一种养猪场喷淋降温用泵的改进试验

    张元华 贾炼 李小宇 王禹森 刘莉莉

    

    

    

    摘要：针对达州丘陵山区养猪场喷淋降温用泵存在的开大阀门掉压（喷淋降温效果差）、体积大、笨重、需要三相电源、安装使用不方便、维修困难、价格偏高等问题。在国内泵行业生产厂家寻找到了QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵，并对该泵按照部分流泵来改进设计水力与结构，叶轮为全开式结构，泵体流道为圆环形、喉部为圆管、扩散段为锥孔，叶轮全开式结构无圆盘磨损，泵体流道圆环形、喉部圆管、扩散段锥孔等水力尺寸系加工出来的，叶轮和泵体便于制造且能确保水力尺寸大小并确保高效水力性能，通过改进试制后测试结果表明，改进后的QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵具有变流稳压、开大阀门不掉压的恒压效果，较好地适应了养猪场喷淋降温的要求。

    关键词：养猪场;降温用泵;改进;应用

    中图分类号：S275.5 ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ?文章编号：1007-273X（2020）01-0005-03

    通过对达州丘陵山区的达川区天王牧业有限公司、达州鸿华家庭农场、达州金联生态农业有限公司、渠县德康生猪养殖公司、通川区屈氏金园合作社等5个大型公司、农场以及专业合作社场实地调研发现，这些养猪场在夏季的喷淋降温用泵多选用IS型单级单吸离心泵、ZB三相分体式自吸离心泵、QS充水式潜水电泵等普通离心泵，存在的主要问题是：开大阀门掉压（喷淋降温效果差）、体积大、笨重、需要三相电源、安装使用不方便、维修困难、价格偏高。鉴于此，达州市农业机械研究推广站通过多方努力，在国内泵行業生产厂家寻找到了QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵，并对其叶轮、泵体等核心水力零部件进行了改进制作，改进后的泵较好地满足了达州丘陵山区养猪场喷淋降温之用。

    1 ?达州丘陵山区养猪场在用喷淋降温用泵的现状

    通过对达州丘陵山区的5个养猪场的调研发现，喷淋降温用泵多选用IS型单级单吸离心泵、ZB三相分体式自吸离心泵、QS充水式潜水电泵等普通离心泵，这三种类型的泵规格型号以及性能参数见表1。

    选用IS型单级单吸离心泵产品时，需要安装底阀、灌引水，效率要降低，体积大且笨重，价格高;选用QS充水式潜水电泵机组时，体积小，配套动力功率也不大，但泵长时间淹没在水中容易锈蚀损坏且使用中容易出现密封进水以及漏电安全事故;选用ZB自吸泵时，因是分体式结构需要联轴器来传动造成泵机组体积大、笨重。以上3种类型泵在使用时都需要三相电源，泵往往是在户外安装使用，只在炎热的夏季使用，电机容易受潮影响使用寿命。

    2 ?达州丘陵山区养猪场喷淋降温用泵的优化选用及改进

    2.1 ?达州丘陵山区养猪场喷淋降温用泵的优化选用

    针对达州丘陵山区养猪场在用喷淋降温用泵存在的开大阀门掉压（喷淋降温效果差）、体积大、笨重、需要三相电源、安装使用不方便、维修困难、价格偏高等问题。达州市农业机械研究推广站通过多方努力，在国内泵行业生产厂家寻找到了QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵，它包括汽油机、离心泵、吸水器座、手压排气装置，结构体积小，质量小，该泵机组性能参数为：流量20 m3/h，扬程50 m，转速3 600 r/min，效率64%，吸程7.5 m，动力5.5 kW汽油机，外形尺寸（长×宽×高，mm）：700×550×450，泵质量18 kg，进出口直径（mm）：Φ65/Φ50。

    2.2 ?QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵的组成

    QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵的组成见图1，它包括汽油机、离心泵、吸水器座、手压排气装置。

    在使用中发现QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵不足之处也是开大阀门掉压，因此借鉴本站已有的恒压自吸泵专利技术（专利号：ZL20112004 3452.X）对该泵叶轮、泵体等核心零部件进行恒压设计改制。

    2.3 ?QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联离心泵的恒压改进设计

    2.3.1 ?叶轮与泵体的特殊结构[1-14] ?QGH20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵的比转速为：

    ns=■=52

    属于比转速<56的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[3]，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，叶轮全开式结构无堵塞。泵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，泵体流道D3尺寸也通过加工而成，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，确保了泵的水力效率较高。

    2.3.2 ?叶轮与泵体主要水力计算[1，3，4，13，14] ? 叶轮结构见图2、泵体结构见图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本站已有的实用新型专利技术（专利号ZL201120043452.X）的成功经验计算如下。

    叶轮主要水力计算：

    叶轮外径： Dz=70.5■=Φ0.138（m）=Φ138 mm：叶轮出口宽度：b2=1.15，d=21.9 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 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。

    泵体主要水力计算：

    泵体吐出喉部d：d=0.685■=Φ0.019 m=Φ19 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=Φ143.5 mm，取D3=Φ144 mm。

    泵体内径D3的宽度b3=b2+0.7=22.6 mm，取b3=23 mm，b3是叶轮外径与b2所对应的。

    泵体出口到中心的高度H=150 mm。

    吐出段扩散角度一般取10°～20°，本泵体取吐出段扩散角度10°。

    泵体进口Φ65 mm，泵体出口Φ50 mm。

    3 ?改进后的性能测试结果及对比

    QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵改进后的泵体、叶轮等零部件制作完成后组装成整机，实测性能参数为：流量20.7 m3/h，扬程51 m，转速3 600 r/min，效率66%，吸程7.6 m，泵Q～H流量、扬程曲线平直，泵具有变流稳压的恒压特性。改进后的QG20-60-5.5型泵对应流量及扬程见表2。

    将改进后的QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵对应流量、扬程作曲线（图4中的曲线1），将改进前的QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵对应流量、扬程作曲线（图4中的曲线2）。从图4可见，QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵改进前的流量、扬程曲线呈现下降趋势，无稳压特点，使用压力范围窄小且不稳定，改进后在全流量范围内使用都压力恒定，QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵改进前后的设计点性能参数对比见表3。

    由表2、表3、图4可见，QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵改进后具有在全流量范围内使用的恒压特性，具有变流稳压特点，泵效率提高2个百分点。

    QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵在改进前在最大流量Qmax=24 m3/h时的扬程H=40.3 m，大流量使用掉压，而改进设计后的QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵最大流量Qmax=26 m3/h时的扬程H=50.9 m，在大流量使用也不掉压。

    从Q～H流量、扬程曲线（图4）可见，QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵改进后在全流量14～26 m3/h范围内使用都压力恒定，在改进前一般只能在14～20 m3/h范围内使用，范围窄小且不稳定。

    4 ?结论

    通过对QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵按照部分流泵来改进设计水力与结构，叶轮为全开式结构，泵体流道为圆环形、喉部为圆管、扩散段为锥孔，叶轮全开式结构无圆盘磨损，泵体流道圆环形、喉部圆管、扩散段锥孔等水力尺寸系加工出来的，叶轮和泵体便于制造且能确保水力尺寸大小并确保高效水力性能，通过改进试制后测试结果表明，改进后的QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵具有变流稳压、开大阀门不掉压的恒压效果，较好地适应了养猪场喷淋降温的要求。

    5 ?小结

    近年来，达州市采取有力措施，强推生猪、肉牛、水禽和特色畜禽等主导产业发展，大力发展标准化适度规模养殖场（小区），提高畜禽品种良种化率，推进全省现代畜牧业重点（培育）县建设，取得了显著成效。目前，达州市成为全省现代畜牧业重点（培育）县惟一全履盖的市（州），到2020年，力争全市年出栏生猪550万头，年均增长2%，巩固全国生猪出栏大市地位。达州丘陵山区不少生猪养殖大户无三相电源，养猪场在夏季喷淋降温时选用改制后的QG20-50-5.5型手压排气汽油机直联泵，可助推达州的生猪养殖业和产业扶贫。

    参考文献：

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