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        QGH14-50-4型手壓排氣汽油機(jī)直聯(lián)恒壓噴灌泵的研制

        2019-07-30 09:32:06
        節(jié)水灌溉 2019年7期
        關(guān)鍵詞:泵體汽油機(jī)恒壓

        張 元 華

        (達(dá)州市農(nóng)業(yè)機(jī)械研究推廣站,四川 達(dá)州 635099)

        通過(guò)實(shí)地調(diào)研發(fā)現(xiàn),達(dá)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(yáng)程40~60 m,噴灌泵大多選用普通離心泵產(chǎn)品,缺點(diǎn)是體積大、笨重、耗能高,流量揚(yáng)程曲線是下降的,在大流量使用時(shí)壓力不足而小流量使用時(shí)可能超壓導(dǎo)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(diǎn)是流量揚(yáng)程曲線是直線型陡降的,運(yùn)行使用范圍很窄小,甚至是在點(diǎn)工況下使用,在小流量時(shí)壓力太高導(dǎo)致噴霧的噴頭很容易脫落,在大流量時(shí)壓力嚴(yán)重不足導(dǎo)致噴不起霧而無(wú)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(yáng)程工況點(diǎn)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(guò)程中需要一種輕便實(shí)用、變流恒壓、能耗低的噴灌泵產(chǎn)品,也就是說(shuō),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(dá)到恒壓,現(xiàn)在常用的辦法是選用變頻調(diào)速器來(lái)達(dá)到泵恒壓,從而使噴灌系統(tǒng)恒壓,這種辦法增加了設(shè)備投入,選用的普通離心泵體積大、笨重。

        鑒于上述情況,我們?cè)诮梃b高速部分流泵先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上著手設(shè)計(jì)研究QGH14-50-4型手壓排氣汽油機(jī)直聯(lián)恒壓噴灌泵。

        1 設(shè)計(jì)參數(shù)及組成

        1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)

        根據(jù)達(dá)州丘陵山區(qū)蔬菜大棚的實(shí)際需要我們確定了QGH14-50-4型泵的設(shè)計(jì)參數(shù):流量Q=14 m3/h=3.89 m3/s,揚(yáng)程H=50 m,轉(zhuǎn)速n=3 600 r/min,效率60%,吸程Hs=7.5 m,動(dòng)力170型汽油機(jī)(4 kW),外形尺寸:700×550×450 mm,進(jìn)出口直徑:65/50 mm。

        1.2 組 成

        QGH14-50-4型手壓排氣汽油機(jī)直聯(lián)恒壓噴灌泵主要由170型汽油機(jī)(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(jī)直聯(lián)恒壓噴灌泵組成示意圖

        2 葉輪與泵體的結(jié)構(gòu)以及水力計(jì)算

        2.1 葉輪與泵體的結(jié)構(gòu)[1-14]

        QGH14-50-4型手壓排氣汽油機(jī)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(lái)設(shè)計(jì)水力與結(jié)構(gòu),葉輪為全開式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),無(wú)前后蓋板,無(wú)圓盤摩擦損失,葉輪背面對(duì)泵體密封腔有泵吸作用,密封腔體壓力跟泵進(jìn)口壓力差不多,有利于降低密封壓力,延長(zhǎng)密封的使用壽命。泵機(jī)組屬于小流量高揚(yáng)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(kuò)散段可以用錐度鉸刀或電脈沖加工出來(lái),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(dá)到粗糙度12.5的較高要求,確保了泵有較高的水力效率。

        2.2 葉輪與泵體的水力計(jì)算[1,3,4,13,14]

        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(jì)算按照高速部分流泵的設(shè)計(jì)方法并結(jié)合我站已有的實(shí)用新型專利技術(shù)(一種自吸泵,專利號(hào)ZL201120043452.X)的成功經(jīng)驗(yàn)來(lái)計(jì)算如下。

        圖2 葉輪結(jié)構(gòu)圖

        葉輪主要水力計(jì)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(jìn)口邊D0=Φ40 mm,葉輪進(jìn)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(jì)算:

        泵體吐出喉部d:Φ0.016(m)=Φ16 mm。

        喉部長(zhǎng)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(duì)應(yīng)的。

        泵體出口到中心的高度根據(jù)泵體結(jié)構(gòu)來(lái)選?。篐=135 mm。

        吐出段擴(kuò)散角度一般取10~20°,本泵體取吐出段擴(kuò)散角度取10°。

        泵體進(jìn)口Φ65 mm、出口Φ50 mm。

        3 性能測(cè)試結(jié)果

        QGH14-50-4型手壓排氣汽油機(jī)直聯(lián)恒壓噴灌泵組裝完成后,在水泵試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試,泵設(shè)計(jì)點(diǎn)性能為:流量Q=14.5 m3/h,揚(yáng)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(yáng)程曲線平直,具有變流穩(wěn)壓的特性,測(cè)試的對(duì)應(yīng)流量揚(yáng)程見表1。

        表1 QGH14-50-4型泵機(jī)組對(duì)應(yīng)流量揚(yáng)程表

        將QGH14-50-4型泵機(jī)組對(duì)應(yīng)流量揚(yáng)程作出曲線,再將近似性能參數(shù)泵IS50-32-200型單級(jí)單吸離心泵機(jī)組的流量揚(yáng)程曲線也做到同一張曲線圖中,見圖4。

        從Q~H流量揚(yáng)程曲線圖4可見:QGH14-50-4型泵機(jī)組在全流量范圍內(nèi)使用都?jí)毫愣?,IS50-32-200型泵的流量揚(yáng)程曲線呈現(xiàn)下降趨勢(shì),無(wú)穩(wěn)壓特點(diǎn),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(jí)單吸離心泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)性能對(duì)比見表2。

        從表2可見:QGH14-50-4型手壓排氣汽油機(jī)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(duì)比圖

        表2 QGH14-50-4型泵、IS50-32-200型泵設(shè)計(jì)點(diǎn)性能對(duì)比

        4 結(jié) 語(yǔ)

        在借鑒高速部分流泵的先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上并結(jié)合已有的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)研制出輕型高效恒壓的QGH14-50-4型手壓排氣汽油機(jī)直聯(lián)恒壓離心泵機(jī)組,尤其是對(duì)葉輪與泵體等核心零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì),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(kuò)散段用錐度鉸刀或電脈沖加工出來(lái),確保了泵機(jī)組的水力效率高。QGH14-50-4型泵機(jī)組零部件試制完畢并組裝完成后,通過(guò)測(cè)試,其性能參數(shù)為:流量Q=14.5 m3/h,揚(yáng)程H=50.7 m,轉(zhuǎn)速n=3 600 r/min,效率60%,吸程Hs=7.6 m,泵機(jī)組Q~H流量揚(yáng)程曲線平直,機(jī)組在全流量范圍內(nèi)恒壓、機(jī)組高效、輕便,適宜蔬菜大棚噴灌使用。

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