QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵的设计研制

□张元华 贾炼 李小宇 王禹森 刘莉莉/达州市农业机械研究推广站

1 达州现有水肥一体化滴灌用泵的现状

在调研中发现，一种以IS80-65-125型泵为动力机的滴灌用泵在达州的蔬菜种植专业合作社使用较多，该泵的性能参数为：流量50 m3/h、扬程20 m、效率75%、转速2 900 r/min、轴功率3.6 kW、电机功率5.5 kW、汽蚀余量NPSHr=3 m、泵质量35 kg、泵外形尺寸465 mm×210 mm×252 mm、连电机底座一起的泵机组总重量约124 kg、进出口配管直径Φ80 mm/Φ65 mm、频率50Hz、电压380V，IS80-65-125型泵使用时需安装底阀这就降低了泵系统效率，该泵在使用中最突出的问题是体积大、笨重、效率不高、不能在无三相电源的地方使用［1］。针对达州急需一种高效节能、使用流量范围宽广、可以在无电源的地区使用、轻便实用的滴灌用泵的实情，达州市农业机械研究推广站研制了QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵产品。

2 QG100-50-20型滴灌用泵的设计

2.1 设计性能参数

将QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵的设计性能参数确定为：流量Q=50 m3/h=0.0139 m3/s、扬程H=20 m、效率77.5%、转速n=3 600 r/min、轴功率Pa=3.5 kW、动力机功率N=5.5 kW、汽蚀余量NPSHr=3 m，泵进出口配管直径Φ100 mm/Φ100 mm。

2.2 主要水力特征尺寸设计计算［2-10］

1）叶轮主要水力特征尺寸计算。

（备注：系数4.429就是（2g）0.5）

半盖板厚度S=5 mm，叶片数Z一般取6～10枚，该叶轮取Z=6枚。

2）泵体主要水力特征尺寸计算。

泵体喉部面积：

泵体基圆直径：D3=（1.03～1.10）D2=1.07D2=1.07×Φ115=Φ123.05 mm，取D3=Φ123 mm。

泵体基圆处流道宽度：b3=b2+2S+C=17+10+15=42 mm。

S：叶轮盖板厚度，取5 mm。

C：叶轮盖板与泵体流道的间隙，一般5～20 mm，双边总和取15 mm。

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2.3 结构设计主要特点

QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵的组成示意图见图1，结构设计主要特点如下［2-4］。

1）叶轮选用已经成熟的高效水力模型并以加大流量15%的流量来设计。

2）将离心泵无过载设计理论对叶轮作校核设计。

3）叶轮和泵体按照转速n=3 600 r/min来设计，体积和质量减小约24%。

4）叶轮密封环部位设计加工出反向阻水螺纹，降低内漏，提高泵水力效率。

图 1 QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵的组成示意图

5）泵进口吸水器座上设置手压排气装置，在泵启动时排气吸水。

6）将机组固定在钢管制作的座架上，在吸水器座下面设置可调式支撑。

QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵的外形见图2。

3 性能试验结果

根据GB/T 3216-2016《回转动力泵 水力性能验收试验1级、2级和3级》，在水泵试验台测试，该泵机组设计点性能为：流量Q=50 m3/h，扬程H=21.5 m，转速n=3 600 r/min，效率77.8%（超过GB/T 13007规定的效率指标1.1%），汽蚀余量NPSHr=3.0 m，轴功率Pa=3.76 kW（轴功率超过设计值3.5 kW是因为扬程超过设计值引起的），泵流量扬程曲线下降平缓，性能试验见表1。

将QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵流量对应扬程、效率、汽蚀余量以及轴功率作出曲线，见图3。

图 2 QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵的外形照片

图 3 QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵性能曲线图

表 1 QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵性能试验表（n=3 600 r/min）

4 与原IS型泵的对比

QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵与原IS80-65-125型单级单吸离心泵的性能参数对比见表2，其他对比见表3。

表 2 性能参数对比

表 3 其他对比

5 节能节资计算

5.1 节能计算

IS80-65-125型单级单吸离心泵的效率为75%、轴功率为3.6 kW，QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵的效率为77.8%、在流量Q=50 m3/h、若适当切割叶轮叶片到扬程H=20 m时的轴功率为3.5 kW，单泵每小时节能3.6-3.5=0.1（kW），以每年80 d连续灌溉计算，可以节电0.1×80×24=192（kW·h），仅按100套估算，一年可以节电192×100=19 200（kW ·h） =1.92（万kW·h），按照农用电0.5元/kW ·h计算，节电为1.92×0.5=0.96（万元）。

5.2 节资计算

IS80-65-125型泵动力机的价格约为4 000元，QG100-50-20型水肥一体化滴灌用泵动力机的价格约为2 000元，两者相差2 000元，按100套估算可以节资20万元。

6 结束语

设计研制出的QG100-50-20型手压排气汽油机直联离心泵机组，是一种高效节能、使用流量范围宽广、可以在无电源的地区使用、轻便实用的水肥一体化滴灌用泵产品。单台套1次约可滴灌1.67 hm2，种植面积在10 hm2以内的蔬菜种植专业合作社配置1台套QG100-50-20型手压排气汽油机直联离心泵机组轮灌即可。