灌溉系統的保護裝置論文
灌溉系統的保護裝置論文
摘要：我國是一個水資源嚴重短缺的國家，干旱缺水成為制約我國農業發展的重要因素，河北省每年僅缺少保護裝置就要報廢1000臺（套）設施。為了保證灌溉系統的正常運行，系統必需安裝必要的保護裝置。
關鍵詞：水資源保護裝置
我國是一個水資源嚴重短缺的國家，人均水資源占有量排在世界109位，僅為世界平均水平1/4。隨著經濟的發展，農業供水矛盾日益突出，干旱缺水成為制約我國農業發展的重要因素。因此，國家領導和全民根據國情提出多種節水灌溉模式，以解決農業發展的危機。
針對北方地區，農業缺水更加嚴重，人均水資源略占南方的1/4，從1998-2000年，國家共投資2000多億搞農田水利建設，初步發揮了其作用，緩解農業用水矛盾。但其中也出現不少問題，其中猶為突出是：缺少必要的保護裝置、管理不善。僅缺少保護裝置這一項，僅河北省每年要報廢1000多臺潛水泵及其配套的輸水管道和設備，使其不能發揮其應有的節水優勢。
為了確定灌溉系統正常運行，系統中必須安裝必要的控制、測量、保護裝置。如閥門、壓力調節器、壓力表、安全閥、逆止閥、進排氣閥等，下面闡述保護裝置的工作原理及選用標準一一述之。
1、啟動設備
電動機啟動時電流很大，有時超過額定電流5-7倍，這樣大的電流長時間通過電機繞組會將其燒壞，而且還會使電網降壓很大而影響其他電器設備運行。因此采用啟動設備以降低電動機電流，從而保護泵的電動機和保證其他電器設備正常進行，有三種方式。
a.直接啟動：當電機功率小于7.5KW或電動機容量與變壓器容量之比小于35%時。
b.降壓啟動：當電動機功率大于7.5KW或電動機容量與變壓器容量之比大于35%時，采用星型、三角型啟動器，或自耦變壓啟動器。
c.電器控制箱：包括電動機降壓啟動設備、短路、單項運轉、三項過流、反轉保護裝置與儀器等。其動作靈敏可靠，容易調整，其操作安裝安全方便，是潛水泵理想電器配套設備。
2、閥門
用以控制管道的啟閉與調節流量，進而控制管道壓力。灌溉系統基本采用低壓閥門，常用有閘閥、蝶閥、截止閥等，目前首部采用法蘭聯結方式為多。
3、逆止閥（拍門）
逆止閥又叫止回閥，是一種根據前后的壓差而自動啟閉的閥門，
它使水沿單方向流動，反方向流動時則自動關閉。通常在水泵出水口安裝逆止閥，以避免停機時水倒流沖擊水泵葉輪長時間反轉，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，導致管道形成負壓遭到破壞。
以一靜水位：H0=35m計管徑為（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
關閉時間：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。
最高逆轉速：Nmax=K3*K5*P5*N0=1.7N0
·水錘
由于管道內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象叫做水錘現象。
按產生原因分關閉水錘，空管啟動水泵排氣不暢啟動水錘，停泵水錘，經常造成管道破裂。
按薄壁管計算ρ0=101000N/m2
閥門口最大水錘壓力：Hmax=H0-Z+K2*K4*P3=440m
管道中點處最大水錘壓力：H1max=Hc+Z1+K2*K4*P1*H0=180m
其中參數P3、P4、P5、Z、Z1、K2、K3、K4、K5見參考文獻。
·選取標準
①當系統中未設單項閥時，應驗算其最高反轉速作為檢驗水錘依據，以確定管道設計壓力（額定工作壓力的1.25倍）
②管道中點出現的最低壓力Hmin值是否低于該處的`汽化壓力，如果低于，則出現水柱分離現象。
4、進排氣閥
能夠自動進氣和排氣，有一定壓力能自動關閉。管道輸水時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，又會帶動一部分空氣在管內流動，發生水力沖擊。
安裝在最高處進排氣閥可迅速排除空氣，停泵或關閥時又能迅速補充空氣，減少造成對設備和管道的危害。
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管道的水壓力生高時自動開放，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流量調節閥
通過自動改變過水斷面的大小來調節流量。
③減壓閥
類似于流量調節閥，用于保證管道內工作壓力在設計范圍內。
6、過濾器
微灌中灌水器出水口在運行一段時間后容易被污物、雜質、沉淀物堵塞，影響工程總體效益發揮。因此對灌溉水源進行嚴格凈化處理，是微灌系統正常運行，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：不能除去與水比重相近和比水輕的有機質等雜質，水泵啟動和停機時效率下降；水頭損失大。
②砂石過濾器
適合于：有機物。
特點：成本高，清洗不方便。
③篩網式過濾器
適用于：過濾粉粒、沙和水垢等污物。
特點：比較常見且種類繁多，有機含量高時，有機物堵塞“擠出”網進入管道造成堵塞。
④疊片式過濾器：帶溝槽塑料圓片過濾器。
7、量測設備
壓力表是灌溉系統中不可缺少的量冊儀器，可反映系統是否按設計正常運行。特別是過濾器前后的壓力表，反映過濾器堵塞程度及何時需要清洗的指示器。
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