QGH14-50-4型手压排气汽油机直联恒压喷灌泵的研制

通过实地调研发现，达州的中小型蔬菜种植专业合作社的大棚喷灌泵产品性能参数多是：流量10～20 m3/h，扬程40～60 m，喷灌泵大多选用普通离心泵产品，缺点是体积大、笨重、耗能高，流量扬程曲线是下降的，在大流量使用时压力不足而小流量使用时可能超压导致喷头易脱落。也有选用旋涡泵产品的作为喷灌用的，旋涡泵产品体积小，缺点是流量扬程曲线是直线型陡降的，运行使用范围很窄小，甚至是在点工况下使用，在小流量时压力太高导致喷雾的喷头很容易脱落，在大流量时压力严重不足导致喷不起雾而无法使用。

蔬菜大棚喷灌选用旋涡泵或者是普通离心泵，若只在固定流量扬程工况点附近使用还是可以的，但在现代农业科技园中的蔬菜大棚、林业花卉中喷水、喷药以及叶面施肥等过程中需要一种轻便实用、变流恒压、能耗低的喷灌泵产品，也就是说，需要一种流量可以在很大范围内变化而压力又可以保持不变(才能保证喷头喷雾效果不变)的变流稳压喷灌泵产品，要达到恒压，现在常用的办法是选用变频调速器来达到泵恒压，从而使喷灌系统恒压，这种办法增加了设备投入，选用的普通离心泵体积大、笨重。

鉴于上述情况，我们在借鉴高速部分流泵先进技术的基础上着手设计研究QGH14-50-4型手压排气汽油机直联恒压喷灌泵。

1 设计参数及组成

1.1 设计参数

根据达州丘陵山区蔬菜大棚的实际需要我们确定了QGH14-50-4型泵的设计参数：流量Q=14 m3/h=3.89 m3/s，扬程H=50 m,转速n=3 600 r/min,效率60%，吸程Hs=7.5 m,动力170型汽油机(4 kW)，外形尺寸：700×550×450 mm,进出口直径：65/50 mm。

1.2 组 成

QGH14-50-4型手压排气汽油机直联恒压喷灌泵主要由170型汽油机(4 kW)、恒压喷灌泵、吸水器座、手压排气装置等组成，组成示意图如图1所示。

图1 QGH14-50-4型手压排气汽油机直联恒压喷灌泵组成示意图

2 叶轮与泵体的结构以及水力计算

2.1 叶轮与泵体的结构[1-14]

QGH14-50-4型手压排气汽油机直联恒压喷灌泵的比转速为：ns=3.65 nQ0.5/H0.75=43。

属于低比转速离心泵范围，可以按照部分流泵来设计水力与结构，叶轮为全开式结构设计，无前后盖板，无圆盘摩擦损失，叶轮背面对泵体密封腔有泵吸作用，密封腔体压力跟泵进口压力差不多，有利于降低密封压力，延长密封的使用寿命。泵机组属于小流量高扬程参数泵，泵体喉部关键水力尺寸d铸造困难，也不容易保证尺寸，采用钻孔加工可以确保泵体喉部关键水力尺寸d，泵体扩散段可以用锥度铰刀或电脉冲加工出来，泵体流道D3尺寸是加工而成，泵体的全部水力尺寸都是加工而成，可以达到粗糙度12.5的较高要求，确保了泵有较高的水力效率。

2.2 叶轮与泵体的水力计算[1,3,4,13,14]

叶轮结构图见图2、泵体结构图见图3，叶轮、泵体的主要水力尺寸计算按照高速部分流泵的设计方法并结合我站已有的实用新型专利技术(一种自吸泵，专利号ZL201120043452.X)的成功经验来计算如下。

图2 叶轮结构图

叶轮主要水力计算：

叶轮外径:D2=70.5H0.5/n=Φ0.139(m)=Φ139 mm，叶轮出口宽度：b2=1.15 d=18.4(mm)=18.4 mm，叶轮进口边D0=Φ40 mm，叶轮进口边D1=Φ65 mm，叶轮轴孔为Φ25 mm，叶轮轮毂D=Φ45 mm，叶轮叶片厚度S=8 mm，叶轮中间半盖板圆周为0.5D2=Φ69.5 mm，半盖板厚度S=8 mm，叶片数Z一般取6～10枚，该叶轮取Z=8枚。

图3 泵体结构图

泵体主要水力计算：

泵体吐出喉部d：Φ0.016(m)=Φ16 mm。

喉部长度L ：一般取20～30 mm,考虑到泵体喉部的冲刷容易变大影响性能，取L=30 mm,喉部d的边缘与泵体内径D3相切以利于介质吐出。

泵体内径D3=1.04D2=Φ144.56(mm)=Φ144.56 mm，取D3=Φ145 mm。

泵体内径D3的宽度b3=b2+0.7=19.1(mm)=19.1 mm，取b3=19 mm,b3是叶轮外径与b2所对应的。

泵体出口到中心的高度根据泵体结构来选取：H=135 mm。

吐出段扩散角度一般取10～20°，本泵体取吐出段扩散角度取10°。

泵体进口Φ65 mm、出口Φ50 mm。

3 性能测试结果

QGH14-50-4型手压排气汽油机直联恒压喷灌泵组装完成后，在水泵试验台测试，泵设计点性能为：流量Q=14.5 m3/h，扬程H=50.7 m,转速n=3 600 r/min,效率60%，吸程Hs=7.6 m，泵Q～H流量扬程曲线平直，具有变流稳压的特性，测试的对应流量扬程见表1。

表1 QGH14-50-4型泵机组对应流量扬程表

将QGH14-50-4型泵机组对应流量扬程作出曲线，再将近似性能参数泵IS50-32-200型单级单吸离心泵机组的流量扬程曲线也做到同一张曲线图中，见图4。

从Q～H流量扬程曲线图4可见：QGH14-50-4型泵机组在全流量范围内使用都压力恒定，IS50-32-200型泵的流量扬程曲线呈现下降趋势，无稳压特点，喷灌使用流量范围窄小。

QGH14-50-4型泵与近似性能参数IS50-32-200型单级单吸离心泵的设计点性能对比见表2。

从表2可见：QGH14-50-4型手压排气汽油机直联恒压喷灌泵体积小、质量轻、具有在全流量范围内使用的恒压特性，最适合在蔬菜大棚喷灌使用。

图4 性能曲线对比图

表2 QGH14-50-4型泵、IS50-32-200型泵设计点性能对比

4 结 语

在借鉴高速部分流泵的先进技术的基础上并结合已有的经验设计研制出轻型高效恒压的QGH14-50-4型手压排气汽油机直联恒压离心泵机组，尤其是对叶轮与泵体等核心零部件进行了结构创新设计，叶轮为全开式结构，泵体喉部关键水力尺寸d采用钻孔加工，泵体扩散段用锥度铰刀或电脉冲加工出来，确保了泵机组的水力效率高。QGH14-50-4型泵机组零部件试制完毕并组装完成后，通过测试，其性能参数为：流量Q=14.5 m3/h，扬程H=50.7 m，转速n=3 600 r/min,效率60%，吸程Hs=7.6 m，泵机组Q～H流量扬程曲线平直，机组在全流量范围内恒压、机组高效、轻便，适宜蔬菜大棚喷灌使用。