南京农业大学：《农业机械与设施》课程教学课件（讲义）第九章 排灌机械

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 9—1)。 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 30％～50％，作物可增产 10％～30％，工效可提高 20～30 倍，节省沟渠占地 7％～13％等，是 农田灌溉的发展趋向

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 9—1)。 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 30％～50％，作物可增产 10％～30％，工效可提高 20～30 倍，节省沟渠占地 7％～13％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 9—2 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 9—2)。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 9—3)。封 闭式叶轮两侧有盖板，里面有 6～8 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

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 9—2 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 9—2)。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 9—3)。封 闭式叶轮两侧有盖板，里面有 6～8 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 9—4 离心泵叶轮水流方向 (a)单吸泵(b)双吸泵

图 9-3 离心泵叶轮 (a)封闭式(b)半封闭式(c)开敞式 图 9—4 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 9—4)。它 们的进、出水方向互成 90°角。 (2)泵壳离心泵的泵壳(图 9—5)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。 填料函由填料座、填料(油浸棉纱或棉绳)、水封环、压盖和填料盒组成(图 9—6)。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 9-5 离心泵泵壳 1．蜗道 2．隔舌 3．扩散管 只有一个叶轮的离心泵，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 9—4)。它 们的进、出水方向互成 90°角。 (2)泵壳离心泵的泵壳(图 9—5)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。 填料函由填料座、填料(油浸棉纱或棉绳)、水封环、压盖和填料盒组成(图 9—6)。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 9—6 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 9—7 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．橡胶轴承 7．填料盒 8．填料 9．填料压盖 10．联轴器

图 9—6 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 9—7 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 2～6 片扭曲型叶片、轮毂、导水锥等组成(图 9—8)。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 6～8 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 9—9)。 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 12～18 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

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 2～6 片扭曲型叶片、轮毂、导水锥等组成(图 9—8)。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 6～8 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 9—9)。 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 12～18 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 9—10 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 2～20 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 9—11)

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 9—10 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 2～20 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 9—11)

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，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

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，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 0．5～3m，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 O．6％。 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 9—1 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 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 0．5～3m，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 O．6％。 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 9—1 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 9—13 离心泵工作原理 1．出水管 2．泵体 3．叶轮 4．进水管

图 9—13 离心泵工作原理 1．出水管 2．泵体 3．叶轮 4．进水管