葉輪結構對污水泵性能影響的研究

     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℃。由于被輸送的介質中含有易產生纏繞或聚束的纖維物, 故此種泵的流道容易堵塞。一旦堵塞嚴重, 會使泵不能正常工作, 甚至燒壞電機。因此, 污水泵要想實現無堵塞性能, 關鍵在于葉輪的結構型式。目前作為無堵塞泵葉輪的主要結構型式有: 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, 長期運行會浪費大量的能源, 所以一般應用較少。而螺旋離心式葉輪由于制造比較困難, 對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, 所以也沒有得到進一步的推廣應用。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及對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

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較高, 并且能夠保證在較長時間內運行工況穩定。采用閉式葉片式葉輪, 產生的軸向力小, 且可在前后蓋板上均設置副葉片。前蓋板上設置副葉片, 對進口泄漏及密封處磨損都會起到減輕作用。后蓋板上設置副葉片, 當泵在運轉時防止污物進入軸封引起劇烈的磨損, 起保護軸封的作用; 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, 從葉輪進口至葉輪出口是一個或兩個彎曲的流道, 特別適合于輸送含大顆粒或長纖維物質的液體, 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, 由于雙流道葉輪對稱布置, 平衡性好, 運行平穩、可靠, 因此在污水泵的設計中一般大多采用雙流道葉輪結構型式。

3　閉式葉片式葉輪與流道式葉輪的水力設計

　　污水泵的水力設計主要包括2 部分, 即葉輪的水力設計與壓水室的水力設計。就壓水室水力設計而言, 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計。

     通過對一個實例的設計來進行分析、比較, 其設計參數為: 流量Q = 145m 3/h , 揚程H = 10m , 轉速n =1 450 r/m in, 電機功率P 電機= 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計結果。所有的水力設計均采用速度系數法進行, 其中閉式葉片式葉輪的設計方法參見文獻, 雙流道葉輪的設計方法參見文獻。表1 列出了上述葉輪主要幾何參數的對比情況。

4　閉式葉片式葉輪與流道式葉輪的試驗結果

　　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 級精度的開式試驗臺上進行型式試驗, 其主要試驗結果為:

1) 采用閉式葉片式葉輪的泵*GB3216292、GB/T 13007291、JB5118291 等標準的要求, 采用流道式葉輪的泵也*CJ/T 303821995 標準的要求, 所以該產品*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, 且在全揚程范圍內軸功率具有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) 按清水泵設計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%; 而按污水泵設計的閉式葉片式葉輪效率zui低, 其泵效為72. 52%。

5　結　論

1) 按清水泵設計的閉式葉片式葉輪盡管效率zui高, 但由于葉片數較多, 葉片扭曲, 且葉輪出口寬度較窄, 故在抽送污水污物時易產生纏繞和堵塞, 甚至不能工作, 并且很容易發生過載, 故在工程實際中一般不用。

2) 按污水泵設計的閉式葉片式葉輪的葉片數相對較少, 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, 在以前相當長的一段時間內常被用作各類污水泵的葉輪, 但效率相對較低, 且也有過載危險。

3) 雙流道葉輪的出口寬度大, 遠大于標準中對要求通過固體顆粒zui大直徑的規定值, 且從進口至出口是兩個彎曲的流道, 因此抗纏繞、無堵塞性能好, 通過能力強。

4) 雙流道葉輪的效率高, 區寬, 額定工況點泵的效率比CJ/T 303821995 標準的規定值高13. 04%。

5) 雙流道葉輪的功率曲線較平坦, 在從零揚程到關死揚程的全揚程范圍內的zui大軸功率遠小于額定功率, 無過載性能好, 可以在全揚程范圍內安全運行。

6) 由于流道式葉輪具有明顯優點, 所以采用流道式葉輪代替通常污水泵設計中所用的閉式葉片式葉輪是一種發展趨勢。另外, 從抗纏繞、無堵塞性能、通過能力、效率指標、工藝性、經濟性、可靠性、*性等的綜合分析與比較, 流道式葉輪也優于其它幾種葉輪結構型式, 因而具有很強的推廣應用價值。