南方山區(qū)太陽能智能灌溉器堵塞水頭損失研究

謝碧洪，劉曉初，朱　力（．羅定職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東羅定　5700；.廣州大學(xué)機械與電氣工程學(xué)院，廣東廣州　50006）

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南方山區(qū)太陽能智能灌溉器堵塞水頭損失研究

謝碧洪1，劉曉初2，朱力2
（1．羅定職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東羅定527200；2.廣州大學(xué)機械與電氣工程學(xué)院，廣東廣州510006）

摘要：太陽能智能灌溉器不同程度堵塞對水頭損失有重要影響，針對不同百分比沙石堵塞建立水力性能測試采集數(shù)據(jù)，分析得出了過濾器流量與水頭損失的關(guān)系曲線。結(jié)果對灌溉器何時進行過濾網(wǎng)清潔有重要參考價值，對提高水力利用率有重要影響。關(guān)鍵詞：智能灌溉器；堵塞；水頭損失

0　引言

山區(qū)灌溉用水里所含有的雜質(zhì)及污染物主要分為三類：物理、生物和化學(xué)。物理污物或雜質(zhì)指在水中懸浮的無機的或有機的顆粒；生物污物或雜質(zhì)主要有藻類、活菌類等微生物和水生動物等[1]；化學(xué)污物或雜質(zhì)一般指如碳酸氫鈣和碳酸鈣等溶在水里的化學(xué)物質(zhì)。

太陽能智能節(jié)水灌溉控制器閥芯為常閉型制動電磁閥結(jié)構(gòu)。通電瞬間，電磁線圈產(chǎn)生電磁力將閉合的隔膜件從閥座上抽起，控制器閥門快速開啟；斷電瞬間，電磁力消失，彈簧彈力將隔膜件壓回閥座上，控制器閥門閉合[2]。因此其只有開關(guān)兩種極限狀態(tài)，不能連續(xù)調(diào)節(jié)，介質(zhì)潔凈度有較高要求[3]。間隙尺寸與介質(zhì)種及閥芯規(guī)格有關(guān)，通常是0.08～0.3 mm。從雙邊間隙為0.08 mm來考慮過濾精度，由一定數(shù)量＞0.08 mm雜質(zhì)顆粒存在，主閥閥芯就有可能被卡住而難以工作[4-5]。

經(jīng)歷2個月運行，發(fā)現(xiàn)一路太陽能智能節(jié)水灌溉控制器開關(guān)不順暢，拆開，發(fā)現(xiàn)閥芯堵塞（圖1所示）。

圖1　灌溉控制器閥芯堵塞情況

根據(jù)以往案例，當(dāng)懸浮固體顆粒多于七八個，流道口處會產(chǎn)生一個弧形堆積帶，造成分配水不平均、噴頭被堵住等現(xiàn)象導(dǎo)致灌溉系統(tǒng)效能減低，甚至系統(tǒng)崩潰。所以灌溉系統(tǒng)過濾器要確保能把大于橫切面積七分之一噴嘴面積的顆粒隔離。

1　水力性能測試及回歸方程建立

搭建水力性能測試平臺，并在清水條件下分別調(diào)節(jié)不同編號的流量進行試驗研究（圖2）。記錄進出水壓力表讀數(shù)（表1），根據(jù)測試數(shù)據(jù)進行回歸分析計算，得出Y型灌溉過濾器流量與水頭損失的關(guān)系曲線（圖3）。

圖2　出入口壓力及流量記錄

圖3　流量與水頭損失關(guān)系

設(shè)定H= kQα指數(shù)方程，其中K、α為未知數(shù)，驗證所推論。實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　無堵塞狀態(tài)下Y型篩網(wǎng)式過濾器水力性能測試

最后利用數(shù)據(jù)統(tǒng)計回歸方程：

2　過濾器不同堵塞百分比水頭損失研究

堵塞狀態(tài)下，某Y型篩網(wǎng)式灌溉過濾器水頭損失計算公式過濾水力學(xué)關(guān)系曲線H= kQαH= kQα[8]，試驗確定系數(shù)k和指數(shù)α，便可計算過濾器過濾的水頭損失。清水條件下，根據(jù)過濾器不同堵塞百分比，調(diào)節(jié)不同流量進行試驗（圖4所示），記錄進出水壓力表讀數(shù)（表2）。然后根據(jù)測試數(shù)據(jù)進行回歸分析計算，得出Y型灌溉過濾器流量與水頭損失的關(guān)系曲線（圖5）。

圖4　Y型灌溉過濾器濾網(wǎng)堵塞水力性能測試

表2　Y型篩網(wǎng)式灌溉過濾器不同堵塞情況下的水力性能測試

3　結(jié)論

（1）清水條件下20%、40%、60%、80%不同堵塞程度對局部水頭損失盡管在開始階段過濾篩網(wǎng)大面積堵塞，但增加的局部水頭損失較少。只有堵塞增大到某一程度，如當(dāng)過濾元件被堵塞80%時，曲線變?yōu)樯仙€，并且增加的趨勢很快。

（2）剛開始過濾時，過濾較為順暢，受到阻力較小，壓力差較小；但使用一段時間后，水中的混濁物固體顆粒累積在過濾網(wǎng)體積大于60%時，過濾網(wǎng)能使用的面積減少，水流阻力加大，導(dǎo)致水頭損失上升。為了預(yù)防水頭的損失，提議在Y型篩網(wǎng)式過濾器完全堵住一半前，進行過濾網(wǎng)清潔。

圖5　各種塞狀態(tài)下Y型篩網(wǎng)式過濾器流量與水頭損失關(guān)系曲線

參考文獻：

［1］李曉峰.低壓管道輸水灌溉技術(shù)在我國渠灌區(qū)的應(yīng)用研究［D］.楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2010.

［2］節(jié)水灌溉技術(shù)知識講座之九：灌溉設(shè)備（三）過濾器［J］.云南農(nóng)業(yè)，2010（9）.

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［4］蔣慶華，李子.“電磁閥”講座第八講：介質(zhì)潔凈度與過濾器［J］.自動化儀表，1994（08）：45-47.

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［6］鄭鐵剛，劉煥芳，宗全利.微灌用過濾器過濾性能分析及應(yīng)用選型研究［J］.水資源與水工程學(xué)報，2008（04）：36-39，45.

［7］駱秀萍.自清洗網(wǎng)式過濾器運行特性及內(nèi)部流場數(shù)值模擬研究［D］.石河子：石河子大學(xué)，2013.

［8］劉煥芳，王軍，胡九英，等.微灌用網(wǎng)式過濾器局部水頭損失的試驗研究［J］.中國農(nóng)村水利水電，2006（06）：57-60.

(編輯：阮毅)

Solar Intelligent Irrigators Block Head Loss Research in South Mountain

XIE Bi-hong1，LIU Xiao-chu2，ZHU Li2
（1.Luoding Polytechnic College，Luoding527200，China；2.School of Mechanical and Electrical Engineering，Guangzhou University，Guangzhou510006，China)

Abstract:Solar intelligent irrigators jams has important influence on head loss，different level for different percentage of sand blocking establish hydraulic performance test data，analysis the relation between the flow and head loss of the filter is curve. Results of irrigation has important reference value，when to screen pack cleaning is important to improve the utilization efficiency of water.

Key words:intelligent irrigation device；jam；head loss

作者簡介：第一謝碧洪，男，1988年生，廣東云浮人，碩士。研究領(lǐng)域：太陽能智能灌溉器、強化研磨加工流場分析。已發(fā)表論文7篇。

收稿日期：2015－08－05

DOI:10. 3969 / j. issn. 1009-9492. 2015. 11. 016

中圖分類號：S274.5

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009－9492 ( 2015 ) 11－0058－03