QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵的設計研制

□張元華 賈煉 李小宇 王禹森 劉莉莉/達州市農業機械研究推廣站

1 達州現有水肥一體化滴灌用泵的現狀

在調研中發現，一種以IS80-65-125型泵為動力機的滴灌用泵在達州的蔬菜種植專業合作社使用較多，該泵的性能參數為：流量50 m3/h、揚程20 m、效率75%、轉速2 900 r/min、軸功率3.6 kW、電機功率5.5 kW、汽蝕余量NPSHr=3 m、泵質量35 kg、泵外形尺寸465 mm×210 mm×252 mm、連電機底座一起的泵機組總重量約124 kg、進出口配管直徑Φ80 mm/Φ65 mm、頻率50Hz、電壓380V，IS80-65-125型泵使用時需安裝底閥這就降低了泵系統效率，該泵在使用中最突出的問題是體積大、笨重、效率不高、不能在無三相電源的地方使用［1］。針對達州急需一種高效節能、使用流量范圍寬廣、可以在無電源的地區使用、輕便實用的滴灌用泵的實情，達州市農業機械研究推廣站研制了QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵產品。

2 QG100-50-20型滴灌用泵的設計

2.1 設計性能參數

將QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵的設計性能參數確定為：流量Q=50 m3/h=0.0139 m3/s、揚程H=20 m、效率77.5%、轉速n=3 600 r/min、軸功率Pa=3.5 kW、動力機功率N=5.5 kW、汽蝕余量NPSHr=3 m，泵進出口配管直徑Φ100 mm/Φ100 mm。

2.2 主要水力特征尺寸設計計算［2-10］

1）葉輪主要水力特征尺寸計算。

（備注：系數4.429就是（2g）0.5）

半蓋板厚度S=5 mm，葉片數Z一般取6～10枚，該葉輪取Z=6枚。

2）泵體主要水力特征尺寸計算。

泵體喉部面積：

泵體基圓直徑：D3=（1.03～1.10）D2=1.07D2=1.07×Φ115=Φ123.05 mm，取D3=Φ123 mm。

泵體基圓處流道寬度：b3=b2+2S+C=17+10+15=42 mm。

S：葉輪蓋板厚度，取5 mm。

C：葉輪蓋板與泵體流道的間隙，一般5～20 mm，雙邊總和取15 mm。

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2.3 結構設計主要特點

QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵的組成示意圖見圖1，結構設計主要特點如下［2-4］。

1）葉輪選用已經成熟的高效水力模型并以加大流量15%的流量來設計。

2）將離心泵無過載設計理論對葉輪作校核設計。

3）葉輪和泵體按照轉速n=3 600 r/min來設計，體積和質量減小約24%。

4）葉輪密封環部位設計加工出反向阻水螺紋，降低內漏，提高泵水力效率。

圖 1 QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵的組成示意圖

5）泵進口吸水器座上設置手壓排氣裝置，在泵啟動時排氣吸水。

6）將機組固定在鋼管制作的座架上，在吸水器座下面設置可調式支撐。

QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵的外形見圖2。

3 性能試驗結果

根據GB/T 3216-2016《回轉動力泵 水力性能驗收試驗1級、2級和3級》，在水泵試驗臺測試，該泵機組設計點性能為：流量Q=50 m3/h，揚程H=21.5 m，轉速n=3 600 r/min，效率77.8%（超過GB/T 13007規定的效率指標1.1%），汽蝕余量NPSHr=3.0 m，軸功率Pa=3.76 kW（軸功率超過設計值3.5 kW是因為揚程超過設計值引起的），泵流量揚程曲線下降平緩，性能試驗見表1。

將QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵流量對應揚程、效率、汽蝕余量以及軸功率作出曲線，見圖3。

圖 2 QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵的外形照片

圖 3 QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵性能曲線圖

表 1 QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵性能試驗表（n=3 600 r/min）

4 與原IS型泵的對比

QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵與原IS80-65-125型單級單吸離心泵的性能參數對比見表2，其他對比見表3。

表 2 性能參數對比

表 3 其他對比

5 節能節資計算

5.1 節能計算

IS80-65-125型單級單吸離心泵的效率為75%、軸功率為3.6 kW，QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵的效率為77.8%、在流量Q=50 m3/h、若適當切割葉輪葉片到揚程H=20 m時的軸功率為3.5 kW，單泵每小時節能3.6-3.5=0.1（kW），以每年80 d連續灌溉計算，可以節電0.1×80×24=192（kW·h），僅按100套估算，一年可以節電192×100=19 200（kW ·h） =1.92（萬kW·h），按照農用電0.5元/kW ·h計算，節電為1.92×0.5=0.96（萬元）。

5.2 節資計算

IS80-65-125型泵動力機的價格約為4 000元，QG100-50-20型水肥一體化滴灌用泵動力機的價格約為2 000元，兩者相差2 000元，按100套估算可以節資20萬元。

6 結束語

設計研制出的QG100-50-20型手壓排氣汽油機直聯離心泵機組，是一種高效節能、使用流量范圍寬廣、可以在無電源的地區使用、輕便實用的水肥一體化滴灌用泵產品。單臺套1次約可滴灌1.67 hm2，種植面積在10 hm2以內的蔬菜種植專業合作社配置1臺套QG100-50-20型手壓排氣汽油機直聯離心泵機組輪灌即可。