì)參數(shù)為: 流量Q = 145m 3/h , 揚(yáng)程H = 10m , 轉(zhuǎn)速n =1 450 r/m in, 電機(jī)功率P 電機(jī)= 7. 5 kW , 要求通過固體顆粒的zui大直徑為45 mm。為了便于說明問題, 對(duì)于閉式葉片式葉輪分別給出了按普通清水泵及污水泵的設(shè)計(jì)結(jié)果。所有的水力設(shè)計(jì)均采用速度系數(shù)法進(jìn)行, 其中閉式葉片式葉輪的設(shè)計(jì)方法參見文獻(xiàn), 雙流道葉輪的設(shè)計(jì)方法參見文獻(xiàn)。表1 列出了上述葉輪主要幾何參數(shù)的對(duì)比情況。
4 閉式葉片式葉輪與流道式葉輪的試驗(yàn)結(jié)果
把上述3 種不同的葉輪分別安裝到特殊型式的污水泵即潛水排污泵上, 并在具有B 級(jí)精度的開式試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行型式試驗(yàn), 其主要試驗(yàn)結(jié)果為:
1) 采用閉式葉片式葉輪的泵*GB3216292、GB/T 13007291、JB5118291 等標(biāo)準(zhǔn)的要求, 采用流道式葉輪的泵也*CJ/T 303821995 標(biāo)準(zhǔn)的要求, 所以該產(chǎn)品*合格。
2) 閉式葉片式葉輪的H-Q 曲線較平坦; 而P -Q曲線卻隨流量的增加上升較快, 斜率較大, 因此易發(fā)生過載。
3) 雙流道葉輪具有較陡降的H -Q 曲線; 而P -Q曲線較平坦, 斜率較小, 且在全揚(yáng)程范圍內(nèi)軸功率具有zui大值為6. 29 kW , 小于額定功率7. 5 kW; G-Q 曲線峰值較高, 區(qū)較寬。采用雙流道葉輪潛水排污泵的性能曲線如圖3 所示。
4) 按清水泵設(shè)計(jì)的閉式葉片式葉輪具有zui率, 其泵效為78. 11%; 流道式葉輪的效率次之, 其泵效為74. 04%; 而按污水泵設(shè)計(jì)的閉式葉片式葉輪效率zui低, 其泵效為72. 52%。
5 結(jié) 論
1) 按清水泵設(shè)計(jì)的閉式葉片式葉輪盡管效率zui高, 但由于葉片數(shù)較多, 葉片扭曲, 且葉輪出口寬度較窄, 故在抽送污水污物時(shí)易產(chǎn)生纏繞和堵塞, 甚至不能工作, 并且很容易發(fā)生過載, 故在工程實(shí)際中一般不用。
2) 按污水泵設(shè)計(jì)的閉式葉片式葉輪的葉片數(shù)相對(duì)較少, 一般為2～ 3 枚, 葉輪出口寬度也較大, 葉片為圓柱形, 且葉片頭部圓柱的直徑較大, 葉片厚度也較厚, 因而具有一定的防纏繞、抗堵塞性能, 在以前相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)常被用作各類污水泵的葉輪, 但效率相對(duì)較低, 且也有過載危險(xiǎn)。
3) 雙流道葉輪的出口寬度大, 遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)要求通過固體顆粒zui大直徑的規(guī)定值, 且從進(jìn)口至出口是兩個(gè)彎曲的流道, 因此抗纏繞、無堵塞性能好, 通過能力強(qiáng)。
4) 雙流道葉輪的效率高, 區(qū)寬, 額定工況點(diǎn)泵的效率比CJ/T 303821995 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定值高13. 04%。
5) 雙流道葉輪的功率曲線較平坦, 在從零揚(yáng)程到關(guān)死揚(yáng)程的全揚(yáng)程范圍內(nèi)的zui大軸功率遠(yuǎn)小于額定功率, 無過載性能好, 可以在全揚(yáng)程范圍內(nèi)安全運(yùn)行。
6) 由于流道式葉輪具有明顯優(yōu)點(diǎn), 所以采用流道式葉輪代替通常污水泵設(shè)計(jì)中所用的閉式葉片式葉輪是一種發(fā)展趨勢(shì)。另外, 從抗纏繞、無堵塞性能、通過能力、效率指標(biāo)、工藝性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、*性等的綜合分析與比較, 流道式葉輪也優(yōu)于其它幾種葉輪結(jié)構(gòu)型式, 因而具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。
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