轻小型移动喷灌机组低能耗遗传算法优化设计

合理配置与优化设计喷灌机组有助于实现机组装置效率最大化,有效降低能量消耗.以能耗最小为目标,以水泵一管路运行工况、喷头最小工作压力和喷头压力极差率为约束条件,以喷头配置数量、管道直径和末端喷头压力为决策变量,建立轻小型移动喷灌机组优化数学模型,提出基于遗传算法的优化设计方法.在满足喷灌设计参数条件下,模型与算法能够优化喷头数量、管道直径,还能够对系统流量、压力、效率、单位能耗等工作参数进行计算与设计,同时保证水泵与管路同在优化的工况下工作,算例分析表明优化后机组的能耗降低14.2%.只需输入设计要求的已知条件,算法程序就能自行运算出优化结果,运算结果稳定可靠、求解速度快、精度高,具有良好的通用性和实用性.     

轻小型移动喷灌机组低能耗遗传算法优化设计

合理配置与优化设计喷灌机组有助于实现机组装置效率最大化，有效降低能量消耗。以能耗最小为目标，以水泵-管路运行工况、喷头最小工作压力和喷头压力极差率为约束条件，以喷头配置数量、管道直径和末端喷头压力为决策变量，建立轻小型移动喷灌机组优化数学模型，提出基于遗传算法的优化设计方法。在满足喷灌设计参数条件下，模型与算法能够优化喷头数量、管道直径，还能够对系统流量、压力、效率、单位能耗等工作参数进行计算与设计，同时保证水泵与管路同在优化的工况下工作，算例分析表明优化后机组的能耗降低14.2%。只需输入设计要求的已知条件，算法程序就能自行运算出优化结果，运算结果稳定可靠、求解速度快、精度高，具有良好的通用性和实用性。     

轻小型喷灌机组评价指标及评价方法现状

轻小型喷灌机组是应用比较广泛的一种喷灌机具,经过40多年的发展,轻小型喷灌机组已经具有多种机组形式,可满足各种地形条件、投资水平及劳动力状况等不同场合应用。总结了轻小型喷灌机组不同配置形式的优缺点,详细分析了国内外轻小型喷灌机组的评价指标。针对不同评价指标提出,应研究轻小型喷灌机组形式的设计和管道水力计算,通过合理的能耗评价指标,优化机组配置,以降低系统能耗。还应研究室外试验条件下机组配置参数、管道布置情况及运行条件、环境因素等因素及其交互作用对喷灌系统喷洒均匀性的影响,研究适用于轻小型移动式喷灌机组的一套综合评价理论与方法。最后提出将灰色关联法应用于轻小型喷灌机组的多因素多目标评价中,为喷灌机组比选及机组性能综合分析提供了一种有效工具。     

水泵转速变化对进出水流道水力损失的影响

在比较各种进出水流道水力损失研究方法的基础上,运用计算流体动力学方法数值模拟了4种水泵装置内部流动,研究水泵转速变化对进出水流道水力损失的影响.数值计算结果表明,由于水泵装置中进水流道内部流动受水泵叶轮旋转引起的水流预旋的影响,因而小于无泵单独运行时的水力损失.水泵转速变化后,在相同流量下,进水流道的水力损失基本不变.水泵导叶出口水流条件和剩余环量影响出水流道的水力特性,水力损失随流量变化的关系非常复杂.水泵转速变化后,出水流道内部流动不相似,相同流量下的水力损失不相等.装置模型试验结果验证了数值计算结果的有效性和可靠性.     

蔺家坝灯泡贯流泵机组水力性能及结构分析

蔺家坝泵站作为我国首座采用齿轮箱传动的大型灯泡贯流泵机组的泵站,为使水泵装置具有较优的水力性能,采用CFD仿真技术对该灯泡贯流泵机组的流道进行了优化设计和计算,并与水泵装置模型试验结果进行了比较;重点分析了灯泡体的支撑结构、叶片调角机构、主轴密封装置、轴承布置、齿轮箱及同步电动机等主要设备的结构设计.结果表明：CFD仿真技术应用于灯泡贯流泵机组的水力性能优化是可行的,蔺家坝泵站采用大型灯泡贯流泵机组,在设计净扬程2.4 m工况下,水泵装置效率达到78%,且气蚀性能良好,技术参数均达到了南水北调东线工程的要求;大型齿联传动灯泡贯流泵机组的成功运行,为国内其他大流量低扬程泵站的机组选型、设计及制造提供了可借鉴的经验.     

轻小型喷灌机组技术评价主成分模型及应用

为解决轻小型喷灌机组喷洒运行、效果检测和能耗分析中涉及到的技术指标综合评价问题，提出采用主成分分析法对喷灌机组进行综合评价的数学模型。总结了喷灌机组喷灌面积、喷灌强度、组合均匀度和能耗等多种单技术评价指标，增加了综合评价的过程。选取评价其技术特性的5个单重要指标，应用所建的评价模型对4套喷灌机组进行综合评价。结果表明：前2个主成分包含了5个指标全部信息的98.75%，最终利用综合主成分公式得到4套喷灌机组综合技术评价指标的排名。该模型可对喷灌机组技术指标进行综合评价，也可为喷灌机组的设计优劣提供评判依据。     

轻小型喷灌机组逐级阻力损失水力计算

为了解决精确计算轻小型喷灌机组阻力损失的问题,从管路中流体力学机理出发,对其进行了分析;将机组布置成线型,根据构成特点与运行特性,采用逐级计算方法对其进行水力计算,计算过程中将任意两喷头间的总水头损失简化为其输水管路沿程损失乘上经验系数,推导出喷灌机组中各喷头工作压力的计算公式,确定逐级阻力损失的计算方法.结合一个算例,选择型号为65ZB-40C＆12×PY120的喷灌机组进行室外试验对比,理论计算时经验系数取为1.1,试验时保证该喷灌泵在其设计工况点运行,多次测量计算出的平均值作为最终的试验数据.计算值与试验值的对比结果表明：在管路流动中,随着流量沿程减小,各喷头工作压力在管路首端时相差较大,末端时基本保持一致.绘制了喷头工作压力的理论计算值与试验值的误差条线图,通过计算得出绝对误差最大的是3号喷头,它们的相对误差在0.27%～1.96%范围内.     

泵站出水流道模型水力损失的测试

根据低扬程水泵装置的研究方法可以多样化的观念,提出了将泵站出水流道模型从水泵装置模型中分离出来单独进行水力损失测试的新方法,介绍了该方法所采用的测试装置、水力损失计算方法及误差分析等有关问题.与传统测试方法相比,该方法的特点是：以较少的费用、较短的周期获得准确的结果.对2个不同几何形状的出水流道模型进行了水力损失测试及比较,试验结果表明：出水流道的水力损失与其几何形状有非常密切的关系.     

用能量特性评价水泵机组水力稳定性

为了评价大型低扬程水泵在设计和非设计工况下运行的稳定性,根据水泵设计理论,分析了非设计工况下影响水力稳定性的主要因素,包括进口预旋、出口环量、轴向旋涡和脱流等,进而从水泵的基本方程出发,提出了"虚拟最优工况"的概念,建立了以水泵能量特性来计算水力不稳定性即紊流损失的方程式,据此对不同比转速的叶轮进行了紊流损失计算,并与模型实测的压力脉动进行了对比,两者有较好的一致性.这一结果表明,采用能量特性评价水泵机组运行稳定性的方法是可行的.     

水泵转速变化对进出水流道水力损失的影

在比较各种进出水流道水力损失研究方法的基础上，运用计算流体动力学方法数值模拟了4种水泵装置内部流动，研究水泵转速变化对进出水流道水力损失的影响。数值计算结果表明，由于水泵装置中进水流道内部流动受水泵叶轮旋转引起的水流预旋的影响，因而小于无泵单独运行时的水力损失。水泵转速变化后，在相同流量下，进水流道的水力损失基本不变。水泵导叶出口水流条件和剩余环量影响出水流道的水力特性，水力损失随流量变化的关系非常复杂。水泵转速变化后，出水流道内部流动不相似，相同流量下的水力损失不相等。装置模型试验结果验证了数值计算结果的有效性和可靠性。     

管网特性对水泵变流量运行能耗的影响

在暖通空调的水系统中,管网型式与阻力的变化对水泵运行特性产生重要的影响.通过实例对水泵变流量运行进行计算与分析,并采用管网阻力调节、水泵台数控制及变频控制方法调节系统流量.探讨了管网变化对水泵变流量运行能耗的影响;分析了管网性质与水泵运行工况的关系,以及各种流量调节方式与水泵运行能耗的关系.计算结果表明：管网特性对水泵变流量运行的能耗影响较大.通过增加管网的阻力调节流量,通常会使水泵的能耗降低;水泵变频控制方式对开、闭式管网的运行能耗影响有较大的区别,静压值越大,节能效果越小;在闭式循环管网中,水泵台数控制与变频控制是两种有效的节能调节方法,由于管网发生变化,水泵的运行工况变化不满足相似律;水系统通过采用压差控制流量时,最不利环路可能发生变化成为次不利环路,所以末端压差控制因管网变化而形成水力失调,最小阻力控制比定压差控制有显著的节能效果.     

Design of water distribution networks for on-demand irrigation

Three fundamental aspects are studied in the design and operating process of a water distribution network for on-demand irrigation. The first determines plot discharge as a function of the average application rate of system, A_rs, in sprinkler irrigation or of the equivalent discharge per unit of area in drip/micro irrigation, and according to plot size. The second determines the maximum and minimum demand curves, aspects which have not yet been published. These constitute the possible operating points of the surrounding irrigation network. The third is the dimensioning and regulation of the pumping plant that minimises the investment and operating costs according to usage conditions in the irrigated area, with operation in different hourly periods with different energy costs. The results show that the use of hydraulic valves with limiting flow controllers makes the design of the network easier. Moreover, the installation cost decreases when adjusting the hydrant discharge to the exact size of each plot, thus eliminating excess discharge. The determination of the maximum demand curve allows dimensioning of the pumping plant, as well as its regulation and control in real time after including it into the PID (proportional, integral and derivative) logic of a programmable controller. Moreover, a simplified method for evaluating the energy consumption during the irrigation season is presented, valid for electricity tariffs with different hourly costs.     

管网特性对水泵变流量运行能耗的影响

在暖通空调的水系统中,管网型式与阻力的变化对水泵运行特性产生重要的影响.通过实例对水泵变流量运行进行计算与分析,并采用管网阻力调节、水泵台数控制及变频控制方法调节系统流量.探讨了管网变化对水泵变流量运行能耗的影响;分析了管网性质与水泵运行工况的关系,以及各种流量调节方式与水泵运行能耗的关系.计算结果表明：管网特性对水泵变流量运行的能耗影响较大.通过增加管网的阻力调节流量,通常会使水泵的能耗降低;水泵变频控制方式对开、闭式管网的运行能耗影响有较大的区别,静压值越大,节能效果越小;在闭式循环管网中,水泵台数控制与变频控制是两种有效的节能调节方法,由于管网发生变化,水泵的运行工况变化不满足相似律;水系统通过采用压差控制流量时,最不利环路可能发生变化成为次不利环路,所以末端压差控制因管网变化而形成水力失调,最小阻力控制比定压差控制有显著的节能效果.     

青贮饲料收获机物料箱自卸料驱动机构设计

为研究青贮饲料收获机物料箱自卸料驱动机构中的液压缸安装位置与其驱动能耗的关系，该文以青贮苎麻联合收割机物料箱自卸料驱动机构为研究对象，采用运动动力学方法，按照能量消耗最低目标，设计计算物料箱在既定运动条件下的翻转驱动力、液压缸在机架上的安装位置和在物料箱上的安装高度、液压缸最大工作行程等参数；进而分析得到物料箱在翻转运行平稳性驱使下的活塞杆铰接点速度、加速度变化趋势。计算结果表明，以液压缸自身长度为底边，液压缸两铰接点分别距物料箱翻转中心的长度为腰的等腰三角形布局结构，能够满足能耗最低要求；在给定运动条件下的速度最大值umax=0.088 m/s，加速度最大值amax=0.010 m/s2。该研究可为以后的相关研究提供理论依据。      

喷灌压力管网系统水力特性的模拟模型研究

本文从系统的观点出发，首先分析了水泵直接加压式喷灌压力管网系统的组成，继而运用图示模拟技术，着重研究探讨了计算各类水力单元直至全系统水力特性的模拟模型，并针对一个规模较大，地形较为复杂的坡地喷灌工程，具体介绍了运用该模型进行图示模拟计算的方法和步骤。计算结果表明，该模型能如实地反映喷灌压力管网系统的运行客观规律，从而为了解把握喷灌压力管网系统的水力特性提供了一种行之有效的实用计算方法。     

坡地喷灌水滴直径与动能强度分布规律研究

在室内无风条件下应用视频雨滴谱仪实时监测了不同坡度下喷洒水滴直径和速度等信息,研究了不同坡度下水滴平均直径及直径频率沿射程方向的变化规律,分别建立了水滴平均直径、速度与坡度等之间的数学关系。以此为基础,结合坡地喷灌水量分布计算方法,提出了无风条件下坡地喷洒水滴动能强度计算模型,并通过试验验证了该模型的正确性。以雨鸟LF1200型喷头为研究对象,应用该模型重点分析了不同喷头布置方式、间距和坡度对组合喷头打击动能强度分布的影响。结果表明:随着喷头间距的增大,动能强度分布越来越不均匀,且动能强度高值区所占比例不断减小;坡度变化对坡面动能强度分布影响并不明显;三角形布置方式对减小坡地喷灌打击动能强度具有一定作用。同时考虑打击动能强度和水量分布,在坡地喷灌系统设计时,若选用雨鸟LF1200型喷头,建议优先采用三角形布置,且间距为0.8倍的平地喷头射程。     

用逐级计算法进行支管水力计算

支管水力计算在喷灌设计中是非常关键的问题，然而其计算经常采用的是一些经验方法，使计算结果与实际情况不符。本文介绍一种较精确的逐级计算方法。     

文丘里差压式喷灌施肥装置的性能研究

本文主要介绍100PS－1型文丘里差压式施肥装置的工作原理、水力学性能、施肥罐内肥料浓度的变化规律及施肥均匀度的试验数据。通过对试验结果的研究分析,我们认为采用这种形式施肥装置是完全符合喷灌系统对施肥的要求的。