喷灌机喷头选择及应用指导.doc

参考资料喷灌机喷头选择及应用指导 北京美林地景灌溉科技有限公司 1、 不同喷头的喷灌强度及其对土壤入渗的影响 目前我国的大型喷灌机大都使用D3000型散射喷头，其价格相对低是主要原因。尼尔森D3000散射喷头的喷灌强度最大，喷洒半径最小。由于喷灌强度大，在土壤较粘重条件下易产生地面径流，影响机器正常运行，影响灌水质量，浪费水、肥，影响提高产量及提高效益。除了D3000散射喷头，尼尔森还生产R3000、S3000 、A3000等喷灌机旋转喷头，各种喷头水力性能参数如下：型号压力范围喷灌强度安装位置喷洒直径（米）D30000.4-2.8kg/cm2高桁架上或下垂管上4.9-12.2R30001.0-3.4kg/cm2低桁架上或下垂管上15.2-22.6S30000.7-1.4kg/cm2中 低下垂管上12.8-16.5A30000.4-1.0kg/cm2中下垂管上9.1-14从下面曲线可以看出，在同一种喷嘴条件下，各种喷头喷灌强度从大到小排序为：D3000A3000S3000R3000喷灌条件下，喷头的组合喷灌强度必须小于由土壤入渗特性决定的土壤允许喷灌强度，否则会产生地面积水或地面径流，影响作物正常生长，浪费水、浪费电。从图中所示三条土壤水分入渗性能曲线看出，粘土的入渗率最低，壤土居中，沙土的入渗率最大。为了不产生径流，D3000应尽量在沙土地上喷洒，R3000适合粘性土及壤土。喷灌强度可分为平均喷灌强度及瞬时喷灌强度。平均喷灌强度是指湿润范围内单位时间平均降雨量。而瞬时喷灌强度是指某一瞬间在某指定点上的单位时间降雨量。散射喷头的瞬间喷灌强度比旋转喷头的高，很容易使壤粘土板结，影响降雨入渗，易引起地面径流。产生地面径流的危害在于引起灌水、施肥不均匀，浪费水、浪费肥料、污染地下水、影响喷灌机正常运行（车轮陷入泥中）。二、地面坡度对灌水效果的的影响喷灌机的水分损失如下图：喷头类型，喷嘴大小，工作压力大小均对水滴蒸发损失及风吹损失产生影响。坡度条件下，除了考虑不同土壤的入渗特性外，还要考虑坡度对地面径流的影响。坡度越大，产生地面径流的机会越大。喷灌机可以在一定坡度下工作，这是其优势，但如果喷头选择不好，极易产生地面径流，导致费水费肥及产量降低。下表为不同地面坡度下允许喷灌强度降低%。三、喷头选择影响水滴打击强度水滴打击强度定义：单位喷洒面积的水滴对作物和土壤的打击动能。打击强度通常以水滴直径及雾化指标d来表示。水滴直径较难量测，故常用雾化指标来衡量打击强度。d=1000Hp/d Hp-喷头工作压力（m） d-喷嘴直径（mm）不同作物的适宜雾化指标不同。推荐值见下表：种 类 雾化指标蔬菜及花卉 40005000粮食作物、经济作物及果树 30004000牧草、饲料作物、草坪 20003000水滴打击强度对土壤入渗有影响，是一个需要认真考虑的因素。水滴对土壤打击小，则易使土壤毛管保持开通状态，维持土壤吸水率高。小水滴有利于粘土地入渗。四、射程大小对灌水效果的影响射程大的喷头湿润范围宽，湿润范围重叠好，雨强小，有利于土壤入渗，不易产生地面径流，灌水均匀，效果好。R3000的喷洒范围在所有3000系列喷头中最大，灌水均匀度最好，不易产生地面径流，非常适合坡度地灌溉。旋转喷头射程远，重叠好，入渗效果好。如下图示：五、喷头安装高度对灌水效果的影响一般讲，喷头安装高度高，有利于提高灌水均匀度。原因是安的高，则相对喷的远，喷洒重叠多。但安装高度要综合考虑喷灌机的结构，灌水效率。根据国外经验，无风情况下，低压喷头安装高度在离地面1.5米-2.1米范围内，效率可达90%。随着风速增大，灌溉效率会快速降低。有关研究显示，当风速达到6.5米/秒-8.6米/秒时，灌水效率会相应降低17%-30%。安装高度分三个级别：中位安装，低位安装及低能耗精确灌溉安装。 中位安装时，喷头高度在喷灌机主管与地面高度中间位置左右，用MESA表示（Mid-Elevation Spray application）。此时，喷头高于冠层喷洒。田间对比试验显示，水量损失比其它两种高度下多20-25%。低位安装指喷头安装在地面以上0.3-0.45米，用LESA表示（Low-ElevationSpray Application）。此时，叶面拦截水量少，蒸发损失也比在MESA 条件下小。所谓低能耗精确灌溉，喷头安装高度在0.2-0.45米或用触底拖管灌溉。此时，水量损失更小。这种安装用LEPA 表示（Low-energy Precision Application）。LEPA 条件下，蒸发损失，风吹损失最小，灌溉效率可达95%-98%。喷头工作压力可低达0.42kg/cm2。 六、选用尼尔森双嘴喷头喷洒选用双嘴喷洒有利于作物育苗。选用安装尼尔森3TN双嘴喷头，苗期使用喷灌强度较低的喷嘴，可有效减少土壤侵蚀及种子冲洗等，有利于出苗及苗期发育。随着幼苗的长大，需水量越来越大，根系越来越深，需要采用大流量喷嘴，双喷嘴喷头为季节内更换喷嘴提供了极大的方便。七、安装压力调节器可大大提高灌水均匀度压力调节器的作用是将由于水压损失、地形差及水泵工况引起的入口压力变化调整到设计的工作压力。安装压力调节器的好处如下： 提高灌水均匀度； 有效控制喷头工作性能，如水滴大小，喷洒距离； 增加了喷灌系统使用的灵活性；如安装了压力调节器后，坡地灌水效果会得到改善。 美国用户为每一个喷头配置压力调节器。压力调节器可将入口压力调节到设计工作压力。但入口压力不能太大，否则调压功能不佳。尼尔森压力调节器允许入口工作压力比设计工作压力大0.35kg/cm2。例如：设计工作压力为1.4kg/cm2，则入口压力在1.75kg/cm2左右比较好。如果使用的是尼尔森的喷头，最好使用尼尔森的压力调节器，否则喷头工作效果不佳。八、喷头的抗风性选择喷灌机喷头的抗风性能好坏影响灌水质量。各种喷头的抗风性能不同，多风地区配置喷头是应当仔细研究各种喷头的抗风性能九、综合考虑喷头灌水效果及价格选择喷头 散射喷头（D3000）价格低，但喷洒效果不好。散射喷头射程小，喷灌机的每个出水口必须安装喷头。这样一台喷灌机上的喷头数量比旋转喷头多。考虑到喷头数量增加、压力调节器及配件的增加，整套造价并不比旋转喷头低很多。但喷洒质量要比旋转喷头差很多。美国、澳大利亚已很少有用户使用D3000系列喷头。十、喷灌机末端喷枪选择用喷枪灌溉中心支轴式喷灌机行程的地角或外围，可扩大灌溉面积，扩大土地使用率。如果末端压力不够，可配加压泵，或选用低压效果好的尼尔森喷枪。尼尔森末端喷枪系列如下： P85AS铜摇臂喷头。流量：4.5kg/cm228.4kg/cm2。射程：15-28m性能稳定，经久耐用。 SR75大喷枪流量6.8m3/h36.3m3/h。射程23.5-43.5m，18仰角。 尾枪增压泵与输水管连接图 尾枪与控制阀连接图十一、尼尔森D3000、R3000、S3000、A3000喷灌机喷头性能综述D3000- D3000是最便宜的喷头- D3000的喷灌强度比较高，不适合对降雨强度敏感的作物也不适合跨度长的机器。D3000的灌水均匀度相对于R3000，S3000和A3000要低。- D3000易产生地面径流及土壤侵蚀。地表径流会造成水和肥料的浪费，造成减产。 地面径流和较高的喷灌强度还会造成轮子陷入泥水中，使喷灌机不能正常运行。- D3000射程最短，喷灌机的每一个出水口都要安装一个喷头。 - D3000的喷洒水流对土壤的冲击要大于其它旋转喷头。对某些土壤及作物效果不好。- D3000可以重组为LEPA喷头（低能耗精准涌水头），减少蒸发蒸腾损失。且对某些叶片不能湿润的作物效果比较好。R3000- 旋转喷洒喷头。- 世界上种植土豆和高附加值作物应用最广泛的一款喷头。- 射程是喷灌机上应用的所有喷头中射程最远的。喷头用量小，喷洒覆盖好，均匀度好。- 喷头喷洒水流对土壤冲击力小，不易侵蚀土壤。- R3000雨强小，土壤入渗时间长，有利于壤土、粘土地的水分吸收。A3000- 旋转喷洒喷头。- 旋转速度较快（比R3000快）。- 低压效果好（但不如S3000），节能。- 水流穿透能力强，适合高杆作物，如玉米、甘蔗等行间喷洒。- 抗风能力较强。- 雨强小，有利于壤土、粘土入渗。- 均匀度好。- 喷洒范围比D3000大。- 价格低廉的旋转喷头。S3000- 最快旋转喷头。- 低压效果非常好。- 如同R3000，均匀度高。- 水滴小，对土壤冲击小，有利于粘土、壤土水分入渗。不会冲洗种子，影响出苗。- 对苗圃、叶菜类作物灌溉非常有利。十二、中心支轴喷灌机水力学计算计算内容计算公式举例控制面积计算A=3.14X（Lp+Rg）2 /667A：中心喷灌机控制面积（亩）Lp：喷灌机长度（米）Rg：尾枪射程（米）Lp=400mRg=40mA=3.14X（400+40）2/667=911亩灌溉一圈所需时间计算Tr=0.105XLt/VtTr：灌溉一圈所需时间（小时）Lt：中心点距最后一个塔架的距离（米）Vt：最后塔架行走速度（米/分钟）Lp=400m悬臂=15mVt=3米/分钟Lt=400-15=385mTr=0.105X385/3=13.5小时/圈灌水深度计算D=QpXTrX318.3/（Lp+Rg）2D：灌水深（mm）Qp：喷灌机流量（m3/h）Tr：灌溉一圈所需时间（h）Lp：喷灌机长（m）Rg：尾枪射程（m）Qp=240m3/hVt=0.75m/h (25%比例)Lt=385mTr=0.105X385/0.75=53.9小时/圈Lp=400mRg=40mD=240X53.9X318.3/（400+40）2=21.3 mm某位置喷头需求流量计算Qe=2X16.7XLsXQpXLe/（Lp+Rg）2Qe：所需喷头流量（升/分钟）Ls：喷头位置距中心点距离（米）Qp：喷机总流量（m3/h）Le：喷头间距（m）Lp：喷机长（m）Rg：尾枪射程（m）LP=400mRg=40mLs=250mLe=5mQp=240 m3/hQe=2X16.7X250X240X5/(400+40) 2=51.8l/m计算某位置喷头处的平均喷灌强度Ia=2X1000XLsXQp/（Lp+Rg）2XLdIa：平均喷灌强度（mm/h）Ld：喷头喷洒直径（m）其它同上Ls=250mQp=240 m3/hLp=400mRg=40mLd=18mIa=1X1000X250X240/(400+40) 2X18=34.4mm/h计算内容计算公式举例根据最大腾发量计算喷机设计流量 Qs=ETpX10/TpXEaQs：喷灌机设计流量（m3/h/ha）ETp：最大腾发量（mm/h）Tp：设计日工作时间（h）Ea：喷灌机水利用效率%ETp=8mm/hTp=18hEa=90%Qs=8X10/18X0.9 =4.9（m3/h/ha）抽水功率需求计算P=QpXHX9.81/3600XEpP：抽水功率（kw）H：水泵扬程（m）Ep：水泵效率%Qp=240 m3/hH=60mEp=75%P=240X60X9.81/3600X0.75=52.3KW无压调时已知某号喷嘴在某压力下的流量，计算其在它压力下的喷嘴流量Q1/Q2=P1/ P2Q1=Q2XP1/ P2Q1：未知流量计算（m3/h）Q2：已知某压力下的流量m3/hP1：相对于Q1的压力（巴