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

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(zhuān)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(kāi)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無(wú)前后蓋板，無(wú)圓盤(pán)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(jiàn)圖2、泵體結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)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(zhuān)利技術(shù)(一種自吸泵，專(zhuān)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)選取：H=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(jiàn)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(jiàn)圖4。

從Q～H流量揚(yáng)程曲線圖4可見(jiàn)：QGH14-50-4型泵機(jī)組在全流量范圍內(nèi)使用都?jí)毫愣ǎ琁S50-32-200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(jiàn)表2。

從表2可見(jiàn)：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(kāi)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。