恒壓噴灌原理與設(shè)計(jì)

恒壓變壓器的輸出電壓只與鐵芯的磁性能參數(shù)和鐵芯截面積有關(guān)，與初級(jí)與次級(jí)匝數(shù)比無(wú)關(guān)。

恒壓變壓器的效率、體積重量與普通變壓器相仿，當(dāng)鐵芯材料比較好的時(shí)候，市電電壓在160-250伏變化時(shí)，輸出電壓變化小于1.5[%]；當(dāng)負(fù)載電流從滿載到減半時(shí)，輸出電壓變化約1.5-4[%]，當(dāng)輸出短路時(shí)，輸出電流上升約1倍，因此不怕長(zhǎng)時(shí)間短路。

恒壓變壓器是一種新型結(jié)構(gòu)的鐵磁諧振式穩(wěn)壓器，它的鐵芯結(jié)構(gòu)包括飽和磁路與不飽和磁路，它們中間用磁分路來(lái)分開，就相當(dāng)于鐵磁諧振式穩(wěn)壓器的線性電感Lg和飽和電抗器Lsx。

有了性能優(yōu)越、質(zhì)量可靠的噴頭，還必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，才能真正發(fā)揮噴灌的作用，達(dá)到預(yù)期的效果。噴灌系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一般包括以下步驟：

噴灌灌溉水量

需水量包括土壤與地表的蒸發(fā)量和植物本身消耗的蒸騰量，也稱作植物騰發(fā)量。影響需水量的因素有氣象條件（溫度、濕度、輻射及風(fēng)速等）、土壤性質(zhì)及其含水狀況、植物種類及生育階段等。由于上述這些影響因素錯(cuò)綜復(fù)雜，確定灌溉需水量最可靠的辦法是進(jìn)行實(shí)際觀測(cè)。但往往在規(guī)劃設(shè)計(jì)階段缺乏實(shí)測(cè)資料，這時(shí)就需要根據(jù)影響需水量的因素進(jìn)行估算。估算灌溉需水量的方法很多，可通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算，或參照下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選?。?

氣象條件

濕冷

干冷

濕暖

干暖

濕熱

干熱

日需水量（mm）

2.5-3.8

3.8-5.0

3.8-5.0

5.0-6.4

5.0-7.6

7.6-11.4

表中，“冷”指仲夏最高氣溫低于21℃；“暖” 指仲夏最高氣溫在21至32℃之間；“熱” 指仲夏最高氣溫高于32℃；“濕”指仲夏平均相對(duì)濕度大于50%；“干” 指仲夏平均相對(duì)濕度低于50%。

灌溉系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，應(yīng)滿足需水高峰期的日需水量，即按最不利的條件設(shè)計(jì)，選取特定氣象條件下的最高日需水量，以使系統(tǒng)有足夠的供水能力。

噴灌輪灌組

灌溉系統(tǒng)的工作制度通常分為續(xù)灌和輪灌。續(xù)灌是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的全部管道同時(shí)供水，即整個(gè)灌溉系統(tǒng)作為一個(gè)輪灌區(qū)同時(shí)灌水。其優(yōu)點(diǎn)是灌水及時(shí)，運(yùn)行時(shí)間短，便于其他管理操作的安排；缺點(diǎn)是干管流量大，工程投資高，設(shè)備利用率低，控制面積小。因此，續(xù)灌的方式只用于單一且面積較小的情況。

對(duì)于絕大多數(shù)灌溉系統(tǒng)，為減少工程投資，提高設(shè)備利用率，擴(kuò)大灌溉面積，一般均采用輪灌的工作制度，即將支管劃分為若干組，每組包括一個(gè)或多個(gè)閥門，灌水時(shí)通過(guò)干管向各組輪流供水。

1.輪灌組劃分的原則

1.1 輪灌組的數(shù)目應(yīng)滿足需水要求，同時(shí)使控制灌溉面積與水源的可供水量相協(xié)調(diào)；

1.2 對(duì)于手動(dòng)、水泵供水且首部無(wú)衡壓裝置的系統(tǒng)，每個(gè)輪灌組的總流量盡可能一致或相近，以使水泵運(yùn)行穩(wěn)定，提高動(dòng)力機(jī)和水泵的效率，降低能耗；

1.3 同一輪灌組中，選用一種型號(hào)或性能相似的噴頭，同時(shí)種植的品種一致或?qū)嗨囊笙嘟?

1.4 為便于運(yùn)行操作和管理，通常一個(gè)輪灌組所控制的范圍最好連片集中。但自動(dòng)灌溉控制系統(tǒng)不受此限制，而往往將同一輪灌組中的閥門分散布置，以最大限度地分散干管中的流量，減小管徑，降低造價(jià)。

2.輪灌組數(shù)目的確定

輪灌組的數(shù)目，取決于每天允許運(yùn)行時(shí)間、灌水周期和一次灌水延續(xù)時(shí)間。對(duì)于固定式灌溉系統(tǒng)，其輪灌組數(shù)目可根據(jù)下式確定：

N≤ cT/t

式中：

N - 系統(tǒng)允許劃分輪灌組的最大數(shù)目，取整數(shù)。

c - 一天運(yùn)行的小時(shí)數(shù)，一般不超過(guò)20小時(shí)。

T - 灌水周期，即兩次灌水之間的間隔時(shí)間

3.輪灌組閥門的選擇及其安裝位置

3.1 輪灌組閥門即支管的控制閥的規(guī)格通常與支管的公稱管徑相同。在某些特殊情況下，閥門的尺寸可能小于或大于支管管徑，但相差不應(yīng)超過(guò)一級(jí)管徑的范圍。閥門的選擇還受到閥門本身過(guò)流能力和壓力損失的限制，特別是自動(dòng)控制灌溉系統(tǒng)中的電磁閥，在選用時(shí)一定要考慮其技術(shù)性能。

3.2 閥門應(yīng)設(shè)置在便于操作、維修的位置，特別是手動(dòng)操作噴灌系統(tǒng)，最好將閥門安裝在噴頭的噴灑范圍之外，使操作人員不會(huì)在工作時(shí)被淋濕。

3.3 閥門及其閥門井（箱）的位置不能影響正常的交通、人為活動(dòng)及園林景觀3.4 在可能的情況下，閥門最好位于所控制的一組噴頭的中心部位，以利于平衡支管流量與壓力，減小支管管徑。

噴灌水力計(jì)算

在完成噴頭選型、布置和輪灌區(qū)劃分之后，即可計(jì)算各級(jí)管道的流量和進(jìn)行水力計(jì)算。某一支管流量為該支管上同時(shí)工作的噴頭流量之和，干管流量為系統(tǒng)中同時(shí)工作的噴頭流量之和。流量確定后，即可選擇管徑并計(jì)算管道和系統(tǒng)的水頭損失。水力計(jì)算的主要任務(wù)就是確定管道的水頭損失。

1.管道水頭損失的計(jì)算方法

水在管道內(nèi)流動(dòng)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械能的損耗，即水頭損失。水頭損失可分為沿程摩阻力損失和局部阻力損失兩種類型。沿程水頭損失為水流過(guò)一定管道距離后由于水分子的內(nèi)部摩檫而引起的損失；局部水頭損失為水流經(jīng)過(guò)各種管件、閥門等設(shè)備時(shí)因流態(tài)的變化而產(chǎn)生的損失。沿程水頭損失與局部水頭損失之和即為管道的總水頭損失。

1.1沿程水頭損失的計(jì)算

很多計(jì)算沿程水頭損失的經(jīng)驗(yàn)公式。對(duì)于硬質(zhì)塑料管道（PVC），常用的計(jì)算公式如下：

H f = 9.48×104×（Q1.77/d4.77）×L

式中：Hf為沿程水頭損失（m）；L、Q、d分別為管道長(zhǎng)度（m）、流量（m3/h）和管道內(nèi)徑（mm）。

1.2局部水頭損失的計(jì)算

局部水頭損失計(jì)算公式為：

Hj =ξ v2/2g

式中：Hj為局部水頭損失（m）；ξ為局部阻力損失系數(shù)，與管件、閥門的類型與大小有 關(guān)；v、g分別為管道中水的流速（m/s）和重力加速度（9.81m/s2）。

對(duì)于較大的灌溉系統(tǒng)，如真正按照公式計(jì)算各個(gè)管件、閥門處的局部水頭損失，工作量將十分龐雜。因此在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，一般先計(jì)算出沿程水頭損失Hf，然后取局部水頭損失Hj = 10% Hf 即可滿足設(shè)計(jì)要求。

2.支管水力計(jì)算

由于在支管上一般安裝多個(gè)噴頭，因此支管內(nèi)的流量沿流程按一定規(guī)律遞減，故支管的實(shí)際沿程水頭損失比按支管總流量的計(jì)算值要小的多，即：Hf實(shí)際 = F × Hf

式中：F為多口出流系數(shù)，其值在一般在0.3-0.6之間，與出口數(shù)量、第一個(gè)出口位置和管材有關(guān)，可通過(guò)計(jì)算或查表得出。

支管的水力計(jì)算主要依據(jù)噴灑均勻的原則，即要求支管上任意兩個(gè)噴頭的出水量之差不能大于10%。將這一原則轉(zhuǎn)化為對(duì)壓力的要求，即應(yīng)使支管上任意兩個(gè)噴頭處的壓力不能超過(guò)噴頭設(shè)計(jì)工作壓力（H設(shè)）的20%。設(shè)計(jì)時(shí)，不但要計(jì)算水頭損失，而且還要考慮地形對(duì)壓力的影響。

在實(shí)際工程中，有時(shí)為節(jié)省投資而采用變徑支管，或受地塊形狀影響出水口不一定是等間距和等流量，這時(shí)就需要對(duì)支管分段進(jìn)行計(jì)算。

支管的水力計(jì)算往往是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程。在噴頭選型、布置和支管長(zhǎng)度確定后，水力計(jì)算的基本流程為：計(jì)算支管流量→初設(shè)管徑→計(jì)算水頭損失→校核出水口處壓力差是否小于等于20% H設(shè)→若超過(guò)20% H設(shè)，調(diào)整管徑后重復(fù)計(jì)算→最后確定支管管徑。

設(shè)計(jì)時(shí)，一般不用對(duì)所有支管進(jìn)行計(jì)算，可選取最“危險(xiǎn)條件”下的支管做水力計(jì)算?！拔ｋU(xiǎn)條件”在大多數(shù)情況下發(fā)生在距首部最遠(yuǎn)的支管，或系統(tǒng)內(nèi)地形最高部位的支管。若系統(tǒng)的壓力能滿足這些支管的壓力要求，也就自然滿足其他支管的壓力要求。

3.干管水力計(jì)算

3.1 管徑的初步確定

管道的管徑，特別是干管的大小對(duì)灌溉系統(tǒng)的總投資影響較大。管徑太大，投資增加，經(jīng)濟(jì)上不合理；管徑太小，水頭損失大，需配置較大水泵，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高，且管內(nèi)流速大，易產(chǎn)生水擊現(xiàn)象，對(duì)管道的安全不利。干管管徑的初步估算可采用以下經(jīng)驗(yàn)公式：

D = 11Q1/2 （Q<120m3/h時(shí)）

式中：D為管徑（mm）；Q為流量（m3/h）。

或采用經(jīng)濟(jì)流速法公式：D = 22.36(Q/V)1/2

式中：D為管徑（mm）；Q為流量（m3/s）；V為經(jīng)濟(jì)流速，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一

般取V≤3m/s。

3.2 干管水力計(jì)算

干管水力計(jì)算相對(duì)支管簡(jiǎn)單一些，分別按不同管段的管徑、流量和長(zhǎng)度計(jì)算水頭損失即可，其總的要求是在沿干管的各支管分流處的壓力需滿足各支管進(jìn)口對(duì)壓力的要求。

（四）水泵的選擇

選擇水泵的主要任務(wù)是確定水泵的流量和揚(yáng)程。在上述步驟完成后，即可計(jì)算流量和揚(yáng)程。

水泵流量： Q = ∑N噴頭q

水泵揚(yáng)程： H = H設(shè) ∑Hf ∑Hj±Δ

式中：N噴頭為同時(shí)工作的噴頭數(shù)；q為單噴頭流量；H設(shè)為噴頭設(shè)計(jì)工作壓力（m）；∑Hf為水泵至典型噴頭之間管路沿程水頭損失之和（m），所謂典型噴頭一般是距泵站最遠(yuǎn)或位置最高的噴頭；∑Hj為水泵至典型噴頭之間局部水頭損失之和（m），其中應(yīng)包括閥門、過(guò)濾設(shè)備及施肥設(shè)備的局部水頭損失；Δ為典型噴頭與水源水面或井內(nèi)動(dòng)水位的高差（m）。

具體選擇水泵型號(hào)時(shí)，可參照有關(guān)水泵生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄，所選水泵的實(shí)際流量和揚(yáng)程一般應(yīng)稍大于上述計(jì)算值，以確保滿足設(shè)計(jì)要求。

對(duì)于用城市供水管網(wǎng)作為水源的灌溉系統(tǒng)，不必選擇水泵，而是應(yīng)校核供水管網(wǎng)所能提供的壓力是否滿足灌溉系統(tǒng)的所需壓力（即上述計(jì)算的揚(yáng)程值）。若不滿足，一般需增大各級(jí)管徑，以減小水頭損失；或選擇低壓性能好的噴頭，使灌溉系統(tǒng)所需壓力小于等于城市供水管網(wǎng)的壓力。