QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯恒壓噴灌泵的研制

張 元 華

(達州市農業機械研究推廣站，四川 達州 635099)

通過實地調研發現，達州的中小型蔬菜種植專業合作社的大棚噴灌泵產品性能參數多是：流量10～20 m3/h，揚程40～60 m，噴灌泵大多選用普通離心泵產品，缺點是體積大、笨重、耗能高，流量揚程曲線是下降的，在大流量使用時壓力不足而小流量使用時可能超壓導致噴頭易脫落。也有選用旋渦泵產品的作為噴灌用的，旋渦泵產品體積小，缺點是流量揚程曲線是直線型陡降的，運行使用范圍很窄小，甚至是在點工況下使用，在小流量時壓力太高導致噴霧的噴頭很容易脫落，在大流量時壓力嚴重不足導致噴不起霧而無法使用。

蔬菜大棚噴灌選用旋渦泵或者是普通離心泵，若只在固定流量揚程工況點附近使用還是可以的，但在現代農業科技園中的蔬菜大棚、林業花卉中噴水、噴藥以及葉面施肥等過程中需要一種輕便實用、變流恒壓、能耗低的噴灌泵產品，也就是說，需要一種流量可以在很大范圍內變化而壓力又可以保持不變(才能保證噴頭噴霧效果不變)的變流穩壓噴灌泵產品，要達到恒壓，現在常用的辦法是選用變頻調速器來達到泵恒壓，從而使噴灌系統恒壓，這種辦法增加了設備投入，選用的普通離心泵體積大、笨重。

鑒于上述情況，我們在借鑒高速部分流泵先進技術的基礎上著手設計研究QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯恒壓噴灌泵。

1 設計參數及組成

1.1 設計參數

根據達州丘陵山區蔬菜大棚的實際需要我們確定了QGH14-50-4型泵的設計參數：流量Q=14 m3/h=3.89 m3/s，揚程H=50 m,轉速n=3 600 r/min,效率60%，吸程Hs=7.5 m,動力170型汽油機(4 kW)，外形尺寸：700×550×450 mm,進出口直徑：65/50 mm。

1.2 組 成

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

2 葉輪與泵體的結構以及水力計算

2.1 葉輪與泵體的結構[1-14]

QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯恒壓噴灌泵的比轉速為：ns=3.65nQ0.5/H0.75=43。

屬于低比轉速離心泵范圍，可以按照部分流泵來設計水力與結構，葉輪為全開式結構設計，無前后蓋板，無圓盤摩擦損失，葉輪背面對泵體密封腔有泵吸作用，密封腔體壓力跟泵進口壓力差不多，有利于降低密封壓力，延長密封的使用壽命。泵機組屬于小流量高揚程參數泵，泵體喉部關鍵水力尺寸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鍵水力尺寸d，泵體擴散段可以用錐度鉸刀或電脈沖加工出來，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算[1,3,4,13,14]

葉輪結構圖見圖2、泵體結構圖見圖3，葉輪、泵體的主要水力尺寸計算按照高速部分流泵的設計方法并結合我站已有的實用新型專利技術(一種自吸泵，專利號ZL201120043452.X)的成功經驗來計算如下。

圖2 葉輪結構圖

葉輪主要水力計算：

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，葉輪進口邊D0=Φ40 mm，葉輪進口邊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Z一般取6～10枚，該葉輪取Z=8枚。

圖3 泵體結構圖

泵體主要水力計算：

泵體吐出喉部d：Φ0.016(m)=Φ16 mm。

喉部長度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的邊緣與泵體內徑D3相切以利于介質吐出。

泵體內徑D3=1.04D2=Φ144.56(mm)=Φ144.56 mm，取D3=Φ145 mm。

泵體內徑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所對應的。

泵體出口到中心的高度根據泵體結構來選取：H=135 mm。

吐出段擴散角度一般取10～20°，本泵體取吐出段擴散角度取10°。

泵體進口Φ65 mm、出口Φ50 mm。

3 性能測試結果

QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯恒壓噴灌泵組裝完成后，在水泵試驗臺測試，泵設計點性能為：流量Q=14.5 m3/h，揚程H=50.7 m,轉速n=3 600 r/min,效率60%，吸程Hs=7.6 m，泵Q～H流量揚程曲線平直，具有變流穩壓的特性，測試的對應流量揚程見表1。

表1 QGH14-50-4型泵機組對應流量揚程表

將QGH14-50-4型泵機組對應流量揚程作出曲線，再將近似性能參數泵IS50-32-200型單級單吸離心泵機組的流量揚程曲線也做到同一張曲線圖中，見圖4。

從Q～H流量揚程曲線圖4可見：QGH14-50-4型泵機組在全流量范圍內使用都壓力恒定，IS50-32-200型泵的流量揚程曲線呈現下降趨勢，無穩壓特點，噴灌使用流量范圍窄小。

QGH14-50-4型泵與近似性能參數IS50-32-200型單級單吸離心泵的設計點性能對比見表2。

從表2可見：QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯恒壓噴灌泵體積小、質量輕、具有在全流量范圍內使用的恒壓特性，最適合在蔬菜大棚噴灌使用。

圖4 性能曲線對比圖

表2 QGH14-50-4型泵、IS50-32-200型泵設計點性能對比

4 結 語

在借鑒高速部分流泵的先進技術的基礎上并結合已有的經驗設計研制出輕型高效恒壓的QGH14-50-4型手壓排氣汽油機直聯恒壓離心泵機組，尤其是對葉輪與泵體等核心零部件進行了結構創新設計，葉輪為全開式結構，泵體喉部關鍵水力尺寸d采用鉆孔加工，泵體擴散段用錐度鉸刀或電脈沖加工出來，確保了泵機組的水力效率高。QGH14-50-4型泵機組零部件試制完畢并組裝完成后，通過測試，其性能參數為：流量Q=14.5 m3/h，揚程H=50.7 m，轉速n=3 600 r/min,效率60%，吸程Hs=7.6 m，泵機組Q～H流量揚程曲線平直，機組在全流量范圍內恒壓、機組高效、輕便，適宜蔬菜大棚噴灌使用。