旋流泵

旋流泵是離心泵的一種，因其內部流體存在旋轉的旋渦運動而得名。旋流泵多用於抽送複雜介質或含雜質流體，如含垃圾、短纖維物質或糞便的兩相流體。旋流泵亦稱無堵塞泵、自由流泵或WEMCO泵。

旋流泵的結構特點是葉輪為開式或半開式，葉片為直葉片並呈放射狀布置，葉輪與前泵殼之間有較寬闊的軸向空間，或者說葉輪后縮至泵殼后腔，這便為固體介質通過泵體提供了良好的條件。

旋流泵的工作原理是當葉輪旋轉時介質受離心力的作用能量增加，進入葉片間的介質受葉片的推動與葉輪一起運動。在葉輪出口頂部附近的介質因離心力較大形成了貫通流，在葉輪中部的介質形成了循環流。貫通流經泵腔出口流出，形成一定的揚程；介質中的固體顆粒和纖維在循環流的作用下獲得能量，絕大部分不經過葉輪，而在無葉腔內運動后經泵出口排出，從而達到輸送複雜介質或含雜質流體的目的。

旋流泵與其它雜質泵相比具有以下特點：（1）無堵塞性能好，可通過大約與泵出口口徑相當的固體顆粒，但對輸送的物料具有一定破壞性。（2）葉輪和泵體之間的軸向間隙對泵性能的影響不如離心泵那樣敏感，無需間隙調整；（3）耐磨性好，不存在磨損后間隙加大而造成性能下降的問題，再加上固體顆粒絕大部分不經過葉輪，因此對葉輪的磨損也相應減輕，葉輪的使用壽命長。（4）旋流泵葉輪大多為開式徑向葉輪，製造工藝簡單，葉輪流道容易加工且葉輪容易平衡，運行平穩。（5）泵吸入性能好，具有良好的抗汽蝕性能，可抽送含氣率較高的液體，也可抽送高濃度以及高粘度的液體。（6）由於循環流的存在，水力損失較大，泵的效率基本在60%以下且其無量綱比轉速的使用範圍為60～130。

1954年美國西部機械公司(Western Machine Company)研製出第一台WEMCO型旋流泵之後，其它泵公司也相繼開始了對旋流泵的設計研究。1956年Stenbery Flygt公司試製出了旋流潛水泵。1959年瑞士埃格爾(Egger)公司開始生產旋流泵。而後日本也開展了對該種泵的研究和生產。1968年，西德學者Rutschi公開發表了旋流泵實驗研究報告。到目前已有多個國家和地區生產旋流泵，國外一些大的泵製造公司已將該泵型作為標準泵型生產。

國內對旋流泵的研究起步較晚，石家莊水泵廠曾在20世紀60年代中期試製過一台用於輸送順丁橡膠的旋流泵。1979年蔡振成對6J35型旋流泵進行了試驗研究。80年代，北京農業工程大學和江蘇工學院公開發表了旋流泵方面的一些研究成果。近些年來，國內關於旋流泵的研究主要集中在蘭州理工大學、江蘇大學等高校，研究內容多為綜述、CFD模擬及性能分析。產品方面，以企業為主導，開發了一些具有特殊性能和應用領域的泵型，如切線泵、旋流穩壓泵等。

（1）提高旋流泵的效率必須考慮如何降低旋流泵的循環流和軸向漩渦。

（2）通過觀察輸送胡蘿蔔試驗，當小流量時，蘿蔔幾乎不循環就快速流出渦室；隨著流量加大，蘿蔔循環圈數明顯增多。

（3）泵體形狀對旋流泵性能的影響：對於螺旋形泵體，Q-H曲線降低，軸功率大，效率低，但高效範圍寬；對於半螺旋線形泵體，Q-H曲線升高，軸功率曲線下降，效率明顯提高；對於圓環形泵體，Q-H曲線與半螺旋線形相近，最高效率點效率值高，高效點向小流量方向移動，但高效範圍較窄，大流量區域的效率明顯下降。

（4）軸向間隙對旋流泵性能的影響：一般可通過減小葉輪與泵殼的軸向空間寬度來提高效率，但這樣將降低固體介質的通過性，換言之，旋流泵是以犧牲效率為代價來換取工作的可靠性的。。

（5）葉輪直徑D2對旋流泵性能的影響：對於其他結構尺寸參數固定匹配情況下，D2以一個中間值所表現出的性能為最佳，泵效達最高值。

（6）葉輪葉片寬度b2對泵性能的影響：隨著b2增大，揚程曲線幾乎平行上升且變得較為平坦，功率曲線上升，泵效率亦上升。但增大至最佳葉片寬度範圍內，進一步增加b2並不顯著影響泵的效率。b2增大有利於提高泵最大流量，這與離心泵一致。

（7）葉輪葉片數z及葉片形狀對泵性能的影響：葉片數z增多，揚程和效率顯著提高, 但達到一定數量后揚程和效率不再增加。葉片數8～10片為佳。對於葉片形狀，前彎葉片揚程及泵效均最高，其功率曲線上升較快，容易造成泵超載運行；直形葉片結構簡單，功率曲線上升較慢，泵效率居中，設計中優先採用；后彎葉片泵效率及揚程最低，且功率曲線上升較快。

（8）渦室寬度B對泵性能的影響：B增大，泵流量增大，通過性能提高；但B 過大，揚程曲線及泵效率曲線明顯下降；B過小，泵效率也下降，且通過性能變差，抽送大徑軟顆粒受到限制。

（9）鄭銘提出以蝸殼無葉腔體積V0與葉輪體積VI之比ZV來設計旋流泵的方法。由大量試驗數據統計得出，當ZV=V0/VI3～5時可獲得較好的水力性能與通過性。當轉速n高時取大值，轉速低時取小值。採用體積比設計旋流泵意在求出各形狀參數之間的綜合關係。

旋流穩壓泵又稱旋流恆壓泵，是旋流泵的一種，因具有穩壓（恆壓）特性而得名。所謂穩壓性，是指水泵揚程(或出口壓力)具有一定的穩定性，隨流量變化而變化不大。

旋流穩壓泵具有旋流泵的典型結構特徵，即具有開式葉輪、徑向葉片。根據檢索到的旋流泵專利（專利權人：北京江河旋龍水泵技術有限公司；專利號：02281735.2）以及其它相關文獻，將旋流穩壓泵的結構特徵概括為：葉輪具有正葉片和副葉片；正葉片近似徑向分佈，從進口處向後傾斜，在靠近出口處再向前彎折，該折平面的橫截面為一折線；副葉片起到平衡軸向力的作用。

旋流穩壓泵的主要技術特點及性能特點如下：

1、獨特的流道設計使旋流穩壓泵具有變流穩壓特性，即當流量從零到所需最大流量範圍內變化時，其揚程基本保持穩定，揚程變幅在10%以內，保證了用水系統壓力平穩；小流量或零流量時不超壓，提高了管網的安全性。

2、在規定流量範圍內運行，電機不會過載。

3、直連結構，布局緊湊，體積小，安裝和維修方便。

4、半開式葉輪易鑄造加工，省去了常規離心泵維持恆壓所必須的變頻調速系統，製造、初裝及維護成本都大幅降低。

5、與同樣具有穩壓性能的切線泵相比，旋流穩壓泵的噪音相對較小，效率有所提高。

旋流穩壓泵特別適用於對供水系統壓力要求平穩的場合，如村鎮集中式供水、樓宇二次供水、消防給水、農田及園林噴灌等。

根據中國農業節水和農村供水技術協會發行的自動化技術專刊（2010年10月25日）介紹，北京江河旋龍水泵技術有限公司已推出旋流穩壓泵的系列產品，並成功應用於北京市房山區村鎮供水泵站改造示範工程。