1、 1 第七章 农田灌溉机械 第一节 概述 农田灌溉机械是农业机械化的重要组成部分，对抗御水旱灾害、保证农作物的高产、稳产发挥了巨大作用。 农田灌溉机械包括农田排灌机械和农田灌溉机械。 农田排灌机械中主要的是水泵。它把动力机的机械能转变为所抽送的水的水力能，将水扬至高处或远处。 农田排灌用的水泵机组包括水泵、动力机（内燃机、电动机或拖拉机等）、输水管路及管路附件。管路包括进水管路（又称吸水管路）和出水管路（又称压水管路）。管路上的附件包括滤网、底阀、弯头、变径接管、真空表、压力表、逆止阀和闸阀等（图 7 1） 。 农田灌溉机械主要有喷灌和微灌两种类型。喷灌和微灌都是一种新型的灌溉方法。喷灌是将灌
2、溉水通过由喷灌设备组成的喷灌系统（或喷灌机具），形成具有一定压力的水，由喷头喷射到空中，形成水滴状态，洒落在土壤表面，为作物生长提供必要的水分。而微灌是利用微灌设备组装成微灌系统，将有压水输送分配到田间，通过灌水器以微小的流量湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术。 这两种灌溉的特点是：地形适应性强，灌水均匀且不受微地形起伏的影响；灌水质量好，地表不会板结，不会造成水、土、肥的流失，且灌水工作机械化、自动化程度高，有利于科 学用水、省水、省劳动力、增产；灌水设备还可以综合利用，如施肥、农药等，喷灌还有调节田间小气候的作用，用喷雾灌溉方式进行凉爽灌溉或防霜冻，以及利用城市生活污水进行排污灌溉等多
3、种功能。但是，设备投资较大，运行时要消耗能量，特别是喷灌受风的影响大，二级风以上就降低了喷灌的均匀度。干热有风气候，喷灌时水的蒸发，漂移损失较大。在喷灌强度大，喷洒时间短的情况下，土壤湿润层较浅等。 第二节 喷灌机械 一、喷灌系统的组成和分类 1喷灌系统的组成 喷灌系统通常由水源工程、首部装置、输配水管道系统和喷头等部分组成（图 7 2）。 图 7-1 水泵机组 1. 底筏 2.熙水管 3.弯头 4.变径接管 5.真空表 6.水泵 7.压力表 8.逆止筏 9.闸筏 10.压水管 2 （ 1）水源工程 包括河流、湖泊、池塘和井泉等都可作为喷灌的水源，但都必须修建相应的水源工程，如泵站及附属设施、
4、水量调蓄池和沉淀池等。 （ 2）水泵及配套动力机 水泵将灌溉水从水源点吸提、增压、输送到管道系统。喷灌系统常用的水泵有离心泵、自吸式离心泵、长轴井泵、深井潜水泵等。在有电力供应的地方常用电动机作为水泵的动力机；在用电困难的地方可用柴油机、手扶拖拉机或拖拉机等作为动力机与水泵配套。动力机功率的大小根据水泵的配套要求而定。 （ 3）管道系统 管道系统的作用是将压力输送并分配到田间。通常管 道系统有干管和支管两级，在支管上装有用于安装喷头的竖管。在管道系统上装有各种连接和控制的附属配件，包括弯头、三通、接头、闸阀等。为了在灌水的同时施肥，在干管或支管上端还装有肥料注入装置。 （ 4）喷头 是喷灌系统
5、的专用部件，喷头安装在竖管上，或直接安装于支管上。喷头的作用是将压力通过喷嘴，喷射到空中，在空气的阻力作用下，形成水滴状，洒落在土壤表面。 （ 5）田间工程 移动喷灌机组在田间作业，需要在田间修建引水渠和调节池及相应的建筑物，将灌溉水从水源引到田间，以满足喷灌的需要。 2喷灌系统的分类 喷灌机的种 类很多，按运行方式可分为定喷式和行喷式两类。在每一类中，由于系统组装形式、喷洒控制面积大小和喷洒特征的不同又有不同的机型。现将各种主要机型划分为下： 手推（抬）式喷灌机 图 7-2 喷灌系统组成示意图 3 拖拉机悬挂式喷灌机 定喷式机组 拖拉机牵引式喷灌机 滚移式喷灌机 机组式喷灌系统 拖拉机双悬臂
6、式喷灌机 中心支轴式喷灌机 行喷式机组 平移式喷灌机 钢索牵引卷盘式喷灌机 卷盘式 软管牵引卷盘式喷灌机 定喷式喷灌机组是指喷灌机工作时，在一个固定的位置进行喷洒，达到灌水定额后，按预定好的程序移动到另个位置进行喷洒，在灌水 周期内灌完计划的面积。行喷式喷灌机组是在喷灌过程中一边喷洒一边移动（或转动），在灌水周期内灌完计划的面积。 上述各种喷灌机中，手推、手抬式是小型机组，由于它具有结构简单、体积小、使用灵活、价格较低等特点，在我国发展喷灌技术中曾是使用最广的机型。随着我国集约化农业生产的发展，提高劳动效率的要求，各种大中型机组将有广阔的使用前景。 根据喷灌系统各组成部分可移动的程度，分成固定
7、式、移动式和半固定式三种。 （ 1）固定式喷灌系统 固定式喷灌系统除喷头外，所有各组成部分都是固定不动的。水泵和动力机安装在固定的泵房内。 干管和支管埋在地下，竖管伸出地面。喷头固定或轮流安装在竖管上。全套设备只能在一块地上使用，所以每亩投资较高，而且需要大量管材。竖管对机耕及其他农艺操作有一定妨碍。但使用时操作方便，生产率高，占地少，结合施肥和喷洒农药也比较方便。 （ 2）移动式喷灌系统 移动式喷灌系统在田间仅布置供水点，而整套喷灌设备可移动，在不同地块轮流使用。这样就节省了投资，提高了设备利用率。如果省去干管和支管，一台水泵机组只带动一个喷头工作，就构成一台整体式喷灌机。目前我国生产的小型
8、喷灌机，按其与动力机配套的型式，可分为与手扶拖拉机配 套的喷灌机和与电动机配套的小型喷灌机。按其机组移动方式可分为手推车式和担架式。这些机型虽结构简单，使用灵活，设备投资少。但是移管的劳动强度较大，咯渠占地较多。 为了减少渠沟、道路占地，移动工喷灌机配有一定长度的管道，配置移动式单喷头，或一台水泵机组带动几个喷头工作。为了减轻移管的劳动强度，通常选用轻质管道和快速接头。这种机型可以提高土地利用，生产效率也较高。 目前我国联合设计定型生产的喷灌泵（自吸式离心泵）系列用来和小型移动式喷灌机配套，使用效果好，操作简便。 （ 3）半固定式喷灌系统 半固定式喷灌系统的动 力机、水泵和干管是固定的，而喷头
9、和支管是可以移动的。这样可减少管道投资，但是在喷灌后的泥泞中移动支管，其工作条件差，劳动强度大。解决办法在于减轻支管重量和采用自动行走装置。大型圆形和平移式喷灌机属于这一类型。其特点是机械化、自动化程度高，喷灌控制面积大，可以大大减轻劳动强度和提高生产率。 a中心支轴圆形喷灌机（又称时针式喷灌系统） 在喷灌的田块中心有给水栓或水井与泵站。其支管支承在可以自走的塔架上，支管上每隔一定距离装有喷头。工作时支管就象时针一样不断围绕中心支轴旋转。常用支管长为 400 500 米，管径 多为 6 英寸。离地面高 2 3 米，有 7 10个自走塔架。根据轮灌需要，转一圈最快是 12 小时，一般需要 3 4
10、天，甚至到 20 天，可灌溉 800 1000 亩。机组安装后基本上不要人操作管理，即可自动运4 转和连续喷灌。转到方田的四角，有一机电系统控制，由喷角装置将支管伸出和缩回，以弥补田角漏喷的地方。 b平移式喷灌系统 平移自走式喷灌机的支管也是支承在自走塔架上，自动作平行移动。由垂直于支管的干管上的给水栓供水。当行走一定距离（等于给水栓间距）后就改由下一个给水栓供水。这样喷灌面积是矩形的，便于耕用并可充分利用耕地面积 ，机械化、自动化程度也很高。 二、农用水泵 水泵是现代排灌技术的重要设备。它既可以单独作为提水机械，又是各种现代灌溉系统的重要组成部分，为灌溉系统从水源取水加压。 （一）农用水泵的
11、类型 喷灌系统常用的水泵类型包括离心泵、井泵（长轴井泵、深井潜水电泵）、微型泵、直空泵等。各种水泵型号标注形式及其意义见表 7 1。 表 7 1 各种泵型代表符号的意义 水 泵 种 类 型号举例 型号中字母的意义 型号中数字的意义 离 心 泵 单级 单吸 改进 型号 BP 型 65BP 55 BP：喷灌用离心泵 65泵吸 入口径为 65mm 55扬程为 55m BPZ型 50BPZcz 45 BPZ：喷灌用自吸式离心泵 CZ：与柴油机直联 50泵吸入口径为 50mm 45扬程为 45m 原型号 BP 型 2.5BP-55 BP：喷灌用离心泵 2.5泵吸入口径为 2.5in 55扬程为 55m
12、BPZ型 2 BPZcz 45 BPZ：喷灌用自吸式离心泵 Z：直联 2泵吸入口径为 2in 5功率为 5 马力 45扬程为 45m 改进 型号 IB 型 IS 型 IB 80-50-250 IS I：国际标准第一 代号 B：“泵”汉语拼音第一字母 IS：国际标准 80泵吸入口径为 80mm 50泵排出口径为 50mm 250叶轮名义直径 250mm 原型号 BA型 6BA 18A BA：单级单吸悬臂式离心泵 6泵吸入口径为 6in 18比转数为 180 A泵的叶轮外径已车小过若是 B、 C 表示车小得更多 B 型 4B 35 B：单级单吸悬臂式离心泵 4泵吸入口径为 4in 35扬程为 35
13、m 单级 双吸 改进 型号 S 型 150S 50 S：单级双吸卧式离心泵 150泵吸入口径为 150mm 50扬程 为 50m 原型号 Sh 型 10Sh 19 Sh：单级双吸卧式离心泵 10泵吸入口径为 10in 19比转数为 190 多及 分段 改进 型号 D 型 DA1型 D25-5012 DA1-802 D:分段式多级离心泵 1第一次改进设计 25流量为 25m3/h 50、 80-单级扬程 50m、 80m 2、 12-泵的级数为 2 级 12 级 原型号 DA 型 4DA 8 5 DA：分段式多级离心泵 4泵吸入口径为 4in 8比转数为 80 5泵的级数为 5 级 井 泵 长轴
14、 井泵 改进 型号 JC 型 100JC10 23 JC：长轴离心深井泵 100适用最小井径 100mm 10流量 10m3/h 23泵的级数为 23 级 原型号 JD型 6JD36 8 JD：深井多级泵 6适用最小井径 6in 36流量 36m3/h 8泵的级数为 8 级 J 型 10J80 10 J：机井用泵 10适用最小井径 10in 80流量 80m3/h 10泵的级数为 10 级 5 深井 潜水 电泵 改进 型号 QJ 型 200QJ80-55/5 QJ：井用潜水泵 200适用最小井径 200mm 80流量 80m3/h 55扬程为 55m 5泵的级数为 5 级 原型号 NQ 型 8
15、NQ20 125 NQ：农用潜水电泵 8适用最小井径 8in 20流量 20m3/h 125扬程 125m 250NQ50-160/8 250适用最小井径 250mm 50流量 50m3/h 160扬程为 160m 8泵的级数为 8 级 微型泵 原型号 WB型 WB10 10 80 （ 250B） WB：微型泵 B：电动机型式 10泵吸入口径为 10mm 10泵排出口径为 10mm 80叶轮名义直径为 80mm 250电动机额定功率 250W 真空泵 水环 式真 空泵 改进 型号 SZ型 SZ 1 S：水环式 Z：真空泵 1规格号 原型号 PMK型 PMK 1 1规格号 改进 型号 SZB型
16、SZB 4 S：水环式 Z：真空泵 B：悬臂式 4 520 0.133kPa 时的排气量为 4L s 原型号 KBH KBH 4 K：悬臂式 B：真空 H：泵 4 520 0.133kPa 时的排气量为 4L s SZZ 型 SZZ 4 S：水环式 Z：真空泵 Z：真联式 4 520 0.133kPa 时的排气量为 4L s （二）水泵的一般构造 各类型水泵的构造虽然不同，但都是由一些作用相同的部件所组成。现将其主要部件的构造和作用分述如下： 1叶轮 叶轮是水泵最重要的工作部件。水泵通过叶轮的旋转使被抽送的水获得能量，使具有一定的流量和扬程。 离心泵的叶轮有封闭式、半封闭式和敞开式三种（图 7
17、 3）。封闭式叶轮适用于抽送清水，叶轮两侧有轮盖，里面有 6 8 个叶片，构成弯曲的流道，称为叶槽，轮盖中部有吸图 7-3 离心泵叶轮 .封闭式 .半封闭式 .敞开式 图 7-4 轴流泵叶轮 6 入口。半封闭式适宜抽送含有杂质的水，叶轮仅一边具有轮盖，叶片数较少，叶槽较宽。敞开式叶轮只适用于抽送泥浆，它没有轮盖，叶片数少 ，叶槽开敞宽大。 只有一个叶轮的离心泵，叫做单级泵。具有若干个串联的叶轮称为多级泵。多级泵的扬程等于同一流量下各个叶轮所产生的扬程之和。 轴流泵的叶轮（图 7 4）具有粗大的轮毂，上面有 2 6 片扭曲型叶片。小型泵叶片与轮毂铸成一体，大型泵叶轮的叶片安装角可以调整，从而可改
18、变水泵的工作性能。 混流泵叶轮的构造介于离心泵和轴流泵之间，形状粗短，叶槽开敞，叶片多成螺旋形（图 7 5）。 水泵的类型不同，叶轮的形状也不同，工作时叶轮的水流方向也不一样（图 7 6）。单吸离心泵的水流沿轴向单面吸入叶轮（图 7 6a）。 双吸离心泵的水流沿轴向双面吸入叶轮（图 7 6b）。这两种泵型的水流都是沿垂直于水泵轴线的方向压出叶轮。它的进、出水方向相互成 900 角。轴流泵的水流进、出叶轮都是轴向的 (7 6d)。混流泵叶轮的水流沿轴向进入，斜向流出（图 7 6c）。 2泵壳 泵壳的作用是把水引向叶轮，并汇集由叶轮流出的水流向出水管，同时将水流的部分动能转化为压能。离心泵的泵壳（
19、图 7 7）为蜗壳形。叶轮装在泵壳里，形成了过水断面由小到大的蜗形流道。水流在蜗道里实现能量的转换。在壳体上部有充水放气螺孔，下部有放水螺塞。轴流泵的壳体呈圆筒 形，上部为弯管。混流泵的泵壳有蜗壳形，也有圆筒形。 3填料函密封装置 填料函的作用是封闭泵轴穿出泵壳的缝隙，以防止水从泵内流出和空气窜入泵内。填料函由填料座、填料（ 5 6 圈油浸棉纱或棉绳）、水封环、压盖和填料盒等组成（图 7 8）。用螺栓改变压盖位置可调整填料松紧度。通常在试运转时进行调整。 （三）农用水泵的构造和特点 图 7-3 离心泵叶轮 .封闭式 .半封闭式 .敞开式 图 7-4 轴流泵叶轮 图 7-5 混流泵叶轮 图 7-
20、6 水泵叶轮水流方向 .单吸离心泵叶轮 .双吸离心泵叶轮 .混流泵叶轮 .轴流泵叶轮 图 7-7 蜗壳形泵壳 1.蜗道 2.叶轮 3.出水口 图 7-8 填料函示意图 1.填料盒 2.填料座 3.填料 4.水封管 5.水封环 6.压盖 7 目前排灌上使用最多的是离心泵、混流泵和轴流泵。在北方地区，还广泛地应用井泵、潜水泵等抽地下水来灌溉农田。在南方的丘陵山区，有着丰富的水力资源，则利用水轮泵来提水灌溉。 1离心泵 （ 1）单 级单吸悬臂式离心泵（ BA型泵） 由泵壳、泵盖、叶轮、泵轴、轴承、托架、减漏环及填料函等部件组成（图 7 9）。其特点是扬程较高，流量较小，结构简单，使用方便，水泵出水口
21、方向可以根据需要作左右、上下的调整。这种水泵的体积小、重量轻，固定安装及流动使用均甚方便。也可作为喷灌的工作泵。 （ 2）单级双吸式离心泵（ Sh 型泵） 其泵体与泵盖内部构成双向进水流道。叶轮室构成蜗壳形出水流道。叶轮好象两个 BA型泵的叶轮靠背连接在一起，紧固在泵轴的中部。它旋转时容易与泵壳摩擦的地方装有减漏环。泵盖上部两侧装有水封管。其特点 是泵壳由上下两半构成，水平合缝中开，便于进行检修。水泵的扬程和效率较高，流量较 BA 型泵为大，以在丘陵地区的较大灌区使用为宜。因其体积比较笨大，宜采用固定安装。 2轴流泵 它包括进水嗽叭、叶轮、导水叶、泵轴、橡胶轴承、出水弯管、填料函等（图 7 1
22、0）。泵壳、导水叶和下轴承座铸成一体。叶轮是螺旋桨式，正装在导水叶的下方，在水面以下运转。泵轴在上下两个用水润滑的橡胶轴承内旋转。导水叶有 6 8 片，它造成流线形弯曲面，其作用是消除离开叶轮后的水流的旋转运动，把动能转换成部分压 能，并引导水流沿轴向流往出水弯管。轴 流泵具有扬程低、流量大的特点，适用于平原河网地区的农田灌溉和排涝。 图 7-9 BA 型离 心泵的构造 1. 泵盖 2.真空表螺孔 3.减漏环 4.叶轮 5.冲水放气螺孔 6.泵壳 7.水封管 8.水封环 9.填料 10.泵轴 11.轴承 12.托架 13.联轴器 14.防水螺塞 15.压力表螺孔 图 7-10 ZLB 型轴流泵
23、 1. 进水喇叭 2.叶轮 3.导水叶 4.泵轴 5.出水弯管 6.橡胶轴承 7.注润滑水管 8.填料盒 9.填料 10.填料压盖 11.联轴器 8 3混流泵 是介于离心泵和轴流泵之间的一种泵型。具有离心泵较高扬程和轴流泵较大流量的特点，适合于平原河网地区和丘陵灌区使用。 4水轮泵 是利用自然水进行抽水的农田灌溉机械。由作为动力用的水轮机和离心泵组成（图 7 11）。其转轮与叶轮同装在一根轴上。当具有水头的水向下流动时，冲击水轮机的转轮，从而带动水泵叶轮旋转。水轮泵的转轮为四叶片螺旋桨式，叶片与轮毂铸在一起，在水轮机进水口处装有导流轮，导流轮上固定着 12 18 片流线型导叶，用来使水 流均匀
24、而平顺地进入转轮。在转轮下部有用混凝土浇筑的吸出管（又称尾水管）。水泵多为 BA型泵。其特点是结构简单而紧凑，潜没在水中工作，靠水力作用运转，无需用油耗电，凡是有急流、跌水的地方都可以安装使用，最适用于山区的农田灌溉，经改装后还可用作加工机械的动力机。 5井用泵 它从井下抽水灌溉。根据井水面的深浅分为深井泵和浅井泵。井泵多采用立式电动机驱动。整台机组由带有滤水器的泵体部分、输水管和传动轴部分以及泵座和电动机部分所组成（图 7 12）。前两部分位于井下，泵体没入井水内。后一部分一般位于井上。浅井泵的工作 部分为一单级单吸立式离心泵；深井泵是一种多级单吸立式长轴离心泵。它能从几十米到上百米深的井下
25、抽水。井泵的特点是结构紧凑、性能稳定、使用方便。适用于平原井灌地区。使用技术要求：水泵第一级叶轮必须没入水下 2 3 米；井水中不含杂质、水质中性、含砂量不大于 0.01；深井正直。 5潜水泵 它由水泵、电动机、进水部分和密封装置等四部分连成整体（图 7 13）。其中水泵居上方，电动机在下方，进水部分居中。密封装置包括整体式，密封盒和大小橡胶封环，分别装在电动机轴伸出端及电动机与各部件的结合处。整体式密封盒内有两对动、静磨块和四个封环。磨块之间的密封面要求很高的光洁度和平整度，装配后能耐压 2 公斤厘米 2，以防止水从轴的伸出端漏进电机内部。水泵叶轮有轴流式、混流式和单吸离心式。前者扬程较低，
26、后者扬程较高。潜水泵抽水时，电动机和水泵都潜入水下。它具有结构简单，体积小，重量轻，安装使用方便，不怕雨淋水淹等特点。其使用技术要求：潜水泵供电线路应有可靠的接地措施，以保证安全；不得脱水运转；潜水深度为 0.5 3 米，最深不超过 10 米；潜水泵潜入水下时，应竖直吊起；被抽的水含砂量不超过 0.6。 9 （四）农用水泵的工作原理 1离心泵的 工作原理 离心泵是借离心力的作用来抽水的。图 7 14 所示为单级离心泵。当其叶轮高速旋转时，流道中的水在离心力的作用下，从叶轮中部以高速被甩离叶轮，射向四周。水流经过断面逐渐扩大的泵壳流道，流速逐渐变慢而水压增加，压向出水管。此时叶轮的中心部分形成真
27、空，而水源水面在大气压力的作用下，通过进水管进入泵内，称为吸水。如果叶轮连续转动，水就源源不断地由低处抽送到高处。 图 7-11 水轮泵 1. 转轮 2.导流轮毂 3.泵 壳 4.泵盖 5.滤器 6.叶轮 7.出水管 8.主轴 9.导流轮 10.轮毂 11.吸初管 图 7-12 JD 型井泵 .带有滤水管的泵体部分 .输水管 和传动轴部分 .泵座和电动机部分 1.滤水器 2.泵体 3.传动轴 4.输水管 5.泵座 6.电动机 10 由图 7 15 可见水流质点在叶轮流道内的运动是一个复合运动。当叶轮角速度为时，叶槽上任一质点就具有圆周速度 u。同时水流质点又沿着叶片向外运动而产生 相对速度。两
28、速度的矢量和为水流质点的绝对速度 v。它又可分解为两个分量，一个沿着圆周速度 u 方向的分量 vu；另一个是与圆周速度 u 垂直的径向分量 vm。 根据动量矩定理可以推导离心泵建立的理论扬程（压头） HT的基本方程式为 离心泵的基本方程式反映离心泵理论扬程与水在叶轮中运动状态的关系。它将水在叶轮内的流动状态与叶轮所作的功联系起来。叶轮传递给水的能量仅与水在叶轮入口和出口处速度的大小和方向有关。因此，上式同样适用于叶片式水力机械。如水轮机和混流泵等。方程式用水柱高表示的扬程仅与流体的运动状态有关，与流体种类无 关。因此，基本方程式同样适用于离心式的鼓风机和通风机等。 2轴流泵的工作原理 轴流泵是利用叶轮旋转所产生的推升力来抽水的（图 7 16）。它的叶轮浸没在水里。当叶轮旋转时，叶片对水产生升力作用，把水 往图 7-13 QY 型油浸式潜水电泵 1. 电机定子 2.电机转子 3.整体式密封盒 4.橡胶封环 5.进水管 6.下泵盖 7.水泵 8.转轴 9.上泵盖 10.电缆线 11.滤水网 12.出线盒 )vuvu(g1H 1u12u2T 图 7-14 单级离心泵 1.进水管 2.叶片 3.叶轮 4.泵壳 5.出水管 图 7-15 叶轮中任意点的速度三角形 图 7-16 轴流泵 1进水喇叭 2. 出水弯管 3. 联轴器 4. 导水叶 5. 叶轮
