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微型水锤泵的实验与分析

水锤泵已经有二百多年的发展历史,是一种实用的提水具,它对水资源的要求比较低,在小落差、小流量的溪流,渠道中也实用,其维护、运行管理都是很简单的,不需要专门的培训,我国山川河流、灌溉渠道蕴藏着丰富的小水利资源。水锤泵师范应用结果也表明,它可以 在山区和半山区发挥独特的作用,是一种开发利用水泵与节约常规能源的有效提水具,在我国有广泛的推广前景,它可以切实解决农户自来水提水及通过提蓄结合来满足旱地或水田的灌溉需要。但是由于该泵安装费用较高,往往进水管的费用就超过一台泵的价格,因而阻碍了它的推广。为此。淼汇能源团队水泵进行水管长度的合理性进行了实验研究,提水进水管长度可根据扬程适当的调整改进方案,从而提高水锤泵的实用性和经济性。

 

一、基本原理、性能与结构

 

1.基本原理

 

水锤泵的工作原理是利用水锤效应、即由于水在管内流动突然受到阻力后,产生比正常压力高10倍以上的瞬间水泵压力而实现提水。沿着进水管进入工作室的水。开始通过泄水阀留到外面,而泄水阀因水的压力被逐渐太高致关闭。这时,由于工作室内水的流动突然停止,结果就产生了压力急剧升高的水锤现象。此刻,压力阀打开,有一部分水从工作室被压如空气室。从而进入出水管。接着谁水泵压力迅速下降,压力阀关闭。此外,在水锤现象发生的同时,还产生一个水泵压力波,其方向是对着进水管口的,因而进水管内的水来不及前来补充工作室的空隙,在工作室内形成局部的真空状态,泄水阀在打起亚和自重的作用下重新开启。

2.结构与性能

 

水锤泵的结构如图所示,主要由泄水阀B、压力阀工作室F及空气室C四大部分组成。要使水锤泵工作,必须有进、出水管、进水池等,以构成一个水锤泵提水系统。

 

2.1 泄水阀

 

泄水阀是水锤泵的主要工作部件。水锤现象是有太阳泄水阀突然关闭引起的,某些泵的泄水阀还有供气的作用。

2.2  压力阀和空气室

 

压力阀大多数呈盘形结构、有的用橡胶缓冲,有的用弹簧缓冲。空气室主要起到缓冲作用,也起到储藏和传递能量的作用,防止在出水管内产生水锤并减少提水水流的波动性。

 

2.3进、出水管

 

进水管是泵的主要工作部件,其长度、直径直接影响水锤力量的大小及提水量的多少。进水管由于要承受较大的水锤压力,故一般使用价格昂贵的无缝光管,因而水泵的经济性受到一定的影响。出水管只承受养成高的水压,无论钢管、铁柱管、橡胶管或塑料管都可以使用。水锤泵的提水量取决于扬程、进水量、进、出水管直径、效率等参数。水锤泵的效率一般分为装置效率与自身效率。装置效率是指客服管道的沿程阻力及局部阻力损失后所发生的效率。其计算公式为:

 

式中:W是提水量;Q是进水管的水流量;H是扬程;H1是出水管沿程阻力损失h是水落差;h2是出水管局部阻力损失。

 

   在计算实际提水量时,一般可采用下式;

 

从(2)式分析得知:在水落差、扬程不变的情况下,水流量越大,提水量亦越大。进水量可以通过缩短进水管,,增加进水管的倾斜角度来改变,即倾角越大或进水管越短,提水量越大。

 

 

从(2)、(3)式可知,在水落差不变的情况下,倾角越大或进水管越短,提水量越大;而提水量越大,则所能达到的扬程就越低。即水锤力量减小。反之,倾角越小或进水管越长,提水量越小;则所能达到的扬程就越高,及水锤力量增强。例如,我们在实验中保持1m水落差不变,分别采用4m6m8m的进水管。实验结果为:扬程6米时,提水量分别为710.28kg/h622.5kg/h656.4kg/h 扬程10m时,提水量分别是152.58kg/h531.48/h、 396.6kg/h.由此得出:对于该种类型的水锤泵,水落差与进水管长度之比应采用1:4-6位好;低扬程(小于7.0m)时,可采用1:4;高扬程(大于7.0)时,采用1:6.

 

二、水锤泵的应用实验

 

1.实验方法和结果

 

 实验泵是由德国不来梅海外研究与发展协会提供的一种微型小锤泵。该泵的进水管直径为1.5英寸,出水管为4分管。实验结果如图所示,水落差保持1m,进水管长度分别为4m6m8m.

 

 

2.结果与讨论

 

2.1从图中可知:水锤泵的提水量随扬程的增加而降低。进水管长度与落差之比应采用4~61为好。在扬程要求不高时(即对于该种泵为小于7.0m)可采用4m长的进水管;在扬程要求较高时(即对于该种水泵大于7.0m,可采用6m长的进水管。

 

2.2由于进水管的长度可根据扬程要求做适当的调整,避免了进水管长度与水落差之比一成不变的缺点(一般固定为8:1),因而降低了安装使用成本,提高了经济性。

2.3 由于工作条件所限,我们只对一种泵进行了几个工况的实验。因而,实验结果是否合适其他类型的水锤泵,还有待进一步实验。

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