灌溉系統(tǒng)的保護(hù)裝置

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　我國(guó)是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國(guó)家，人均水資源占有量排在世界109位，僅為世界平均水平1/4。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)供水矛盾日益突出，干旱缺水成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)和全民根據(jù)國(guó)情提出多種節(jié)水灌溉模式，以解決農(nóng)業(yè)發(fā)展的危機(jī)。

　　針對(duì)北方地區(qū)，農(nóng)業(yè)缺水更加嚴(yán)重，人均水資源略占南方的1/4，從1998-2000年，國(guó)家共投資2000多億搞農(nóng)田水利建設(shè)，初步發(fā)揮了其作用，緩解農(nóng)業(yè)用水矛盾。但其中也出現(xiàn)不少問(wèn)題，其中猶為突出是：缺少必要的保護(hù)裝置、管理不善。僅缺少保護(hù)裝置這一項(xiàng)，僅河北省每年要報(bào)廢1000多臺(tái)潛水泵及其配套的輸水管道和設(shè)備，使其不能發(fā)揮其應(yīng)有的節(jié)水優(yōu)勢(shì)。 　　為了確定灌溉系統(tǒng)正常運(yùn)行，系統(tǒng)中必須安裝必要的控制、測(cè)量、保護(hù)裝置。如閥門(mén)、壓力調(diào)節(jié)器、壓力表、安全閥、逆止閥、進(jìn)排氣閥等，下面闡述保護(hù)裝置的工作原理及選用標(biāo)準(zhǔn)一一述之。 1、 啟動(dòng)設(shè)備 　　電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流很大，有時(shí)超過(guò)額定電流5-7倍，這樣大的電流長(zhǎng)時(shí)間通過(guò)電機(jī)繞組會(huì)將其燒壞，而且還會(huì)使電網(wǎng)降壓很大而影響其他電器設(shè)備運(yùn)行。因此采用啟動(dòng)設(shè)備以降低電動(dòng)機(jī)電流，從而保護(hù)泵的電動(dòng)機(jī)和保證其他電器設(shè)備正常進(jìn)行，有三種方式。 　　a.直接啟動(dòng)：當(dāng)電機(jī)功率小于7.5KW或電動(dòng)機(jī)容量與變壓器容量之比小于35%時(shí)。 　　b.降壓?jiǎn)?dòng)：當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率大于7.5KW或電動(dòng)機(jī)容量與變壓器容量之比大于35%時(shí)，采用星型、三角型啟動(dòng)器，或自耦變壓?jiǎn)?dòng)器。 　　c.電器控制箱：包括電動(dòng)機(jī)降壓?jiǎn)?dòng)設(shè)備、短路、單項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)、三項(xiàng)過(guò)流、反轉(zhuǎn)保護(hù)裝置與儀器等。其動(dòng)作靈敏可靠，容易調(diào)整，其操作安裝安全方便，是潛水泵理想電器配套設(shè)備。 2、 閥門(mén) 　　用以控制管道的啟閉與調(diào)節(jié)流量，進(jìn)而控制管道壓力。灌溉系統(tǒng)基本采用低壓閥門(mén)，常用有閘閥、蝶閥、截止閥等，目前首部采用法蘭聯(lián)結(jié)方式為多。 3、逆止閥（拍門(mén)） 　　逆止閥又叫止回閥，是一種根據(jù)前后的壓差而自動(dòng)啟閉的閥門(mén)， 　　它使水沿單方向流動(dòng)，反方向流動(dòng)時(shí)則自動(dòng)關(guān)閉。通常在水泵出水口安裝逆止閥，以避免停機(jī)時(shí)水倒流沖擊水泵葉輪長(zhǎng)時(shí)間反轉(zhuǎn)，造成潛水泵非正常磨損，減少壽命。在懷來(lái)縣二堡子村大田噴灌工程中由于缺少逆止閥，導(dǎo)致管道形成負(fù)壓遭到破壞。 　　以一靜水位：H₀=35m計(jì) 管徑為（外徑）：D=110mm 　　流量：Q=40m³/h流速：v=1.33m/s 　　管道長(zhǎng)度：L=500m為例說(shuō)明其危害 　　·沖擊方面影響 　　沖擊波傳播速度：a=a₀/（1+K*D/（E*D/2））^1/2=304.1m/s 　　關(guān)閉時(shí)間：Ts=2*L/a=3.3s一般情況下大于5s不予考慮 　　任意流速斷面的過(guò)水能量方程：p₁=40m，p₂=10m， Z1=Z2 　　Z1+ p₁/γ+v₁²/2g=Z2+p₂/γ+ v₂²/2g 　　求出V₂=24m/s，可見(jiàn)高速反沖水泵葉輪。 　　最高逆轉(zhuǎn)速：Nmax=K3*K5*P5*N₀=1.7N₀ 　　·水錘 　　由于管道內(nèi)壓力水的流速急劇變化，而引起管道中水壓力突然增高或降低這種現(xiàn)象叫做水錘現(xiàn)象。 　　按產(chǎn)生原因分關(guān)閉水錘，空管啟動(dòng)水泵排氣不暢啟動(dòng)水錘，停泵水錘，經(jīng)常造成管道破裂。 　　按薄壁管計(jì)算ρ₀=101000N/m2 　　閥門(mén)口最大水錘壓力：Hmax=H0-Z+K2*K4*P3=440m 　　管道中點(diǎn)處最大水錘壓力：H¹max=Hc+Z¹+K2*K4*P1*H0=180m 　　其中參數(shù)P3、P4、P5、Z、Z¹、K2、K3、K4、K5見(jiàn)參考文獻(xiàn)。 　　·選取標(biāo)準(zhǔn) 　　① 當(dāng)系統(tǒng)中未設(shè)單項(xiàng)閥時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算其最高反轉(zhuǎn)速作為檢驗(yàn)水錘依據(jù)，以確定管道設(shè)計(jì)壓力（額定工作壓力的1.25倍） 　?、?管道中點(diǎn)出現(xiàn)的最低壓力Hmin值是否低于該處的汽化壓力，如果低于，則出現(xiàn)水柱分離現(xiàn)象。 4、進(jìn)排氣閥 　　能夠自動(dòng)進(jìn)氣和排氣，有一定壓力能自動(dòng)關(guān)閉。管道輸水時(shí)在最高位置和隆起地方會(huì)積累一部分空氣。一方面影響過(guò)水面積；另一方面水流速度大，又會(huì)帶動(dòng)一部分空氣在管內(nèi)流動(dòng)，發(fā)生水力沖擊。 　　安裝在最高處進(jìn)排氣閥可迅速排除空氣，停泵或關(guān)閥時(shí)又能迅速補(bǔ)充空氣，減少造成對(duì)設(shè)備和管道的危害。 　　噴灌常用型號(hào)為KQ42X-10（12） 5、安全部件 　?、侔踩y 上開(kāi)式安全閥作用是當(dāng)管道的水壓力生高時(shí)自動(dòng)開(kāi)放，以防止水錘事故，一般通過(guò)瀉水完成。 上開(kāi)式安全閥主要有彈簧式和杠桿式，常見(jiàn)為彈簧式。 　?、?流量調(diào)節(jié)閥 　　通過(guò)自動(dòng)改變過(guò)水?dāng)嗝娴拇笮?lái)調(diào)節(jié)流量。 　?、蹨p壓閥 　　類(lèi)似于流量調(diào)節(jié)閥，用于保證管道內(nèi)工作壓力在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。 6、過(guò)濾器 　　微灌中灌水器出水口在運(yùn)行一段時(shí)間后容易被污物、雜質(zhì)、沉淀物堵塞，影響工程總體效益發(fā)揮。因此對(duì)灌溉水源進(jìn)行嚴(yán)格凈化處理，是微灌系統(tǒng)正常運(yùn)行，延長(zhǎng)灌水器壽命的保證。 　　常用幾種形式： 　?、傩魇剿胺蛛x器（離心式） 　　適用于：含砂量高的水初級(jí)過(guò)濾。 　　特點(diǎn)：不能除去與水比重相近和比水輕的有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)，水泵啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)效率下降；水頭損失大。 　?、?nbsp;砂石過(guò)濾器    適合于：有機(jī)物。    特點(diǎn)：成本高，清洗不方便。 　　③ 篩網(wǎng)式過(guò)濾器    適用于：過(guò)濾粉粒、沙和水垢等污物。    特點(diǎn)：比較常見(jiàn)且種類(lèi)繁多，有機(jī)含量高時(shí)，有機(jī)物堵塞“擠出”網(wǎng)進(jìn)入管道造成堵塞。 　?、?nbsp;疊片式過(guò)濾器：帶溝槽塑料圓片過(guò)濾器。 7、量測(cè)設(shè)備     壓力表是灌溉系統(tǒng)中不可缺少的量?jī)?cè)儀器，可反映系統(tǒng)是否按設(shè)計(jì)正常運(yùn)行。特別是過(guò)濾器前后的壓力表，反映過(guò)濾器堵塞程度及何時(shí)需要清洗的指示器。 參考文獻(xiàn)： 1.《水力學(xué)》高等教育出版社.1983.6吳持恭主編 2.《噴灌與微灌設(shè)備》中國(guó)水力水電出版社1999.3.鄭耀全、李光永等 3.《潛水電泵的使用與維修》機(jī)械工業(yè)出版社1995.李世輝等 4.《節(jié)水灌溉—噴灌系統(tǒng)水錘及其預(yù)防》2001.2慕在華 作者：鄭  成  海    助理研究員       劉  伊  明    助理研究員 郵政編碼：050051 單位：國(guó)家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心 地址：河北省石家莊市和平西路598號(hào)