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灌溉系统的保护装置
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-01-11 10:24:23

 我国是一个水资源严重短缺的国家,人均水资源占有量排在世界109位,仅为世界平均水平1/4。随着经济的发展,农业供水矛盾日益突出,干旱缺水成为制约我国农业发展的重要因素。因此,国家领导和全民根据国情提出多种节水灌溉模式,以解决农业发展的危机。

  针对北方地区,农业缺水更加严重,人均水资源略占南方的1/4,从1998-2000年,国家共投资2000多亿搞农田水利建设,初步发挥了其作用,缓解农业用水矛盾。但其中也出现不少问题,其中犹为突出是:缺少必要的保护装置、管理不善。仅缺少保护装置这一项,仅河北省每年要报废1000多台潜水泵及其配套的输水管道和设备,使其不能发挥其应有的节水优势。
  为了确定灌溉系统正常运行,系统中必须安装必要的控制、测量、保护装置。如阀门、压力调节器、压力表、安全阀、逆止阀、进排气阀等,下面阐述保护装置的工作原理及选用标准一一述之。
 
1、 启动设备
  电动机启动时电流很大,有时超过额定电流5-7倍,这样大的电流长时间通过电机绕组会将其烧坏,而且还会使电网降压很大而影响其他电器设备运行。因此采用启动设备以降低电动机电流,从而保护泵的电动机和保证其他电器设备正常进行,有三种方式。
  a.直接启动:当电机功率小于7.5KW或电动机容量与变压器容量之比小于35%时。
  b.降压启动:当电动机功率大于7.5KW或电动机容量与变压器容量之比大于35%时,采用星型、三角型启动器,或自耦变压启动器。
  c.电器控制箱:包括电动机降压启动设备、短路、单项运转、三项过流、反转保护装置与仪器等。其动作灵敏可靠,容易调整,其操作安装安全方便,是潜水泵理想电器配套设备。
 
2、 阀门
  用以控制管道的启闭与调节流量,进而控制管道压力。灌溉系统基本采用低压阀门,常用有闸阀、蝶阀、截止阀等,目前首部采用法兰联结方式为多。
 
3、逆止阀(拍门)
  逆止阀又叫止回阀,是一种根据前后的压差而自动启闭的阀门,
  它使水沿单方向流动,反方向流动时则自动关闭。通常在水泵出水口安装逆止阀,以避免停机时水倒流冲击水泵叶轮长时间反转,造成潜水泵非正常磨损,减少寿命。在怀来县二堡子村大田喷灌工程中由于缺少逆止阀,导致管道形成负压遭到破坏。
  以一静水位:H0=35m计 管径为(外径):D=110mm
  流量:Q=40m3/h流速:v=1.33m/s
  管道长度:L=500m为例说明其危害
  ·冲击方面影响
  冲击波传播速度:a=a0/(1+K*D/(E*D/2))1/2=304.1m/s
  关闭时间:Ts=2*L/a=3.3s一般情况下大于5s不予考虑
  任意流速断面的过水能量方程:p1=40m,p2=10m, Z1=Z2
  Z1+ p1/γ+v12/2g=Z2+p2/γ+ v22/2g
  求出V2=24m/s,可见高速反冲水泵叶轮。
  最高逆转速:Nmax=K3*K5*P5*N0=1.7N0
  ·水锤
  由于管道内压力水的流速急剧变化,而引起管道中水压力突然增高或降低这种现象叫做水锤现象。
  按产生原因分关闭水锤,空管启动水泵排气不畅启动水锤,停泵水锤,经常造成管道破裂。
  按薄壁管计算ρ0=101000N/m2
  阀门口最大水锤压力:Hmax=H0-Z+K2*K4*P3=440m
  管道中点处最大水锤压力:H1max=Hc+Z1+K2*K4*P1*H0=180m
  其中参数P3、P4、P5、Z、Z1、K2、K3、K4、K5见参考文献。
  ·选取标准
  ① 当系统中未设单项阀时,应验算其最高反转速作为检验水锤依据,以确定管道设计压力(额定工作压力的1.25倍)
  ② 管道中点出现的最低压力Hmin值是否低于该处的汽化压力,如果低于,则出现水柱分离现象。
 
4、进排气阀
  能够自动进气和排气,有一定压力能自动关闭。管道输水时在最高位置和隆起地方会积累一部分空气。一方面影响过水面积;另一方面水流速度大,又会带动一部分空气在管内流动,发生水力冲击。
  安装在最高处进排气阀可迅速排除空气,停泵或关阀时又能迅速补充空气,减少造成对设备和管道的危害。
  喷灌常用型号为KQ42X-10(12)
 
5、安全部件
  ①安全阀
  上开式安全阀作用是当管道的水压力生高时自动开放,以防止水锤事故,一般通过泻水完成。
  上开式安全阀主要有弹簧式和杠杆式,常见为弹簧式。
  ③ 流量调节阀
  通过自动改变过水断面的大小来调节流量。
  ③减压阀
  类似于流量调节阀,用于保证管道内工作压力在设计范围内。
 
6、过滤器
  微灌中灌水器出水口在运行一段时间后容易被污物、杂质、沉淀物堵塞,影响工程总体效益发挥。因此对灌溉水源进行严格净化处理,是微灌系统正常运行,延长灌水器寿命的保证。
  常用几种形式:
  ①旋流式水砂分离器(离心式)
  适用于:含砂量高的水初级过滤。
  特点:不能除去与水比重相近和比水轻的有机质等杂质,水泵启动和停机时效率下降;水头损失大。
  ② 砂石过滤器
  适合于:有机物。
  特点:成本高,清洗不方便。
  ③ 筛网式过滤器
  适用于:过滤粉粒、沙和水垢等污物。
  特点:比较常见且种类繁多,有机含量高时,有机物堵塞“挤出”网进入管道造成堵塞。
  ④ 叠片式过滤器:带沟槽塑料圆片过滤器。
 
7、量测设备
    压力表是灌溉系统中不可缺少的量册仪器,可反映系统是否按设计正常运行。特别是过滤器前后的压力表,反映过滤器堵塞程度及何时需要清洗的指示器。
 
参考文献:
1.《水力学》高等教育出版社.1983.6吴持恭主编
 
2.《喷灌与微灌设备》中国水力水电出版社1999.3.郑耀全、李光永等
 
3.《潜水电泵的使用与维修》机械工业出版社1995.李世辉等
 
4.《节水灌溉—喷灌系统水锤及其预防》2001.2慕在华

 

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