圆形喷灌机喷头选型及配置

圆形喷灌机作为典型的节水灌溉装备,具有自动化程度高、喷洒效果好、工作效率高等优点,近年来在我国得到很好的推广应用。圆形喷灌机的灌溉质量主要取决于使用的喷头类型及配置方式。分析了圆形喷灌机喷头从中压向低压方向发展演化过程,对各种类型喷头主要性能与参数特征进行了梳理与归纳。综述了各类喷头的结构特征与性能、配置方式等方面研究与应用现状。对圆形喷灌机喷头和配置方式的研究现状分析表明,目前圆形喷灌机使用的喷头普遍为低压旋转折射式喷头,且国内外对于该类喷头的设计与性能等方面的研究尚不完善,亟待展开相关领域研究,促进该类型喷头的国产化,以满足日益增长的规模化农业对大型喷灌机的巨大市场需求。      

圆形喷灌机喷头配置技术与软件研究

以圆形喷灌机均匀喷灌水深为目标,建立了主输水管喷头间距不相等条件下喷头配置数学模型,提出了全部使用、不使用及部分使用压力调节器3种工况下的喷头配置技术方案,构建了基于SQL Server的圆形喷灌机低压喷头、压力调节器、机组桁架等零部件结构及性能参数数据库,并开发了可实现圆形喷灌机喷头配置和机组水力性能预测的专业软件.DYP-249型圆形喷灌机应用该软件实现了D3000喷头配置,配置的入机总流量与理论值的相对误差小于1.1％;根据配置结果进行了田间试验,结果表明沿主输水管方向的喷灌强度试验值和模拟值的变化趋势一致,因田间试验受到风速、风向、蒸发飘移和编程算法等影响,测得的喷灌均匀系数值(75.26％)低于软件模拟值(85.59％).工程实例表明软件能够准确、快捷地完成圆形喷灌机的喷头配置,并能较好地预测机组田间水力性能.     

圆形PWM变量喷灌机喷灌特性的仿真研究

变量喷灌(Variable Rate Irrigation,VRI)是精准农业的一个重要分支,目前的发展方向是单喷头变量喷灌(Individual Sprinklers VRI,IS-VRI),即每个喷头均采用脉宽调制(Pulse Width Modulation, PWM)变量技术控制水量。为此,通过分析面向IS-VRI应用的圆形PWM变量喷灌机在喷灌过程中水量累积的过程后,数值仿真研究了PWM脉冲占空比、PWM脉冲周期、喷灌机行进角速度及喷头离围转中心距离4个参数对喷灌均匀性及喷灌水深误差的影响规律。采用Nelson R3000喷头的圆形PWM变量喷灌机数值仿真结果表明:喷灌水深与喷灌机行进角速度和喷头离围转中心距离成反比,与PWM脉冲占空比成正比,与PWM周期存在较弱的负相关关系; PWM周期和喷灌机行进角速度越小,喷灌均匀性越好,当PWM周期取10s或行进角速度取1(°)/min时,径向和周向克里斯琴森均匀系数均可达到75%和80%以上;喷灌水深误差主要出现在喷灌机中间段的径向水深误差上,约为8%,其余误差均在5%以下,水深误差可以通过调整PWM脉冲占空比补偿消除。     

关于我国发展喷灌机具的浅见

近几年来,我国喷灌机具的研制工作又有了新的发展,先后鉴定投产了一些质量较好和技术指标较先进的喷灌机具新品种,如Py_1低压小喷头,金属移动管道,垂直摇臂式喷头,电动圆形喷灌机、绞盘卷管式喷灌机,内、外混式自吸泵和水环式自吸泵等。这些为我国喷灌事业向深度和广度发展奠定了一些基     

喷灌机的选购与使用

喷灌机是一种将动力机、泵、管路、喷头和移动装置等设施,按喷灌方式组合配套成具有整体性的喷灌设备,将压力水喷射到低空,经雾化后像雨滴一样均匀地降落到作物和地表面。常用的喷灌机有小型喷灌机、大型喷灌机、平移式喷灌机、移动式喷灌机、卷盘式喷灌机、指针式喷灌机、中心支轴喷灌机、圆形喷     

圆形喷灌机非旋转喷头流量系数的研究

分析推导了圆形喷灌机非旋转喷头圆锥形喷嘴流量系数的影响因素和理论公式,并分别对国外D3000喷头和国产PZ喷头的流量系数进行了测试。结果表明:D3000和PZ喷头流量系数的理论计算平均值为0.9377,D3000喷头流量系数测试平均值为0.969,因PZ喷头加工制造精度差,其流量系数测试平均值为0.9121。喷头流量系数的测试平均值高于理论计算平均值3.3%。当圆锥形喷嘴锥角为10.01°～23.18°时,流量系数的合理范围为0.93～0.98,取建议值0.95时,喷头流量的理论计算值与测试值的相对误差均值小于2%,完全可以满足圆形喷灌机喷头配置精度的要求。     

喷灌机具技术水平分析及努力方向

早在十九世纪末二十世纪初,美国和俄国首先使用了自压管道喷灌系统。到了二十世纪一十年代出现了简易喷灌车,二十年代发明了反冲式旋转喷头;三十年代有了摇臂式喷头和悬双臂式喷灌机;四十年代出现了端拖式和滚轮式喷灌机;五十年代出现了多支座圆形喷灌机;六十年代出现了绞盘式喷灌机;七十年代出现了多支座平移式喷灌机;进入八十年代世界上喷灌机具主要机型已趋向稳定。基本能够满足世界各地自然地貌的     

低压可调幅式喷灌机研制

通过分析国内喷灌发展中存在的问题,介绍了一种新型低压可调幅式喷灌机。该机型采用可升降的伸缩式桁架,实现喷幅可按地块的大小任意调节,喷灌机桁架高度可按作物高度进行升降,最大限度地减少了喷灌的漂移损失,节约了灌溉用水;配套的低压喷头,降低了系统工作压力,降低喷灌能耗。低压可调幅式喷灌机既可作为新开发地区的喷灌机型,也可与低压管道输水或渠道灌溉相结合,变低压管道输水或渠道灌溉为喷灌,提高了喷灌水源的灵活性。     

低压喷头异形喷嘴水量分布均匀性试验研究

为了研究低压喷头异形喷嘴水量分布的均匀性,依据面积相同原则,设计出圆形、三角形、正方形3种以及不同锥角形式的喷嘴,研究低压下异形喷嘴喷头对喷灌水量分布的影响.通过外特性试验测量了异形喷嘴喷头的流量、射程和水量分布,利用Matlab软件分析不同喷嘴喷头的喷洒均匀性,同时采用高速摄影技术观测不同喷嘴形式下喷头射流空间流态.结果表明:同一压力下,随着喷嘴锥角的增大,喷头流量逐渐减小,且正方形喷嘴喷头流量最大,三角形喷嘴喷头流量最小;喷头射程随着喷嘴锥角的增大呈先增大后减小变化趋势,且圆形喷嘴喷头射程最远,三角形喷嘴喷头射程最短.由高速摄影图像可以看出,三角形喷嘴喷头的射流破碎段最短,圆形喷嘴喷头的射流破碎段最长;随着喷嘴锥角的增大,3种喷嘴喷头的射流破碎长度段呈减小趋势;综合射程和雾化效果可知,锥角为45°时圆形喷嘴喷头为最优.同时,通过对圆形喷嘴和异形喷嘴的水量分布均匀性测量,发现异形喷嘴喷洒组合均匀性系数比圆形喷嘴明显要高.     

卷盘式喷灌机研究进展与发展趋势分析

为促进我国卷盘式喷灌机快速发展,提高对卷盘式喷灌机关键技术的整体认识和比较国内外差距,本文概述了国内外的发展历程和卷盘式喷灌机的主要类型和机型,从内外特性指标两方面,阐述了影响卷盘式喷灌机的关键因素及研究现状,总结出喷头车行走速度的均匀性、行走速度与喷头旋转扇形角及速度的匹配关系、喷头车运行稳定性、喷头进口压力的稳定性、喷头的姿态和地形等是影响喷灌均匀性指标的关键因素,各组成部分的能量转换效率和优化匹配是影响整机能耗的关键因素。分析了卷盘式喷灌机驱动动力、传动系统、速度控制、关键环节能量转换和喷头车稳定性等关键技术的研究进展和存在的问题。提出了我国卷盘式喷灌机需要重点研究的应用基础和关键技术问题,展望了卷盘式喷灌机多功能和智能化的发展趋势。     

全圆旋转摇臂式喷头的非圆形域喷洒

喷头的射程及其变化规律决定喷洒域的大小和形状,而喷嘴前的水流压力和喷嘴直径则是影响喷头射程的主要因素。在分析喷嘴前水流压力与喷头出流量关系、喷头射程与喷头出水流量之间的关系的基础上,提出了在喷头座的下端增加一个流量调节附加装置可实现全圆旋转摇臂式喷头的非圆形域喷洒方案。采用具有“十”字孔结构的流量调节器,十字孔的宽度为πd嘴/4,长度为5πd嘴/8,可实现方形喷洒。     

基于异形喷嘴结构的低压喷头水力性能

对2种流量相等的出口截面形状为正方形和正三角形的异形喷嘴与圆形喷嘴进行了对比研究,研究其压力、喷嘴锥角、出口截面形状对流量、射程、喷灌强度和喷灌均匀性等水力性能的影响.结合试验和Matlab软件,分析低压下异形喷嘴在矩形布置下的组合均匀性,确定了组合喷灌均匀性最好的喷嘴型号及其最佳组合间距.研究表明:锥角一定时,喷嘴的流量和射程均随着压力增大而增大;压力一定时,喷嘴的流量和射程随着锥角变大而减小.低压条件下,异形喷嘴的喷灌均匀性较圆形喷嘴有极大改善,低压组合喷灌均匀性最佳的喷嘴为锥角45°的正三角形喷嘴,最佳组合间距为一个有效喷洒半径.异形喷嘴的组合均匀性系数比圆形喷嘴的高,说明在组合喷灌时选用异形喷嘴更能体现喷灌均匀性优势.     

喷嘴形状对喷洒水滴动能的影响

对特定的土壤来说，喷洒水滴动能是优选喷头型式时需要考虑的重要因素。利用面粉法测得的圆形和方形喷嘴的水滴分布资料，用水滴运动方程确定水滴落地时的速度，计算了单位质量水滴沿径向不同位置处的动能和总动能。在相同压力下，方形喷嘴形成的水滴所具有的动能小于同流量的圆形喷嘴；在满足一定的水滴总动能要求时，方形喷嘴可在比圆形喷嘴低９８ｋＰａ的压力下工作，从而达到节能的目的。通过分析得出了可用于由中数直径估算中压喷头的水滴总动能的回归方程。还研究了竖管高度对水滴总动能的影响。结果表明，在常用的竖管高度范围内，高度每升高１ｍ，圆形喷嘴的水滴总动能增加约５％，方形喷嘴的水滴总动能增加６％～９％。     

簧片式异形喷嘴喷头的射程试验研究

针对传统圆形和扇形喷洒域喷头在应用中存在漏喷、超喷与界外喷问题,指出其工作的局限性,并提出解决上述问题的新思路,即加装变喷嘴装置,使其根据来流压力的大小自动调节喷嘴出口面积的大小,进而自动改变射程,能够实现非圆形喷洒域的喷洒。给出一种非圆形喷洒域变量喷头异形喷嘴新结构-簧片式,介绍了其结构特征及工作原理,并测量其射程、流量,试验结果表明簧片式异形喷嘴喷头可以实现非圆形变量喷洒。最后指出其待解决的问题为喷洒的均匀度不高,提出研究变量喷洒喷头的建议。     

变量喷洒喷头组合喷灌试验

变量喷头可以根据喷洒地块形状和喷洒量的要求实现射程和流量的同步可控,对精确灌溉具有重要意义.试验研究了基于扇形通孔动静片调节器的变量喷头在系统不同压力工况下组合喷灌时的水量分布及喷灌均匀度等水力性能,并与传统圆形喷洒域喷头进行了对比,研究了变量调节器对喷头性能的影响及其对工作压力的敏感性.工作压力和调节器的双因素重复全面试验结果表明,变量精确灌溉喷头较传统圆形喷洒域喷头单喷头控制面积降低了15.4％,喷灌均匀度提高了9.5％,喷灌强度降低了15.7％,射程损失了5.9％,喷洒域系数可达64.0％.组合均匀度方差分析结果表明,调节器和工作压力以及两者之间的交互作用对组合均匀度都有极显著影响,变量调节器的设计需要满足喷头在不同工作压力工况条件下的性能要求.     

水力驱动带状喷灌机喷头的优化设计

为了使水力驱动带状喷灌机喷洒均匀度高、受风影响小,能够在作物行间进行喷洒作业,本研究选取不同参数的喷头对其喷头流量、射程、条带宽度及喷灌强度进行试验对比分析,试验结果表明,喷头的喷灌效果与工作压力、喷孔大小、喷射仰角及叶轮之间均存在紧密联系。该结果能够为水力驱动带状喷灌系统的喷头选型及参数设计提供参考。     

Effect of nozzle type on runoff and yield of corn and sorghum under center pivot sprinkler systems

Summary Corn (Zea mays L.) and grain sorghum (Sorghum bicolor L.) production were compared under impact and spray nozzled center pivot sprinkler systems. The crops were grown under two pairs of sprinkler systems located approximately 110 km apart. One system of each pair was equipped with high pressure (379 or 414 kPa) impact sprinkler heads and the other system was equipped with low pressure (172 or 207 kPa) spray nozzles. Half of each circle was planted to corn and half was planted to sorghum. Additionally, four tillage treatments were included in the experimental design (conventional tillage, conventional tillage + deep ripping, conventional tillage + diking, and minimum tillage). The evaporative losses from the high pressure system with impact sprinkler heads were not significantly different from the low pressure system with spray nozzles. The minimum tillage and deep ripped treatments reduced runoff while diking eliminated it. The two nozzle types did not produce significantly different grain sorghum yields; however, corn yielded significantly more under the high pressure system with impact sprinkler heads than under the low pressure system with spray nozzles. The different tillage treatments did not influence yields of either crop significantly.Contribution of the Texas Agricultural Experiment Station. Paper No. 19198     

Sprinkler performance as affected by nozzle inner contraction angle

The discharge-pressure relationship for the orifice nozzle is essential for developing new sprinkler prototypes and designing sprinkler irrigation systems. In this work, the sprinkler nozzle inner contraction angle was varied from 20° to 90° to establish the relationship between discharge and pressure. The sprinkler nozzle discharge increases exponentially with increasing pressure. The discharge exponent is essentially independent of the nozzle contraction angle and can be taken as 0.5, while the discharge coefficient decreases significantly with increasing contraction angle. Sprinkler rotation speeds measured for different contraction angle nozzles decreased as the angle increased. Water distributions were tested indoors for various contraction angles. Sprinkler nozzles with contraction angles ranging from 20° to 60° produced approximately equal pattern radii and similar water application profiles, but the pattern radius was significantly reduced for contraction angles above 60°. The optimum inner contraction angle is about 30°. Received: 11 July 1997     

异形喷嘴变量喷头水力性能试验

在分析喷嘴出口前压力与喷嘴面积、射程之间关系的基础上,阐述了异形喷嘴变量喷洒喷头结构形式及工作原理.对变量喷头进行了水力性能试验,并绘制了单喷头水量分布等值线图.试验表明:异形喷嘴变量喷头运行可靠,能够实现正方形和三角形喷洒域,与圆形喷嘴的摇臂变量喷头相比其喷洒性能良好,改善了喷灌均匀性.