恒壓噴灌原理與設(shè)計內(nèi)容提要

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)，與初級與次級匝數(shù)比無關(guān)。

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

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分開，就相當于鐵磁諧振式穩(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，還必須對系統(tǒng)進行精心設(shè)計，才能真正發(fā)揮噴灌的作用，達到預(yù)期的效果。噴灌系統(tǒng)的設(shè)計一般包括以下步驟：

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綜復(fù)雜，確定灌溉需水量最可靠的辦法是進行實際觀測。但往往在規(guī)劃設(shè)計階段缺乏實測資料，這時就需要根據(jù)影響需水量的因素進行估算。估算灌溉需水量的方法很多，可通過公式進行計算，或參照下列經(jīng)驗數(shù)據(jù)選取：

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”指仲夏平均相對濕度大于50%；“干” 指仲夏平均相對濕度低于50%。

灌溉系統(tǒng)的設(shè)計，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，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)灌是對系統(tǒng)內(nèi)的全部管道同時供水，即整個灌溉系統(tǒng)作為一個輪灌區(qū)同時灌水。其優(yōu)點是灌水及時，運行時間短，便于其他管理操作的安排；缺點是干管流量大，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，每組包括一個或多個閥門，灌水時通過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，同時使控制灌溉面積與水源的可供水量相協(xié)調(diào)；

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

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

1.4 為便于運行操作和管理，通常一個輪灌組所控制的范圍最好連片集中。但自動灌溉控制系統(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。

2.輪灌組數(shù)目的確定

輪灌組的數(shù)目，取決于每天允許運行時間、灌水周期和一次灌水延續(xù)時間。對于固定式灌溉系統(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 - 一天運行的小時數(shù)，一般不超過20小時。

T - 灌水周期，即兩次灌水之間的間隔時間

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)超過一級管徑的范圍。閥門的選擇還受到閥門本身過流能力和壓力損失的限制，特別是自動控制灌溉系統(tǒng)中的電磁閥，在選用時一定要考慮其技術(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，使操作人員不會在工作時被淋濕。

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。

噴灌水力計算

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

1.管道水頭損失的計算方法

水在管道內(nèi)流動會產(chǎn)生機械能的損耗，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)過各種管件、閥門等設(shè)備時因流態(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沿程水頭損失的計算

很多計算沿程水頭損失的經(jīng)驗公式。對于硬質(zhì)塑料管道（PVC），常用的計算公式如下：

H f = 9.48×104×（Q1.77/d4.77）×L

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

1.2局部水頭損失的計算

局部水頭損失計算公式為：

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）。

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

2.支管水力計算

由于在支管上一般安裝多個噴頭，因此支管內(nèi)的流量沿流程按一定規(guī)律遞減，故支管的實際沿程水頭損失比按支管總流量的計算值要小的多，即：Hf實際 = 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、第一個出口位置和管材有關(guān)，可通過計算或查表得出。

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

在實際工程中，有時為節(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，這時就需要對支管分段進行計算。

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

設(shè)計時，一般不用對所有支管進行計算，可選取最“危險條件”下的支管做水力計算。“危險條件”在大多數(shù)情況下發(fā)生在距首部最遠的支管，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.干管水力計算

3.1 管徑的初步確定

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

D = 11Q1/2 （Q<120m3/h時）

式中：D為管徑（mm）；Q為流量（m3/h）。

或采用經(jīng)濟流速法公式：D = 22.36(Q/V)1/2

式中：D為管徑（mm）；Q為流量（m3/s）；V為經(jīng)濟流速，根據(jù)經(jīng)驗一

般取V≤3m/s。

3.2 干管水力計算

干管水力計算相對支管簡單一些，分別按不同管段的管徑、流量和長度計算水頭損失即可，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口對壓力的要求。

（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程。在上述步驟完成后，即可計算流量和揚程。

水泵流量： Q = ∑N噴頭q

水泵揚程： H = H設(shè) ∑Hf ∑Hj±Δ

式中：N噴頭為同時工作的噴頭數(shù)；q為單噴頭流量；H設(shè)為噴頭設(shè)計工作壓力（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)動水位的高差（m）。

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

對于用城市供水管網(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（即上述計算的揚程值）。若不滿足，一般需增大各級管徑，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。