灌溉系統(tǒng)的保護裝置

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　我國是一個水資源嚴重短缺的國家，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農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素。因此，國家領導和全民根據(jù)國情提出多種節(jié)水灌溉模式，以解決農(nóng)業(yè)發(fā)展的危機。

　　針對北方地區(qū)，農(nóng)業(yè)缺水更加嚴重，人均水資源略占南方的1/4，從1998-2000年，國家共投資2000多億搞農(nóng)田水利建設，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)不少問題，其中猶為突出是：缺少必要的保護裝置、管理不善。僅缺少保護裝置這一項，僅河北省每年要報廢1000多臺潛水泵及其配套的輸水管道和設備，使其不能發(fā)揮其應有的節(jié)水優(yōu)勢。 　　為了確定灌溉系統(tǒng)正常運行，系統(tǒng)中必須安裝必要的控制、測量、保護裝置。如閥門、壓力調(diào)節(jié)器、壓力表、安全閥、逆止閥、進排氣閥等，下面闡述保護裝置的工作原理及選用標準一一述之。 1、 啟動設備 　　電動機啟動時電流很大，有時超過額定電流5-7倍，這樣大的電流長時間通過電機繞組會將其燒壞，而且還會使電網(wǎng)降壓很大而影響其他電器設備運行。因此采用啟動設備以降低電動機電流，從而保護泵的電動機和保證其他電器設備正常進行，有三種方式。 　　a.直接啟動：當電機功率小于7.5KW或電動機容量與變壓器容量之比小于35%時。 　　b.降壓啟動：當電動機功率大于7.5KW或電動機容量與變壓器容量之比大于35%時，采用星型、三角型啟動器，或自耦變壓啟動器。 　　c.電器控制箱：包括電動機降壓啟動設備、短路、單項運轉(zhuǎn)、三項過流、反轉(zhuǎn)保護裝置與儀器等。其動作靈敏可靠，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備。 2、 閥門 　　用以控制管道的啟閉與調(diào)節(jié)流量，進而控制管道壓力。灌溉系統(tǒng)基本采用低壓閥門，常用有閘閥、蝶閥、截止閥等，目前首部采用法蘭聯(lián)結方式為多。 3、逆止閥（拍門） 　　逆止閥又叫止回閥，是一種根據(jù)前后的壓差而自動啟閉的閥門， 　　它使水沿單方向流動，反方向流動時則自動關閉。通常在水泵出水口安裝逆止閥，以避免停機時水倒流沖擊水泵葉輪長時間反轉(zhuǎn)，造成潛水泵非正常磨損，減少壽命。在懷來縣二堡子村大田噴灌工程中由于缺少逆止閥，導致管道形成負壓遭到破壞。 　　以一靜水位：H₀=35m計 管徑為（外徑）：D=110mm 　　流量：Q=40m³/h流速：v=1.33m/s 　　管道長度：L=500m為例說明其危害 　　·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 　　關閉時間：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)生原因分關閉水錘，空管啟動水泵排氣不暢啟動水錘，停泵水錘，經(jīng)常造成管道破裂。 　　按薄壁管計算ρ₀=101000N/m2 　　閥門口最大水錘壓力：Hmax=H0-Z+K2*K4*P3=440m 　　管道中點處最大水錘壓力：H¹max=Hc+Z¹+K2*K4*P1*H0=180m 　　其中參數(shù)P3、P4、P5、Z、Z¹、K2、K3、K4、K5見參考文獻。 　　·選取標準 　?、?當系統(tǒng)中未設單項閥時，應驗算其最高反轉(zhuǎn)速作為檢驗水錘依據(jù)，以確定管道設計壓力（額定工作壓力的1.25倍） 　　② 管道中點出現(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、進排氣閥 　　能夠自動進氣和排氣，有一定壓力能自動關閉。管道輸水時在最高位置和隆起地方會積累一部分空氣。一方面影響過水面積；另一方面水流速度大，又會帶動一部分空氣在管內(nèi)流動，發(fā)生水力沖擊。 　　安裝在最高處進排氣閥可迅速排除空氣，停泵或關閥時又能迅速補充空氣，減少造成對設備和管道的危害。 　　噴灌常用型號為KQ42X-10（12） 5、安全部件 　?、侔踩y 上開式安全閥作用是當管道的水壓力生高時自動開放，以防止水錘事故，一般通過瀉水完成。 上開式安全閥主要有彈簧式和杠桿式，常見為彈簧式。 　?、?流量調(diào)節(jié)閥 　　通過自動改變過水斷面的大小來調(diào)節(jié)流量。 　?、蹨p壓閥 　　類似于流量調(diào)節(jié)閥，用于保證管道內(nèi)工作壓力在設計范圍內(nèi)。 6、過濾器 　　微灌中灌水器出水口在運行一段時間后容易被污物、雜質(zhì)、沉淀物堵塞，影響工程總體效益發(fā)揮。因此對灌溉水源進行嚴格凈化處理，是微灌系統(tǒng)正常運行，延長灌水器壽命的保證。 　　常用幾種形式： 　?、傩魇剿胺蛛x器（離心式） 　　適用于：含砂量高的水初級過濾。 　　特點：不能除去與水比重相近和比水輕的有機質(zhì)等雜質(zhì)，水泵啟動和停機時效率下降；水頭損失大。 　?、?nbsp;砂石過濾器    適合于：有機物。    特點：成本高，清洗不方便。 　　③ 篩網(wǎng)式過濾器    適用于：過濾粉粒、沙和水垢等污物。    特點：比較常見且種類繁多，有機含量高時，有機物堵塞“擠出”網(wǎng)進入管道造成堵塞。 　?、?nbsp;疊片式過濾器：帶溝槽塑料圓片過濾器。 7、量測設備     壓力表是灌溉系統(tǒng)中不可缺少的量冊儀器，可反映系統(tǒng)是否按設計正常運行。特別是過濾器前后的壓力表，反映過濾器堵塞程度及何時需要清洗的指示器。 參考文獻： 1.《水力學》高等教育出版社.1983.6吳持恭主編 2.《噴灌與微灌設備》中國水力水電出版社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：國家半干旱農(nóng)業(yè)工程技術研究中心 地址：河北省石家莊市和平西路598號