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第二章第二章 喷灌基本理论喷灌基本理论n第一节第一节 压力管道输水灌溉压力管道输水灌溉n第二节第二节 灌溉系统动力装置选型设计灌溉系统动力装置选型设计n第三节第三节 水泵运行工况调节水泵运行工况调节n第四节第四节 喷头水力性能参数喷头水力性能参数n第五节第五节 喷灌灌水技术参数喷灌灌水技术参数n第六节第六节 喷灌强度与其他参数的关系喷灌强度与其他参数的关系2.1 2.1 压力管道输水灌溉压力管道输水灌溉一、压力管道水流条件和基本方程一、压力管道水流条件和基本方程 压力管道任意两过水断面间总能量方程为:1.伯努利方程喷灌机（系统）能量水头变化曲线喷灌机（系统）能量水头变化曲线总能量（位能、动能和压能之和）沿着管道水流方向逐渐减少水力损失计算水力损失计算-沿程水力损失沿程水力损失采用Darcy-Weisbach公式沿程阻力系数与管内流态和管壁粗糙度相关，可以表示为雷诺数的表示公式：n层流n紊流光滑区n紊流过渡区n紊流粗糙区流态分类缺点：计算相当繁琐，容易计算错误；工程实践中较少采用水力损失的计算水力损失的计算-局部水力损失局部水力损失局部阻力系数与流速方向和大小的变化有关可查表获得二、工程设计中沿程水头损失计算公式二、工程设计中沿程水头损失计算公式1.硬管其中为管道的比阻率或比阻抗与沿程阻力系数相关流量指数管径指数1.硬管硬管A 常用公式硬塑U-PVC管铝合金管石棉水泥管旧钢管或铸铸管钢筋混凝土管其中以m3/s计；以m计；糙率0.013、0.014、0.015、0.017。

1.硬管硬管B 哈森-威廉斯公式（Hazen-Williams)其中沿程摩擦系数（与管道材料相关）；管道计算内径，mm；通过流量，m3/h；管长，m1.硬管硬管C值塑料管塑料管(PVC/PE)(PVC/PE)140150铸铁管铸铁管新管新管130使用使用1010年后年后107113使用使用2020年后年后89100使用使用3030年后年后7590使用使用4040年后年后6483新钢管新钢管130铝合金管、镀锌钢管铝合金管、镀锌钢管120石棉水泥管石棉水泥管140普通混凝土管普通混凝土管7090玻璃管玻璃管140应用实例圆形喷灌机输水主管阻力损失试验 国产圆形喷灌机输水主管的C值选取 应用实例圆形喷灌机输水主管阻力损失试验 2.聚乙烯管（聚乙烯管（PE）低密度低密度LDPE管材管材fmb硬塑管硬塑管0.4641.774.77聚乙烯管聚乙烯管d8mm0.5051.754.75d23200.5951.694.69Re=23201.7514f为系数；Q为流量L/h，d为内径mm；L为管长m3.软管软管n加筋螺旋波纹管Dw25323850650.0510.0570.0530.0660.0720.090.0830.0940.0850.1n加筋光滑胶管通过公称直径Dn、Re、管内压力P查表获得n无筋光滑胶管A为0.380.52;Re=5000120000n各种软管（塑料）根据软管布置顺直程度、弯曲段数目、转弯半径大小及铺设地面的平整程度，K=1.11.5.三、局部水头损失计算三、局部水头损失计算1.产生原因 当水流边界变化较剧烈，对水流平顺通过产生影响，在边界剧变处水流运动紊乱，此处不仅存在沿程水头损失，而且还存在局部水头损失。

2.产生位置 水流的流向、流速发生改变的地方灌溉工程中特指闸阀、电磁阀、水表、过滤设备、施肥设备、底阀、逆止阀等控制量测安全设备；弯头、三通、变径接头等管件3.计算公式（1）（2）适用于管道式喷灌系统时初算或简化计算按局部阻力系数逐个计算累加求得四、多口系数计算方法四、多口系数计算方法1.有压管道系统管网布置、尤其是喷头、微喷头和滴头布置的毛管或支管中，具有以上特点：（1）孔口数目多；（2）孔口等间距布置；（3）孔口上的灌水器规格型号完全相同；（4）管道规格型号完全相同2.这种现象在固定式、半固定式和移动式管道喷灌系统非常普遍，是一种等距、等流量的多口出流方式此种方式的沿程水头损失Hf与同一管道但全部流量只在管末出流时的沿程水头损失hf之比为多口系数，以F表示又称Christiansen系数3.计算步骤：先求hf；次查表F；最后求Hf适用于：铝合金管 冷拔铝管适用于：硬塑料管n（1）喷头数目多喷头数目多；（；（2）喷头等间距布置喷头等间距布置；（；（3）管道直径与类管道直径与类型相同型相同；（；（4）喷头直径自中心支座由近到远逐渐增大喷头直径自中心支座由近到远逐渐增大；（；（5）末末端有可能安装喷枪端有可能安装喷枪。

公式推导公式推导n计算实例计算实例n自习自习P115121特殊应用实例：圆形喷灌机喷头配置五、环状管网水力计算n环状管网又称闭合管网，是由多条管段互相连接环状管网又称闭合管网，是由多条管段互相连接成闭合形状的管网成闭合形状的管网n其特点是管网的任一点均可由不同方向供水，可其特点是管网的任一点均可由不同方向供水，可显著提高节点压力稳定和供水可靠性、并减轻因显著提高节点压力稳定和供水可靠性、并减轻因水击现象而产生的危害但环状管网增加了管线水击现象而产生的危害但环状管网增加了管线总长度，使管网投资成本增加总长度，使管网投资成本增加n当环形管网布置方式已定，节点流量也已知时，当环形管网布置方式已定，节点流量也已知时，管网中各管段流量有许多分配方案，因此流量、管网中各管段流量有许多分配方案，因此流量、管径和水流方向无法直接确定管径和水流方向无法直接确定五、环状管网水力计算n节点流量平衡方程节点流量平衡方程n任一闭合环内管路水力任一闭合环内管路水力损失代数和等于零损失代数和等于零n以上建立联立方程，环以上建立联立方程，环形数目越多，联立方程形数目越多，联立方程组数目增大组数目增大n以以b点为例点为例abcdQtefQab+Qdb=Qbe+Qbf hwcab=hwcdb（顺时针向hw=逆时针向hf）五、环状管网水力计算n采用采用哈代哈代克罗斯（克罗斯（Hardy-Cross)法法，进行，进行逐次逐次逼近计算逼近计算。

n详细设计可参考给排水设计相关书籍，目前市场详细设计可参考给排水设计相关书籍，目前市场有专用设计软件有专用设计软件n灌溉工程应用场合：灌溉工程应用场合：n毛管末端带有冲洗管的滴灌或渗灌系统毛管末端带有冲洗管的滴灌或渗灌系统n高尔夫球场灌溉系统高尔夫球场灌溉系统n子母管系统设计子母管系统设计n其它其它六、有压管的水击计算n定义：有压管道中因水流流速急剧变化而引起定义：有压管道中因水流流速急剧变化而引起 管道中水流管道中水流压力急剧升高压力急剧升高或或降低降低现象n场合：起动水锤、充水水锤、关闭阀门、突然停泵场合：起动水锤、充水水锤、关闭阀门、突然停泵n形式：形式：直接水击直接水击、间接水击间接水击n危害：爆管、破坏水力设备、损坏水泵动力机组、危害：爆管、破坏水力设备、损坏水泵动力机组、严重时毁坏水工建筑物严重时毁坏水工建筑物K为流体介质的体积模量；为流体介质的密度由于水击过程中管壁弹性变形影响水击波速的传播，因此需要修正体积模量K，修正后用 K表示则基本参数与计算公式其中为水中声波的传播速度管道内水击压强均与水击波速c成正比基本参数与计算公式n水击波速水击波速 对于匀质圆管对于匀质圆管d:管道内径，管道内径，me：管壁厚度，：管壁厚度，mK：水温：水温10时的体积弹性模数，的体积弹性模数，K=2.025GPaE：管道材料的纵向弹性模数，见右表：管道材料的纵向弹性模数，见右表钢管206GPa铸铁管108GPa铝管69.58GPaPE1.42.0GPaPVC2.83.0GPaPP7.84104Pa各种管道的E 值基本参数与计算公式n水击波速水击波速 对于钢筋混凝土管对于钢筋混凝土管d:管道内径，管道内径，me：管壁厚度，：管壁厚度，mK：水：水10时体积弹性模数，体积弹性模数，K=2.025GPaEc：钢筋混凝土弹性模数：钢筋混凝土弹性模数Ec=20.58GPaa0：管壁内纵向含钢系数，取：管壁内纵向含钢系数，取0.0150.05钢管206GPa铸铁管108GPa铝管69.58GPaPE管1.42.0GPaPVC管2.83.0GPaPP管7.84104Pa各种管道的E值基本参数与计算公式n水击相时水击相时 指水击波在管道中往返一次所需时间指水击波在管道中往返一次所需时间n水柱惰性时间常数水柱惰性时间常数T Tb b 指关阀前管道内的流速指关阀前管道内的流速指关阀前管道内的压力指关阀前管道内的压力基本参数与计算公式n水击压力类型水击压力类型n直接水击直接水击：瞬时关阀，闭阀时间小于水击相时：瞬时关阀，闭阀时间小于水击相时n间接水击间接水击：缓慢关阀，闭阀时间大于水击相时：缓慢关阀，闭阀时间大于水击相时 直接水击计算直接水击计算瞬时完全关闭瞬时完全关闭瞬时部分关闭瞬时部分关闭间接水击计算间接水击计算关阀前管内流速关阀前管内流速关阀后管内流速关阀后管内流速水击防护措施n水击压力超过管道试验压力，一般当超过工作压水击压力超过管道试验压力，一般当超过工作压力的力的1.5倍应采取防护措施。

倍应采取防护措施n影响水击主要因素：影响水击主要因素：阀门启闭时间、管道长度和阀门启闭时间、管道长度和管内流速管内流速 n防护措施防护措施n适当延长阀门的关闭时间适当延长阀门的关闭时间 n减小管道中的水流速度减小管道中的水流速度 n缩短管长，使用弹性好的管道缩短管长，使用弹性好的管道 n设置安全设备（安全阀、空气阀、减压阀、调压塔、调设置安全设备（安全阀、空气阀、减压阀、调压塔、调压室等）压室等）计算实例 P1232.2 灌溉系统动力灌溉系统动力 装置选型设计装置选型设计一、动力装置类型与技术要求类型：类型：电动机电动机、柴油机（拖拉机）柴油机（拖拉机）、汽油机汽油机等n柴油机柴油机技术要求技术要求n在与水泵配套时使计算的正常工作负在与水泵配套时使计算的正常工作负荷（不计备用系数）与持续功率符合，荷（不计备用系数）与持续功率符合，而不是与铭牌功率符合，以使柴油机而不是与铭牌功率符合，以使柴油机保持在最佳工况点（或其附近）运行保持在最佳工况点（或其附近）运行n动力机功率动力机功率能充分发挥、而且在有效能充分发挥、而且在有效功率下运行、油耗率较低，并留有一功率下运行、油耗率较低，并留有一定备用系数，当满载运行时，动力机定备用系数，当满载运行时，动力机效率最高。

效率最高一、动力装置类型与技术要求n电动机电动机技术要求技术要求n电动机启动水泵多属于轻载启动电动机启动水泵多属于轻载启动对于中小型水泵配套的电动机，对于中小型水泵配套的电动机，水泵机组的启动不会发生问题对于大型水泵来说，配套电动机水泵机组的启动不会发生问题对于大型水泵来说，配套电动机的启动电流很大，会对电网产生冲击，引起较大的瞬时电压降，的启动电流很大，会对电网产生冲击，引起较大的瞬时电压降，影响周围电网的正常运行另外，大型水泵机组转子惯性矩大，影响周围电网的正常运行另外，大型水泵机组转子惯性矩大，阻力矩大，起动困难；若电动机低速超载时间过长，电动机将会阻力矩大，起动困难；若电动机低速超载时间过长，电动机将会发热甚至烧坏对于大型电动机需要进行启动转矩、启动电流、发热甚至烧坏对于大型电动机需要进行启动转矩、启动电流、启动历时校核启动历时校核n分类：分类：异步电动机、同步电动机、直流电动机、交流电动机异步电动机、同步电动机、直流电动机、交流电动机n确定电动机的类型、容量、电压和转速时，应充分考虑电源容量确定电动机的类型、容量、电压和转速时，应充分考虑电源容量大小和电压等级、水泵轴功率和转速，所采用的传动方式及运行大小和电压等级、水泵轴功率和转速，所采用的传动方式及运行环境等条件。

环境等条件一、动力装置类型与技术要求n电动机电动机技术要求技术要求n对于较大功率异步电动机（对于较大功率异步电动机（15kW以上），常采用降压启动以上），常采用降压启动n功率小于功率小于100kW，一般采用，一般采用Y系列防护式普通。