旋喷泵水力性能的试验研究王成木黎成行尹晓肖家煌四川省机械研究设计院，成都摘要论述了旋喷泵的原理，性能与特点。

　　通过不同试验方案，找出了较为理想的叶轮以及集流管的几何形状。

　　推荐了计算旋喷泵扬程及集流管喉部流速的经验计算方法。

　　关键词旋喷泵水力性能叶轮集流管计算旋喷泵的原理与结构旋喷泵结构如图所示，它一般由轴承箱主轴轴承及过流部件吸人室十轮集流管和转子腔（）组成，在叶轮人口与吸人室之是设有机械密封旋喷泵是一种适应于小流量高扬程，比转数一范围的新型化工泵，其过流部件和结构与普通离心泵及高速泵不同，是基于新的理论研制的新型泵。

　　旋喷泵内流体的流动图谱旋喷泵的结构概述在图中，箭头标明了泵内流体的运动方向，流体经吸人室（8）流人随转子腔旋转的叶轮（6）进人转子腔，固定的集流管（5）收集转子腔中的高动能液体，集流管将液体动能转换为泵出吸人压能输出。

　　旋喷泵中的能量转换图旋喷泵结构流体在高速旋转的叶轮作用下被吸进吸人室，从吸人室中进人叶轮，在叶轮中获得能量后进人转子腔，集流管收集转子腔中的高动能水泵技术液体并输出，从而在旋喷泵中完成了机械能转换为液体能量过程。

　　旋喷泵的扬程及集流管喉部流速的计算推荐旋喷泵扬程加即一系数，。

　　叶轮外径线速度集流管喉部液体流速认一叶轮外径线速度计算出集流管的喉部液体流速私，即可根据泵的流量推算出集流管喉部尺寸。

　　故。

　　同样，旋喷泵与高速泵比较，在相同效率时，高速泵的比转数要大得多，这主要是由于高速泵的圆盘摩擦损失和扩压损失较大。

　　可见，在高扬程小流量工况下，旋喷泵比多级泵及高速泵有明显的效率优势。

　　结构简单可靠从图可见，旋喷泵零件较少，比多级泵及高速泵简单，因此，它更可靠更经济，且便于装拆及维护。

　　旋喷泵旋喷泵的性能特点多级泵的口一曲线由于旋喷泵没有圆盘摩擦损失，叶轮出口角大（近且液体流出叶轮后进人转子腔，液体在转子腔中具有稳定过程。

　　因此，有效地避免了低比数离心泵Q一曲线的驼峰现象，且一曲线很平稳。

　　效率高泵内损失通常有三部分构成，即机械损失水力损失和容积损失。

　　而机械损失又包括轴承和密封损失圆盘摩擦损失。

　　据有关资料统计，低比转数离心泵的圆盘摩擦损失约占泵水力功率的左右，可见低比数离心泵提高效率的关键是降低圆盘摩擦损失。

　　在旋喷泵中，由于转子腔和叶轮随泵轴一起转动，所以不存在圆盘摩擦损失。

　　但旋喷泵叶轮是轴向吸人排出液体，没有蜗壳来转化从叶轮中流出液体的旋转动能，水力损失比离心泵大些。

　　但旋喷泵用于低比转数的高扬程小流量工况下，效率还是明显高于多级泵。

　　文献对旋喷泵多级泵高速泵的效率进行了试验对比，试验数据示于图

　　可以看出，旋喷泵在相同的比转数下效率高于多级泵很多，这主要是由于多级泵圆盘摩擦损失大之图效率比较）便于密封旋喷泵只在其进口处才设有机封，泵进口压力一般不高，容易密封。

　　高压出水由静止的集流管来承担，在主轴端不存在密封问题，所以不必担心有介质进人轴承，解决了高压泵普遍存在的密封难题。

　　轴向力较小根据旋喷泵结构可以分析得出，其轴向力主要由以下两部分组成转子腔内产生的轴向力尸腔腔二二丹尸，一集流管一断面见图区域压力平均值管一集流管一断面直径（进口处产生的轴向力尸进八只二一瞻八一叶轮进口处压力水泵技术刀一叶轮进口直径现分析腔尸进，由于转子腔随主轴高速旋转，其中心位置液体压力很低，即尸，很小，且管不大，因此，可以断定尸腔很小。

　　再来分析尸进，由于叶轮进口处压力几不大，有时甚至为负压，加之口一蟾值不大（因旋喷泵属于小流量泵，较小所以，尸进也不会大。

　　通过以上分析得出，旋喷泵轴向力较小。

　　样机使用证明，用径向推力轴承即可承受其轴向力。

　　于系列化旋喷泵可通过简单的改变集流管喉部直径改变其流量，通过改变泵的转速改变其扬程。

　　因此，便于系列化，减少泵的规格品种。

　　由于旋喷泵具有以上特点，所以被广泛应用于石油化工冶炼碳黑等行业。

　　在我国上述行业的引进设备中旋喷泵并不少见。

　　在近年的化工设备中用旋喷泵替代部分高压多级泵及高速泵越来越多，随着国内对旋喷泵技术的成熟开发，旋喷泵在国内将会得到更加广泛应用。

　　叶轮对水力性能的影响叶轮是泵能量转换的重要部件，其形状尺寸直接影响泵的性能，为了寻求适合旋喷泵的理想叶轮结构，本次共设计了三个方案叶轮，图方案叶轮简图图方案叶轮简图口口口口口口口巨口口口口口口口口口口巨口口巨日口一乃一巨口几巨圈口口口口口日巨巨尸尸口口口口口口团口厂一一口口日厂日口四匡口习尸日产~芍二=户刁呻一。州「一门一l一一曰卜。口，国巨巴曰口丁匕口口压〔口口四口口口口巨困口口口口口口巨口口口口口口口口巨口口口口口巨巨巨巨巨口巨巨口厂匡巨巨巨巨口门匡巨巨巨口口口口巨巨巨口口口口口日口日口口口口团口口口巨口团曰日日目日饭乏三曰曰团门口口口队仑压反口团巨口门困日口口〔区口口生口口口图口反区巨仁巨厂匡巨厂曰团巨巨巨巨厂口图叶轮流道面积变化曲线图一刀曲线水泵技术口口口口口门口日口日日曰曰日曰口曰口曰门曰五口曰曰尸口二二巨二〔二之了厂了厂一厂口交口卜。

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　　气甲~叫尸~一， r l厂一甘日曰日曰日口口生口曰口曰口口日曰门曰门口口口口口图一曲线其几何形状如图方案叶轮为离心旋涡式叶轮，该复合式叶轮具有若干长叶片和多片前弯的短叶片。

　　长短叶片出口角均为长叶片进口角约方案叶轮和方案叶轮流道均为规则的矩形断面，形状简单，可用机加工方法获得。

　　两个方案叶轮叶片数相同，它们的叶片出口角均在此之间，方案叶轮外径约小于方案叶轮外径。

　　三个方案叶轮流道面积变化见图从图可见，方案叶轮流道面积扩散大，而方案叶轮扩散较小。

　　对上述三个方案叶轮进行同台对比试验，试验结果见图和图由图可见，在Q一刀曲线中，方案*高效率明显高于方案，尤其在大流量区，方案效率高出方案许多。

　　在图的Q一曲线中，三个方案扬程相差不大。

　　从图的Q一NP曲线可以看出，方案优于方案叶轮。

　　上述试验结果说明，由于方案叶轮过流面积扩散严重，水力扩散损失增大，是造成方案叶轮效率普遍较低的重要原因。

　　三方案叶轮一曲线相当，是因为三个方案叶轮外径相差不大，叶片出口角图一肠曲线相当，且液流流出叶轮后都进人转子腔，使液流变得稳定的原故。

　　在口一解曲线中，优于而相当，这是因为方案叶轮进口角较小，方案进口角较大。

　　方案叶片进口角大，液流冲角太大，所以吸人性能变差。

　　但方案叶轮进口排挤要大于方案，因此，方案吸人性能并不比方案优秀许多。

　　通过试验表明，方案叶轮更适合于旋喷泵，它不单水力性能好，且结构简单，不需铸造，可采用全机加工方法获得精度很高，表面粗糙度很小的叶轮。

　　集流管对水力性能的影响氰唱爵八图方案集流管简图水泵技术口之匕口沐寒名资图方案集流管简图集流管是旋喷泵是重要的过流部件之一，它的主要作用是收集转子腔内的高速旋转的液体，并通过其锥形渐变管逐渐变大）将液体动能变压能输出。

　　除此之外，由于在高速转子腔内它是静止部件，所以它对液流具有绕流损失。

　　为了寻求*佳几何形状的集流管，本次试验共设计出四个方案集流管，其结构形状如图图方案集流管为双管结构，两管对称，其断面尺寸和表面粗糙度均较大，其扩散角在左右，其外廓断面尺寸小，表面光滑。

　　方案之间差异在于方案比W方案短，为的是寻求集流管的长短对旋喷泵扬程的影响以及定性的探索转子腔的液体能量分布情况。

　　W四个方案集流管相应尺寸关系为二小，币。

　　币。

　　二币一方案试验方案集流管在方案叶轮中试验表现为电机起动功率很大，泵效率很低，泵工况不稳定，扬程流量均有突变现象。

　　一方案试验方案集流管断面尺寸再在方案叶轮中试验，试验表明，电机功率明显下降，泵工况比一方案试验要稳定得多。

　　一方案试验由于方案叶轮及方案集流管制造精度及粗糙度明显比一方案高，且方案集流管为单管，断面尺寸比方案集流管的断面尺寸要小许多，其试验结果相对于一方案有极大改善。

　　具体表现在以下两方面效率有很大提高。

　　一曲线平稳，工况稳定。

　　一方案试验方案叶轮比方案叶轮直径略大，其他尺寸基本相同。

　　试验表明，结果基本同一方案，扬程并未增加，效率流量功率等基本未变。

　　一方案试验方案集流管在方案基础上增加了长度，即试验结果与一比较，扬程增加明显，流量亦增加，效率略有增加。

　　结论通过对旋喷泵不同叶轮及不同集流管设计方案的交叉对比试验结果，并对结果进行分析，可以得出叶轮及集流管对旋喷泵水力性能影响的以下定性结论。）多叶片（一片大出口角流道面积扩散较小的方案叶轮更适合于旋喷泵。）集流管断面形状及尺寸的大小和粗糙度不仅决定了旋喷泵绕流损失的大小，而且直接影响到旋喷泵的运行稳定性。

　　只增加叶轮直径不增加集流管长度不能增大泵的扬程。

　　由于集流管喉部直径的大小不仅影响泵的能量特性，而且直接影响集流管断面尺寸的大小。

　　因此，选定适当的集流管喉部流速至关重要。

　　5）通过长短集流管试验得出不同扬程的结果，可以分析得出转子腔中液体能量分布情况，即转子腔中心液体能量*低，随着转子腔直径的增大液体能量增加，转子腔内壁外缘液体能量*高。

　　下转页水泵技术叶轮改型可行性分析（仅供分析比较泵站改造根据需要，扬程有增高，亦有降低。

　　当扬程需要降低时，并希望增大流量，当扬程增高时，*好减小流量，以适应原有动力和装置的配套要求。

　　但对所论的改造方案，由公式一或图可知，流量的变化与扬程变化的一次方成正比，即在无冲击条件下，扬程降低，流量也应减小，扬程增高，流量也应增大，只有这样，才能保证叶轮出口水流与导叶的有效衔接。

　　显然，这种变化关系与既定动力和装置的配套要求相矛盾。

　　因此，使用范围受到一定限制。

　　下面，以国内许多泵站采用且急需改造的型泵为例，该泵设计参数见表中**栏（尽导叶进口外缘截面安放角。

　　现要求保留原泵出口导叶，拟对叶轮进行改型，必要时增加变径变速铺助措施，使得改型泵的设计扬程分别达到和时，泵的流量和功率尽可能符合改造者要求。

　　利用前节导出的有关公式，分析计算结果列于表结语本文保留出口导叶，且在无冲击条件下研究叶轮改造前后水泵性能参数之间的变化关系。

　　由于泵的扬程主要与叶轮出口水流速度参数或动量矩有关由欧拉方程确定所以能够避开改型设计的具体内容，按照叶轮出口与泵导叶之间水流的衔接要求，直接确定改型水泵的性能参数。

　　分析表明，这种改造泵的性能设计参数不能完全按照泵站的要求来确定，由于增加了无冲击这一约束条件，泵的设计流量和扬程不具有独立性，且其变化规律呈现出同向性，这与机组动力和流道装置的配套不相适应。

　　因此，这种改造方法具有一定的局限性，特别是当扬程降低时，因泵的流量也减小，机组容量不能发挥反之，当扬程增高时，流量增加，功率增大，机组需要增容。

　　本文编辑张树荫上接第页）旋喷泵样机使用实例四川省机械设计研究近几年来为国内某大型化工企业提供的旋喷泵用于替代原有多级泵，其性能参数如下扬程流量进口压力一介质甲胺溶液温度二泵转速配用电机功率电泵效率刀参考文献关醒凡。

　　现代泵技术手册。

　　宇航出版社，丁成伟。

　　离心泵与轴流泵。

　　机械工业出版社，严敬。

　　低比转速离心泵。

　　四川科学技术出版社，杨军虎齐学义。

　　旋喷泵的效率及集流管水力设计方法。

　　化工机械，刘长治美国贝克公司的旋喷泵石化设备技术一本文编辑张树荫水泵技术