一种农用水陆两栖立式离心泵的设计

2013-06-27陈立周小波蒋辉霞廖功磊李玉玲四川省农业机械研究设计院

四川农业与农机 2013年5期

□陈立周小波蒋辉霞廖功磊李玉玲/四川省农业机械研究设计院

一种农用水陆两栖立式离心泵的设计

□陈立周小波蒋辉霞廖功磊李玉玲/四川省农业机械研究设计院

1概述

农业提灌站是解决丘陵地区农业用水的重要基础设施，提灌站建设和更新改造是重要的民生工程和民心工程。但是受技术条件限制，在江河水位变幅较大的地区建设提灌站还存在一些技术瓶颈。有的提灌站为了保证在枯水季节能正常抽水，不得不选择在洪水水位以下来建造。常用的办法就是在洪水季节将电机、水泵、控制柜等拆除，或是修建复杂的水工建筑物，将洪水挡住，以确保洪水季节设备的安全。前一种办法操作不便，后一种措施建设成本较大，为了解决上述技术问题，2012年，笔者在雅安市芦山县飞仙镇三友村禾茂提灌站对水陆两栖式水泵进行了实地验证，各项参数均达到设计要求。

2技术方案

2.1试验示范泵站基本情况

试验提灌站位于芦山县飞仙镇三友村，取水河流洪枯季节水位变幅较大，修筑挡水建筑物困难，比较适宜采用两栖式水泵。该站建成后，可有效改善周围33.33hm2耕地的农业灌溉条件。提灌站设计水位海拔高程327m，最高水位332m，最低水位326m，出水口高程344m，净扬程为17m，管线长度180m。2.2水泵参数计算

2.2.1流量计算

飞仙镇三友村禾茂提灌站灌区内种植的农作物主要为水稻、玉米、油菜，按水稻的灌水定额计算，水稻的灌溉用水基准定额m=750m3/hm2，灌区面积为33.33hm2。机泵每天运行时间按20h计，轮灌天数按10d计，水利用系数按80%计。根据以上基本资料，灌溉需水量的计算为：

式中：m—用水定额，m3/hm2；

w—控制灌区面积，hm2；

t—日均运行时间，h；

T—轮灌周期，d；

η—水利用系数。

2.2.2扬程计算

工程进水管管材采用钢管，出水管管材采用PE管，100级，1.0MPa。主管流量为156.25m3/h，按给排水设计规范要求，生产生活用水给水管道内的水流速度不宜大于2.5m/s，取2m/s，据此计算主管管径：

查管材产品目录，确定主管管径为外径φ200mm（1.0MPa对应内径为176mm）。

2.2.3扬程计算

沿程损失hf的计算公式为：

式中：λ—管道沿程阻力系数；

L—管道长度，m；

d—管道内径，mm；

V—管道过水断面平均流速，m/s；

g—重力加速度，g=9.81m/s2。

局部损失hj的计算公式为：

式中：ξ—局部阻力系数，与局部阻力类型有关；

V—管道过水断面平均流速，m/s；

g—重力加速度，g=9.81m/s2。

总扬程计算：

水泵配套的电动机容量按水泵运行可能出现的最大轴功率进行选配，并留有一定的储备。储备系数k选1.20，机组设备效率按80%计。轴功率：

配套电机功率：P＝kP

根据电机功率标准，选取配套电机功率为18.5kW。

2.3确定样机参数

根据上述计算，确定出样机参数，如表1所示。

表1样机参数

图1水陆两栖立式离心泵结构图

2.4结构设计

机组采用IS泵叶轮模型，动力机采用潜水式电机，结构设计上解决了电机在任何情况下均能可靠地冷却，实现机组两栖式作业。水陆两栖立式离心泵结构如图1所示。

2.4.1泵体

IS泵叶轮成熟可靠，参数范围基本能涵盖常用小型提灌站所需参数，因此，在此次产品开发中，选用该种叶轮作为两栖泵核心部件。泵壳结构则兼顾流道和立式安装的需要。电机与泵壳通过连接环连接，叶轮转轴与电机加长轴直接连接。

2.4.2冷却部分

水泵运行时，从泵出口引一小部分水作为电机冷却用水，由冷却循环水路始端进入热交换腔。冷却水在热交换腔内与潜水电机的壳体接触，进行热交换，达到为潜水电机冷却的目的。热交换后的水从回水管上的喇叭口进入回水管，然后经由软管进入泵进口，完成水陆两栖立式离心泵的整个冷却循环过程。

2.4.3联接部分

联接部分采用计算机3D模拟设计，整体开模，整体铸造，装拆简便，工艺性良好，材料采用灰铸铁HT200，材料材质疏松韧性好，吸震能力突出，抗弯扭矩能力强；铸铁成本较低，对降低整机成本有利。

2.5水泵的性能测试

2.5.1试验条件

该样机在B级精度试验台上进行了试验，主要试验装置包括：样机、信号传感器、信号接收分析处理器、试验综合起动控制柜、试验运行工况调节阀、进出水管道、水池等。

2.5.2试验方法

采用“水泵性能试验检测控制系统”进行室内试验检测，试验步骤如下：

1）连接组合整套试验样机，在水泵、电机、出口管道等部位布设信号传感器；

2）开启试验综合起动控制柜；

3）开启试验运行工况调节阀，采集18个工况点运行数据；

4）信号接收分析处理器自动采集、分析、处理各种数据，生成样机性能试验报告。

表2样机试验数据

2.5.3试验数据记录

样机试验数据如表2所示：样机性能曲线如图2所示：

图2样机性能曲线图

2.5.4试验结论

根据样机试验数据及性能曲线可得：样机在额定扬程点流量为201.48m3/h；样机在额定流量点扬程为21.71m；样机在交点处流量为184.82m3/h，扬程为21.12m，轴功率为15.55kW；对比设计额定流量165m3/h，额定扬程21m，额定功率18.5kW，可得出样机试制取得成功的结论。

3示范站点应用情况

2012年4月13日，在雅安市芦山县飞仙镇三友村禾茂提灌站示范点，进行了第一次试运行。该站水工建筑物由取水前池、泵房、出水池等组成，机电设备由水陆两栖立式离心泵、泵站综合软起动控制柜等组成，金属结构设备由管道、阀门及配套管、阀件等组成。

试运行首先将机组安装在陆地上连续工作4小时，机组运行稳定后从控制设备上读得电流为35.2A，电压为381V；然后将机组吊装于水下模拟淹没工况连续工作4小时，机组运行稳定后控制设备显示电流为35.6A，电压为384V；整个试机运行时机组状态稳定，无明显振动、噪音，管道出水端有约2m水头，提灌站整体表现良好。试运行表明，该水陆两栖立式离心泵达到设计要求。