农田灌溉机械dd

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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。 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

2、、逆止阀和闸阀等（图71）。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

3、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72）。图7-2 喷灌系统组成示意图（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、水量调蓄池和沉淀池等。（2

4、）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 是喷灌系统的专用部件，喷头安装在竖管上，或直接安装

5、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 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

6、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

7、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

8、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

9、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400500米，管径多为6英寸。离地面高23米，有710个自走塔架。根据轮灌需要，转一圈最快是12小时，一般需要34天，甚至到20天，可灌溉8001000亩。机组安装后基本上不要人操作管理，即可自动运转和连续喷灌。转到方田的四角，有一机电系统控制，由喷角装置将支管伸

10、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71。表71 各种泵型代表符号的意义水 泵 种 类型号

11、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65BP55BP：喷灌用离心泵65泵吸入口径为65mm55扬程为55mBPZ型50BPZcz45BPZ：喷灌用自吸式离心泵CZ：与柴油机直联50泵吸入口径为50mm45扬程为45m原型号BP型2.5BP-55BP：喷灌用离心泵2.5泵吸入口径为2.5in55扬程为55mBPZ型2 BPZcz45BPZ：喷灌用自吸式离心泵Z：直联2泵吸入口径为2in5功率为5马力45扬程为45m改进型号IB型IS型IB 80-50-250ISI：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80mm50泵排出口径为50mm

12、250叶轮名义直径250mm原型号BA型6BA18ABA：单级单吸悬臂式离心泵6泵吸入口径为6in18比转数为180A泵的叶轮外径已车小过若是B、C表示车小得更多B型4B35B：单级单吸悬臂式离心泵4泵吸入口径为4in35扬程为35m单级双吸改进型号S型150S50S：单级双吸卧式离心泵150泵吸入口径为150mm50扬程为50m原型号Sh型10Sh19Sh：单级双吸卧式离心泵10泵吸入口径为10in19比转数为190多及分段改进型号D型DA1型D25-5012DA1-802D:分段式多级离心泵1第一次改进设计25流量为25m3/h50、80-单级扬程50m、80m2、12-泵的级数为2级12

13、级原型号DA型4DA85DA：分段式多级离心泵4泵吸入口径为4in8比转数为805泵的级数为5级井泵长轴井泵改进型号JC型100JC1023JC：长轴离心深井泵100适用最小井径100mm10流量10m3/h23泵的级数为23级原型号JD型6JD368JD：深井多级泵6适用最小井径6in36流量36m3/h8泵的级数为8级J型10J8010J：机井用泵10适用最小井径10in80流量80m3/h10泵的级数为10级深井潜水电泵改进型号QJ型200QJ80-55/5QJ：井用潜水泵200适用最小井径200mm80流量80m3/h55扬程为55m5泵的级数为5级原型号NQ型8NQ20125NQ：农

14、用潜水电泵8适用最小井径8in20流量20m3/h125扬程125m250NQ50-160/8250适用最小井径250mm50流量50m3/h160扬程为160m8泵的级数为8级微型泵原型号WB型WB101080（250B）WB：微型泵B：电动机型式10泵吸入口径为10mm10泵排出口径为10mm80叶轮名义直径为80mm250电动机额定功率250W真空泵水环式真空泵改进型号SZ型SZ1S：水环式Z：真空泵1规格号原型号PMK型PMK11规格号改进型号SZB型SZB4S：水环式Z：真空泵B：悬臂式45200.133kPa时的排气量为4Ls原型号KBHKBH4K：悬臂式B：真空H：泵45200.

15、133kPa时的排气量为4LsSZZ型SZZ4S：水环式Z：真空泵Z：真联式45200.133kPa时的排气量为4Ls（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。图7-3 离心泵叶轮.封闭式 .半封闭式 .敞开式图7-4 轴流泵叶轮离心泵的叶轮有封闭式、半封闭式和敞开式三种（图73）。封闭式叶轮适用于抽送清水，叶轮两侧有轮盖，里面有68个叶片，构成弯曲的流道，称为叶槽，轮盖中部有吸入口。半封闭式适宜抽送含有杂质的水，叶轮仅一

16、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。图7-5 混流泵叶轮图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74）具有粗大的轮毂，上面有26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75）。 图7-6 水泵叶轮水流方向.单吸离心泵叶轮 .双吸离心泵叶轮

17、 .混流泵叶轮 .轴流泵叶轮水泵的类型不同，叶轮的形状也不同，工作时叶轮的水流方向也不一样（图76）。单吸离心泵的水流沿轴向单面吸入叶轮（图76a）。双吸离心泵的水流沿轴向双面吸入叶轮（图76b）。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(76d)。混流泵叶轮的水流沿轴向进入，斜向流出（图76c）。 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.压盖图7-7 蜗壳形泵壳1.蜗道 2.叶轮 3.出水口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

18、能转化为压能。离心泵的泵壳（图77）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（56圈油浸棉纱或棉绳）、水封环、压盖和填料盒等组成（图78）。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

19、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79）。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。 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（2）单级双吸式离心泵

20、（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710）。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68片，它造成流线

21、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图7-10 ZLB型轴流泵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。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711）。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，

22、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1218片流线型导叶，用来使水流均匀而平顺地进入转轮。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712）。前

23、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23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713）。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

24、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，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0.53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。 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.

25、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（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714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7-13 QY型油浸式潜水电泵1. 电机定子 2.电机转子 3.整体式密

26、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.出线盒由图715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

27、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 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轴流泵是利用叶轮旋转所产生的推升力来抽水的（图716）。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 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 往上推送。但同时还使水产生旋转运动，须用导水叶来消除

28、，使泵内水流沿着泵轴方向流动。轴流泵叶片的断面与机翼断面形状十分相似。机翼从结构上必须有一个适宜的流线型断面。这样才能产生最大的升力。机翼的头部应有很好的圆角，其尾部则应具相当尖锐的后缘，机翼上下两面具有不同曲率的曲线。假定这个流线型机翼处在流体之中，在机翼上作用着一个力R，这个力可以分解成两个分力：沿着流体流动方向的水平分力Px和垂直该方向的垂直分力Py（图717）。后者称为升力，前者称为迎面阻力。通过实验得出升力和迎面阻力的计算式为式中 Cx迎面阻力系数 Cy升力系数 Ax叶片的表面积 流体的容重 v未受叶片影响的流体流速图6-17 叶片受力分析系数Cx、Cy与叶片断面的形状、冲角及流体的

29、流性有关，需要通过实验求得。对轴流泵而言，机翼的倒置即为轴流泵的叶片，轴流泵推升力的产生是相反的作用，叶轮在水中旋转运动，对水产生升力而扬水。3混流泵的工作原理混流泵的构造介于离心泵和轴流泵之间。因此叶轮在水中旋转时，既使水流产生离心力，又对水流有升力。混流泵的工作原理就是靠这两种力的作用而抽水的。（五）水泵的工作性能1水泵性能的主要参数水泵性能主要是由流量、扬程、功率、转速、允许吸上真空高度（或汽蚀余量）和比转数（或称比速）七个基本工作参数而定。（1）流量 是指水泵出口断面在单位时间内流出多少体积的水，以Q表示，单位是升秒或米3小时（即吨小时）。（2）扬程 是指所输送的水由水泵进口至出口每单

30、位重量的能量增加值，即水泵能够扬水的高度。用H表示，其单位以米计。图7-18 水泵扬程示意图水泵扬程包括两部分（图718），一是由水源水面至水泵轴线基准面的垂直高度Hd.x，称为吸水扬程。一是由水泵轴线至出水池水面的垂直高度Hd.y，称为压水扬程。两者的和称为实际扬程Hd（或称为地形高度）。 Hd=Hd.x+Hd.y 以上扬程可通过装置在水泵进水口接盘处的真空表和出水口接盘处的压力表来测定。Hd并没有考虑水流经过管路时，由于水受到摩擦阻力而引起的损失扬程h。水泵选型确定扬程时，须将h包括进去，否则只按Hd选用水泵，其扬程显然会偏低。h又包括两部分：一是吸水管路的沿程和局部损失，另一是压水管路的

31、沿程和局部损失。即 h=hx+hy 所以对水泵所需要的总扬程应为 H=Hd.x+hx+Hd.y+hy 即 H=Hd+h （3）功率 为了计算水泵所需的功率、功率损失和水泵效率，采用三个功率概念。a有效功率Nx（又叫水功率） 是水泵内水流得到的净功率，亦即水泵的输出功率 Nx=QH (公斤米/秒) 或式中 水的容重，公斤升 Q水泵的流量，升秒 H水泵的扬程，米b轴功率Nz（又叫水泵的输入功率） 指动力机通过水泵轴输给水泵的功率。轴功率与有效功率之差是在泵内损失的功率，其大小可以用效率来衡量。通常所说的水泵功率，即指水泵轴功率式中 水泵的效率c配套功率Np 是指为一台水泵合理选配动力机的功率数值。

32、它应大于轴功率。其超过量为传动而损失的功率和意外的过载需加大的功率两者之和式中 K安全备用系数 当Nz50PS时，K=1.101.15 当Nz50PS时，K=1.051.08 Nz水泵轴功率，马力或千瓦 c传动效率，。直接传动c =0.98（4）水泵效率 水泵效率是指其有效功率与轴功率之比，以百分数表示。它反映水泵抽水的效能，和水泵对动力的利用情况农用水泵的效率一般在6080之间，有些大泵超过80。（5）水泵转速 水泵的转速n（转分）指水泵的设计转速（即额定转速），配套的动力机一定要满足水泵所需要的额定转速。（6）允许吸上真空高度（或汽蚀余量） 它反映水泵不产生汽蚀时的吸水性能。是用以确定水泵

33、安装高度的重要数据。离心泵和混流泵用允许吸上真空高度Hs来反映其吸水性能；轴流泵则利用汽蚀余量h来反映其吸水性能。其单位均以米计。水泵性能所标示的Hs是水泵本身所能够吸上水的最大真空高度。它并不包括吸水管路的损失扬程。（7）比转数 比转数ns是表示水泵特性，并用以分类的一个综合性数据。它与水泵的转速完全是两个概念。一个水泵的比转数是指一个假想叶轮的转数。这个假想的叶轮与该水泵的叶轮完全几何相似。它的场程为1米，有效功率为1马力，而流量为0.075米3秒时所具有的转速。根据相似律推导出比转数与流量、扬程和转速之间的关系式为式中 n水泵的额定转速，转分 H水泵的扬程，米。对多级泵是指一个叶轮的扬程

34、 Q水泵的流量，米3秒，对单级双吸（Sh型）泵，其流量应为Q2表 7-2 比转数与叶轮形状和性能曲线形状的关系比转数的大小与叶轮形状和性能曲线有密切关系（表72）。叶轮形状和水泵性能由它决定，效率高低、水力损失随它变化。因此，在水泵设计中是很重要的技术参数。离心泵的比转数低，一般在300以下，它具有扬程高，流量小的特点。轴流泵的比转数高，通常在500以上。它具有扬程低，流量大的性能特点。2水泵性能曲线水泵性能曲线是水泵运行在额定转速下，通过实验方法（详见国家标准JB104167）测得流量与扬程、轴功率、效率和允许吸上真空高度之间的关系，并绘制成几条曲线来表示。按水泵类型汇编成水泵样本，以供选用

35、水泵时作为技术资料。（1）离心泵性能曲线（图719） 图7-19 离心泵性能曲线 图7-20 轴流泵性能曲线a流量扬程曲线（QH） 它表示离心泵的扬程随流量而变化的关系曲线。当流量较小时，其扬程比较高；当流量逐渐增大时，扬程却逐渐降低。其变化坡降较平缓。在实践中，如将出水管路上的闸阀关小，可以获得较高的扬程，但必须注意水泵效率下降的情况。b流量功率曲线（QN） 表示离心泵的流量与轴功率之间的关系曲线。是一条随流量增加而轴功率上升的平滑曲线。由此可见离心泵关阀启动时，水泵轴功率消耗最小，对动力机最为安全。c流量效率曲线（Q） 水泵效率随流量的逐渐增大而慢慢提高。但超过设计流量时，效率反而慢慢降低

36、，曲线变化比较平缓。Q曲线上A点为水泵的最高效率点，即水泵设计工作点。为便于选择工作点，通常在最高效率点两侧a、b平坦段标定为工作范围。在QH曲线上，用两条波折线括起来表示（图719）。水泵在这个范围内运转时，都可以获得较高的工作效率。d流量允许吸上真空高度曲线（QHs） 它表示水泵允许吸上真空高度与流量之间的变化规律。在工作范围内，Hs随流量的增加而减小。当流量减小时，可以适当提高水泵的扬程。（2）轴流泵性能曲线（图720） 轴流泵不仅外形结构、工作原理与离心泵不同，而且其性能曲线也与离心泵有很大差异。轴流泵在叶轮叶片安装角不改变和转速n一定的条件下，通过实验方法测得其性能曲线。QH和QN曲

37、线是陡降曲线，有两个折点B和C，而A点为设计工作点。当Q0时，水泵扬程和轴功率为最高效率时的两倍左右。扬程和功率随流量增大而急速下降。到C点后，流量继续增大，而扬程上升。出现一个马鞍形的不稳定工作区。水泵如果在此区域内运转时，就会发出噪音和震动，水泵效率急剧下降，甚至因超负荷而损坏动力机。所以，轴流泵宜在大流量情况下工作，宜开闸启动。B点以后，流量与扬程、功率成反比关系变化，工作稳定，效率高。Q曲线呈山峰形，离开设计工作点，效率向两旁陡降。其高效率范围狭小。（3）混流泵性能曲线 混流泵的性能曲线形状介于离心泵和轴流泵之间，比转数ns低的混流泵，曲线接近于离心泵；比转数ns高的混流泵，曲线形状接

38、近于轴流泵。3水泵工作点的确定水泵工作点的确定对于水泵运行的效率十分重要。水泵工作点应选在性能曲线的工作范围内。如果工作点定得恰当，机组运转安全经济，效率高，扬程和流量都能满足要求。但是如果工作点定得不恰当，效率下降10是常见的。要确定水泵的工作点，必须具有水泵性能曲线和管路阻力曲线。前者在水泵选定后，可在水泵样本中查得；后者则根据用户管路布置情况按管道水力计算绘制。（1）管路阻力曲线 它是管路中的通过流量Q与需要扬程的关系曲线。管路需要扬程由实际扬程（即地形高度）和损失扬程h两部分组成。对既定的水泵机组来说，实际扬程通过实地测量得知，为一常数。而损失扬程h则由沿程摩擦损失和局部阻力损失组成。

39、如令Sy为沿程阻力系数、Sj为局部阻力系数，则总阻力系数为 S=Sy+Sj 而总损失扬程h则随管路布置和通过流量而变。即为 h=SQ2 管路需要扬程Hxu为 Hxu=Hd+h=Hd+SQ2 即损失扬程与流量的平方成正比，管路阻力曲线QHxu为一通过原点O的抛物线。以不同的水泵流量代入上式，即可求得相应的Hxu。如果以Q为横座标，Hxu为纵座标，就会绘制出管路阻力曲线QHxu（图721）。在这条曲线上，可以查得输水管路在通过不同流量的损失扬程。（2）确定水泵工作点 图721中两曲线相交点A，即为水泵机组的工作点。A点表明： 图7-21 水泵机组工作点a水泵供给的扬程应等于管路需要的扬程Hxu。b

40、水泵供给的流量QA应等于消耗在管路上扬程为Hxu时所能通过的流量Qxu。从能量的观点来看，A点就是能量的平衡点或“供”与“需”的平衡点。5水泵性能调节水泵机组在水泵和管路既定的条件下只有一个工作点。如果这一工作点的工作参数（Q、H）不符合要求，就必须调节水泵的性能或改变管路布置来改变水泵的工作点，以满足实际需要。水泵性能调节有以下几种：（1）变速调节 即改变水泵转速，以改变水泵的性能。水泵转速改变后，其性能与转速的变化关系可按比例律换算如下：对原有的水泵，当它的转速为n1时，流量为Q1、扬程为H1、功率为N1。如果改变转速为n2时，流量为Q2、扬程为H2、功率为N2。则即应该指出，水泵的变速调

41、节一般只能低于水泵的额定转速。但降低转速不能低于该泵额定转速的3050。否则水泵运转会引起剧烈的振动，而且水泵效率显著下降。此外，注意不要任意将转速提高超过水泵的额定转速。因为提高转速会增加水泵零件的应力。（2）变径调节 即将水泵叶轮外径车削变小，以改变水泵性能，达到扩大水泵使用范围的目的。叶轮削小后，水泵的流量、扬程、功率也将随着改变。它们的关系按比例律换算如下式中 Q1、H1、N1叶轮未车削时D1水泵的流量、扬程和功率 Q2、H2、N2叶轮车削后D2水泵的流量、扬程和功率水泵叶轮的车削不能过多，否则会破坏设计性能，效率下降。叶轮车削限度和车削后的效率下降情况，与水泵的比转数有密切关系（表7

42、3）表73 水泵叶轮最大允许车削量比 转 数60120200300350350以上叶轮最大车削量201511970效率下降值每车削10下降1每车削4下降1（3）变角调节 即在轴流泵上调节叶片安装角，以改变水泵性能，使水泵保持在高效率下运转，以扩大使用范围。目前，我国生产的轴流泵，根据叶片安装角的装置情况可分为固定式；半调节式，=1018和全调节式=026三种。对于后两种型式的轴流泵，适宜于采用变角调节。在转速一定时，减小轴流泵叶片安装角度，其扬程、流量、功率均相应减小；反之，则增大。变角后轴流泵的效率最高点没有多大变化。因此，这种方法有利于轴流泵的性能调节。（4）水泵的串联和并联工作 当一台水

43、泵满足不了实际扬程和流量要求时，可以将两台或多台水泵串联或并联工作。a水泵串联工作 把一台水泵的出水管与另一台水泵的进水管联接，称为串联。它可以增加扬程，而保持流量不变。串联时的总性能曲线可以用纵加法绘制（图722），就是把同一流量下两台水泵的不同扬程相加。图722中A点串联工作点。多台串联时的总性能曲线绘制方法和两台串联相同。 图7-22 水泵串联工作 图7-23 水泵并联工作b水泵并联工作 两台或两台以上水泵连接到共同的出水管，称为并联。其目的是增加流量。并联时的总性能曲线可以用横加法绘制（图723）。就是把每台水泵对应于同一扬程流量相加可求得并联后总的性能曲线，图723中A点为并联工作点

44、。（六）水泵的选型目前农用水泵的型号很多，各有其独特的规格性能。应根据使用条件和生产需要来选择。选用水泵的原则为：满足农业生产所提出流量和扬程的要求；水泵工作效率高，而且常期运行效率稳定，工作点应尽量落在高效区以内；按照选定的泵型，建站的投资和所需用的功率应为最小；装机台数不宜太多，但最好不少于两台，并尽量选用同型号的水泵。（1）灌溉设计流量 根据灌区作物生长的需水量而定式中 m最大一次灌水定额，米3亩 A灌溉总面积，亩 t水泵每天开机时数， 时 T作物轮灌延续天数，天 g灌溉水的利用系数。考虑到全灌区各级渠道输水损失和田间水量损失， g=0.750.85（2）排水设计流量Qp.s 排水流量与

45、汛期暴雨，河网调蓄能力、作物布局、土壤类别及管理水平有关。为了保证农作物不受洪涝，选择作物耐淹能力最低而最会出现涝情的时期来确定排水流量。假设排水区内的蒸发量与圩堤渗漏量相抵消，则排水流量为式中 As水田面积，亩 Ah旱地面积，亩 Aw河网水面面积，亩 P排涝标准中规定的设计暴雨量，毫米 C旱地暴雨径流系数，随地区而异，各省水文站均有观测总结资料 hxu水田允许蓄水深（毫米），即水稻耐淹水深减去适宜灌水深度。一般取3050毫米。这个因素，对排涝流量的计算，影响很大，各地可根据群众的丰产经验加以总结确定。 Hj.s河网预降水深，毫米。一般采用5001000 T排水天数，以设计暴雨多少天排除不成灾

46、而定 t每天开机时数，小时2排水设计扬程的确定（1）灌溉设计扬程 以保证灌区95以上的耕地获得自流灌溉的灌溉渠首水位作为上水位，以河流最枯水位为下水位。两者高程之差则为实际扬程。再加上管路损失扬程，便得灌溉设计扬程，即 Hg=hc-hj+h 式中 hc出水池水位 hj进水池水位 h损失扬程 （2）排水设计扬程 以讯期平均洪水位作为上水位，以排涝区内有90以上的耕地能解除渍水的地面高程作为下水位，上下水位的高程差即为实际地形声水高度，加上管路损失扬程即得排水设计扬程。在初选泵型时，一般可以粗略地按实际扬程的1025来估算损失扬程。待选型最后阶段，再详细计算进行校核修正。3水泵型号的确定根据设计流

47、量和设计扬程，就可以在水泵样本中的“水泵综合性能型谱图”或“水泵规格性能表”等技术资料中初步选择所需的水泵型号。利用水泵规格性能表来选择水泵时，要求设计流量和设计扬程都能落在水泵工作范围内。应用水泵性能综合型谱图选择泵型时，应先以设计扬程在型谱图上找出扬程符合要求的几种水泵，然后再根据设计流量来确定选用哪种水泵和选用的台数。当水泵型号初步选定后，就要进行校核，并确定水泵机组的工作点。如果验证工作点是落在高效率的工作范围之内，则说明所选择的水泵是合理的，能够满足农业生产需要，水泵的选型就能最后确定下来。否则就需要另选泵或重新修改管路布置方案。三、喷头的种类和性能指标（一）喷头的种类可按不同的方法

48、对喷头进行分类。如按喷头的工作压力（或射程）、工作特征和材质等对其分类，一般用得最多的有下列两种。1按工作压力和射程分类按工作压力和射程大小，大体上可以把喷头分为微压喷头、低压喷头（或称近射程喷头）、中压喷头（或称中射程喷头）和高压喷头（或称远射程喷头）四类，如表74。表74 喷头按工作压力和射程分类表类 别工作压力（kPa）射 程（m）流 量（m3/h）特点及适用范围微压喷头50100120.008-0.3耗能量省、雾化好，适用于微型灌溉系统，可用于花卉、园林、温室作物的灌溉低压喷头(近射程喷头)100200215.50.32.5耗能少，水滴打击强度小，主要用于菜地、果园、苗圃、温室、公园、

49、草地、连续自走行喷式喷灌机等中压喷头（中射程喷头）20050015.5422.532均匀度好，喷灌强度适中，水滴合适，适用范围广，如公园、草地、果园、菜地、大田作物、经济作物及各种土壤等高压喷头（远射程喷头）5004232喷灌范围大，生产率高，耗能高，水滴大，适用于对喷洒质量要求不太高的大田、牧草等的灌溉2按结构形式和喷洒特征分类按喷头结构形式和喷洒特征，可以分为旋转式（射流式）喷头、固定式（散水式、漫射式）喷头、喷洒孔管三类。此外还有一种同步脉冲式喷头。（1）旋转式喷头。这是绕其自身铅垂轴线旋转的一类喷头。它把水流量集中呈股状，在空气作用下碎裂，边喷洒边旋转。因此，它的射程较远，流量范围大，

50、喷灌强度较低，均匀度较高，是中射程和远射程喷头的基本形式，也是目前国内外使用最广泛的一类喷头。但要限制这类喷头的旋转速度，并应使喷头安装铅直以保证基本匀速转动。因为驱动机构和换向机构是旋转式喷头的重要部件，因此，根据驱动机构的特点，旋转式喷头还可以分成为摇臂式（撞击式、叶轮式（蜗轮蜗杆式）和反作用式三种。其中摇臂式喷头根据导水板的形式还可分为固定导流板式摇臂喷头和楔导水摆块式摇臂喷头；反作用式喷头还可分为钟表式、垂直摆臂式、全对流式（射流元件式）等。根据是否装有换向机构和喷嘴数目，旋转式喷头又有全圆喷洒、扇形喷洒和单喷嘴、双喷嘴等形式。（2）固定式喷头。 固定式喷头的指喷洒时，其零部件无相对运

51、动的喷头，即其所有结构部件都固定不动。这类喷头在喷洒时，水流在全圆周或部分圆周（扇形）呈膜状向四周散裂。它的特点是结构简单，工作可靠，要求工作压力低（100200kPa），故射程较近，距喷头近处喷灌强度比平均喷灌强度大（一般在1520mmh以上），一般雾化程度较高，多数喷头喷水量分布不均匀。根据固定式喷头的结构特点和喷洒特征，它还可以分成折射式、缝隙式和漫射式三种。（3）喷洒孔管。喷洒孔管又称孔管式喷头，其特点是水流在管道中沿许多等距小孔呈细小水舌状喷射。管道常可利用自身水压使摆动机构绕管轴作900旋转。喷洒孔管一般由一根或几根直径较小的管子组成，在管子的上部布置一列或多列喷水孔，其孔径仅12

52、mm。根据喷水孔分布形式，又可分为单列和多列喷洒孔管两种。喷洒孔管结构简单，工作压力比较低，操作方便，但其喷灌强度高，由于喷射水流细小，所以受风影响大，对地形适应性差，管孔容易被堵塞，支管内水压力受地形起伏变化的影响较大，对耕作等有影响，并且投资也较大，故目前大面积推广应用较少，在国内一般仅用于温室、大棚等固定场地的喷灌。上述各种喷头中，我国目前使用最多的是摇臂式喷头、垂直摇臂式喷头、全射流喷头、折射式喷头等，特别是摇臂式喷头和固定式喷头在我国应用很普遍。（二）喷头的性能指标1压力喷头的压力包括工作压力和喷嘴压力。工作压力指喷头工作时，其进水口前的压力，即距喷头进水口20cm处测取的静水压力，

53、单位为kPa，一般在此处的竖管上安装压力表来测量。喷嘴压力是指喷头出口处的水流总压力（即流速水头）。它可以用来评价喷头性能的好坏。喷头工作压力和喷嘴压力非常接近，喷嘴压力是工作压力减喷头内过流部件的水力损失而得出的，所以这个损失越小，喷头内部的流道就越好，产品质量也就越高。2流量喷头流量是指单位时间内喷头喷出的水的体积，单位为m3/h或Lmin。影响喷头流量的主要因素是工作压力和喷嘴的直径，同样的嘴径，工作压力愈大，喷头的流量也就愈大，反之亦然。喷头的流量可以用体积法、重量法、堰法、流量计法等测量而得出，也可以用水力学管嘴出流公式计算，即式中：Q为喷头流量，m3h；为喷头流量系数，取0.850

54、.95，一般喷嘴锥角大的（450、500等）取下限，锥角小的（150、250等）取上限；A为喷嘴过水断面面积，m2；g为重力加速度为9.18ms2；hp为喷头的工作压力水头，m。3射程射程是指在无风情况下，喷头正常工作时的喷洒湿润圆半径，即指喷洒有效水所能达到的最远距离，又称喷洒半径，单位为m。射程可由实测得出。对于旋转式喷头，为了统一标准，规定在无风条件下正常工作时，量水筒中每小时收集的水深为0.3mm（对于喷水量低于250Lh的喷头为0.15mmh）的那一点到喷头旋转中心的水平距离作为射程。对于旋转式喷头，当其结构参数确定后，它的射程就主要受工作压力和转速影响，在一定的工作压力变化范围内，

55、压力增大，射程也相应地增大。超过这一压力范围，压力增加只会提高雾化程度，而射程不再会增加。喷头射程随转速的增大而减小，当转速接近零时，它的射程达到最大。在喷头流量相同的条件下，射程愈大，则单个喷头的喷灌强度就愈小，其组合喷灌强度也愈小，喷头的布置间隔则可以适当增大。这对于降低成本，提高适应性大有好处，所以射程是喷头的一个重要水力性能指标。旋转式喷头射程的测试和计算方法可以参见国家标准GB5670.385旋转式喷头试验方法。下列公式是我国几种喷头射程计算的经验估算公式 RPY1=1.70d0.847hp0.45 RPYS=3.50d0.51hp0.24 RPS=2.35d0.62hp0.26 式

56、中：RPY!为PY1摇臂式系列喷头的射程，m；RPYS为PYS塑料摇臂式系列喷头的射程，m；RPS为PSH、PSBZ步进式全射流系列喷头的射程，m；d为喷嘴直径，mm；hp为喷头工作压力水头，m。对于固定式喷头，射程用下式来计算 R = 1.35d0.6hp0.4 4喷灌强度喷灌强度是指单位时间内喷洒到单位面积上水的体积，或单位时间喷洒的水深，单位为mmh。它是喷头的主要参数之一，连同喷灌均匀度和水滴雾化程度是衡量喷头水力性能的重要指标。喷头的计算喷灌强度可用下式来表示式中：为喷头的计算喷灌强度，mmh；Q为喷头流量，m3h；S为喷头喷洒控制面积，m2。从上式可以看出，喷头的喷灌强度与喷头流量

57、成正比，与喷头控制面积（即喷头的射程）成反比。在设计喷灌时，允许喷灌强度可按下列数值来选用：砂土20mmh，壤砂土15mmh，砂壤土12mmh，壤土10mmh，粘土8mmh。有良好植被覆盖时，以上数值可提高20；在地面有坡度时要降低以上数值，当地面坡度为50时，应降低50。5水滴的打击强度喷灌时喷洒水滴的打击强度，是指喷洒作物受水面积范围内，水滴对作物或土壤的打击动能。它与喷洒水滴的大小、水滴降落速度和水滴密度密切相关。一般使用雾化指标Pd或水滴直径大小来表征喷灌水滴打击强度，即 Pd=hp/d 式中：Pd为雾化指标；hp为喷头工作压力水关，m；d为毛喷嘴直径，mm。对于同一喷嘴来说，Pd值越大，说明其雾化程度越高，水滴直径越小，打击强度也越小。6喷洒水量分布特性常用水量分布图来表示喷洒水量分布特性。水量分布图是指在喷灌范围内的等水深（量）线图，能准确、直观地表示喷头的特性。水量分布特性是影响喷灌均匀度的主要因素。影响喷头水量分布的因素很多，其中风的影响较大。一个做全圆喷洒的旋转式喷头，如转速均匀，在无风情况下，其水量颁等值线图是一组以喷头为中心的同心圆。通常为了更直观地看到水量分布情况，在互相垂直的两个直径方向，取水量分布等值线图的剖面，给出喷头径向水