旋轉活塞水幫浦的效能優勢及應用發展前景

2022-05-09 03:54:04 字數 4735 閱讀 9975

往復活塞水幫浦和離心水幫浦是兩種綜合性能優良的水幫浦,在電動機、內燃機這些高速原動機問世之前,往復活塞幫浦是水幫浦的主導產品,往復活塞結構作為變容積幫浦的基本結構,原理簡單,高效高壓。但隨著發電技術和電動機的出現,離心幫浦因其結構簡單,與電機配接使用方便,可以在廣泛的流量和揚程範圍內工作,離心幫浦技術迅速地得到發展。往復式活塞幫浦工作方式與旋轉動力配接不方便,結構複雜體積大,高速執行受限制,且流量較小,因而完全被離心幫浦取代,離心幫浦繼而成為水幫浦的主導產品,進入全盛時期已持續了乙個世紀,水幫浦技術的研究主要成了離心幫浦的結構研究,成為機械設計製造的乙個專門學科。

往復活塞結構基本退出水幫浦應用領域,但其高效高壓的特點一直應用在追求高效能的特殊水幫浦以及內燃機結構中。

離心幫浦是非容積式幫浦,其流量隨著壓力的變動有大幅度的變化。效率隨轉速、流量、揚程變動而變化,相對容積幫浦,其效率較低,一些應用功能受限。離心幫浦特性曲線和效能引數是幫浦內流體運動引數的外部表現形式,幫浦內流體的運動狀況由幫浦的轉速和幫浦的幾何引數所決定。

離心幫浦的幾何引數與設計引數流量q、揚程h、轉速n有關,設計引數決定幾何引數,設計引數是多變元的引數,設計引數之間又是關聯的,與幾何引數之間是複雜的非線性關係,因而嚴格分析幫浦內流體情況是困難的。離心幫浦的幾何引數確定之後,離心幫浦的效能隨設計引數亦即使用條件變化而劇烈變化,使用條件偏離設計引數之後,離心幫浦效能指標下降較大,這主要受離心幫浦工作原理和結構所限。幾十年來從設計到應用人們為提高離心幫浦效能不懈的努力,離心幫浦的技術不斷成熟,但在很多應用領域或場合需進一步提高水幫浦效能。

而僅從離心幫浦原理基礎上對其結構進行改進,希望水幫浦效能大幅度提高,難度很大。為了提高水幫浦的效能,尋找到一種新原理、新結構的高效能水幫浦來取代離心幫浦顯得尤其重要,衝破傳統對創新思維的限制,而不一定非要把提高水幫浦效能的方法限定在離心幫浦結構上。

旋轉活塞水幫浦是一種新型結構的水幫浦,工作執行狀態十分合理,採用變容積壓縮原理工作,直接旋轉方式驅動,相對於離心式水幫浦有一系列突出的效能優勢,旋轉活塞幫浦結構的複雜程度與離心幫浦一樣,由外殼和帶葉片的轉子組成,轉子與外殼形成連續的旋轉變容積區,形成連續的擴張和壓縮,實現抽水和揚水的功能。旋轉活塞水幫浦流量連續無脈動,工作原理十分簡單,理論分析與設計和往復活塞幫浦一樣,集中了離心幫浦和往復活塞幫浦兩種最優秀水幫浦的雙重優勢,其突出的效能優勢具體表現為:

1、效率高,效率為70%―95%,節能效果十分顯著,尤其是中小功率的水幫浦,效率穩定,不隨揚程變化波動。

2、體積小,同流量旋轉活塞水幫浦體積遠小於離心幫浦,流量較大時體積僅為離心幫浦的幾分之一,因而重量輕,安裝使用方便。

3、執行狀態合理,工作原理簡單,使水幫浦的設計變的很方便,很容易設計出適用於各種特殊目的的高效能水幫浦。

4、設計引數與幫浦體幾何引數關係簡單,對幫浦體內的水流無嚴格要求,可根據使用要求設計幫浦體外型,適用於深井幫浦,潛水幫浦和其它外形特殊的水幫浦。

5、結構簡單,製作加工容易,**低廉。

6、壓力大,變容積壓縮幫浦很容易產生較高的壓力,在高壓條件下還能保持高效率,單級旋轉活塞幫浦可輕鬆實現幾十到幾百公尺的揚程,特別適用於需要高壓力的地方。

7、具有自吸功能,給使用帶來很大方便。

8、旋轉活塞水幫浦為恆流量幫浦,流量與揚程無關,流量與轉速成正比,壓力與扭矩成正比,轉速不變時流量恆定,屬計量幫浦。

9、轉速變化範圍很大,轉速從每分鐘幾十轉到每分鐘幾千轉都可正常工作。

10、應用場合廣泛,流量從每小時零點幾立方公尺到每小時幾萬立方公尺,都可應用旋轉活塞水幫浦的結構。

11、可方便地與各種動力源配接,電力、內燃機、風力、水力、人力等。

12、雙向可逆,旋轉活塞水幫浦可作成對稱結構形式,改變旋轉方向,進出水口可互易。

13、旋轉活塞水幫浦反過來使用,可作為水力驅動機,控制調整水壓水量,可以輸出功率。

14、旋轉活塞水幫浦外形設計靈活,進出水口可設計在一條軸線上,直接接在輸水管道中,即可作為管道增壓幫浦。

依上所述,旋轉活塞水幫浦的綜合性能優勢遠遠高於離心幫浦和其它水幫浦,是水幫浦領域一項重大的創新與突破,其中的一項或幾項效能優勢組合都具有很大的應用價值,所有的效能優勢綜合起來,可以在很多領域提高現有水幫浦技術效能指標。實現更新換代的目的。諸多在離心幫浦結構上很難解決的問題,應用旋轉活塞幫浦結構就很容易解決,並由此派生出許多新的應用領域。

試舉應用例項說明,120電機驅動的帶自吸功能的旋轉活塞水幫浦,幫浦體外形φ55×75mm,流量每小時3.5噸,揚程10公尺,電機可連續工作,增大電機功率揚程可增大到100公尺以上,自吸程大於5公尺。可以帶動4個低壓力噴灌噴頭,噴頭噴射半徑10公尺,可噴灌面積1―2畝。

水幫浦效能遠高於同功率的離心幫浦。還可以從原理性設計方面加以論證比較,每小時1萬立方公尺的大流量幫浦,幫浦體圓周高度為1.2公尺,厚度為1公尺,體積和重量為同等流量離心幫浦的幾分之一,壓力很容易超過100公尺,效率90%―95%以上,工作壓力大範圍變化時保持恆流量且高效的特性不變。

旋轉活塞水幫浦可製作成適於各種使用目的的高效能水幫浦。

現代社會水幫浦的使用量很大,提高水幫浦效能不僅僅是為了滿足少數特殊幫浦使用的需求,而是可以產生重大社會效益,經濟效益和生態效益的事情,水幫浦使用量巨大,消耗的能量也十分巨大,使用量最大的中小功率離心水幫浦效率為40%―70%,如果使用旋轉活塞水幫浦,把水幫浦效率提高百分之幾到百分之幾十,全社會水幫浦節能的經濟效益將是十分可觀的,乙個大型提水工程消耗的電力達幾十萬千瓦,每天的電費消耗達幾百萬元,如果水幫浦的效率提高百分之幾,其節能的經濟效益將是不言而喻的。水幫浦效能提高後,將促使許多相關應用領域的工作得到發展,並可開拓出一些新的水幫浦應用領域,最具代表性的是推動國家大力推廣的節水灌溉工作得到長足發展,進而帶來良好的社會效益和生態效益。下面簡單介紹一些旋轉活塞水幫浦的應用及發展前景。

一、小功率旋轉活塞水幫浦:

小功率水幫浦廣泛應用於民用、節水灌溉、食品加工、化工、製藥等領域,離心幫浦作為小功率幫浦,效率較低,在一些應用領域甚至失去實用價值。例如人力水幫浦,離心幫浦在人力驅動條件下受轉速,及幫浦體尺寸限制,效率低。八十年代國家組織幾個省試製自行車水幫浦,設計定型了幾種型號產品,但都因離心幫浦效能所限,效率,揚程,流量達不到實用的要求,未能得到推廣。

人力是最方便的動力,在很多場合需要使用人力提水,最常見的是用在水井中往上抽水的手壓幫浦,流行於全世界,它的工作原理是往復式活塞結構。

人力方便但是非常寶貴,人力水幫浦要追求的第一指標就是效率。近年來北方推廣集雨節灌,集雨的方法可行有效,因而得到大力推廣,但截止目前方便、實用、高效的節水灌溉方法尚不配套,社會急需相關產品。集雨節灌多為自然條件較差的地方,動力配備困難,為此人們研製了各種人力幫浦產品用於集雨節灌的配套產品,但工作原理主要是往復活塞結構水幫浦,產品結構複雜、體積大,往復操作方式不方便,限制了推廣。

旋轉活塞水幫浦的優越性能能滿足人力幫浦的需求,旋轉活塞人力幫浦揚程超過10公尺,自吸程大於5公尺,流量每小時1―3立方公尺,可手搖或裝在自行車上使用,配合微噴帶、低壓力噴頭、微噴頭等有效灌溉手段更好地實施節水灌溉。國家每年用幾十億元的投資補助農民發展集雨節灌,發展勢頭強勁,效果很好,需要大量的旋轉活塞人力水幫浦用於集雨節水灌溉。旋轉活塞人力幫浦可以方便地把水打到屋頂的水箱或水缸儲水裝置中,配合方便的pvc管道材料,組成農戶自備自來水,以提高生活質量,廣泛運用於做飯、洗衣、砂濾淨化水、太陽能熱水器洗澡等各種生活用水途徑。

旋轉活塞人力水幫浦還可以用於噴灑農藥、洗汽車、種草植樹、建築施工、庭院養殖業等等,具有非常廣泛的用途,巨大的市場潛力。

小功率旋轉活塞水幫浦在效率、壓力、自吸功能、體積與動力配套的靈活性方面都超過了離心幫浦,因而可以派生出來許多新用途,國家大力推廣節水灌溉,水資源的匱乏決定必須走節約用水的路,節水灌溉是節水的重頭戲,但目前推廣節水灌溉有許多實際困難,節水灌溉的主要方法是噴灌、滴灌、滲灌等。近年來由國外引進的先進灌溉方法,推廣的難點是裝置昂貴,規模較大,操作複雜,使用成本高。農村的現狀即生產規模是以家庭為主的聯產承包,土地規模較小,不利於使用規模較大的灌溉裝置,真正要推廣節水灌溉,首先要降低灌溉成本,其次要裝置簡單使用方便,旋轉活塞水幫浦的使用可以有效地推動節水灌溉發展。

最簡單的節水灌溉方法是噴灌,通過加壓將水均勻地噴在地里,實用的節灌方法不但要求裝置簡單,執行費用低,灌溉效果好,還要解決方便的動力裝置,除了前面所說的人力外,可以採用電力或內燃機,但在田間少數地區可解決電源,多數地區用電不方便,內燃機**高,配套不方便自然使用也少。而旋轉活塞水幫浦可以借助使用廣泛的農用三輪車,小排量電單車的動力,這些動力,通常功率可以達到1―4千瓦,帶動旋轉活塞幫浦進行低壓力的噴灌,每小時可噴20―100立方公尺的水量,可完成1―5畝地的灌溉。旋轉活塞水幫浦轉速變化範圍很寬,很容易與電單車或農用車的動力配接,控制油門改變轉速,實現控制幫浦出水量的大小,適用於複雜多變的噴灌條件,與灌溉系統配套實現低能耗,低成本噴灌,使整個節水灌溉達到良好實用狀態,建立起方便有效的節水灌溉模式,形成新的水幫浦需求市場。

如果用電力驅動旋轉活塞水幫浦噴灌,效果會更好。旋轉活塞水幫浦還可以選用畜力或風力作動力,尤其適用於草原集雨灌溉防治草場退化的專案。與旋轉活塞水幫浦配套的節水灌溉裝置**可以控制在幾百元,每畝地的灌溉能耗費用能控制在1元左右,一套裝置可以灌溉相當大的面積,這樣可以由專門的灌溉專業戶為別人提供灌溉服務,這種實用的節水灌溉裝置有巨大的市場需求。

小功率旋轉活塞水幫浦由於有自吸功能,還特別適用於塑料溫室的灌溉和各種特殊要求的灌溉。

二、旋轉活塞水幫浦在工農業方面的用途

旋轉活塞水幫浦最突出的效能優勢是高效節能,一台幫浦在執行期間節能的價值,遠超過幫浦本身的價值。在下述應用領域能顯示出其優越性能。

1)高揚程幫浦: 離心水幫浦在效率較高時單級幫浦揚程往往用在50公尺左右,追求單極幫浦揚程容易使效率下降,在一些需要高揚程的地方,採用多級水幫浦供水,向200公尺以上山頂提水需建多級幫浦站,建幫浦站廠房費用很高,如果使用旋轉活塞水幫浦,只用一級就可以實現200公尺的揚程,在高揚程狀態下還能保持高效率,也就是說可以大大降低幫浦站的造價,同時執行費用又低,旋轉活塞幫浦作為高揚程水幫浦,應用優勢是十分明顯的。

2)消防用水幫浦: 旋轉活塞水幫浦是恆流量幫浦,又是高壓幫浦,因而特別適用於消防水幫浦,旋轉活塞水幫浦流量不隨壓力變化,消防隊員可以通過改變消防水槍出水口面積而改變噴水壓力,從而控制噴水高度及噴水的形式和效果。同時旋轉活塞水幫浦的體積小、效能高、轉速變化範圍大易與消防車動力源配接等優勢,也是消防水幫浦發展的趨勢和消防行業所企盼的。

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