旋涡泵的研究现状及发展探讨

卜月斐  陈松鹤  叶海良

(利欧集团股份有限公司，浙江温岭317503)

摘要: 本文首先介绍了旋涡泵的结构组成、工作过程、简单分类和应用场合，然后对现有两种旋涡泵工作原理的理论做了阐述，最后对旋涡泵的发展趋势做了简单的总结。

关键词: 旋涡泵:现状:研究方向

一、旋涡泵的简介

旋涡泵又称为侧流道泵、摩擦泵、再生泵，如图1所示。旋涡泵由叶轮叶片、泵体、泵盖和环形的流道所组成。它属于叶片泵的范畴，但是工作原理和普通的离心泵有很大的区别。叶轮的高速旋转使得叶轮内的液体速度远远大于叶轮外的液体，速度越高离心力越大，因而产生轴向和径向的旋涡，故而称之为旋涡泵。旋涡泵与其他类型的泵相比有着设计简单、结构紧凑、扬程大、小流量的特点。旋涡泵还能够完成气体和液体的混合输送，而且它陡降型的特性曲线，几乎不会影响泵的流量，运行过程中也不会像离心泵那样产生压力脉动进而回流。基于以上别具一格的工作原理，旋涡泵被]‘一泛地应用于诸多领域。

二、旋涡泵的工作原理及分类

1 旋涡泵工作原理

旋涡泵的工作原理主要有两种方式:一种被称为摩擦湍流工作原理，这种原理是基于湍流摩擦理论，认为旋涡泵主要是依靠泵粗糙的叶轮表面和液体产生相对运动，粗糙表面给液体一个切向的剪切应力，通过这个剪切力实现了液体的上扬，因而旋涡泵在国外也被称为摩擦泵;另外一种被称为动量交换原理，它是基于动量矩定理而来，认为液体在叶轮内所有质点的角速度都相同，在流道中的液体流动都遵循等动量矩原理，这样流道内的液体和叶轮内的液体圆周运动速度不相等，叶轮内的液体离心力远远大于流道内的液体，从而使液体产生一个环形旋动，进而实现液体的上扬。

2 旋涡泵的分类

旋涡泵按照叶轮的结构形式可以分为:开式旋涡泵和封闭式旋涡泵，目前也出现了半开半闭式的叶轮形式，如图z所示。开式叶轮旋涡泵的叶片内半径比流道内半径小，液体从吸入管进入叶轮然后流入流道内;闭式叶轮的旋涡泵叶轮的内半径等于流道的内半径，液体直接从输入管流到流道内。闭式叶轮的叶片较短，而开式叶轮的叶片较长。除上述分类方式以外，还有按流道与排出}}相对位置以及按流道与叶轮的相对位置多种分类方法。

三、国内外研究现状

1 国外研究现状

德国Ritte汗1930年首先提出了旋涡泵工作原理。他认为液体可以看成无数个质点，每一个质点在叶轮的作用卜都有一个离心力，在叶轮中质点的离心力远远大于流道内的质点的离心力。由于受力不同，叶轮内的质点圆周速度大，会使液体产生环形运动，产生纵向的旋涡，这样液体产生的扬程就和液体经过叶轮的次数相关。根据R fitter的假说，后人把旋涡理论发展成为纵向旋涡加径向旋涡理论。

随着计算机技术和计算流体动力学的不断发展，学者们在对流体流动规律进行研究时己经普遍开始应用数值模拟的方法。韩国J WSong通过对旋涡泵流道内液体进行流场建模分析，通过计算机模拟得出了增大流道面积可以增强旋涡强度，提高旋涡泵性能的结论。

2 国内研究现状

在国内，旋涡泵研究起步较晚，其工作原理的两大理论己经成型。加上国内很少学者研究旋涡泵，因此在旋涡泵工作原理理论上的研究成果没有进展。但是，在旋涡泵的新型设计上我国学者取得了一定的研究进展。

浙江大学的朱祖超通过大量的研究提出了基于效率和工作领域的新型小流量泵的设计方法。江苏大学的董颖等通过大量数据来分析流动情况，证明了旋涡泵流道截面形状对液体流动的影响。郑州大学的于卫东等通过对旋涡泵叶轮和泵体之间动压场的研究，对侧隙泄漏量和功率损耗量进行详细对比研究，提出了叶轮与泵体间设计的最佳间隙范围。

图2 旋涡泵的分类

四、旋涡泵的发展方向

(1) 在结构设计方面，应该主要集中在创新设计和优化设计上。根据泵的不同使用环境和工况，设计出结构新颖多变的产品，利用现代高新技术多设计进行优化，设计出效率最高成本最低的产品。

(2) 在理论创新方面，充分利用和深入研究CFD技术，对旋涡泵的内部流体进行计算模拟，给出新型的设计和优化的理论研究成果。

(3) 着眼于泵的整体，对整个系统进行研究，找出影响泵效率的各个因素，提出整体优化方案，实现泵的低能耗高效率运作。

结语

旋涡泵从发明到现在，应用越来越广泛。但是我国对旋涡泵的研究很少，现在市面上的产品大多数都存在设计不完善、噪音大、效率低等问题。本文主要介绍了旋涡泵的研究现状，并且给出今后旋涡泵发展的方向，为后来的研究指明了方向。旋涡泵的发展前景非常乐观，希望学者们投入时间和精力，让旋涡泵真正服务于各行各业。