灌溉农用离心水泵的工作原理及选用

潘 强，王 波，潘会平，孙 姣

(甘肃省兰州市兰石能源装备工程研究院，甘肃 兰州 730050)

灌溉农用离心水泵的工作原理及选用

潘 强，王 波，潘会平，孙 姣

(甘肃省兰州市兰石能源装备工程研究院，甘肃 兰州 730050)

本文介绍了灌溉系统的类型，各种灌溉类型的特点，各种水泵的特点，详细说明了一种农用离心水泵的构造装置的名称及特点，阐述了其工作原理，同时研究了如何提高使用效率，对如何选择合适的离心水泵进行说明。

灌溉系统；离心泵；扬程；功率

1 引言

农业生产常用的灌溉系统包括地面灌溉系统、喷灌系统和微灌系统，这几种灌溉系统在生活生产中交替使用，它们都要用到水泵。掌握水泵的工作原理，选择合适的水泵型号对生产效率意义重大。

2 灌溉系统

2.1 地面灌溉系统

利用抽水设备提水，通过渠道、畦沟输水至作物，进行灌溉的一种方法，由水源、抽水设备及渠道工程组成。地面灌溉系统的特点：耗水量大、能耗多、易引起土壤板结和土肥流失，但结构简单、投资少[1]。

2.2 微灌系统

按照作物需水要求，通过低压管道系统和安装在其尾部的灌水器，把水分和养分直接送到作物根部附件土壤的灌水方法，由水泵、过滤器、管道、管路附近等原件组成。灌溉系统类型多，但组成大致相同，都有动力机、水泵、输水管道、喷滴头。对水泵的研究意义重大。

3 水泵

农用水泵是把动力机的机械能传给水，把水送到高处或远处。农用水泵大多数是叶片泵，按其原理不同，可分为离心泵、轴流泵和混流泵三大类[2]。

3.1 离心泵

利用叶轮旋转的离心力吸水、扬水的水泵。其流量小，扬程高，适用的流量和扬程范围广，应用最普遍。

3.2 轴流泵

利用叶轮旋转时叶片对水的轴向推力而工作的水泵。其流量大，扬程低，适用于平原河网地区的固定灌溉。

3.3 混流泵

既利用叶轮的离心力又利用叶轮的轴向推力扬水的水泵。其流量和扬程介于前两者之间，适用于平原和丘陵地区。

4 离心水泵

4.1 一般构造

主要由回转部分和固定部分组成。回转部分有叶轮、泵轴、传动带轮；叶轮有闭式、半闭式和开式三种。

4.2 泵轴、传动带轮

将动力机的机械能传给叶轮，泵轴的一端安有叶轮，另一端装传动轮，中部用轴承支座。

4.3 固定部分

由泵体、托架、密封装置和出水口等组成。

4.3.1 泵体 外形似蜗牛壳，内腔和叶轮外缘构成由小到大的涡旋形流道，用来平顺的引入水流，将叶轮甩出的水汇集、导出，并减慢速度，增加水压。

4.3.2 密封装置 用于密封泵轴和泵体轴孔之间的间隙，防止漏水和空气窜入。常用的填料密封装置由填料室、填料、水密封环、填料压盖构成[3]。

4.3.3 附件 由底阀、吸水管、压水管和闸阀等组成。

5 离心泵的工作原理

5.1 压水过程

离心泵在动力机带动下，叶轮高速转动，叶轮中部的水被叶片的离心力甩向四周，并在叶轮外缘沿切线方向甩离叶轮，沿着泵体内的涡旋型流道流动，速度降低，压力增大，水流便沿着出水管压到高处去。

5.2 吸水过程

在压水的同时，当叶轮中的水被甩出时，叶轮中心处和进水口处便形成一定的真空，水源处的水在大气压力作用下通过进水管进入叶轮。水泵的吸水过程和压水过程是连续作用的，所以水流就源源不断地从低处送向高处。

6 水泵的性能参数

6.1 流量Q

水泵单位时间内的出水量。

6.2 扬程

水泵在理论上能够提水的高度，也称总扬程。

6.3 实际扬程Hj

水泵的实际提水高度。实际扬程是实际吸水扬程Hjx与实际压水扬程Hjy之和Hj=Hjx+Hjy，由于吸水扬程受大气压的限制，一般在2.5～8.5m之间。

6.4 损伤扬程h

水流经过管道及各种附件时，由于摩擦、撞击、绕弯等而消耗的那一部分扬程。损伤扬程是吸水损伤扬程hx与压水损伤扬程hy之和，即h=hx+hy。总扬程H=Hj+h=Hjx+Hjy+hx+hy

7 功率和效率

7.1 轴功率N

水泵在规定的流量和扬程情况下，电动机传递到水泵轴上的功率，是选配电动机功率的依据。

7.2 有效功率Nx

水泵传递给水流的功率。

7.4 配套功率Np

7.5 转速

额定转速，转速降低，可以得到不同 的性能指标，但太低则效率降低，甚至抽不到水。

7.6 允许吸上真空高度

表示水泵的吸水能力，也是确定安装高度的 依据。

8 离心泵的性能曲线

8.1 Q-H曲线

流量增加，流速增高使泵内水力损失增加，所以扬程降低。

8.2 Q-N曲线

随着流量增加，扬程下降不多，流量与扬程的乘积仍然增大，所以轴功率增大。流量为零时，轴功率最小，所以离心泵要关闭闸阀启动，以减轻启动时的负荷。此外，离心泵在低于额定扬程的情况下使用时，应关小闸阀，减少流量，避免动力机因超载而损坏。

效率在设计流量处有峰值，在选用水泵时，应使设计总扬程值和流量值在Q-曲线的高效工作区内，才能得到较高的工作效率。

9 离心泵的选用

为满足灌溉需要和充分发挥水泵的效率，应根据实际情况合理选择水泵型号和配套设备。

9.1 扬程的选择

应根据水源水位高低和所需压水高度，测出实际扬程，再计算损失扬程，从而得到总扬程。

9.2 允许吸上真空高度的选择

考虑地形、水位高低和海拔，应选择允许吸上真空高度应比实际需要吸水高度大0.5～1m的水泵型号。根据上述计算结果，查表后确定型号和配套的电动机功率。

[1]刘小兵.离心水泵流场数值模拟分析方法探索[J].通信电源技术，2016，33(1).

[2] 谭素霞. 关于降低离心水泵能耗的研究[J].水利经济, 2004(3).

[3] 钱宏琦.离心水泵变频调速节能机理分析[J]. 贵州大学学报, 2014(2).

2017-01-27

潘强(1987-)，男，甘肃会宁人，大学本科，从事农业机械、车辆方面的研发设计。