1、第九章 排灌机械第一节概述发展机电排灌机械，是实现农业机械化的重要方面，是发展社会主义现代化农业的重要措施之一。它对改变农业生产的自然条件，抵御自然条件，确保农作物的高产，稳产具有十分重要的作用。排灌机械中的主要设备是水泵，它能把动力机的机械能转变为所抽送水的水力能，可以把水输送到高处或远处。水泵的用途很广。除农田排灌应用外，在国民经济的许多部门如石油、化工、水利、煤矿、电力、基建工程、环保、城镇给水等等都需要水泵。因此，水泵是现代化设备不可缺少的一种通用机械。农田排灌用的水泵机组包括水泵、动力机、输水管路及管路附件等(图 91)。农田灌溉的目的是补充自然供水的不足，能调节农田水分状况，使土壤
2、中的养料、温度、水分与通气等状况得到合理的调节，以满足作物生长发育对水的适时适量的需要，达到作物的稳产、高产、高质的目的。沟灌、畦灌和淹灌我国沿用已久，其优点是简便易行、耗能少、投资小。其主要缺点为用水浪费大、田间水利用率只有 50左右，地面工程量大、只改变土壤湿度，不改变田间小气候，生产率低等。图 9 一 l 水泵机组1底阀 2吸水管 3弯管 4变径接管 5真空表 6水泵 7压力表 8逆止阀 9闸阀10出水管近几年来，我国已开始推广使用喷、滴灌等先进的灌溉方法。喷灌和滴灌具有省水、省工、省地、保土、保肥，适应性强及便于实现灌溉机械化、自动化等优点。与地面灌溉相比，一般可以省水 3050，作物
3、可增产 1030，工效可提高 2030 倍，节省沟渠占地713等，是农田灌溉的发展趋向。第二节农用水泵类型构造和特点目前农田排灌中使用最多的是离心泵、混流泵和轴流泵。在北方地区，还广泛采用井泵、潜水泵等抽地下水来灌溉。而在南方的丘陵山区，水力资源丰富，有时则利用水轮泵来提水灌溉。图 92 离心泵的构造1水泵轴 2轴承体 3泵体4叶轮 5密封圈 6填料 7支架一、离心泵1离心泵的构造离心泵的结构主要由泵体、泵盖、叶轮、泵轴、轴承、支架及填料等部件组成(图 92)。现将其主要部件的构造和作用分述如下：(1)叶轮叶轮是水泵重要的工作部件。其作用是将动力机的机械能传递给水体，使被抽送的水获得能量，使具
4、有一定的流量和扬程。因此，叶轮的形状、尺寸材料和加工工艺对水泵性能有决定性的影响。根据水泵使用的场合和要求，离心泵的叶轮分为封闭式、半封闭式和开敞式三种(图 93)。封闭式叶轮两侧有盖板，里面有 68 个叶片，构成弯曲的流道，轮盖中部有吸入口。这种叶轮适合抽送清水。半封闭式叶轮只有后盖板和叶片，叶片数较少，叶槽较宽，这种叶轮适合抽送含杂质较多的水。开敞式叶轮只有叶片，没有轮盖，叶片较少，叶槽开敞大，这种叶轮适用抽送桨粒体和污水。图 9-3 离心泵叶轮(a)封闭式(b)半封闭式(c)开敞式图 94 离心泵叶轮水流方向(a)单吸泵(b)双吸泵图 9-5 离心泵泵壳1蜗道 2隔舌 3扩散管只有一个叶
5、轮的离心泵，叫单级泵。具有若干个串联的叶轮称为多级泵。多级泵的扬程等于同一流量下各个叶轮所产生的扬程之和。工作时，单级离心泵的水流沿轴向单侧吸入。双吸离心泵的水流沿轴向双侧吸入(图 94)。它们的进、出水方向互成 90角。(2)泵壳离心泵的泵壳(图 95)似蜗壳形。其作用是以最小的阻力损失，将从叶轮甩出的水汇集起来，借助蜗壳形过水断面由大到小的变化，将水流在蜗道内实现能量的转换。在泵壳的顶部与下部各有一个螺孔，用螺栓堵塞，分别用于充水和排水之用。(3)填料函密封装置填料函设在泵轴穿过后泵盖的轴孔处，用以减小压力水流出泵外和防止空气进入泵内。起密封作用，同时还可以起到支承，冷却等作用。填料函由填
6、料座、填料(油浸棉纱或棉绳)、水封环、压盖和填料盒组成(图 96)。用螺栓改变压盖位置可调整填料松紧度。通常可在试运转进行调整。2离心泵的特点对单级离心泵：扬程较高、流量较小，水泵出水口方向可以根据需要作上、下、左、右的调整。这种水泵结构简单、体积小，使用方便。对单级双吸式离心泵：泵体与泵盖内部构成双向进水流道。特点是扬程较高，流量较单吸泵大。因为泵盖可以方便掀开，所以检修比较方便。适合于丘陵和较大灌区使用。但是其体积较大，所以固定使用比较合适。图 96 填料函示意图1填料盒 2填料座 3填料 4水封管 5水封环 6压盖图 97 立式轴流泵1喇叭管 2叶轮 3导水体 4泵轴 5出水弯管 6橡胶
7、轴承 7填料盒 8填料9填料压盖 10联轴器二、轴流泵轴流泵的结构由进水喇叭管、叶轮、导水体、出水弯管、泵轴、橡胶轴承、出水弯管、填料函等组成(图 9-7)。泵壳、导水叶和下轴承座铸为一体。叶轮正装在导水叶的下方，在水面以下运转。泵轴在上下两个用水润滑的橡胶轴承内旋转。轴流泵叶轮由 26 片扭曲型叶片、轮毂、导水锥等组成(图 98)。轴流泵的叶轮有固定叶片的叶轮(叶片与轮铸成一体)、半调节叶片的叶轮和全调节叶片的叶轮三种。大型泵叶轮的叶片安装角可以调整，从而可以改变水泵的工作性能。轴流泵的导水叶有 68 片，它造成流线形弯曲面，其作用是消除离开叶轮后水流的旋转运动，把动能转换成部分压能，并引导
8、水流流向出水弯管。轴流泵的壳体呈圆形，上部为弯的水泵管，叶轮进口前设置吸入喇叭管。轴流泵是一种低扬程，大流量的水泵。适用于平原河网地区的大面积农田灌溉和排涝。三、混流泵混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵型。其外观构造很像 B 型离心泵，叶轮形状粗短，叶槽比较宽阔，叶片扭曲，且多为螺旋形(图 99)。混流泵特点是扬程适中，流量较大，高效范围较宽，适合于平原河网地区和丘陵地区使用。图 9-8 轴流泵叶轮四、水轮泵水轮泵的动力是利用水流能量来进行抽水的机械。由作为动力用的水轮机和离心泵所组成(图 9一 l0)。水轮机转轮与泵叶轮同装在一根轴上，当具有一定水头的水向下流动时，冲击水轮机的转轮，从而
9、带动水泵叶轮旋转。水轮机的转轮为四叶片螺旋桨式，叶片与轮毂铸在一起，水轮机进水口处装有导流轮，导流轮上固定着 1218 片流线型导叶，用来使水流均匀平顺地进入转轮。在转轮下部有用混凝土浇筑的吸出管。水轮泵的特点是结构简单紧凑，因靠水力作用运转，无需用油耗电。只要有 1 米以上的水头，流量一定的溪流跌水的地方都可以安装建设水轮泵站，适用于山区的抽水和农田排灌。经改装后还可用作加工机械的动力机。图 9-9 混流泵叶轮图 910 水轮泵1转轮 2导流轮毂 3泵壳 4泵盖 5滤网 6叶轮 7出水管 8主轴 9导流轮 10轮毂 1 1吸出管五、井用泵井泵是专门用于抽提井水的水泵。根据井水面的深浅和扬程的
10、高低分成深井泵和浅井泵两种。井泵机组由带有滤水器的泵体部分、输水管和传动轴部分以及泵座和电动机部分组成。深井泵是一种立式、多级(叶轮一般 220 个左右)的离心泵，泵体部分浸没在井水内，动力机安装在井上，中间用泵轴相连(图 911)。深井泵能从几十米到上百米的井下抽水，多用于小口径机井。深井泵的特点是结构紧凑，性能稳定，效率较高，使用方便。适用于平原井灌地区。浅井泵为单级单吸立式离心泵，其扬程一般在 50 米以下，常用于大口井或土井。图 9-12 潜水泵构造1上泵盖 2叶轮 3甩水器 4电缆 5轴 6密封盒 7电机转子 8电机定子 9滤网10出水接管六、潜水泵潜水泵是立式电动机与水泵的组合体，
11、工作时电动机与水泵都浸没在水中。电动机在下方，水泵在上方，水泵上面是出水管部分。在构造上，潜水泵由电动机、水泵、进水部分和密封装置等四部分组成(图 9-12)。潜水泵密封装置包括整体式密封盒和大小橡胶密封环，分别装在电动机轴伸出端及电动机与各部件的结合处。密封盒内有上下两副动、静磨块，用弹簧压紧，起到密封作用。密封盒周围有一油室，可以冷却和润滑盒中的动、静磨块。磨块之间的密封面要求有很高的光洁度和平整度，以防止水从轴的伸出端漏进电机内。泵体部分由叶轮、上、下泵盖、导流壳、进水节等零部件组成。电动机为普通三相鼠笼式电动机。图 9-11 井泵外形1泵体部分 2扬水管部分 3传动部分潜水泵具有结构紧
12、凑、体积小、重量轻、安装使用方便、不怕雨淋水淹等特点。但潜水泵供电线路应具有可靠的接地措施，以保证安全。严禁脱水运转，潜水深度为 053m，最深不超过l0m，潜水泵放置水下时，应垂直吊起，被抽的水温不高于 20，一般为无腐蚀性的清水，水中含砂量不应大于 O6。第三节水泵的工作原理和工作性能一、工作原理1离心泵的工作原理离心泵是借离心力的作用来抽水的。图 91 3 为单级离心泵的工作原理。当水泵叶轮在泵壳内高速旋转时，在离心力的驱使下，叶轮里的水以高速甩离叶轮，射向四周。射出的高速水流具有很大的能量，它们汇集在泵壳里，互相拥挤，速度减慢，压力增加，压向出水管。此时叶轮中心部分由于缺水而形成低压区(负压区)，这时水源在大气压力的作用下，经进水管不断地进入泵内。这样，叶轮不停地转动，水就不断地被吸入泵内并压送到高处。图 913 离心泵工作原理1出水管 2泵体 3叶轮 4进水管
