农业机械讲义--第七章 农田灌溉机械

第七章农田灌溉机械第一节概述第二节喷灌机械第三节微灌设备第一节概述农田灌溉机械包括农田排灌机械和农田灌溉机械。农田灌溉机械主要有喷灌和微灌两种类型。第二节喷灌机械一、喷灌系统的组成和分类二、农用水泵三、喷头的种类和性能指标四、喷头的工作原理一、喷灌系统的组成和分类1．喷灌系统的组成（1）水源工程（2）水泵及配套动力机（3）管道系统（4）喷头（5）田间工程2．喷灌系统的分类•按运行方式可分定喷式、行喷式•根据喷灌系统各组成部分可移动的程度，分成固定式、移动式和半固定式三种。二、农用水泵（一）农用水泵的类型（二）水泵的一般构造（三）农用水泵的构造和特点（四）农用水泵的工作原理（五）水泵的工作性能（六）水泵的选型（一）农用水泵的类型离心泵井泵（长轴井泵、深井潜水电泵）微型泵直空泵（二）水泵的一般构造1．叶轮2．泵壳3．填料函密封装置混流泵叶轮离心泵叶轮ａ.封闭式ｂ.半封闭式ｃ.敞开式轴流泵叶轮蜗壳形泵壳1.蜗道2.叶轮3.出水口填料函示意图1.填料盒2.填料座3.填料4.水封管5.水封环6.压盖（三）农用水泵的构造和特点1．离心泵2．轴流泵3．混流泵4．水轮泵5．井用泵5．潜水泵1．离心泵（1）单级单吸悬臂式离心泵（BA型泵）（2）单级双吸式离心泵（Sh型泵）（1）单级单吸悬臂式离心泵（BA型泵）由泵壳、泵盖、叶轮、泵轴、轴承、托架、减漏环及填料函等部件组成（见图）。其特点是扬程较高，流量较小，结构简单，使用方便，水泵出水口方向可以根据需要作左右、上下的调整。这种水泵的体积小、重量轻，固定安装及流动使用均甚方便。也可作为喷灌的工作泵。BA型离心泵的构造泵盖2.真空表螺孔3.减漏环4.叶轮5.冲水放气螺孔6.泵壳7.水封管8.水封环9.填料10.泵轴11.轴承12.托架13.联轴器14.防水螺塞15.压力表螺孔（2）单级双吸式离心泵（Sh型泵）ZLB型轴流泵进水喇叭2.叶轮3.导水叶4.泵轴5.出水弯管6.橡胶轴承7.注润滑水管8.填料盒9.填料10.填料压盖11.联轴器3．混流泵是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵型。具有离心泵较高扬程和轴流泵较大流量的特点，适合于平原河网地区和丘陵灌区使用。4．水轮泵是利用自然水进行抽水的农田灌溉机械。由作为动力用的水轮机和离心泵组成。5．井用泵它从井下抽水灌溉。6．潜水泵它由水泵、电动机、进水部分和密封装置等四部分连成整体。（四）农用水泵的工作原理1．离心泵的工作原理2．轴流泵的工作原理3．混流泵的工作原理1．离心泵的工作原理离心泵是借离心力的作用来抽水的。图7－14所示为单级离心泵。当其叶轮高速旋转时，流道中的水在离心力的作用下，从叶轮中部以高速被甩离叶轮，射向四周。水流经过断面逐渐扩大的泵壳流道，流速逐渐变慢而水压增加，压向出水管。此时叶轮的中心部分形成真空，而水源水面在大气压力的作用下，通过进水管进入泵内，称为吸水。如果叶轮连续转动，水就源源不断地由低处抽送到高处。单级离心泵1.进水管2.叶片3.叶轮4.泵壳5.出水管2．轴流泵的工作原理轴流泵是利用叶轮旋转所产生的推升力来抽水的。它的叶轮浸没在水里。当叶轮旋转时，叶片对水产生升力作用，把水往上推送。但同时还使水产生旋转运动，须用导水叶来消除，使泵内水流沿着泵轴方向流动。轴流泵1．进水喇叭2.出水弯管3.联轴器4.导水叶5.叶轮3．混流泵的工作原理混流泵的构造介于离心泵和轴流泵之间。因此叶轮在水中旋转时，既使水流产生离心力，又对水流有升力。混流泵的工作原理就是靠这两种力的作用而抽水的。（五）水泵的工作性能1．水泵性能的主要参数2．水泵性能曲线1．水泵性能的主要参数（1）流量（2）扬程吸水扬程由水源水面至水泵轴线基准面的垂直高度Hd.x压水扬程由水泵轴线至出水池水面的垂直高度Hd.y实际扬程Hd（或称为地形高度）Hd=Hd.x+Hd.y（3）功率a．有效功率Nx（又叫水功率）b．轴功率Nz（又叫水泵的输入功率）c．配套功率Np（4）水泵效率η（5）水泵转速（6）允许吸上真空高度（或汽蚀余量）（7）比转数2．水泵性能曲线（1）离心泵性能曲线（2）轴流泵性能曲线（3）混流泵性能曲线（1）离心泵和轴流泵性能曲线a．流量－扬程曲线（Q－H）b．流量－功率曲线（Q－N）c．流量－效率曲线（Q－η）d．流量－允许吸上真空高度曲线（Q－Hs）离心泵性能曲线轴流泵性能（3）混流泵性能曲线混流泵的性能曲线形状介于离心泵和轴流泵之间，比转数ns低的混流泵，曲线接近于离心泵；比转数ns高的混流泵，曲线形状接近于轴流泵。3．水泵工作点的确定（1）管路阻力曲线损失扬程与流量的平方成正比，管路阻力曲线Q－Hxu为一通过原点O的抛物线（2）确定水泵工作点图中两曲线相交点A，即为水泵机组的工作点。A点表明：图水泵机组工作点a．水泵供给的扬程应等于管路需要的扬程Hxub．水泵供给的流量QA应等于消耗在管路上扬程为Hxu时所能通过的流量Qxu。图水泵机组工作点5．水泵性能调节（1）变速调节（2）变径调节（3）变角调节（4）水泵的串联和并联工作（六）水泵的选型选用水泵的原则为：满足农业生产所提出流量和扬程的要求1．流量设计（1）灌溉设计流量（2）排水设计流量Qp.s2．排水设计扬程的确定（1）灌溉设计扬程（2）排水设计扬程3．水泵型号的确定根据设计流量和设计扬程，就可以在《水泵样本》中的“水泵综合性能型谱图”或“水泵规格性能表”等技术资料中初步选择所需的水泵型号三、喷头的种类和性能指标（一）喷头的种类（二）喷头的性能指标（一）喷头的种类（1）旋转式喷头（2）固定式喷头折射式缝隙式漫射式（3）喷洒孔管（二）喷头的性能指标1．压力2．流量3．射程4．喷灌强度5．水滴的打击强度6．喷洒水量分布特性四、喷头的工作原理（一）摇臂式喷头1．摇臂式喷头的结构与工作原理（1）摇臂式喷头的结构（2）摇臂式喷头的工作原理（1）摇臂式喷头的结构a．旋转密封机构b．流道c．驱动机构d．扇形换向机构e．连接件（2）摇臂式喷头的工作原理相互传递和转化的运动过程，它可以分为以下五个阶段a．启动阶段b．外摆阶段c．弹回阶段d．入水阶段e．撞击阶段垂直摇臂式喷头结构图1.空心轴套2.换向架3.喷体4.喷管5.反向摇臂6.摇臂7.喷嘴8.配重铁9.压力表10.挡块2．垂直摇臂式喷头（1）结构（2）工作原理垂直摇臂式喷头结构分为流道（包括空心轴、喷体、喷管、稳流器、喷嘴等零件）、旋转密封机构（包括轴承座、轴承、密封圈等零件）、驱动机构（包括摇臂、反向摇臂、摇臂轴等零件）、换向机构（包括挡块、滚轮、换向架、拉杆、弹簧等零件）和限速机构（包括摩擦垫、压插、压簧等零件）五个部分垂直摇臂式喷头工作原理高速射流从喷孔（多数为环形）射出，冲击导流器（摇臂）摇臂获得能量。冲击力分成向下、向左的两个分力，在向下分力的作用下，摇臂克服平衡锤的重量和摇臂轴的轴承摩擦阻力向下运动；在向左分力的作用下，克服旋转密封机构的摩擦阻力和限速机构的制动摩擦阻力，使喷头向右旋转一个小角度。摇臂向下运动时，其平衡重块升高，得到重力势能，然后在其与摇臂轴平衡重块（有的喷头没有）重力矩的联合作用下，摇臂返回，重力势能转变为转动动能，再次切入射流。同时，在摇臂轴处的摇臂橡胶块与该处的配重橡胶块碰撞，使摇臂转速为零。重复以上过程，在间歇性驱动力矩作用下，喷头不断做间歇性正转（向右转动）。当换向架（轭架、滚轮、啮合限位器合称为换向架）上的滚轴和啮合限位器相接触时，轭架通过反转传动杆，拉动反转臂，使其切水板切入射流得到能量，产生向左的反作用驱动力矩，使喷头迅速向左旋转，直至轭架滚轮接触脱开限位器，传动杆推动反转臂的切水板离开水舌，喷头重新又开始正转。3．固定式喷头（1）折射式喷头的结构及工作原理（2）缝隙式喷头的结构及工作原理（3）离心式喷头的结构及工作原理（1）折射式喷头的结构及工作原理当喷头工作时，有压水流由喷嘴直接垂直射出后，遇到折射锥的阻拦，形成薄水层而向四周射出，在空气阻力作用下，伞形的薄水层就散裂为小水滴而降落到地面。折射式喷头结构图内支架式;(b)外支架式;(c)整体式1—折射锥；2—喷嘴；3—支架；4—管接头（2）缝隙式喷头的结构及工作原理其有压水流经过固定不动的缝隙喷嘴喷出，形成一个扇形的薄水层，然后在空气阻力的作用下逐渐裂散成水滴，降落到地面两种缝隙式喷头结构图1—缝隙；2—喷头；3—管接头（3）离心式喷头的结构及工作原理离心式喷头的工作原理是喷头开始工作时，经过竖管的有压水流沿切线方向或沿螺旋孔道进入喷体，使水流绕垂直的锥形轴或壁面产生涡流运动，这样水从喷孔中呈中空的环状锥形薄水层，并同时具有沿径向外的离心速度和沿切向旋转的圆周速度向外喷出，甩出的薄水层水流在空气阻力作用下，被裂散成细小的水滴而降落在喷头四周的地面上。五、喷灌机的工作原理和主要性能参数（一）定喷式喷灌机（二）行喷式喷灌机（一）定喷式喷灌机1．手推（抬）式喷灌机2．拖拉机悬挂式喷灌机3．滚移式喷灌机1．手推（抬）式喷灌机（1）结构特点（2）使用特点（3）主要性能指标手推管引式喷灌机（柴油机配套）1．喷头2。出水管3。水泵4。进水管5。底阀6。柴油机2．拖拉机悬挂式喷灌机（1）结构特点（2）主要性能技术图手扶拖拉机配套的悬挂式喷灌机1-水源；2-吸水管；3-水泵；4-手扶拖拉机；5-皮带传动系统；6-输水管；7-竖管及支架；8-喷头3．滚移式喷灌机（1）滚移式喷灌机的特点及组成（2）滚移式喷灌机的主要技术性能图滚移式喷灌机1-水源；2-抽水机组；3-输水干管；4-给水栓；5-连接软管；6-钢圈式轮；7-喷头；8-喷洒支管；9-驱动车（二）行喷式喷灌机1．卷盘式喷灌机（1）特点及适用条件（2）构造与技术性能2．电力驱动中心支轴式全自动喷灌机软管卷盘式自动喷灌机1-喷头车；2-PE软管；3-喷头车收取吊架；4-PE软管；5-卷盘；6-卷盘车；7-伸缩支囊式水动力机；8-进水管；9-可调支腿；10-旋转底盘；11-泄水孔管；12-自动排管器；13-支腿平移式喷灌机结构示意图1-中心跨架；2-刚性跨架；3-柔性接头；4-柔性跨架；5-渠道第三节微灌设备一、微灌的种类和微灌系统组成二、微灌设备配套系统一、微灌的种类和微灌系统组成1．微灌的种类滴灌微喷灌小管出流灌渗灌2．微灌系统的组成3．微灌系统的种类2．微灌系统的组成微灌系统由水源、首部枢纽、输配水管网和灌水器以及流量、压力控制部件和量测仪表等组成图微灌系统组成示意图1-水源；2-水泵；3-流量计；4-压力表；5-化肥罐；6-阀门；7-冲洗阀；8-过滤器；9-干管；10-流量调节器；11-支管；12-滴头；13-分水毛管；14-毛管；15-果树；16-微喷头；17-条播作物；18-水阻管；19-滴罐管3．微灌系统的种类根据组成微灌系统的灌水器不同微灌系统也分为滴灌系统、微喷灌系统、小管出流灌系统以及渗灌系统四类。根据配水管道在灌水季节中是否移动，每一类微灌系统可分为固定式、半固定式和移动式。二、微灌设备配套系统1．滴灌系统的组成2．渗灌系统的组成3．脉冲式微灌系统的组成3．脉冲式微灌系统的组成（1）脉冲式微灌系统的组成（2）脉冲式微灌系统工作原理（3）脉冲式微灌系统的功能特点（1）脉冲式微灌系统的组成脉冲式微灌系统由脉冲器总成、供水干管、支管、灌水毛管和喷水器总成，以及连接控制件组成。图脉冲式微灌系统示意图1-脉冲发生器；2-干管；3-支管；4-毛管；5-喷水器（2）脉冲式微灌系统工作原理脉冲式微喷系统的工作过程，是通过将系统充水和瞬间高速喷水两个互为独立的阶段，并自动循环往复完成的（如图）冲水阶段喷水阶段图脉冲式微罐系统工作原理示意图（3）脉冲式微灌系统的功能特点a．灌水均匀度高b．抗堵塞c．系统灌水流量与工作压力可调d．