1、卷盘式喷灌机使用设计问题初探海城市水利勘测设计院 2004-11-23 00:00:00 水利工程网1.概况喷灌是一种先进的灌溉技术，它具有省水、省工、省地、增产和适应性强等优点，在我国水资源日益紧缺的形势下，推广喷灌是实现水利化，促进农业生产的重要措施之一，因此具有广阔的发展前景。喷灌自 1976 年起列入中国科学院 10 年科技攻关计划，1978 年开始推广应用，在 20 多年的科学研究和生产实践中，积累了不少成果和经验。 喷灌系统的分类方法很多，如按喷洒特征分，有定喷式和行喷式。定喷式中又分管道式和机组式。行喷式又分中心支轴式、平移式和卷盘式，其中卷盘式喷灌机是灌溉机械中的佼佼者，它可提
2、供经济可靠的服务，是灌溉大田作物的最优选择。1.1 卷盘式喷灌机的特点卷盘式喷灌机是指由软管供水，用卷盘绕软管，牵引 1 个远射程喷头，使喷头在喷灌过程中沿作业路线移动的喷灌机。卷盘式喷灌机是一种已广泛使用的机型，采用的国家很多，如德国、奥地利、美国等，有的国家这种喷灌机喷灌的面积占喷灌总面积的比重很大，如联邦德国已达到 20%。卷盘式喷灌机的优点是：(1)喷头车在喷洒过程中能自走、自停，管理简便，操作容易，省工（基本上一人可管理一台），劳动强度较低。(2)结构紧凑，成本较低。材料消耗较少，田间工程量少。(3)机动性好，供水可用压力干管，也可用抽水机组。(4)适应性强，不受地块中障碍物限制。它
3、的缺点是： 耗能大,大型机组一般工作压力要求 600700kpa，管道水头损失较大，运行费用较高。 机行道较宽，一般要 3-4m，占地较多。 软管工作条件差，道路不光滑时，带水的管道很容易磨损。 喷灌强度较大，受风影响大。卷盘式喷灌机适应各种大小、形状和地形坡度起伏的地块；适应灌溉各种高杆和矮杆作物（如玉米、大豆、小麦、土豆、牧草等），以及某些果树及经济作物(如甘蔗、茶叶、香蕉等)。要求土质不要太粘重。1.2 卷盘机主要规格组成及作业方式目前我省使用的卷盘机的主要规格有美国产 T23A,奥地利产75300，75250，50160，50125，以及部分法国产或国产设备，它们虽然工作压力大小不同，
4、但结构一般都相似，一般由喷头车（炮车）和卷盘车两部分组成，压力水由供水系统的压力干管或移动式抽水机组供给。卷盘车包括卷盘、输水半软管、底盘、驱动卷盘的动力机(如水蜗轮、水压缸等)、调速装置、软管缠绕导向装置和安全机构等(详见使用说明书)。卷盘机的作业方式随绞盘安装在底盘(机架)上的位置而不同，最常见的是喷灌机牵引方向与喷头车作业方向垂直，如 T23A 使用说明书所示。作业具体方式如下：（1）用拖拉机将喷灌机牵引到地边第一条喷灌带的给水栓处（一般给水栓布置在条带长方向的中间），将卷盘车调转 90，接上水源。（2）用拖拉机将喷头车和半软管牵引到地头。（3）打开给水栓供给压力水，开始喷灌，卷盘机利用
5、水压力通过水力蜗轮缠绕半软管，使喷头车边喷洒边倒退（喷头约成 300o以内的扇形喷洒），直退至卷盘车处即自动停车。（4）将喷灌机转动 180，将喷头车及管道牵引至该条带的另一侧，重复上述步骤。（5）该条带两侧全部喷完后，用拖拉机将喷灌机牵引到另一条带，继续以上顺序进行喷灌。1.3 卷盘式适应性与使用性能的评定世界上有多种多样的喷灌机，如用拖拉机牵引支管一端移动的端拖式；带喷头拖管的滚移式；多塔车长轴驱动平移式；折叠桁架双悬臂式及用程序控制实现高度自动化的降雨机器人等，这些喷灌机因各具特点，适应着不同条件而得到保持和发展，对我省而言，由于条件复杂，仅靠少数几种喷灌机不能适应需要，必须根据各地具体
6、情况，进行详细的技术经济可行性分析，然后决定当地应选何种喷灌机或以哪一种喷灌机为主。当然，对同一地区，喷灌机的种类应尽可能的少些，以便于运用管理。喷灌机的适应性主要看所选择的喷灌机是否符合当地的条件，其中较重要的是水源（水量、水质、保证率），土壤（组成，土壤水、盐碛化），作物（种类组成，行、垄向），地块大小及坡度，风情（主风向、风速），经济结构与水平，技术水平及农业现代规划等，但最主要的还是反映在它的使用性能上。评定喷灌机的使用性能的定性指标主要有以下方面：（一） 适用性能适用性能是指喷灌机是否适应本地区的农业自然条件。（1） 水力性能a. 水力性能(包括喷灌强度，组合均匀系数和雾化指标)是否
7、适应当地作物与土壤要求。b.水力性能是否可调以及可调的范围多大，是否能适应本地区不同作物，不同土壤的喷灌要求，是否能兼用于喷药、喷液态肥等综合用途。（2） 操作性能a.操作是否灵活、轻巧、劳动强度小。b.安全自动保护设备是否完善可靠。c.拆装、维修保养是否方便，可以用零部件拆装工时来衡量。（3） 行走性能a. 田间道路上的通过性，在田间道路特别是在喷湿后的道路上行走，轮子的附着力是否能够避免打滑。b. 作物行间的通过性，用喷灌机的离地高度以及轮子两侧保护带宽度来衡量其在作物行间的通过性能。c. 田间转移时的通过性，用最小间隙，最小转变半径，最大越障高度或越沟深度以及机组外形尺寸等来衡量其转移时
8、的通过性。（二） 经济性能经济性能是指喷灌机经济效果的评价。（1） 运行可靠性及耐用性a. 运行可靠性可以用一定运行时间内发生的故障及零部件损坏的性质、严重程度、次数等来考核。b. 耐用性可用主要(或关键)零部件需要更换或修理以前的使用时间来考核。（2） 配套合理性及生产效率。a. 配套合理性一般指在满足较好的水力性能的前提下，管路压力损失适当，泵和动力均在高效范围内工作，可以用实际工作点效率对于性能曲线上最高效率的降低值为衡量。b. 生产效率是指实际生产率与纯生产率之比，实际生产率是指喷灌机在实际工作时间内的生产率，纯生产率是指扣除了转移地点，正常的停水维修时间后的生产率。喷灌机的生产率可用
9、每小时完成的工作量（喷水量或在一定的灌水定额下完成的喷灌面积）来表示。（3）实际单位油耗或电耗以及额定操作人员数目。在喷灌机实际工作时间内，完成单位工作量（如浇 1 立水或在一定灌水定额下浇 1 亩地）所消耗的燃油量（kg）或电量（kwh），机油消耗量以占燃油消耗量的百分数表示。（4） 综合利用性能及机组的售价。用喷灌机附带进行的其它作业项目（如施液肥、农药等）的多少，以及由于综合利用而使机组售价的加价大小来衡量其综合利用性能。（三）、劳保性能劳保性能是指操作人员的安全和健康不受损害，是否有保障。a. 安全性能。行驶是否平衡，制动是否良好，自动安全保护是否齐全，开式传动部件是否设有防护罩等。b
10、. 保健性能。运行时噪声和振动情况如何，操作是否灵便舒适，操作人员视野是否清晰，机组外形是否美观等。2、喷灌系统规划设计卷盘式喷灌机的设计与半固定式喷灌基本一致，需要收集各种资料，如自然条件、土壤特性、水源特征、风向、风速等，它们之间的主要差别在地面之上，一个是多喷头同时喷洒，射程小，压力低；一个是单喷头(也有衍架式)喷洒，射程大，压力高。这就决定了卷盘式喷灌机设计的特别之处，下面详细介绍。2.1 规划设计原则及内容规划是设计的前提,它关系到整个喷灌溉系统工程的全局，必须充分重视，只有在合理的切实可行的规划基础上，才能做出技术上可行、经济上合理的设计。规划中必须全面了解和掌握灌区基本情况，并遵
11、循以下原则：（1） 喷灌系统规划应纳入农业区划及水利规划，三者必须统一考虑。（2） 喷灌系统规划必须进行充分地经济论证，进行可行性分析。（3） 规划中注意节约能源，可自压喷灌的地方应尽量搞自压喷灌。（4） 尽量使喷灌设备综合利用，发挥其最大效益。（5） 实事求是，从实际出发。设计主要包括以下内容：2.1.1 基本资料包括自然条件：地理位置、地形、农业气象(气温、湿度、降水量、蒸发量、无霜期、地温、风力、风向等),水源(流量、水位、水质)，土壤(质地、田间持水量、容量、入渗速度、冻土层深度等)，作物（种类、种植面积等）。社会经济条件：农村经济状况、管理体制、劳动力状况、能源、喷灌设备和建筑材料的
12、供应与价格以及交通条件等。2.1.2 系统选型根据当地具体条件，拟定多种方案，从技术和经济上论证所选系统型式的合理性。2.1.3 拟定作物灌溉制度及计算灌溉用水量，用水过程。2.1.4 水源分析及水源工程规划，根据设计标准列出水源流量、水位等特征值并分析水质。拟定水源工程规划及水质处理方案。2.1.5 系统平面布置，根据系统布置原则，确定管(渠)分级并布置、统计各级管(渠)道的长度。2.1.6 喷灌机选择，在满足喷灌强度，均匀度及雨滴打击强度要求的前提下，选定卷盘机的型号规格，性能参数。2.1.7 确定喷灌工作制度及轮灌方式。2.1.8 管材及管径选择，选择管材并根据各级管道流量进行水力计算，
13、确定各级管道的经济管径。2.1.9 管道纵断面设计及系统结构。确定各级固定管道在立面上的位置,并说明管道埋深、坡度、闸阀、节制阀、排气阀、泄水阀以及镇墩的位置。2.1.10 水泵及动力选配。确定系统设计流量及扬程，选定水泵及配套动力规格型号及各项性能参数，校核水泵安装高程，确定泵站的结构形式。2.1.11 设备材料用量及投资预算。列出各种设备和建筑材料的规格型号和用量的明细表，计算设备材料费、设计费、施工费等投资预算。2.1.12 喷灌效益，年费用，还本年限及各项经济指标的计算。2.1.13 提出施工安排，包括施工方法、施工期限及进度安排，提出验收标准。2.1.14 提出建立管理组织，运行管理
14、制度和技术要求。2.1.15 设计图纸要求。（1） 系统平面布置图，一般要求绘在 1/1000-1/2000 比例尺的地形图上，图中应画出灌区边界及内部分区线，水源及各极管（渠），标明管（渠）名称及编号，标明各类闸阀及其他附属设施的位置。（2） 管灌的纵剖面图，地形平坦时固定支管可只绘一二条作典型，管道纵剖面图上应绘出地面线、管底线，标出各种管件和镇墩的位置，底栏应用数字写明桩号，地面高程、坑深、纵坡、管径等，纵断面上的纵横比例尺一般应不相同，以图幅大小适当，图面清晰为度。（3） 管道结构示意图，以透视图的形式绘出固定管道系统的示意图，标出各级管道段的材质、长度、管径以及各种管件的规格型号。（
15、4） 工程建筑物的设计图，包括泵站平面图、立面图、蓄水池、工作池、阀门井、泄水井、镇墩等。2.2 工程设计及施工中应注意的几个问题2.21 供水管线应注意的几个问题。由于卷盘机所需的工作压力高，造成了供水管线长时间处于高压运行，如设计施工中不给予充分重视，极易造成工程事故。首先，在设计时，应选择技术成熟，产品质量过关的优质高压 PVC 管材及管件，特别是给水栓三通,应采用整体三法兰或单法兰双承三通，使用之前，必须进行打压检测。在施工中，下管之前，必须将沟底清平，检查管及管件是否损坏，无损坏则用绳索徐徐下入沟内。在管线弯头、分歧及末端，必须采取加固措施，如砼镇墩等，以防施压后移动。2.2.2 卷盘机使用应注意的几个问题首先应将性能表中给出的控制带宽根据本地区的风向风速乘以 0.70.8 的系数，以求不漏喷。半软管回收速度不应过快，同时，有些喷灌机的半软管冬季需要用空气压缩机将水吹出。在拉管时，必须保证卷盘机的主车轮与拉管方向垂直。另外一条就是一定要详细阅读机器的使用说明书。
