第二章　轻小型移动式喷灌机组设备

第一节　概述

喷灌设备又称喷灌机具，是用于喷灌的动力机、水泵、管材、喷头等机械和电气设备的总称，简称“机、泵、管、头”。

一、喷灌用水泵

水泵是喷灌工程中的重要设备之一，其作用是给灌溉水加压，使喷头获得必要的工作压力。除少数利用自然高程差的农业自压喷灌工程或借用城镇自来水系统的园林喷灌工程外，其余大多数喷灌工程都需要配置水泵。喷灌工程常用的水泵是中小型离心泵、自吸式离心泵和潜水电泵。

水泵应根据灌区水源条件、动力资源状况及喷灌系统的设计流量和设计水头等因素，通过技术经济对比，择优确定。

二、喷灌管材及附属设备

（一）管道

管道是喷灌系统的主要组成部分。按其使用条件可分为固定管道和移动管道两类。对喷灌用管道的要求是：能承受设计要求的工作压力和通过设计流量，且不造成过大的水头损失，经济耐用，耐腐蚀，便于运输和施工安装。对于移动式管道还要求轻便、耐撞击、耐磨和能经受风吹日晒。由于管道在喷灌工程中需要的数量较多，占投资比重大，因此，必须因地制宜、经济合理地选用管材和附件。

1.固定管道

喷灌中常用的固定管道种类有：铸铁管、钢管、钢筋混凝土管、塑料管（硬管）等。

（1）铸铁管。可承受内水压力大，工作可靠，使用寿命长，其缺点是价格较高、管壁厚、重量大、不能经受较大的动载荷。铸铁管的接头多，有油麻石棉水泥承插接头、膨胀性填塞料接头和法兰接头等形式。在长期输水后，由于管内壁产生锈瘤，使内径逐渐变小，阻力增大，从而降低其过水能力。

（2）钢管。其优点是承压能力大，工作压力一般都大于1MPa，具有较强的韧性，能承受动载荷，管件齐全。缺点是价格高、易腐蚀。

（3）钢筋混凝土管。分为自应力钢筋混凝土管和预应力钢筋混凝土管两种，其优点是寿命长、不易生锈腐蚀、安装施工简便。缺点是自重大、运输不便、耐撞击性差等。

（4）塑料管（硬管）。其优点是耐腐蚀，使用寿命长，重量小，搬运容易，管壁光滑，水力性能好，过水能力稳定，有一定的韧性。缺点是高温容易软化，低温变脆，工作压力不稳定，膨胀系数大等。喷灌中通常选用以下塑料管材。聚氯乙烯管（PVC管）抗冲击强度高，表面硬度大，生产加工简单，但耐热性差。聚乙烯管（PE管）具有很高的抗冲击强度，重量轻，柔韧性较强，低温性能好，但强度较低，不耐磨，耐高温性较差。

2.移动管道

喷灌系统的移动管道由于需要经常移动，除要满足喷灌用的一般要求外，还必须轻便、拆装方便，耐磨、耐撞击，能经受风吹日晒。常用的移动管有铝合金管和镀锌薄壁钢管。铝合金管强度较高，重量轻，耐腐蚀，搬运方便，在正常情况下使用寿命可达15～20年左右。缺点是价格较高，管壁薄，容易碰瘪。镀锌薄壁钢管重量轻，能承受较大的工作压力，韧性强，不易断裂，耐腐蚀性强，水力性能好。缺点是价格较高，抗冲击力差，耐磨性不及钢管。国产镀锌薄壁钢管的镀锌工艺不太过关，镀层不均匀，易腐蚀，故目前使用较少。

（二）附属设备

管道附属设备是指管道系统中的控制件和连接件，它们是管道系统不可缺少的配件。

1.控制件

控制件是根据要求来控制管道系统中水流的流量和压力，保证管道系统的安全运行。喷灌工程中常用的控制件有闸阀、球阀、蝶阀、截止阀、电磁阀、安全阀、进排气阀、减压阀、止回阀、排污阀、限流阀、水锤消除器、浮球阀等。阀门种类很多，可以根据不同的需要选择不同的阀门。例如球阀用来控制喷头的开启或关闭；安全阀是为了防止发生水锤事故；减压阀是当管道内的水压超过规定的工作压力时，自动打开降低压力；空气阀的作用是当管道内存有空气时，自动打开通气口等。

2.连接件

连接件的作用是根据需要将管道连接成管网，也称为管件，如弯头、三通、四通、异径管、堵头等。不同的管材使用不同的管件，如铸铁管有承插和法兰两种连接方式，所用管件各不相同。塑料管的管件通常由生产厂家研制配套供应，钢管管件通常都是根据需要自行焊接。

三、喷头

喷头的结构和水力性能在很大程度上决定了喷灌系统的灌溉质量。合理的喷头结构不仅对喷灌水量的均匀分布有重要作用，而且能够降低喷头工作压力，降低能耗。喷头的种类很多，可按不同的方式对喷头进行分类。

1.按工作压力分类

按工作压力可分为低压喷头、中压喷头和高压喷头，见表2-1。

2.按结构形式分类

按结构形式可将喷头分为旋转式、固定式和孔管式三种。

（1）旋转式喷头。旋转式喷头又称为射流式喷头，其特点是边喷洒边旋转，水从喷嘴喷出时形成一股集中的水舌，故射程较远，流量范围大，喷灌强度较低，是目前我国农田灌溉中应用最普遍的一种喷头形式。其有摇臂式喷头、全射流喷头和阻尼式喷头等不同形式。其中摇臂式喷头应用最多。

1）摇臂式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导水片。喷水前偏流板和导水片置于喷嘴正前方，开始喷水时水舌通过偏流板或直接冲击到导水片上，并从侧面喷出，水流的冲击力使摇臂转动并把摇臂弹簧拉紧，然后在弹簧力的作用下摇臂又回位，使偏流板和导水片进入水舌，在摇臂惯性力和水舌对偏流板冲击力的作用下，敲击喷体，使喷管转动3°～5°，于是又进入第二个循环，如此往复，使喷头不断地旋转喷洒。其实物如图2-1所示。

2）全射流喷头是我国自主研制的一种新型喷头结构［5-8］，其实物如图2-2所示。全射流喷头的主要优点是无撞击部件，结构较简单；主要缺点是射流控制元件的信号接嘴水流不稳定，对灌溉水的水质要求较高。从目前情况看，该类型喷头的使用量较小。

3）阻尼式喷头是20世纪末研制出的一种喷头结构，其实物如图2-3所示。阻尼式喷头利用喷射出水流产生的反作用力旋转，喷头的旋转支承轴处设置了阻尼机构使旋转速度减缓并旋转均匀。阻尼式喷头的主要优点是旋转均匀，对材料的机械强度和耐冲击性要求低，雾化程度好；主要缺点是阻尼机构技术难度高，喷头价格较高，在粮食作物灌溉上使用较少。该类喷头具有在旋转过程中振动小、旋转速度均匀等优点，可取代现有的低压摇臂式喷头。阻尼式喷头属于低压喷头，主要适用于草坪、蔬菜、花卉、苗圃等经济作物。

（2）固定式喷头。固定式喷头又叫漫射式或散水式喷头。它的特点是在整个喷灌过程中，喷头的所有部件都是固定不动的，水流以全圆周或扇形同时向外喷洒。其优点是结构简单，工作可靠；缺点是水流分散，射程小（5～10m），喷灌强度大（15～20mm/h以上），水量分布不均，喷孔易被堵塞。因此，其使用范围受到很大限制，多用于公园、苗圃、菜地、温室等。按其结构形式可分为折射式、缝隙式和离心式三种。

（3）孔管式喷头。该喷头由一根或几根较小直径的管子组成，在管子的顶部分布有一些小的喷水孔，喷水孔直径一般为1～2mm。喷水孔分布形式有单列和多列式两种。孔管式喷头的优点是结构简单。缺点是喷灌强度较高，水舌细小，受风的影响大；孔口小，抗堵塞能力差；工作压力低，支管内实际压力受地形起伏的影响大。一般用于菜地、苗圃和矮秆作物的喷灌。