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1、灌溉排水工程学灌溉排水工程学1 12024/8/152024/8/15灌溉排水工程学第四章 灌水方法(4-3-2 喷喷 灌灌)史史 海海 滨滨第四章第四章 灌水方法灌水方法灌溉排水工程学灌溉排水工程学主要内容主要内容第四章第四章 灌水方法灌水方法第三节 喷 灌 引引 言言 三、喷头的种类及其工作原理三、喷头的种类及其工作原理 1. 旋转式喷头旋转式喷头 2. 固定式喷头固定式喷头 3. 孔管式喷头孔管式喷头 四、旋转式喷头的主要水力参数四、旋转式喷头的主要水力参数 1. 影响喷头射程影响喷头射程的的因素因素 2.影响喷灌水量分布的因素影响喷灌水量分布的因素 3. 影响水滴直径的影响水滴直径的因
2、素因素灌溉排水工程学灌溉排水工程学4 42024/8/152024/8/15喷灌：喷灌：是利用一种专门设备，把有压水喷射是利用一种专门设备，把有压水喷射到空中，形成细小雨滴，如同降雨那样湿到空中，形成细小雨滴，如同降雨那样湿润土壤的灌水方法。润土壤的灌水方法。即：喷灌是利用专门设备，模拟降雨进行灌即：喷灌是利用专门设备，模拟降雨进行灌溉的方法。溉的方法。第三节第三节 喷灌喷灌 (Sprinkler Irrigation)第四章第四章 灌水方法灌水方法灌溉排水工程学灌溉排水工程学5 52024/8/152024/8/15主要内容主要内容第四章第四章 灌水方法灌水方法第三节 喷 灌 三、喷头的种类
3、及其工作原理三、喷头的种类及其工作原理 1. 旋转式喷头旋转式喷头 2. 固定式喷头固定式喷头 3. 孔管式喷头孔管式喷头 灌溉排水工程学灌溉排水工程学6 62024/8/152024/8/15三、喷头的种类及其工作原理三、喷头的种类及其工作原理第四章第四章 灌水方法灌水方法第三节第三节 喷灌喷灌 (Sprinkler Irrigation)n n喷头按其工作压力可分为：喷头按其工作压力可分为： a 低压低压：H = 100200KPa (12 atm), Q = 0.3m3/h, R = 514m b 中压中压：H = 200500KPa (25 atm), Q = 0.840m3/h, R
4、 = 1440m c 高压高压：H 500KPa ( 5 atm), Q 40m3/h, R 40m灌溉排水工程学灌溉排水工程学7 72024/8/152024/8/15第四章第四章 灌水方法灌水方法三、喷头的种类及其工作原理三、喷头的种类及其工作原理n n喷头按其喷洒特点可分为：喷头按其喷洒特点可分为： a 旋转式旋转式：喷头以喷出的水膜形式向外喷洒。：喷头以喷出的水膜形式向外喷洒。 b 固定式固定式：喷头以集中射流形式向外喷射，并喷头以集中射流形式向外喷射，并靠水束旋转喷洒。靠水束旋转喷洒。 c 孔管式孔管式: 喷头由一组较小直径的管子组成，喷头由一组较小直径的管子组成，在管子顶部开有小孔
5、（在管子顶部开有小孔（12mm）, 水从小孔中水从小孔中射出。射出。灌溉排水工程学灌溉排水工程学8 82024/8/152024/8/151. 旋转式喷头旋转式喷头根据旋转式喷头的不同旋转方式，可根据旋转式喷头的不同旋转方式，可分为：分为：摇臂式摇臂式、叶轮式叶轮式和和反作用式反作用式3类类1. 旋转式喷头旋转式喷头第四章第四章 灌水方法灌水方法灌溉排水工程学灌溉排水工程学9 92024/8/152024/8/151. 旋转式喷头旋转式喷头(1) 摇摇臂式喷头臂式喷头a 喷头的转动机构是一个装有弹簧的摇臂，喷头的转动机构是一个装有弹簧的摇臂，在摇臂的前端有一个偏流板和一个勺形在摇臂的前端有一个
6、偏流板和一个勺形导水片。导水片。b 喷水前，偏流板和导水片是位于喷咀的喷水前，偏流板和导水片是位于喷咀的正前方正前方c 当开始喷灌时，水舌通过偏流板冲击导当开始喷灌时，水舌通过偏流板冲击导水片水片1. 旋转式喷头旋转式喷头第四章第四章 灌水方法灌水方法灌溉排水工程学灌溉排水工程学10102024/8/152024/8/15d 水流冲击导水片的分力使摇臂转动水流冲击导水片的分力使摇臂转动60120，并把摇臂弹簧扭紧并把摇臂弹簧扭紧e 在摇臂弹簧作用下，摇臂又逐渐回位，并先使在摇臂弹簧作用下，摇臂又逐渐回位，并先使偏流板接触水流偏流板接触水流f 在摇臂惯性力和水舌对偏流板的切向附加力作在摇臂惯性力
7、和水舌对偏流板的切向附加力作用下，摇臂撞击喷体，并使其转动用下，摇臂撞击喷体，并使其转动35度度(1) 摇臂式喷头工作原理摇臂式喷头工作原理第四章第四章 灌水方法灌水方法灌溉排水工程学灌溉排水工程学11112024/8/152024/8/15g 然后进入另一个周期，可使喷头不断旋转然后进入另一个周期，可使喷头不断旋转n n 形成圆形喷灌区形成圆形喷灌区n n 或用或用限位环限位环控制形成控制形成扇形扇形喷灌区喷灌区(1) 摇臂式喷头摇臂式喷头第四章第四章 灌水方法灌水方法灌溉排水工程学灌溉排水工程学12122024/8/152024/8/15n n也称为涡轮蜗杆式喷头也称为涡轮蜗杆式喷头a 靠
8、水冲击叶轮，由叶轮带动转动机构靠水冲击叶轮，由叶轮带动转动机构使喷头旋转使喷头旋转b 由于水舌流速高，叶轮的转速可高达由于水舌流速高，叶轮的转速可高达10002000r/min以上，以上，而喷头要求而喷头要求35r/min的转速，需通过的转速，需通过一级或二级蜗轮蜗杆变速一级或二级蜗轮蜗杆变速c 喷头结构复杂、维修不便，使用不多喷头结构复杂、维修不便，使用不多(2) 叶轮式喷头叶轮式喷头(2) 叶轮式喷头叶轮式喷头第四章第四章 灌水方法灌水方法灌溉排水工程学灌溉排水工程学13132024/8/152024/8/15(3) 反作用式喷头反作用式喷头a 利用水舌离开喷咀时对喷头的反作用直利用水舌离
9、开喷咀时对喷头的反作用直接推动喷管旋转。接推动喷管旋转。b 将喷管弯成一定角度，使得主喷咀水舌将喷管弯成一定角度，使得主喷咀水舌的反作用力不通过水舌的垂直轴，的反作用力不通过水舌的垂直轴，l而形成一定的带动距带动喷管旋转而形成一定的带动距带动喷管旋转(3) 反作用式喷头反作用式喷头第四章第四章 灌水方法灌水方法灌溉排水工程学灌溉排水工程学14142024/8/152024/8/15n n或在喷管的左侧或右侧开一小孔或在喷管的左侧或右侧开一小孔n n小水舌朝与主喷管垂直方向喷出，带动喷管小水舌朝与主喷管垂直方向喷出，带动喷管旋转旋转c 反作用喷头结构简单反作用喷头结构简单d 缺点是若反作用力矩比
10、较大，转动太快，射缺点是若反作用力矩比较大，转动太快，射程极大降低程极大降低n n若反作用力矩比较小，工作就不可靠若反作用力矩比较小，工作就不可靠n n特别是在刚开始喷灌时，使难以启动，需加特别是在刚开始喷灌时，使难以启动，需加限速器限速限速器限速(3) 反作用式喷头反作用式喷头第四章第四章 灌水方法灌水方法灌溉排水工程学灌溉排水工程学15152024/8/152024/8/15(1) 特点特点a 在喷灌过程中，喷头的所有构件是固定不动的，在喷灌过程中，喷头的所有构件是固定不动的，b 而水流是在全圆周或部分圆周向四周喷洒。而水流是在全圆周或部分圆周向四周喷洒。c 固定固定式喷头所需工作水头较低
11、，一般为式喷头所需工作水头较低，一般为H=1530md 雾化效果较好，结构简单，价格便宜。雾化效果较好，结构简单，价格便宜。e 在定位喷洒时，控制面积小，喷灌强度高。在定位喷洒时，控制面积小，喷灌强度高。f 多用于苗圃、公园等地及行走式喷灌系统中多用于苗圃、公园等地及行走式喷灌系统中2. 固定式喷头固定式喷头（其也称作漫射式喷头）（其也称作漫射式喷头）第四章第四章 灌水方法灌水方法2 2. . 固定式喷头固定式喷头灌溉排水工程学灌溉排水工程学16162024/8/152024/8/15a 折射式喷头折射式喷头：n n由喷头散水锥和支架由喷头散水锥和支架组成组成，n n水流由喷嘴喷出，水流由喷嘴
12、喷出，n n遇到散水锥被击散成薄水层沿四周射出，遇到散水锥被击散成薄水层沿四周射出，n n在空气阻力作用下形成细小水滴，在空气阻力作用下形成细小水滴，n n散落在四周地面上。散落在四周地面上。(2) 按按结构形式分类有三种结构形式分类有三种第四章第四章 灌水方法灌水方法a 折射折射式喷头式喷头灌溉排水工程学灌溉排水工程学17172024/8/152024/8/15b 缝隙式喷头缝隙式喷头n在管端开出一定形状的喷水缝隙在管端开出一定形状的喷水缝隙n使水流能均匀地散成细小的水滴使水流能均匀地散成细小的水滴n缝隙与水平面成缝隙与水平面成30角，使水喷的较远角，使水喷的较远第四章第四章 灌水方法灌水方
13、法b 缝隙式喷缝隙式喷n n其工作可靠性较折射式差、易堵塞，其工作可靠性较折射式差、易堵塞，n n所以对水质要求较高所以对水质要求较高n n其结构简单，作制方便，用于扇形喷其结构简单，作制方便，用于扇形喷灌灌灌溉排水工程学灌溉排水工程学18182024/8/152024/8/15c 离离心式喷头心式喷头 由喷管与带咀的蜗形外壳组成由喷管与带咀的蜗形外壳组成第四章第四章 灌水方法灌水方法c 离心式喷头离心式喷头n n水流顺蜗壳内壁表面的切线方向进入水流顺蜗壳内壁表面的切线方向进入蜗壳蜗壳n n使水流绕垂直轴旋转使水流绕垂直轴旋转n n使经喷咀射出的水膜同时具有离心速使经喷咀射出的水膜同时具有离心
14、速度和圆周速度度和圆周速度灌溉排水工程学灌溉排水工程学19192024/8/152024/8/153. 孔管式喷头孔管式喷头a 喷头由一组较小直径的管子组成，喷头由一组较小直径的管子组成， 在管子顶部开有小孔（在管子顶部开有小孔（12mm）, 水从小水从小孔中射出。孔中射出。b 水流朝一个方向喷出，并有自动摆动器，水流朝一个方向喷出，并有自动摆动器，使管孔往复摆动。使管孔往复摆动。第四章第四章 灌水方法灌水方法3. 孔管式喷头孔管式喷头主要内容主要内容第四章第四章 灌水方法灌水方法第第 三三 节节 喷喷 灌灌 四、旋转式喷头的主要水力参数四、旋转式喷头的主要水力参数 1. 影响喷头射程影响喷头
15、射程的的因素因素 2.影响喷灌水量分布的因素影响喷灌水量分布的因素 3. 影响水滴影响水滴直径直径的的因素因素灌溉排水工程学灌溉排水工程学21212024/8/152024/8/15四、旋转式喷头的主要水力参数四、旋转式喷头的主要水力参数设计优良的喷头应具备：设计优良的喷头应具备：n n结构简单、工作可靠结构简单、工作可靠n n满足喷灌的技术要求，满足喷灌的技术要求，n n即使喷灌强度小于土壤入渗率，即使喷灌强度小于土壤入渗率，第四章第四章 灌水方法灌水方法四、旋转式喷头的主要水力参数四、旋转式喷头的主要水力参数l水滴直径细小和喷洒均匀度高。水滴直径细小和喷洒均匀度高。l在同样工作压力，相同流
16、量下射程最远在同样工作压力，相同流量下射程最远灌溉排水工程学灌溉排水工程学22222024/8/152024/8/151. 1. 影响喷头射程的因素影响喷头射程的因素喷头的射程主要取决于：喷头的射程主要取决于：喷头的射程主要取决于：喷头的射程主要取决于：a a 工作压力工作压力工作压力工作压力 b b 流量流量流量流量 c c 喷射仰角喷射仰角喷射仰角喷射仰角 d d 喷咀形状喷咀形状喷咀形状喷咀形状 e e 喷管结构喷管结构喷管结构喷管结构 f f 稳流器稳流器稳流器稳流器 g g 旋转速度旋转速度旋转速度旋转速度 h h 粉碎机构粉碎机构粉碎机构粉碎机构 i i 风等风等风等风等第四章第四
17、章 灌水方法灌水方法1. 影响影响射程射程的因素的因素灌溉排水工程学灌溉排水工程学23232024/8/152024/8/15(1) 工作压力工作压力H和喷咀直径和喷咀直径d在喷射仰角为在喷射仰角为30时，喷咀前压力时，喷咀前压力H、喷咀、喷咀直径直径d与射程的与射程的R关系如图关系如图（图（图3-12 ）a 当喷咀直径当喷咀直径d一定时，射程一定时，射程R随压力随压力H增大而增大而增大，直到达到极限为止。增大，直到达到极限为止。第四章第四章 灌水方法灌水方法1、影响喷头射程的因素、影响喷头射程的因素b 不同喷咀不同喷咀d时，压力时，压力H相同时，喷咀相同时，喷咀d愈大，愈大，极限射程极限射程
18、R也越大。也越大。HRdRc 所以，仅靠单纯的增加压力所以，仅靠单纯的增加压力H或喷咀或喷咀d都都不能有效的增大射程不能有效的增大射程R灌溉排水工程学灌溉排水工程学24242024/8/152024/8/15d 喷咀流量喷咀流量：流量系数，流量系数， = 0.850.95f 喷咀过水面积（喷咀过水面积（m2）, f =d2/4 每个喷头消耗的功率为：每个喷头消耗的功率为：h喷咀前压力（喷咀前压力（m）第四章第四章 灌水方法灌水方法1、影响喷头射程的因素、影响喷头射程的因素(m3/s)(KW)(KW)所以，所以，N一定时，须一定时，须合理搭配合理搭配 H与与d (q)，才能获得理想的才能获得理想
19、的R灌溉排水工程学灌溉排水工程学25252024/8/152024/8/15第四章第四章 灌水方法灌水方法1、影响喷头射程的因素、影响喷头射程的因素(2) 喷喷射仰角射仰角a 固体在空中喷射以固体在空中喷射以45时时为最远。为最远。b 水舌在空中喷射仰角水舌在空中喷射仰角与射程与射程R的关系则的关系则不同，不同，=2832时，时，R最远最远c 通常喷头仰角都采用通常喷头仰角都采用=30 灌溉排水工程学灌溉排水工程学26262024/8/152024/8/15(3) 转速转速a 喷头固定不动时射程最大喷头固定不动时射程最大;b 当喷头以当喷头以23 min/r的速度旋转时，射程减少的速度旋转时，
20、射程减少1015%，R 越大减少的百分数越大。越大减少的百分数越大。c 转速越大减少的百分数也越大。转速越大减少的百分数也越大。d 中射程喷头一般中射程喷头一般13 min/r, 对于远程喷头为对于远程喷头为35min/r。e 转动太慢，又会使水舌在雨幕范围之内的点转动太慢，又会使水舌在雨幕范围之内的点喷灌强度喷灌强度i远大于平均喷灌强度，造成局部远大于平均喷灌强度，造成局部的积水和径流。的积水和径流。第四章第四章 灌水方法灌水方法1、影响喷头射程的因素、影响喷头射程的因素灌溉排水工程学灌溉排水工程学27272024/8/152024/8/15(4) 水水舌性状舌性状a 使从喷咀喷出来的水舌掺
21、气少，表面光滑，且使从喷咀喷出来的水舌掺气少，表面光滑，且水舌内的水流紊动少，能使水舌射程足够远水舌内的水流紊动少，能使水舌射程足够远b 一般在喷咀之前装上稳流器，以保持水舌具有一般在喷咀之前装上稳流器，以保持水舌具有较好的性状。较好的性状。c 为减小水滴直径，常在喷咀前加粉碎针，将水为减小水滴直径，常在喷咀前加粉碎针，将水舌划破，提前掺气，舌划破，提前掺气，水舌的粉碎过程同时也影响射程，所以控制水水舌的粉碎过程同时也影响射程，所以控制水滴大小与保证射程相矛盾。滴大小与保证射程相矛盾。第四章第四章 灌水方法灌水方法1、影响喷头射程的因素、影响喷头射程的因素灌溉排水工程学灌溉排水工程学28282
22、024/8/152024/8/15d 一般情况射程一般情况射程H咀咀 喷咀前压力水头（喷咀前压力水头（m）d 喷咀直径（喷咀直径（mm）第四章第四章 灌水方法灌水方法1、影响喷头射程的因素、影响喷头射程的因素灌溉排水工程学灌溉排水工程学29292024/8/152024/8/152.2.影响影响喷灌水量分布喷灌水量分布的因素的因素(1) 工作压力工作压力a 如果压力适中，水量分布曲线近似一个如果压力适中，水量分布曲线近似一个等腰三角形等腰三角形第四章第四章 灌水方法灌水方法2. 影响喷灌水量分布的因素影响喷灌水量分布的因素b 压力过低时，水舌粉碎不足，水量大部分压力过低时，水舌粉碎不足，水量大
23、部分分布在远处，中间水量少，呈轮胎形分布分布在远处，中间水量少，呈轮胎形分布c c 压力过高时，水舌过分粉碎，水滴太小，压力过高时，水舌过分粉碎，水滴太小，射程不远，呈射程不远，呈马鞍形分布马鞍形分布灌溉排水工程学灌溉排水工程学30302024/8/152024/8/15(2) 喷头的布置形式和间距喷头的布置形式和间距n n 其直接影响到喷灌系统的水量分布；其直接影响到喷灌系统的水量分布；n n 需根据实践确定或计算确定需根据实践确定或计算确定(3) 风向风力风向风力n n由于风的影响，喷头附近水量集中，喷由于风的影响，喷头附近水量集中，喷洒范围沿风向变成椭圆形洒范围沿风向变成椭圆形n n布置
24、喷头时应适当加密喷头，以抵消风布置喷头时应适当加密喷头，以抵消风的影响的影响第四章第四章 灌水方法灌水方法2、影响喷灌水量分布的因素、影响喷灌水量分布的因素灌溉排水工程学灌溉排水工程学31312024/8/152024/8/153. 影响水滴直径的因素影响水滴直径的因素n n 主要受工作压力主要受工作压力H和喷咀直径和喷咀直径dn n 及粉碎机构和转速的影响及粉碎机构和转速的影响n n d相同时，平均水滴直径与压力成反比相同时，平均水滴直径与压力成反比n n H相同时，平均水滴直径与相同时，平均水滴直径与d成正比成正比n n可用雾化指标来估计水滴粒径分布的优劣可用雾化指标来估计水滴粒径分布的优
25、劣第四章第四章 灌水方法灌水方法3. 影响水滴直径的因素影响水滴直径的因素H (m)d (m)灌溉排水工程学灌溉排水工程学32322024/8/152024/8/15一般认为一般认为: 当当Pd 1.5 3.5时，喷头的水滴粒径分时，喷头的水滴粒径分布合乎要求布合乎要求根据以上参数间的关系，可通过改变某根据以上参数间的关系，可通过改变某些参数使喷灌水能满足作物的要求些参数使喷灌水能满足作物的要求如在幼苗期加大喷头压力如在幼苗期加大喷头压力或改用小喷咀使水滴直径变小或改用小喷咀使水滴直径变小第四章第四章 灌水方法灌水方法3、影响水滴直径的因素、影响水滴直径的因素灌溉排水工程学灌溉排水工程学333
26、32024/8/152024/8/15半固定式喷灌系统示意图半固定式喷灌系统示意图水源水源工程工程干管干管支管支管竖管竖管喷头喷头干管固定埋在干管固定埋在冻层之下，支冻层之下，支管与竖管、喷管与竖管、喷头可移动头可移动摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头摇臂式喷头导水片受力使导水片受力使摇臂打开摇臂打开偏流板受力使摇臂复位偏流板受力使摇臂复位并使喷头旋转并使喷头旋转35进入第二次循环进入第二次循环导水片受力使摇导水片受力使摇臂再次打开臂再次打开叶轮式喷头叶轮式喷头灌溉排水工程学灌溉排水工程学43432
27、024/8/152024/8/15叶轮式喷头叶轮式喷头灌溉排水工程学灌溉排水工程学44442024/8/152024/8/15叶轮式喷头叶轮式喷头叶轮式喷头叶轮式喷头反作用式喷头反作用式喷头折射折射式式喷头喷头灌溉排水工程学灌溉排水工程学48482024/8/152024/8/15折射折射式式喷头喷头折射式喷头折射式喷头第四章第四章 灌水方法灌水方法b 缝隙式缝隙式喷喷头头灌溉排水工程学灌溉排水工程学51512024/8/152024/8/15第四章第四章 灌水方法灌水方法c 离心式离心式喷喷头头灌溉排水工程学灌溉排水工程学52522024/8/152024/8/15第四章第四章 灌水方法灌水
28、方法孔管式喷头孔管式喷头第四章第四章 灌水方法灌水方法图图3-12 喷射仰角为喷射仰角为30时，喷咀前压力时，喷咀前压力H、喷、喷咀直径咀直径d与射程的与射程的R关系图关系图20406080140射程射程R(m)1086420喷嘴前压力喷嘴前压力H(kg/cm2)H/R=1.671.251.00.620.830.725101520 25 30405075第四章第四章 灌水方法灌水方法水舌分布图水舌分布图灌溉排水工程学灌溉排水工程学55552024/8/152024/8/15第四章第四章 灌水方法灌水方法水舌分布图水舌分布图喷灌水量分布喷灌水量分布第四章第四章 灌水方法灌水方法压力低压力低压力高压力高压力适中压力适中
