《2022年节水灌溉机械化技术 教学资源 山丘区喷管系统设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年节水灌溉机械化技术 教学资源 山丘区喷管系统设计.docx（12页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、2022年节水灌溉机械化技术 教学资源 山丘区喷管系统设计山丘区喷管系统设计 我国山丘区的耕地面沾全国总耕地面积的比重较大,但是受多种因素影响,这部地的浇灌问题至今没有得到较好的解决。喷灌自身的特点确定了它是解决这部分耕地浇灌问题的好方法之一。 山丘区喷灌系统的类型与组合 山丘区地形起伏较大，不宜采纳渠道输水浇灌的形式，但是山丘区有较大的自然水头，可以利用水头落差发展喷灌。 根据喷灌系统取得水压力的方式，可分为利用自然落差的自压喷灌和运用水泵加压的机压喷灌两种基本形式。另外，还可以将自压和机压结合组成喷灌系统 自压喷灌系统 自压喷灌指水源位置在灌区上方，水源来水流量和自然落差形成的水头均可满意
2、喷灌的要求，可利用水源干脆向压力管道供水进行喷灌。这类系统不需水泵加压，投资相对削减，运行费用很少，是山区最相宜发展的喷灌形式。当水源位置较远时，可通过引水管道或渠道将水引至灌区;当来水流量较小时，可在灌区上方相宜位置修建蓄水池进行调蓄。 机压喷灌系统 水源的来水流量可以满意喷灌要求，但水源位置低于灌区，须要水泵提水和加压时，可在水源处修建泵站，提水加压。 机压喷灌系统也可以结合详细状况在水源地和灌区修建引水工程和蓄水工程，组成不同形式的引、蓄、提结合的喷灌系统。 自压喷灌系统设计的特点 自压喷灌系统中喷头的工作压力和各级管道的水力损失都靠地形落差供应和补偿，不需耗油或耗电，运行费用相当小。由
3、于地形落差形成的压力有限制，故系统的压力限制较机压喷灌系统困难。所以，自压喷灌系统设计应在满意喷灌质量的前提下，重点保证系统的平安牢靠，同时尽量使运行操作便利、利于管理。 对地形高差的基本要求 发展自压喷灌，要有一肯定的地形落差。为了满意喷头工作压力的要求，水源水位与灌区地面就应有足够大的高差。一般喷灌系统的喷头工作压力都不低于200 kPa,加上竖管高和各种水头损失，要求地形落差至少应有30 m。假如水源与灌区没有那么大的地形高差，就不能实现完全的自压喷灌，需用水泵补充加压。 地面坡度对各级管道的影响 竖管的高度取决于作物的高矮，一般应安装成铅垂状， 假如地面倾斜，可允许竖管在肯定限度内倾斜
4、。国家标准旋转式喷头试验方法(GB 5673.3-85)中规定，允许旋转式喷头的竖管与铅垂线夹角不超过10。 支管尽可能地沿 李高线布置，这时，地面坡度对其影响不大:少数状况下。顺坡布置支管.则管径可以小些。或管道可以长些。逆坡支管只在不得已时采纳，这时文管长度应适当缩短。 分干管一般应顺坡向下布置，这时，可利用地形落差补偿水头损失，从而使管径减小。 干管通常沿等高线布置，这时地面坡度影响不大，有时沿山脊或缓坡向下布置，亦可利用地形落差补偿水头损失。 水源到灌区的输水主干管必需满意下一级管道所需的人口压力。由灌区设计可得到要求的输水主干管末端压力，而从水源到灌区亦即输水主干管首末端的地形高差扣
5、除输水水头损失必需大于此值。在获得相同压力的状况下，假如地面坡度陡，则输水管较短，或可用较小的管径。所以，最志向的发展自压喷灌的地形是水源至灌区地面坡度较陡，而灌区内地面较平坦，即前陡后平的地形。 输水主干管设计 设输水主干管人口处的压力水头为零，在确定了输水主干管的管径、流量和己知地面坡度的状况下， 则可按下式计算输水主干管长度 式中L一输水主干管长度，m; Hm一管末端须要的压力水头，m; i一沿管线地面坡度 ; Q一输水主干管内通过的流量，m3/h; D一输水主干管内径，mm; f、m、b-系数和指数，可查表5-1。 依据输水主干管的长度L,计算输水主干管的亩投资，通过分析确定在该地面坡
6、度的状况下发展自压喷灌是否经济合理。同样，还可依据式(6-10) 在确定输水主干管长度时推算管径，仅需变换公式的形式而已。 自压喷灌系统的管道布置 布置原则 前述一般喷灌系统的管道布置原则，也适用于自压喷灌系统，但在布置自压系统的管道时，还应考虑以下几点: 自压喷灌系统的管道布置应以地形、地势为主要因素，支管应尽量沿等高线布置，给支管配水的分干管或干管应尽量垂直等高线下坡布置。 要充分利用落差造成的自然水头，在地势较高、喷灌压力不足的地方，可采纳水泵增压或布置部分工作压力较低的微灌以扩大浇灌面积。 各级管道，尤其是固定的地埋管道，应避开在滑坡地带或地基不稳定的地区通过。 自压喷灌系统的形式以固
7、定、半固定式为宜。 有条件时，应结合农村生活用水、小水力发电站用水、乡镇工业副业用水等发展自压喷灌。 2不同地形管道系统布置 山区地形地貌困难，往往不能用单一的基本布置解决管道系统的布置问题。下面介绍几种典型地形地貌条件下的管系布置方法。 河谷山坡地。山脊河谷的浇灌地块般分布在两侧山坡上，其特点是地面坡度陡、相对高差大。管道系统应以山梁、山坡为单元考虑管系的布置和管道分级。 河谷山坡地的管道系统布置的一般规律是将输水主干管与干管沿山脊布置，配水干管垂直等高线或与等高线斜交，限制两侧山坡地。在山腰盘山渠道以下的灌面，可利用水渠与浇灌地块的落差，自成单元，解决浇灌问题。 丘陵地。丘陵地的地块般比较
8、零碎， 地形坡度改变较大， 且多有沟槽切割。管道系统应以山脊为单元进行布置，输水干管沿山脊线布置，分干管斜插或顺坡布置。 (三)自压喷灌系统的压力分区 在浇灌地块大、管道长、坡度陡的自压喷灌系统中，顺坡的干管首末两端压力相差甚大，若按种喷头工作压力设计， 不能适应压力改变。若选用较小的工作压力， 其限制面积大，但有部分水头需用人工消退，水头的利用率低;若选用较高的工作压力，水头利用率提高了，但限制面积小。因此，应进行压力分区，在不同的地段采纳不同的工作压力，以充分利用自然水头，提高喷灌效益和降低设备投资。在确定压力分区时须要进行多方面比较，主要考虑以下几个方面: 各压力区的设计水头需与喷头的工
9、作压力相适应;在同一压力区内，应选同一 工作参数的喷头。 压力分区不宜过多，每区限制面积不宜过小，并需与喷灌作业区相协调。面积较大的灌区，以分23个压力区为宜。 应尽量利用各区内的剩余水头，抵偿干管的水头损失，以减小干管管径。(4)干管中水流的流速应有限制，以保证系统的平安。一般状况下，流速不应超过3 m/s，输水主干管或承压实力较低的管道，流速不应超过2.5 m/s。 自压喷灌系统的减压设施 当自压喷灌系统输水或配水管道很长，沿管线的地形坡度又很陡时，管内的压力水头愈往下愈大，往往超过管道本身的承压实力，这时必需实行减压措施以保证平安。国内目前采纳比较广泛的方法是设减压池。依据配水方式的不同
10、，分为减压续灌和减压轮灌两种措施。 1.减压续灌 减压续灌是由水源干脆通过减压池同时向各小区供水，如图6-6 所示。在水源位置和管系布置确定后，即可依据管道的允许压力、支管人口压力及地形条件，确定各小区的范围和减压池的位置。 设第1小区的上边界高程为z下边界高程为zu， 则 ZIa = zo-Hl1-hw1 (6-11) 式中z0一水源设计水位，m; H11一第1 小区要求的支管人口压力水头，m; Hw1-水源到第1小区上边界干管的水头损失，m。 为充分利用自然水头，削减进人灌区之前的输水压力损失，同时避开较大地增大管径，本段管道水头损失以限制在支管人口压力的5% 15%为宜，这样式(6-11
11、) 可改写为 Z1a=Z0-H11 设进人第1小区前的平均地面坡度为in，则进入第1小区前干管段的长度为 L1=(Z0-Z1a)il1 (6-13) 设管道的允许压力水头为H,则第1小区下边界高程为 Z1b=Z0-H1 依据水源至第1小区末干管沿线的平均地面坡度in,可求得第1小区干管总长 L1=H1il1 同理，可求得一下各小区边界高程，干管长和减压池位置。 2.减压轮灌 减压轮灌时，减压池位置和小区边界的确定与续灌时相同。减压轮灌的运行依次如图6-7所示。 减压轮灌的运行依次 a区喷灌:关闭闸阀b、C1、d,开启闸阀a，由水源干脆向a区供水喷灌。 (2) b区喷灌:关闭闸阀a、b2、C2、
12、d，开启闸阀b、C1、 d、a2,水流自水源经减压池I输至b区喷灌。 c区喷灌:关闭闸阀a、a2, 开启闸阀b、C、d、b2、C2、d2,水流经减压池I和减压池II输至c区喷灌。 管道设计 1.灌水方式 在自压喷灌系统中，支管一般都是轮灌，而配水管则为续灌。当只有一个压力区、限制面积又比较小时，可以同时灌几条支管;当有两个或两个以上压力区时，应将其再分为几个作业区，各作业区的支管同时轮溜。作业区的划分应满意以下要求: (1)作业区的范围在同一压力分区内; (2)同-压力分区内的各作业区面积大致相等; (3)作业区的划分避开与作物种植产生冲突; (4)作业区内的支管、喷头等设备的规格和性能参数相
13、同。 2.管道的设计压力 1)设计压力 设计压力是指管道按设计要求运行时的水压力。设计压力依据喷头工作压力和管道水头损失求出，是指导系统运行的水压力。 2）最大设计压力 最大设计压力是指管道系统充溢水无流量时的静水压力，用来校核管道耐压实力和进行小区减压计算。 3）校核压力 校核压力是指开关阀门时产生的水锤压力，用以校核管道在产生水锤时是否平安。3.管径选择和水力计算 3.管径选择和水力计算 自压喷灌系统各级管道的管径选择，除支管外均与般管道式喷灌系统有所区分，而且在自压喷灌系统中，同为顺坡向下铺设的管道，输水管和配水管的管径选择也不一样。自压喷灌系统的管道水力计算与一般管道式喷灌系统基本相同
14、，只是自压喷灌系统的水力计算须要结合减压区、压力区和作业区的划分进行。 输水干管的管径选择 管径选择的原则是在满意干管末端压力要求的前提下使其设备亩投资最小。当地面坡度不大于30%时，其管径的计算可采纳下式 D = Kp(Q/i)1/b 式中 D一输水主干管的经济管径(内径)，mm; i一沿管线地 面坡度; Kp、m、b-系数和指数，见表6-1; 其余符号意义同前 表6-1 管材的系数和指数 2）顺坡配水干管(或分干管)的管径选择 配水管要保证下一级管道的人口压力，所以对顺坡管来说，既须要利用地形落差抵偿水头损失，不使上级管道增加压力水头，又要不使下面的管道人口压力增高，因此最好的方法是使水力
15、坡降与地面坡度相等，此时其管径即为经济管径，用公式表示为 D = K,(Q/i)1/b 式中 D一自压系统顺坡配水管的经济管径(内径)， mm; Kp一系数，可查表6-1； 其余符号意义同前。 3）配水管沿等高线布置时的管径选择 配水管沿等高线布置时，这级管径选择应当与输主干管井考虑，目前惯的微庆起这杯不同管径组合进行方案比较。当输水主干管未箱压力受条件限制不能变更时，可依据管末端压力要求和输水主干管末端压力差反来管径。 三山丘区机压喷灌系统设计要点 山丘区机压喷灌系统设计的内容、步骤和方法与平原区基本-一样，但山丘区的机压系统除供应喷头工作压力外，很大程度上加压是用于克服水源和灌区间的地形高
16、差，管道系统的布置也有所不同。 单级提水加压 单级提水加压适用于地形高差不大、面积较小的坡地或局部高地。管系一般由干管、支管两级组成，泵站布置在水源处，一次提水加压向干管供水。 分级提水加压 对于地形高差大，且超过管道承压实力的坡地，应将管系分区布置，划分的依据是高程和浇灌面积，如图6-8所示。由图中可以看出，水源泵站只起提水作用，一区、二区扬水站一方面需给本站的干管加压供水，另一方面还要向上面一级扬水站提水，而最终一区，也就是最上面的扬水站，则只对本区干管加压供水。对于兼顾提水和加压的扬水站，可以分泵各自专用;在提水高度和干管所需水头相近时亦可由同-水泵兼顾，但此时只能各区轮灌。 利用自然水头补充增压 利用自然水头补充增压适用于自压喷灌区以上的浇灌地块，其特点是水泵起补充增压的作用。这时常与自压系统共用干管，系统的布置与自压区一并考虑。 自压与机压结合的喷灌系统是山区常见的形式，其管道系统的布置比较困难，但可充分利用自然水头，扩大喷灌面积，效益是明显的。 第12页 共12页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页第 12 页 共 12 页