自吸泵水力设计与自吸性能试验研究
2022-06-09
摘要：随着我国农业的发展，移动式轻小型喷灌溉设备在农业灌溉领域发挥着越来越重要的作用，但是配套自吸泵自吸性能亟需提高。文章通过实验，从叶轮与泵体隔舌的间隙、回流喷嘴、储液室液体容量、进水口宽度四个方面，分析它们与自吸泵自吸性能的关系，也就是自吸泵自吸性能优化可以通过在一定范围内增大泵体隔舌的间隙和回流嘴直径，增多储液室中水量，改变吸入管直径等方式来实现。
关键词：自吸泵；自吸性能；关系研究
水资源对于农业来说非常重要，而缺水是普遍存在的问题，因此很多国家都非常重视农业灌溉节水技术的发展。我国作为农业大国，人均水资源占有量仅仅达到世界平均水平的1/4，制约了我国农业发展。先进灌溉技术的使用可以弥补水资源的不足，但现在我国所使用的节水灌溉设备比较老旧，与其他国家先进的节水灌溉设备相比差距较大。
随着我国农业的发展，移动式轻小型喷灌溉设备对于提高现有的管道输水灌溉系统利用率，有着不可忽视的重要作用，但是难点在于机组自吸泵自吸性。文章研究的就是这个难题的解决办法。
1自吸泵的种类和工作原理介绍
自吸泵是指在泵启动前灌满水，启动后只需要确保吸入管路水量充足，就能依靠泵本身自动将水吸上来。从自吸泵的结构来分类，主要分为内混式和外混式两种。
两种自吸泵在泵体启动初期，泵内的存水或灌入的水会射向叶轮进行气液混合，然后叶轮槽道中的水在叶轮作用下，扩散进入气液分离室，分离开的气体从泵的出口排出去，分离出来的水回到泵内进行下一次的循环。经过几次循环，将原先管内的气体排净，提高泵内真空度，增加对管口中水体进泵压力，确保泵开始正常工作的自吸性能。
内混式和外混式最大的区别在于气水混合后，内混式自吸泵的回流水直接流向叶轮入口，外混式自吸泵则流向叶轮外缘。
2自吸泵的设计研究
2.1设计概念描述
65zB40-5.5D型内混式启动方便，效率较高，所以本次实验选取了这种型号的自吸泵。
为了实验设备能够满足JB/6664.1-93《自吸泵型式与基本参数》要求。通过计算为实验确定出自吸泵叶轮和蜗壳模型的具体零部件大小。
2.265ZB40-5.5D型自吸泵的设计计算
2.2.1设计参数设定
计算中，所使用的参数参照JB/6664.1-93《自吸泵型式与基本参数》，设定为：流量Q=30m3/h，扬程H=40m，转速n=2900r/min，效率η=61.8%，必需汽蚀余量NPSHr=3.5m。
2.2.2叶轮模型计算
（1）泵的液体进出口大小计算
2.3设计结果
在实验前，按照设计模型制作了样机进行测试。测试中，将泵的自吸高度控制在5m，转速n控制在2900r/min，运转中实际测得流量Q为30.78m3/h、扬程H为41.04m、效率η为65.9%、自吸时间为100s、轴功率N为5.21kW。当额定液体流量，使扬程达到汽蚀临界时，可测得临界汽蚀余量NPSH为2.85m。
将所测得的结果与JB/6664.1-93《自吸泵型式与基本参数》中明确的指标进行对比分析，可控参数流量和扬程与要求指标很接近，并且自吸泵的效率、自吸时间、轴功率和临界临界汽蚀余量与要求的指标相比，都有所优化，符合了实验要求，是一次成功的设计。
3自吸泵自吸性能试验研究
3.1试验目的
实验采用的泵体是内混式自吸泵，主要对自吸泵的叶轮与泵体隔舌的间隙、回流喷嘴、储液室液体容量、进水口宽度等要素进行实验，寻找能够提高自吸性能的最佳状态，达到改善现有自吸泵自吸性能的目的。
3.2试验条件与装置
实验中，为了便于对比分析，制作了三台样机，型号分别是65ZB35-4D型、80ZB40-8.8C型和100ZB40-l1D型，它们的比转速分别为61、78和94。为了满足实验需要，一些零部件采用特殊的加工方法，如叶轮与泵体隔舌的间隙和进水口接头，在实验中，储液室的水量和进水口大小的互换都是需要人为控制，人工加水和互换。
3.3试验内容与结果分析
自吸性能实验主要测试的是自吸时间长短，每个实验数据的获得都经过三次重复实验，然后取平均值，实验中自吸高度都固定保持在5m，并充分考虑水力对实验结果的影响。实验中对应自吸泵型号分别用65型、80型、10型代表。
3.3.1叶轮与泵体隔舌的间隙对比分析
实验过程：实验中将65型和80型自吸泵的叶轮与泵体隔舌的间隙范围控制在0.5mm至10mm之间，分别进行八组实验。
实验结果分析：通过对数据的线性回归分析，两种自吸泵自吸时间随着泵体隔舌的间隙的增大而增大，实验中最高效率的自吸时间是在叶轮与泵体隔舌的间隙为0.5mm时。
3.3.2回流喷嘴对比分析
实验过程：实验使用了四种直径不同的锥角为10°回流喷嘴在三种自吸泵上转换进行（结果见表1）。
表1
实验结果分析：从整体结果来看，喷嘴直径d越大的自吸时间越短。