灌溉排水SPPT课件

1、1,2021/2/7,灌溉排水工程学,第四章 灌水方法 (4-3-2 喷 灌) 史 海 滨,第四章 灌水方法,灌溉排水工程学,主要内容,第四章 灌水方法 第三节 喷 灌 引 言 三、喷头的种类及其工作原理 1. 旋转式喷头 2. 固定式喷头 3. 孔管式喷头 四、旋转式喷头的主要水力参数 1. 影响喷头射程的因素 2.影响喷灌水量分布的因素 3. 影响水滴直径的因素,4,2021/2/7,喷灌：是利用一种专门设备，把有压水喷射到空中，形成细小雨滴，如同降雨那样湿润土壤的灌水方法。 即：喷灌是利用专门设备，模拟降雨进行灌溉的方法,第三节 喷灌 (Sprinkler Irrigation,第四章

2、灌水方法,5,2021/2/7,主要内容,第四章 灌水方法 第三节 喷 灌 三、喷头的种类及其工作原理 1. 旋转式喷头 2. 固定式喷头 3. 孔管式喷头,6,2021/2/7,三、喷头的种类及其工作原理,第四章 灌水方法,第三节 喷灌 (Sprinkler Irrigation,喷头按其工作压力可分为： a 低压：H = 100200KPa (12 atm), Q = 0.3m3/h, R = 514m b 中压：H = 200500KPa (25 atm), Q = 0.840m3/h, R = 1440m c 高压：H 500KPa ( 5 atm), Q 40m3/h, R 40m,

3、7,2021/2/7,第四章 灌水方法,三、喷头的种类及其工作原理,喷头按其喷洒特点可分为： a 旋转式：喷头以喷出的水膜形式向外喷洒。 b 固定式：喷头以集中射流形式向外喷射，并靠水束旋转喷洒。 c 孔管式: 喷头由一组较小直径的管子组成，在管子顶部开有小孔（12mm）, 水从小孔中射出,8,2021/2/7,1. 旋转式喷头,根据旋转式喷头的不同旋转方式，可分为： 摇臂式、叶轮式和反作用式3类,1. 旋转式喷头,第四章 灌水方法,9,2021/2/7,1. 旋转式喷头,1) 摇臂式喷头 a 喷头的转动机构是一个装有弹簧的摇臂，在摇臂的前端有一个偏流板和一个勺形导水片。 b 喷水前，偏流板和

4、导水片是位于喷咀的正前方 c 当开始喷灌时，水舌通过偏流板冲击导水片,1. 旋转式喷头,第四章 灌水方法,10,2021/2/7,d 水流冲击导水片的分力使摇臂转动60120，并把摇臂弹簧扭紧 e 在摇臂弹簧作用下，摇臂又逐渐回位，并先使偏流板接触水流 f 在摇臂惯性力和水舌对偏流板的切向附加力作用下，摇臂撞击喷体，并使其转动35度,1) 摇臂式喷头工作原理,第四章 灌水方法,11,2021/2/7,g 然后进入另一个周期，可使喷头不断旋转 形成圆形喷灌区 或用限位环控制形成扇形喷灌区,1) 摇臂式喷头,第四章 灌水方法,12,2021/2/7,也称为涡轮蜗杆式喷头 a 靠水冲击叶轮，由叶轮带

5、动转动机构使喷头旋转,b 由于水舌流速高，叶轮的转速可高达10002000r/min以上， 而喷头要求35r/min的转速，需通过一级或二级蜗轮蜗杆变速,c 喷头结构复杂、维修不便，使用不多,2) 叶轮式喷头,2) 叶轮式喷头,第四章 灌水方法,13,2021/2/7,3) 反作用式喷头,a 利用水舌离开喷咀时对喷头的反作用直接推动喷管旋转。 b 将喷管弯成一定角度，使得主喷咀水舌的反作用力不通过水舌的垂直轴， 而形成一定的带动距带动喷管旋转,3) 反作用式喷头,第四章 灌水方法,14,2021/2/7,或在喷管的左侧或右侧开一小孔 小水舌朝与主喷管垂直方向喷出，带动喷管旋转 c 反作用喷头结

6、构简单 d 缺点是若反作用力矩比较大，转动太快，射程极大降低 若反作用力矩比较小，工作就不可靠 特别是在刚开始喷灌时，使难以启动，需加限速器限速,3) 反作用式喷头,第四章 灌水方法,15,2021/2/7,1) 特点 a 在喷灌过程中，喷头的所有构件是固定不动的， b 而水流是在全圆周或部分圆周向四周喷洒。 c 固定式喷头所需工作水头较低，一般为H=1530m d 雾化效果较好，结构简单，价格便宜。 e 在定位喷洒时，控制面积小，喷灌强度高。 f 多用于苗圃、公园等地及行走式喷灌系统中,2. 固定式喷头（其也称作漫射式喷头,第四章 灌水方法,2. 固定式喷头,16,2021/2/7,a 折射

7、式喷头： 由喷头散水锥和支架组成， 水流由喷嘴喷出， 遇到散水锥被击散成薄水层沿四周射出， 在空气阻力作用下形成细小水滴， 散落在四周地面上,2) 按结构形式分类有三种,第四章 灌水方法,a 折射式喷头,17,2021/2/7,b 缝隙式喷头 在管端开出一定形状的喷水缝隙 使水流能均匀地散成细小的水滴 缝隙与水平面成30角，使水喷的较远,第四章 灌水方法,b 缝隙式喷,其工作可靠性较折射式差、易堵塞， 所以对水质要求较高 其结构简单，作制方便，用于扇形喷灌,18,2021/2/7,c 离心式喷头 由喷管与带咀的蜗形外壳组成,第四章 灌水方法,c 离心式喷头,水流顺蜗壳内壁表面的切线方向进入蜗壳

8、 使水流绕垂直轴旋转 使经喷咀射出的水膜同时具有离心速度和圆周速度,19,2021/2/7,3. 孔管式喷头,a 喷头由一组较小直径的管子组成， 在管子顶部开有小孔（12mm）, 水从小孔中射出。 b 水流朝一个方向喷出，并有自动摆动器，使管孔往复摆动,第四章 灌水方法,3. 孔管式喷头,主要内容,第四章 灌水方法 第 三 节 喷 灌 四、旋转式喷头的主要水力参数 1. 影响喷头射程的因素 2.影响喷灌水量分布的因素 3. 影响水滴直径的因素,21,2021/2/7,四、旋转式喷头的主要水力参数,设计优良的喷头应具备： 结构简单、工作可靠 满足喷灌的技术要求， 即使喷灌强度小于土壤入渗率,第四

9、章 灌水方法,四、旋转式喷头的主要水力参数,水滴直径细小和喷洒均匀度高。 在同样工作压力，相同流量下射程最远,22,2021/2/7,1. 影响喷头射程的因素,喷头的射程主要取决于： a 工作压力 b 流量 c 喷射仰角 d 喷咀形状 e 喷管结构 f 稳流器 g 旋转速度 h 粉碎机构 i 风等,第四章 灌水方法,1. 影响射程的因素,23,2021/2/7,1) 工作压力H和喷咀直径d,在喷射仰角为30时，喷咀前压力H、喷咀直径d与射程的R关系如图（图3-12,a 当喷咀直径d一定时，射程R随压力H增大而增大，直到达到极限为止,第四章 灌水方法,1、影响喷头射程的因素,b 不同喷咀d时，压

10、力H相同时，喷咀d愈大，极限射程R也越大,H,R,d,R,c 所以，仅靠单纯的增加压力H或喷咀d都不能有效的增大射程R,24,2021/2/7,d 喷咀流量,流量系数， = 0.850.95,f 喷咀过水面积（m2）, f =d2/4 每个喷头消耗的功率为,h喷咀前压力（m,第四章 灌水方法,1、影响喷头射程的因素,m3/s,KW,所以，N一定时，须合理搭配 H与d (q)，才能获得理想的R,25,2021/2/7,第四章 灌水方法,1、影响喷头射程的因素,2) 喷射仰角,a 固体在空中喷射以45时为最远。 b 水舌在空中喷射仰角与射程R的关系则不同，=2832时，R最远 c 通常喷头仰角都采

11、用=30,26,2021/2/7,3) 转速,a 喷头固定不动时射程最大; b 当喷头以23 min/r的速度旋转时，射程减少1015%，R 越大减少的百分数越大。 c 转速越大减少的百分数也越大。 d 中射程喷头一般13 min/r, 对于远程喷头为35min/r。 e 转动太慢，又会使水舌在雨幕范围之内的点喷灌强度i远大于平均喷灌强度，造成局部的积水和径流,第四章 灌水方法,1、影响喷头射程的因素,27,2021/2/7,4) 水舌性状,a 使从喷咀喷出来的水舌掺气少，表面光滑，且水舌内的水流紊动少，能使水舌射程足够远 b 一般在喷咀之前装上稳流器，以保持水舌具有较好的性状。 c 为减小水

12、滴直径，常在喷咀前加粉碎针，将水舌划破，提前掺气， 水舌的粉碎过程同时也影响射程，所以控制水滴大小与保证射程相矛盾,第四章 灌水方法,1、影响喷头射程的因素,28,2021/2/7,d 一般情况射程,H咀 喷咀前压力水头（m,d 喷咀直径（mm,第四章 灌水方法,1、影响喷头射程的因素,29,2021/2/7,2.影响喷灌水量分布的因素,1) 工作压力 a 如果压力适中，水量分布曲线近似一个等腰三角形,第四章 灌水方法,2. 影响喷灌水量分布的因素,b 压力过低时，水舌粉碎不足，水量大部分分布在远处，中间水量少，呈轮胎形分布,c 压力过高时，水舌过分粉碎，水滴太小，射程不远，呈马鞍形分布,30

13、,2021/2/7,2) 喷头的布置形式和间距 其直接影响到喷灌系统的水量分布； 需根据实践确定或计算确定 (3) 风向风力 由于风的影响，喷头附近水量集中，喷洒范围沿风向变成椭圆形 布置喷头时应适当加密喷头，以抵消风的影响,第四章 灌水方法,2、影响喷灌水量分布的因素,31,2021/2/7,3. 影响水滴直径的因素,主要受工作压力H和喷咀直径d 及粉碎机构和转速的影响 d相同时，平均水滴直径与压力成反比 H相同时，平均水滴直径与d成正比 可用雾化指标来估计水滴粒径分布的优劣,第四章 灌水方法,3. 影响水滴直径的因素,H (m) d (m,32,2021/2/7,一般认为: 当Pd 1.5

14、 3.5时，喷头的水滴粒径分布合乎要求 根据以上参数间的关系，可通过改变某些参数使喷灌水能满足作物的要求 如在幼苗期加大喷头压力 或改用小喷咀使水滴直径变小,第四章 灌水方法,3、影响水滴直径的因素,33,2021/2/7,第三节(2)结束,半固定式喷灌系统示意图,水源工程,干管,支管,竖管,喷头,干管固定埋在冻层之下，支管与竖管、喷头可移动,摇臂式喷头,摇臂式喷头,摇臂式喷头,摇臂式喷头,摇臂式喷头,摇臂式喷头,摇臂式喷头,导水片受力使摇臂打开,偏流板受力使摇臂复位并使喷头旋转35,进入第二次循环,导水片受力使摇臂再次打开,叶轮式喷头,43,2021/2/7,叶轮式喷头,44,2021/2/7,叶轮式喷头,叶轮式喷头,反作用式喷头,折射式喷头,48,2021/2/7,折射式喷头,折射式喷头,第四章 灌水方法,b 缝隙