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淺談灌溉系統(tǒng)的保護(hù)裝置
淺談灌溉系統(tǒng)的保護(hù)裝置 摘要:我國是一個(gè)水資源嚴(yán)重短缺的國家,干旱缺水成為制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素,河北省每年僅缺少保護(hù)裝置就要報(bào)廢1000臺(套)設(shè)施。為了保證灌溉系統(tǒng)的正常運(yùn)行,系統(tǒng)必需安裝必要的保護(hù)裝置。
關(guān)鍵詞:水資源 保護(hù)裝置
我國是一個(gè)水資源嚴(yán)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(jì)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(lǐng)導(dǎo)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(jī)。
針對北方地區(qū),農(nóng)業(yè)缺水更加嚴(yán)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(shè),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(hù)裝置、管理不善。僅缺少保護(hù)裝置這一項(xiàng),僅河北省每年要報(bào)廢1000多臺潛水泵及其配套的輸水管道和設(shè)備,使其不能發(fā)揮其應(yīng)有的節(jié)水優(yōu)勢。
為了確定灌溉系統(tǒng)正常運(yùn)行,系統(tǒng)中必須安裝必要的控制、測量、保護(hù)裝置。如閥門、壓力調(diào)節(jié)器、壓力表、安全閥、逆止閥、進(jìn)排氣閥等,下面闡述保護(hù)裝置的工作原理及選用標(biāo)準(zhǔn)一一述之。
1、 啟動(dòng)設(shè)備
電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流很大,有時(shí)超過額定電流5-7倍,這樣大的電流長時(shí)間通過電機(jī)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(shè)備運(yùn)行。因此采用啟動(dòng)設(shè)備以降低電動(dòng)機(jī)電流,從而保護(hù)泵的電動(dòng)機(jī)和保證其他電器設(shè)備正常進(jìn)行,有三種方式。
a.直接啟動(dòng):當(dāng)電機(jī)功率小于7.5KW或電動(dòng)機(jī)容量與變壓器容量之比小于35%時(shí)。
b.降壓啟動(dòng):當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率大于7.5KW或電動(dòng)機(jī)容量與變壓器容量之比大于35%時(shí),采用星型、三角型啟動(dòng)器,或自耦變壓啟動(dòng)器。
c.電器控制箱:包括電動(dòng)機(jī)降壓啟動(dòng)設(shè)備、短路、單項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)、三項(xiàng)過流、反轉(zhuǎn)保護(hù)裝置與儀器等。其動(dòng)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(shè)備。
2、 閥門
用以控制管道的啟閉與調(diào)節(jié)流量,進(jìn)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(jié)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(dòng)啟閉的閥門,
它使水沿單方向流動(dòng),反方向流動(dòng)時(shí)則自動(dòng)關(guān)閉。通常在水泵出水口安裝逆止閥,以避免停機(jī)時(shí)水倒流沖擊水泵葉輪長時(shí)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(dǎo)致管道形成負(fù)壓遭到破壞。
以一靜水位:H0=35m計(jì) 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(guān)閉時(shí)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(guān)閉水錘,空管啟動(dòng)水泵排氣不暢啟動(dòng)水錘,停泵水錘,經(jīng)常造成管道破裂。
按薄壁管計(jì)算 ρ0=101000N/m2
閥門口最大水錘壓力:Hmax=H0-Z+K2*K4*P3=440m
管道中點(diǎn)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(xiàn)。
·選取標(biāo)準(zhǔn)
① 當(dāng)系統(tǒng)中未設(shè)單項(xiàng)閥時(shí),應(yīng)驗(yàn)算其最高反轉(zhuǎn)速作為檢驗(yàn)水錘依據(jù),以確定管道設(shè)計(jì)壓力(額定工作壓力的1.25倍)
② 管道中點(diǎn)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(jìn)排氣閥
能夠自動(dòng)進(jìn)氣和排氣,有一定壓力能自動(dòng)關(guān)閉。管道輸水時(shí)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(dòng)一部分空氣在管內(nèi)流動(dòng),發(fā)生水力沖擊。
安裝在最高處進(jìn)排氣閥可迅速排除空氣,停泵或關(guān)閥時(shí)又能迅速補(bǔ)充空氣,減少造成對設(shè)備和管道的危害。
噴灌常用型號為KQ42X-10(12)
5、安全部件
①安全閥
上開式安全閥作用是當(dāng)管道的水壓力生高時(shí)自動(dòng)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。
③ 流量調(diào)節(jié)閥
通過自動(dòng)改變過水?dāng)嗝娴拇笮碚{(diào)節(jié)流量。
③減壓閥
類似于流量調(diào)節(jié)閥,用于保證管道內(nèi)工作壓力在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。
6、過濾器
微灌中灌水器出水口在運(yùn)行一段時(shí)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(jìn)行嚴(yán)格凈化處理,是微灌系統(tǒng)正常運(yùn)行,延長灌水器壽命的保證。
常用幾種形式:
① 旋流式水砂分離器(離心式)
適用于:含砂量高的水初級過濾。
特點(diǎn):不能除去與水比重相近和比水輕的有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì),水泵啟動(dòng)和停機(jī)時(shí)效率下降;水頭損失大。
② 砂石過濾器
適合于:有機(jī)物。
特點(diǎn):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(diǎn):比較常見且種類繁多,有機(jī)含量高時(shí),有機(jī)物堵塞“擠出”網(wǎng)進(jìn)入管道造成堵塞。
④ 疊片式過濾器:帶溝槽塑料圓片過濾器。
7、量測設(shè)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(shè)計(jì)正常運(yùn)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(shí)需要清洗的指示器。
參考文獻(xiàn):
1.《水力學(xué)》高等教育出版社.1983.6吳持恭主編
2.《噴灌與微灌設(shè)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(jī)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(yù)防》2001.2慕在華
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