灌溉農(nóng)用離心水泵的工作原理及選用

潘 強(qiáng)，王 波，潘會平，孫 姣

(甘肅省蘭州市蘭石能源裝備工程研究院，甘肅 蘭州 730050)

灌溉農(nóng)用離心水泵的工作原理及選用

潘 強(qiáng)，王 波，潘會平，孫 姣

(甘肅省蘭州市蘭石能源裝備工程研究院，甘肅 蘭州 730050)

本文介紹了灌溉系統(tǒng)的類型，各種灌溉類型的特點(diǎn)，各種水泵的特點(diǎn)，詳細(xì)說明了一種農(nóng)用離心水泵的構(gòu)造裝置的名稱及特點(diǎn)，闡述了其工作原理，同時研究了如何提高使用效率，對如何選擇合適的離心水泵進(jìn)行說明。

灌溉系統(tǒng)；離心泵；揚(yáng)程；功率

1 引言

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)常用的灌溉系統(tǒng)包括地面灌溉系統(tǒng)、噴灌系統(tǒng)和微灌系統(tǒng)，這幾種灌溉系統(tǒng)在生活生產(chǎn)中交替使用，它們都要用到水泵。掌握水泵的工作原理，選擇合適的水泵型號對生產(chǎn)效率意義重大。

2 灌溉系統(tǒng)

2.1 地面灌溉系統(tǒng)

利用抽水設(shè)備提水，通過渠道、畦溝輸水至作物，進(jìn)行灌溉的一種方法，由水源、抽水設(shè)備及渠道工程組成。地面灌溉系統(tǒng)的特點(diǎn)：耗水量大、能耗多、易引起土壤板結(jié)和土肥流失，但結(jié)構(gòu)簡單、投資少[1]。

2.2 微灌系統(tǒng)

按照作物需水要求，通過低壓管道系統(tǒng)和安裝在其尾部的灌水器，把水分和養(yǎng)分直接送到作物根部附件土壤的灌水方法，由水泵、過濾器、管道、管路附近等原件組成。灌溉系統(tǒng)類型多，但組成大致相同，都有動力機(jī)、水泵、輸水管道、噴滴頭。對水泵的研究意義重大。

3 水泵

農(nóng)用水泵是把動力機(jī)的機(jī)械能傳給水，把水送到高處或遠(yuǎn)處。農(nóng)用水泵大多數(shù)是葉片泵，按其原理不同，可分為離心泵、軸流泵和混流泵三大類[2]。

3.1 離心泵

利用葉輪旋轉(zhuǎn)的離心力吸水、揚(yáng)水的水泵。其流量小，揚(yáng)程高，適用的流量和揚(yáng)程范圍廣，應(yīng)用最普遍。

3.2 軸流泵

利用葉輪旋轉(zhuǎn)時葉片對水的軸向推力而工作的水泵。其流量大，揚(yáng)程低，適用于平原河網(wǎng)地區(qū)的固定灌溉。

3.3 混流泵

既利用葉輪的離心力又利用葉輪的軸向推力揚(yáng)水的水泵。其流量和揚(yáng)程介于前兩者之間，適用于平原和丘陵地區(qū)。

4 離心水泵

4.1 一般構(gòu)造

主要由回轉(zhuǎn)部分和固定部分組成。回轉(zhuǎn)部分有葉輪、泵軸、傳動帶輪；葉輪有閉式、半閉式和開式三種。

4.2 泵軸、傳動帶輪

將動力機(jī)的機(jī)械能傳給葉輪，泵軸的一端安有葉輪，另一端裝傳動輪，中部用軸承支座。

4.3 固定部分

由泵體、托架、密封裝置和出水口等組成。

4.3.1 泵體 外形似蝸牛殼，內(nèi)腔和葉輪外緣構(gòu)成由小到大的渦旋形流道，用來平順的引入水流，將葉輪甩出的水匯集、導(dǎo)出，并減慢速度，增加水壓。

4.3.2 密封裝置 用于密封泵軸和泵體軸孔之間的間隙，防止漏水和空氣竄入。常用的填料密封裝置由填料室、填料、水密封環(huán)、填料壓蓋構(gòu)成[3]。

4.3.3 附件 由底閥、吸水管、壓水管和閘閥等組成。

5 離心泵的工作原理

5.1 壓水過程

離心泵在動力機(jī)帶動下，葉輪高速轉(zhuǎn)動，葉輪中部的水被葉片的離心力甩向四周，并在葉輪外緣沿切線方向甩離葉輪，沿著泵體內(nèi)的渦旋型流道流動，速度降低，壓力增大，水流便沿著出水管壓到高處去。

5.2 吸水過程

在壓水的同時，當(dāng)葉輪中的水被甩出時，葉輪中心處和進(jìn)水口處便形成一定的真空，水源處的水在大氣壓力作用下通過進(jìn)水管進(jìn)入葉輪。水泵的吸水過程和壓水過程是連續(xù)作用的，所以水流就源源不斷地從低處送向高處。

6 水泵的性能參數(shù)

6.1 流量Q

水泵單位時間內(nèi)的出水量。

6.2 揚(yáng)程

水泵在理論上能夠提水的高度，也稱總揚(yáng)程。

6.3 實(shí)際揚(yáng)程Hj

水泵的實(shí)際提水高度。實(shí)際揚(yáng)程是實(shí)際吸水揚(yáng)程Hjx與實(shí)際壓水揚(yáng)程Hjy之和Hj=Hjx+Hjy，由于吸水揚(yáng)程受大氣壓的限制，一般在2.5～8.5m之間。

6.4 損傷揚(yáng)程h

水流經(jīng)過管道及各種附件時，由于摩擦、撞擊、繞彎等而消耗的那一部分揚(yáng)程。損傷揚(yáng)程是吸水損傷揚(yáng)程hx與壓水損傷揚(yáng)程hy之和，即h=hx+hy。總揚(yáng)程H=Hj+h=Hjx+Hjy+hx+hy

7 功率和效率

7.1 軸功率N

水泵在規(guī)定的流量和揚(yáng)程情況下，電動機(jī)傳遞到水泵軸上的功率，是選配電動機(jī)功率的依據(jù)。

7.2 有效功率Nx

水泵傳遞給水流的功率。

7.4 配套功率Np

7.5 轉(zhuǎn)速

額定轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速降低，可以得到不同 的性能指標(biāo)，但太低則效率降低，甚至抽不到水。

7.6 允許吸上真空高度

表示水泵的吸水能力，也是確定安裝高度的 依據(jù)。

8 離心泵的性能曲線

8.1 Q-H曲線

流量增加，流速增高使泵內(nèi)水力損失增加，所以揚(yáng)程降低。

8.2 Q-N曲線

隨著流量增加，揚(yáng)程下降不多，流量與揚(yáng)程的乘積仍然增大，所以軸功率增大。流量為零時，軸功率最小，所以離心泵要關(guān)閉閘閥啟動，以減輕啟動時的負(fù)荷。此外，離心泵在低于額定揚(yáng)程的情況下使用時，應(yīng)關(guān)小閘閥，減少流量，避免動力機(jī)因超載而損壞。

效率在設(shè)計流量處有峰值，在選用水泵時，應(yīng)使設(shè)計總揚(yáng)程值和流量值在Q-曲線的高效工作區(qū)內(nèi)，才能得到較高的工作效率。

9 離心泵的選用

為滿足灌溉需要和充分發(fā)揮水泵的效率，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇水泵型號和配套設(shè)備。

9.1 揚(yáng)程的選擇

應(yīng)根據(jù)水源水位高低和所需壓水高度，測出實(shí)際揚(yáng)程，再計算損失揚(yáng)程，從而得到總揚(yáng)程。

9.2 允許吸上真空高度的選擇

考慮地形、水位高低和海拔，應(yīng)選擇允許吸上真空高度應(yīng)比實(shí)際需要吸水高度大0.5～1m的水泵型號。根據(jù)上述計算結(jié)果，查表后確定型號和配套的電動機(jī)功率。

[1]劉小兵.離心水泵流場數(shù)值模擬分析方法探索[J].通信電源技術(shù)，2016，33(1).

[2] 譚素霞. 關(guān)于降低離心水泵能耗的研究[J].水利經(jīng)濟(jì), 2004(3).

[3] 錢宏琦.離心水泵變頻調(diào)速節(jié)能機(jī)理分析[J]. 貴州大學(xué)學(xué)報, 2014(2).

2017-01-27

潘強(qiáng)(1987-)，男，甘肅會寧人，大學(xué)本科，從事農(nóng)業(yè)機(jī)械、車輛方面的研發(fā)設(shè)計。