農用輸水泵船技改顯成效

凌勇堅 王桂豪 費建明 何明鳳

作者信息：浙江信息工程學校，313000，湖州

在環太湖區域有一種用于農田灌溉的自航式農用輸水泵船，俗稱流動泵站，其上的動力配備為柴油機，如6135。 當需要航行時，通過合上離合器擋位Ⅰ，使尾軸及螺旋槳旋轉；當需要抽水排灌時，通過合上離合器擋位Ⅱ，使齒輪組及水泵運轉，從河道中抽水， 再借助于管道把水排送到需要澆灌的農田和莊稼地。該泵船經多年使用下來，發現其總體效果還不是很理想，原因是排水工況（排距、高度）千變萬化，泵組的適應性差。 特別是當遇到排距過短、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過熱，尤其是在夏天，故障時有發生，嚴重時甚至于毀機。 為了扭轉這種不利于農業生產的狀況，向技術要效益，于是那里的一家林工農機制造有限公司對現有的一款流動泵站進行了技術改造，取得了較為明顯的綜合實效。

1 性能曲線

環太湖區域一帶農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，呈現出下降的曲線特性，在接近關閥的小流量區時，揚程就高；在大流量區時，揚程很低。 泵效率隨著流量的增大，先是有一段上升，達到一個最高值（額定工況點或附近）后，接著是下降。顯然，泵在高效率區域工作時，單位抽排水量能耗小，泵出力充分，運行比較經濟。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， 許多農機制造企業紛紛在開動腦筋，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，增設一道液壓控制系統。 在操作時，柴油機發動后，先啟動液壓控制系統，待系統穩定后，再啟動水泵。這樣有一個好處，就是當水泵的工況發生大的變化時， 可以通過液壓控制系統方便地來實現變速， 從而使柴油機功率和轉速保持在一個合適的量值。 新增設的液壓控制系統原理如圖2 所示。

圖2 水泵液壓控制系統

該液壓控制系統大致工作過程是：

當要使水泵投入運轉狀態時， 只要先使液壓系統處于穩定狀態，然后操作三位四通手動換向閥8，即可實現。

（1）當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）當水泵反轉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 節能機理

當泵的轉速發生變化時，泵的流量、揚程、功率也會跟著發生變化， 離心式水泵的變化規律如下公式所示：

（1）流量與轉速的關系： Q2=Q1（n1/n2）

（2）揚程與轉速的關系： H2=H1（n1/n2）2

（3）功率與轉速的關系： N2=N1(n1/n2)3

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

N＇=0.512N （式中：N 為調速前的泵功率，N＇ 為調速后的泵功率）

可見變化顯著。在水泵處于低揚程、大流量區運行時，通過降低轉速，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

自林工農機制造有限公司對流動泵船進行改造以來，已2~3 年時間過去了，經實踐證明，該船的使用效果是明顯的，基本達到了預期的目標，得到了用戶的充分肯定。經歸納，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行調速，工況適應性增強，在低揚程排水時，節燃油效果顯著。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：由于增設了液壓控制系統（該系統應該說是比較簡單的），因而一旦該系統出現故障，對于不懂液壓技術的農機人員來說就犯難了。 而就目前農村現狀而言， 多數駕船操泵人員對液壓系統還是比較生疏，要排除故障有一定困難，有待通過人員充實和培訓來提高使用和維修技能。