凌勇堅 王桂豪 費建明 何明鳳

作者信息：浙江信息工程學(xué)校，313000，湖州

在環(huán)太湖區(qū)域有一種用于農(nóng)田灌溉的自航式農(nóng)用輸水泵船，俗稱流動泵站，其上的動力配備為柴油機，如6135。 當(dāng)需要航行時，通過合上離合器擋位Ⅰ，使尾軸及螺旋槳旋轉(zhuǎn)；當(dāng)需要抽水排灌時，通過合上離合器擋位Ⅱ，使齒輪組及水泵運轉(zhuǎn)，從河道中抽水， 再借助于管道把水排送到需要澆灌的農(nóng)田和莊稼地。該泵船經(jīng)多年使用下來，發(fā)現(xiàn)其總體效果還不是很理想，原因是排水工況（排距、高度）千變?nèi)f化，泵組的適應(yīng)性差。 特別是當(dāng)遇到排距過短、高度較低的工況時， 由于水泵處于低揚程、 大流量區(qū)工作，此時需要消耗的功率很大，柴油機常常因超載運行而出現(xiàn)過熱，尤其是在夏天，故障時有發(fā)生，嚴(yán)重時甚至于毀機。 為了扭轉(zhuǎn)這種不利于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的狀況，向技術(shù)要效益，于是那里的一家林工農(nóng)機制造有限公司對現(xiàn)有的一款流動泵站進(jìn)行了技術(shù)改造，取得了較為明顯的綜合實效。

1 性能曲線

環(huán)太湖區(qū)域一帶農(nóng)用輸水泵船上的水泵， 通常為離心式， 而離心式水泵性能曲線的變化特點如圖1 所示。

圖1 中的A（Qe，He）為額定工況點，Q—H 為流量—揚程曲線，Q—N 為流量—功率曲線，Q—η 為流量—效率曲線。從圖1 中可以看出，泵揚程隨著流量的增大而減小，呈現(xiàn)出下降的曲線特性，在接近關(guān)閥的小流量區(qū)時，揚程就高；在大流量區(qū)時，揚程很低。 泵效率隨著流量的增大，先是有一段上升，達(dá)到一個最高值（額定工況點或附近）后，接著是下降。顯然，泵在高效率區(qū)域工作時，單位抽排水量能耗小，泵出力充分，運行比較經(jīng)濟。泵功率是隨著流量的增大，先上升比較緩慢，到了大流量區(qū)后，就會急劇上升，此時效率很低，能耗大，甚至于超載。倘若水泵長時間處在大流量區(qū)工作， 尤其是在大量需水澆灌的夏天，那不安全的隱患自然而然地就顯露出來了。

圖1 水泵性能曲線圖

2 技改措施

面對此情此景， 許多農(nóng)機制造企業(yè)紛紛在開動腦筋，力求有所改觀，措施各異，均有成效。而林工農(nóng)機制造有限公司所采取的技改措施是： 在該船的柴油機與水泵之間，去除原齒輪組，增設(shè)一道液壓控制系統(tǒng)。 在操作時，柴油機發(fā)動后，先啟動液壓控制系統(tǒng)，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，再啟動水泵。這樣有一個好處，就是當(dāng)水泵的工況發(fā)生大的變化時， 可以通過液壓控制系統(tǒng)方便地來實現(xiàn)變速， 從而使柴油機功率和轉(zhuǎn)速保持在一個合適的量值。 新增設(shè)的液壓控制系統(tǒng)原理如圖2 所示。

圖2 水泵液壓控制系統(tǒng)

該液壓控制系統(tǒng)大致工作過程是：

當(dāng)要使水泵投入運轉(zhuǎn)狀態(tài)時， 只要先使液壓系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，然后操作三位四通手動換向閥8，即可實現(xiàn)。

（1）當(dāng)水泵抽水時的液壓油路方向為：由油箱→帶單向閥過濾器1→手動閘閥2→液壓式齒輪泵3→液壓單向閥6→液壓調(diào)速閥7→三位四通手動換向閥8（右位）→液壓齒輪泵9（右位→左位）→三位四通手動換向閥8（右位）→液壓背壓閥10→帶單向閥過濾器11→回歸油箱。

（2）當(dāng)水泵反轉(zhuǎn)時的液壓油路方向為：由油箱→帶單向閥過濾器1→手動閘閥2→液壓式齒輪泵3→液壓單向閥6→液壓調(diào)速閥7→三位四通手動換向閥8（左位）→液壓齒輪泵9（左位→右位）→三位四通手動換向閥8（左位）→液壓背壓閥10→帶單向閥過濾器11→回歸油箱。

3 節(jié)能機理

當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時，泵的流量、揚程、功率也會跟著發(fā)生變化， 離心式水泵的變化規(guī)律如下公式所示：

（1）流量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系： Q2=Q1（n1/n2）

（2）揚程與轉(zhuǎn)速的關(guān)系： H2=H1（n1/n2）2

（3）功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系： N2=N1(n1/n2)3

由此可見，流量與轉(zhuǎn)速是一次方的關(guān)系，揚程與轉(zhuǎn)速是兩次方的關(guān)系，功率與轉(zhuǎn)速是三次方的關(guān)系。也即當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時， 功率會發(fā)生顯著的變化，比如說，當(dāng)泵的轉(zhuǎn)速較額定轉(zhuǎn)速下降20%，則功率下降為：

N＇=0.512N （式中：N 為調(diào)速前的泵功率，N＇ 為調(diào)速后的泵功率）

可見變化顯著。在水泵處于低揚程、大流量區(qū)運行時，通過降低轉(zhuǎn)速，可有效地遏止功率的上升，確保水泵運行的安全。

4 綜合實效

自林工農(nóng)機制造有限公司對流動泵船進(jìn)行改造以來，已2~3 年時間過去了，經(jīng)實踐證明，該船的使用效果是明顯的，基本達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，得到了用戶的充分肯定。經(jīng)歸納，改造后的流動泵船大致有如下特點。

（1）改造后水泵能方便地進(jìn)行調(diào)速，工況適應(yīng)性增強，在低揚程排水時，節(jié)燃油效果顯著。倘若按技改后造價增加為3 萬元計算，一年使用下來可節(jié)省燃油費用至少2 萬元，即不到2 年的時間，就能收回增加的投資，且該船排水時的安全性提高，使用壽命變長（至少能用上10~12 年），真是價廉物美。

（2） 該船在目前使用中也存在著某些不盡如人意之處：由于增設(shè)了液壓控制系統(tǒng)（該系統(tǒng)應(yīng)該說是比較簡單的），因而一旦該系統(tǒng)出現(xiàn)故障，對于不懂液壓技術(shù)的農(nóng)機人員來說就犯難了。 而就目前農(nóng)村現(xiàn)狀而言， 多數(shù)駕船操泵人員對液壓系統(tǒng)還是比較生疏，要排除故障有一定困難，有待通過人員充實和培訓(xùn)來提高使用和維修技能。