張 元 華
(達州市農(nóng)業(yè)機械研究推廣站,四川 達州 635099)
通過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn),達州的中小型蔬菜種植專業(yè)合作社的大棚噴灌泵產(chǎn)品性能參數(shù)多是:流量10~20 m3/h,揚程40~60 m,噴灌泵大多選用普通離心泵產(chǎn)品,缺點是體積大、笨重、耗能高,流量揚程曲線是下降的,在大流量使用時壓力不足而小流量使用時可能超壓導致噴頭易脫落。也有選用旋渦泵產(chǎn)品的作為噴灌用的,旋渦泵產(chǎn)品體積小,缺點是流量揚程曲線是直線型陡降的,運行使用范圍很窄小,甚至是在點工況下使用,在小流量時壓力太高導致噴霧的噴頭很容易脫落,在大流量時壓力嚴重不足導致噴不起霧而無法使用。
蔬菜大棚噴灌選用旋渦泵或者是普通離心泵,若只在固定流量揚程工況點附近使用還是可以的,但在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園中的蔬菜大棚、林業(yè)花卉中噴水、噴藥以及葉面施肥等過程中需要一種輕便實用、變流恒壓、能耗低的噴灌泵產(chǎn)品,也就是說,需要一種流量可以在很大范圍內(nèi)變化而壓力又可以保持不變(才能保證噴頭噴霧效果不變)的變流穩(wěn)壓噴灌泵產(chǎn)品,要達到恒壓,現(xiàn)在常用的辦法是選用變頻調(diào)速器來達到泵恒壓,從而使噴灌系統(tǒng)恒壓,這種辦法增加了設備投入,選用的普通離心泵體積大、笨重。
鑒于上述情況,我們在借鑒高速部分流泵先進技術(shù)的基礎(chǔ)上著手設計研究QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯(lián)恒壓噴灌泵。
根據(jù)達州丘陵山區(qū)蔬菜大棚的實際需要我們確定了QGH14-50-4型泵的設計參數(shù):流量Q=14 m3/h=3.89 m3/s,揚程H=50 m,轉(zhuǎn)速n=3 600 r/min,效率60%,吸程Hs=7.5 m,動力170型汽油機(4 kW),外形尺寸:700×550×450 mm,進出口直徑:65/50 mm。
QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯(lián)恒壓噴灌泵主要由170型汽油機(4 kW)、恒壓噴灌泵、吸水器座、手壓排氣裝置等組成,組成示意圖如圖1所示。
圖1 QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯(lián)恒壓噴灌泵組成示意圖
QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯(lián)恒壓噴灌泵的比轉(zhuǎn)速為:ns=3.65nQ0.5/H0.75=43。
屬于低比轉(zhuǎn)速離心泵范圍,可以按照部分流泵來設計水力與結(jié)構(gòu),葉輪為全開式結(jié)構(gòu)設計,無前后蓋板,無圓盤摩擦損失,葉輪背面對泵體密封腔有泵吸作用,密封腔體壓力跟泵進口壓力差不多,有利于降低密封壓力,延長密封的使用壽命。泵機組屬于小流量高揚程參數(shù)泵,泵體喉部關(guān)鍵水力尺寸d鑄造困難,也不容易保證尺寸,采用鉆孔加工可以確保泵體喉部關(guān)鍵水力尺寸d,泵體擴散段可以用錐度鉸刀或電脈沖加工出來,泵體流道D3尺寸是加工而成,泵體的全部水力尺寸都是加工而成,可以達到粗糙度12.5的較高要求,確保了泵有較高的水力效率。
葉輪結(jié)構(gòu)圖見圖2、泵體結(jié)構(gòu)圖見圖3,葉輪、泵體的主要水力尺寸計算按照高速部分流泵的設計方法并結(jié)合我站已有的實用新型專利技術(shù)(一種自吸泵,專利號ZL201120043452.X)的成功經(jīng)驗來計算如下。
圖2 葉輪結(jié)構(gòu)圖
葉輪主要水力計算:
葉輪外徑:D2=70.5H0.5/n=Φ0.139(m)=Φ139 mm,葉輪出口寬度:b2=1.15d=18.4(mm)=18.4 mm,葉輪進口邊D0=Φ40 mm,葉輪進口邊D1=Φ65 mm,葉輪軸孔為Φ25 mm,葉輪輪轂D=Φ45 mm,葉輪葉片厚度S=8 mm,葉輪中間半蓋板圓周為0.5D2=Φ69.5 mm,半蓋板厚度S=8 mm,葉片數(shù)Z一般取6~10枚,該葉輪取Z=8枚。
圖3 泵體結(jié)構(gòu)圖
泵體主要水力計算:
泵體吐出喉部d:Φ0.016(m)=Φ16 mm。
喉部長度L:一般取20~30 mm,考慮到泵體喉部的沖刷容易變大影響性能,取L=30 mm,喉部d的邊緣與泵體內(nèi)徑D3相切以利于介質(zhì)吐出。
泵體內(nèi)徑D3=1.04D2=Φ144.56(mm)=Φ144.56 mm,取D3=Φ145 mm。
泵體內(nèi)徑D3的寬度b3=b2+0.7=19.1(mm)=19.1 mm,取b3=19 mm,b3是葉輪外徑與b2所對應的。
泵體出口到中心的高度根據(jù)泵體結(jié)構(gòu)來選?。篐=135 mm。
吐出段擴散角度一般取10~20°,本泵體取吐出段擴散角度取10°。
泵體進口Φ65 mm、出口Φ50 mm。
QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯(lián)恒壓噴灌泵組裝完成后,在水泵試驗臺測試,泵設計點性能為:流量Q=14.5 m3/h,揚程H=50.7 m,轉(zhuǎn)速n=3 600 r/min,效率60%,吸程Hs=7.6 m,泵Q~H流量揚程曲線平直,具有變流穩(wěn)壓的特性,測試的對應流量揚程見表1。
表1 QGH14-50-4型泵機組對應流量揚程表
將QGH14-50-4型泵機組對應流量揚程作出曲線,再將近似性能參數(shù)泵IS50-32-200型單級單吸離心泵機組的流量揚程曲線也做到同一張曲線圖中,見圖4。
從Q~H流量揚程曲線圖4可見:QGH14-50-4型泵機組在全流量范圍內(nèi)使用都壓力恒定,IS50-32-200型泵的流量揚程曲線呈現(xiàn)下降趨勢,無穩(wěn)壓特點,噴灌使用流量范圍窄小。
QGH14-50-4型泵與近似性能參數(shù)IS50-32-200型單級單吸離心泵的設計點性能對比見表2。
從表2可見:QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯(lián)恒壓噴灌泵體積小、質(zhì)量輕、具有在全流量范圍內(nèi)使用的恒壓特性,最適合在蔬菜大棚噴灌使用。
圖4 性能曲線對比圖
表2 QGH14-50-4型泵、IS50-32-200型泵設計點性能對比
在借鑒高速部分流泵的先進技術(shù)的基礎(chǔ)上并結(jié)合已有的經(jīng)驗設計研制出輕型高效恒壓的QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯(lián)恒壓離心泵機組,尤其是對葉輪與泵體等核心零部件進行了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設計,葉輪為全開式結(jié)構(gòu),泵體喉部關(guān)鍵水力尺寸d采用鉆孔加工,泵體擴散段用錐度鉸刀或電脈沖加工出來,確保了泵機組的水力效率高。QGH14-50-4型泵機組零部件試制完畢并組裝完成后,通過測試,其性能參數(shù)為:流量Q=14.5 m3/h,揚程H=50.7 m,轉(zhuǎn)速n=3 600 r/min,效率60%,吸程Hs=7.6 m,泵機組Q~H流量揚程曲線平直,機組在全流量范圍內(nèi)恒壓、機組高效、輕便,適宜蔬菜大棚噴灌使用。