1、18 81 1 概述概述农田灌溉类型农田灌溉类型（水泵、喷灌、滴灌）（水泵、喷灌、滴灌）没有水就没有农业！没有水就没有农业！农田排灌机械（地面灌溉）：农田排灌机械（地面灌溉）：遇旱能灌；遇涝能排遇旱能灌；遇涝能排水泵：水力机械水泵：水力机械机械能机械能水力能水力能通用机械通用机械水泵类型：水泵类型：1 1）容积泵（活塞泵、柱塞泵）容积泵（活塞泵、柱塞泵）2 2）叶片泵（离心泵、轴流泵、混流泵、潜水泵）叶片泵（离心泵、轴流泵、混流泵、潜水泵）3 3）其他（射流泵、水锤泵）其他（射流泵、水锤泵）第八章第八章 农田排灌机械农田排灌机械2第八章第八章 农田排灌机械农田排灌机械3节水灌溉设备节水灌溉设备
2、滴灌滴灌喷灌喷灌膜下渗灌膜下渗灌4第八章第八章 农田排灌机械农田排灌机械5第八章第八章 农田排灌机械农田排灌机械农用水泵的类型及性能：农用水泵的类型及性能：1 1）离心泵：轴进斜出；）离心泵：轴进斜出；H HQ Q2 2）轴流泵：轴进轴出；）轴流泵：轴进轴出；H HQ Q3 3）混流泵：斜进斜出；）混流泵：斜进斜出；HQHQ中间中间68.28.2水泵工作原理水泵工作原理8 82.12.1离心泵抽水原理离心泵抽水原理启动前，对泵体及吸水管充水；启动前，对泵体及吸水管充水；利用离心力吸水；叶轮压水；利用离心力吸水；叶轮压水；安装高度不能大于安装高度不能大于8m8m。78.28.2水泵工作原理水泵工
3、作原理8.2.28.2.2泵内水流与速度三角形泵内水流与速度三角形一、离心泵一、离心泵A A点水的运动：复合运动点水的运动：复合运动1 1）圆周运动：）圆周运动：u u2 2）相对运动：）相对运动：ww相对于叶轮相对于叶轮3 3）绝对运动：）绝对运动：CC相对于泵壳相对于泵壳速度三角形：速度三角形：出水角（反映叶片安装角）出水角（反映叶片安装角）将将C C分解：分解：周向分速度周向分速度CuCu，与，与H H有关有关径向分速度径向分速度CmCm，与，与Q Q有关有关Q Q理理=D.b.CmD.b.Cm88.28.2水泵工作原理水泵工作原理二、轴流泵二、轴流泵复合运动复合运动进口标进口标1 1；
4、出口标；出口标2 2Q Q理理=A.Cm=A.Cm=1/4.=1/4.(D(D2 2-d-d2 2).Cm).Cm98.28.2水泵工作原理水泵工作原理8.2.38.2.3水泵（叶片泵）基本方程水泵（叶片泵）基本方程泵内水流复杂（冲击、漩涡）泵内水流复杂（冲击、漩涡）简化，假设：简化，假设：1 1）理想水流（没有任何能量损失）理想水流（没有任何能量损失）2 2）叶片无限多，无限薄）叶片无限多，无限薄水流质点轨迹完全符合叶片形状水流质点轨迹完全符合叶片形状3 3）泵内水流为稳定流（）泵内水流为稳定流（v.pv.p不随时间而变）不随时间而变）T=0T=0，泵内水，泵内水abcdabcddt:dt:
5、流出流出abfe;abfe;流进流进cdhgcdhg连续不可压，具有质量连续不可压，具有质量m m。叶槽中间叶槽中间abghabgh比较复杂，不讨论；比较复杂，不讨论；只讨论进出口的水的动量变化（增量）。只讨论进出口的水的动量变化（增量）。动量：动量：mCmC；动量矩：；动量矩：mCd m(CmCd m(C2 22 2-C-C1 11 1)=M)=M由水力学知：由水力学知：=m/V=m/Q=m/V=m/Q理理 m=Qm=Q理理.2 2=R=R2 2.Cos.Cos2 2 又又=水水/g/gM=M=/g.Q/g.Q理理.(C.(C2 2R R2 2CosCos2 2-C-C1 1R R1 1Co
6、sCos1 1)又又理想水没有能量损失：理想水没有能量损失：N N输入输入=N=N输出输出=M.=M.而而N输出输出=.Q理理.H理理 （kg.m/s）H H理理=N=N输出输出/=M.=M./(/(.Q.Q理理)=/g.(/g.(C C2 2R R2 2CosCos2 2-C-C1 1R R1 1CosCos1 1)=1/g.(=1/g.(C C2 2U U2 2CosCos2 2-C-C1 1U U1 1CosCos1 1)=1/g.(=1/g.(CuCu2 2U U2 2-Cu-Cu1 1U U1 1)叶片泵基本方程：叶片泵基本方程：H H理理=1/g.(=1/g.(CuCu2 2U U
7、2 2-Cu-Cu1 1U U1 1)考虑考虑=85%-95%=85%-95%108.28.2水泵工作原理水泵工作原理对于离心泵：对于离心泵：H H实实=/g./g.U U2 2.CuCu2 2（CuCu1 1=C C1 1CosCos1 1=C C1 1Cos90Cos90=0=0）注意：注意：1 1）推导过程中消掉了）推导过程中消掉了，所以与介质无关了，公式适用于，所以与介质无关了，公式适用于水、气、油等；水、气、油等；2 2）H H理理与设计参数有关：与设计参数有关：U U2 2=Dn/60 Dn/60 CuCu2 2=CCosCCos2 2HH与与D D、n n、2 2有关。有关。3
8、3）仅考虑出口即可，与入口无关。）仅考虑出口即可，与入口无关。离心泵理论方程：离心泵理论方程：Q Q理理=D.b.CmD.b.CmH H理理=1/g.=1/g.U U2 2.CuCu2 2118.28.2水泵工作原理水泵工作原理8.2.48.2.4轴流泵工作原理轴流泵工作原理流体力学中：机翼原理流体力学中：机翼原理升力升力升力大小的计算：升力大小的计算：风洞试验：风洞试验：Px=Cx.S.Px=Cx.S./g.v/g.v2 2/Z/ZPy=Cy.S.Py=Cy.S./g.v/g.v2 2/Z/Z其中：其中：CxCx迎面阻力系数迎面阻力系数 Cy Cy升力系数升力系数对于轴流泵，轴向进水、轴向出
9、水；对于轴流泵，轴向进水、轴向出水；轴半径固定，轴半径固定，UU1 1=U=U2 2=U=UHH理理=1=1/g./g.U U.CuCu2 2其中：其中：U=R.U=R.12混流泵叶轮混流泵叶轮8.28.2水泵工作原理水泵工作原理138.38.3水泵设计基础水泵设计基础机械能机械能叶轮叶轮水力能（具有水力能（具有H H、R R）主要讨论叶轮设计；主要讨论叶轮设计；介质：流体（液体介质：流体（液体泵；气体泵；气体风机）风机）8.3.18.3.1水泵叶轮形状的设计分析：水泵叶轮形状的设计分析：一、离心泵叶轮的设计分析一、离心泵叶轮的设计分析研究工具：研究工具：1 1）基本方程：）基本方程：H H理
10、理=1=1/g./g.U U2 2.CuCu2 22 2）速度三角形）速度三角形研究目的：研究目的：1 1）H=f(H=f(2 2)决定叶片形状和安装角决定叶片形状和安装角2 2）H=f(DH=f(D2 2)决定叶轮直径大小决定叶轮直径大小3 3）H=f(Q)H=f(Q)性能性能CuCu2 2=U=U2 2-x -x CtgCtg2 2=x/Cm=x/Cm2 2=(U=(U2 2-Cu-Cu2 2)/Cm)/Cm2 2而而H H理理=1=1/g./g.U U2 2.CuCu2 2 H H理理=1/g.U=1/g.U2 2.(U.(U2 2-x)-x)=1/g.(U =1/g.(U2 22 2-
11、U-U2 2CmCm2 2.Ctg.Ctg2 2)U U2 2=Dn/60Dn/60CmCm2 2=Q/A=Q/=Q/A=Q/D D2 2b bHQHQ；HQHQ DH DH142 220-3020-30流体的不可压缩性，决定了前弯效率低；流体的不可压缩性，决定了前弯效率低；风机用前弯有利于风压的提高；联合收割机清粮风扇用直叶片。风机用前弯有利于风压的提高；联合收割机清粮风扇用直叶片。叶片径向叶片径向2 2=90=90ctgctg2 2=0=0H=1/g.UH=1/g.U2 22 2C2C2也大也大不稳定不稳定叶片前弯叶片前弯2 29090ctgctg2 200H H流道形状弯曲，摩擦大，流道
12、形状弯曲，摩擦大，水力损失大，水力损失大，N N有效有效小，小，C C2 2大大不稳定不稳定叶片后弯叶片后弯2 29000H H平顺，水力损失小，平顺，水力损失小，N N有效有效大，大，C C2 2小小稳定稳定158.38.3水泵设计基础水泵设计基础二、轴流泵二、轴流泵H H理理=1=1/g./g.U U.CuCu2 2U U内内=r.r.U U外外=R=R.U U外外 U U内内H H外外HH内内产生紊流，浪费能量，无效功率增大；产生紊流，浪费能量，无效功率增大；设计上务必设计上务必CuCu2 2外外 Cu 外外叶片成叶片成扭曲状扭曲状。168.38.3水泵设计基础水泵设计基础8.3.28.
13、3.2能量损失及效率：能量损失及效率：一、机械损失及其效率一、机械损失及其效率轴承摩阻轴承摩阻填料函的填料函的摩阻摩阻叶轮与水的叶轮与水的摩阻摩阻二、容积损失及其效率二、容积损失及其效率水封管回流水封管回流压水侧回流压水侧回流三、水力损失及其效率三、水力损失及其效率叶轮进出冲击叶轮进出冲击泵内涡流泵内涡流叶槽粗糙引起沿程损失叶槽粗糙引起沿程损失叶槽内水流层间摩擦（原假设叶片无限薄）叶槽内水流层间摩擦（原假设叶片无限薄）四、水泵效率四、水泵效率=N=N有效有效/N/N轴轴.100%.100%=机机容容水水178.38.3水泵设计基础水泵设计基础8.3.38.3.3相似理论及其应用：相似理论及其应
14、用：相似理论相似理论流体力学中常用的方法流体力学中常用的方法用于：新产品开发、性能换算、调速等用于：新产品开发、性能换算、调速等模型试验：小模型试验：小大；模型大；模型物理物理模型泵模型泵原型泵原型泵一、相似条件一、相似条件1 1）几何相似）几何相似同名角相等同名角相等对应几何尺寸比例相等对应几何尺寸比例相等2 2）运动相似）运动相似对应点的同名速度比值相等对应点的同名速度比值相等对应点的速度方向相同对应点的速度方向相同188.38.3水泵设计基础水泵设计基础二、相似律的推导（性能换算）二、相似律的推导（性能换算）1 1）流量换算（第一相似律）流量换算（第一相似律）两泵相似，在工况相似情况下运
15、转：两泵相似，在工况相似情况下运转：Q=f(D,n,Q=f(D,n,)Q=Q=D.b.Cm.D.b.Cm.容容=（）3 3.2 2）扬程换算（第二相似率）扬程换算（第二相似率）=（）2 2.3 3）功率换算（第三相似率）功率换算（第三相似率）=（）5 5.（）3 3.Dm.bm.Cmm.Dm.bm.Cmm.容容m mQ QQmQmD.b.Cm.D.b.Cm.容容D DDmDmn nn nm m容容容容m m1/gU1/gU2m2mCuCu2m2m水水m mH HHmHm1/gU1/gU2 2CuCu2 2水水DnDnD Dm mn nm m水水水水m mN NNmNmD DDmDmn nn n
16、m m机机机机m m198.38.3水泵设计基础水泵设计基础对于同一水泵：对于同一水泵：水泵性能调节水泵性能调节：（变速调节、变径调节、变角调节、串联并联）：（变速调节、变径调节、变角调节、串联并联）208.38.3水泵设计基础水泵设计基础8.3.48.3.4比转数与水泵分型比转数与水泵分型比转数比转数n ns s：是表示水泵特性，并用以分类的一个综合性数据。它与水泵是表示水泵特性，并用以分类的一个综合性数据。它与水泵的转数完全是两个概念。一个水泵的比转数是指一个假想叶轮的转数，的转数完全是两个概念。一个水泵的比转数是指一个假想叶轮的转数，这个假想叶轮与该水泵的叶轮完全几何相似，它的这个假想叶
17、轮与该水泵的叶轮完全几何相似，它的扬程为扬程为1 1米，有效米，有效功率为功率为1 1马力，而流量为马力，而流量为0.075m0.075m3 3/s/s时所具有的转数。时所具有的转数。比转数与流量、比转数与流量、扬程和转速之间的关系为：扬程和转速之间的关系为：8BA-128BA-12：水泵进水口直径：水泵进水口直径8 8寸；单级悬臂式；寸；单级悬臂式；n ns s=120=120讨论：讨论：1 1）转数，没有单位）转数，没有单位2 2）公式推导不涉及）公式推导不涉及，但是，常数，但是，常数3.653.65是在是在=1000kg/m=1000kg/m3 3得出的，故本式得出的，故本式只适用于水泵
18、。只适用于水泵。218.38.3水泵设计基础水泵设计基础u 在设计中，计算在设计中，计算n ns s要注意：要注意：1 1）式中）式中Q Q、H H，应在，应在maxmax点；点；2 2）计算出）计算出n ns s不要太小不要太小=H,=H,宽度太窄，难以宽度太窄，难以铸造，一般铸造，一般n ns s60603 3）对于）对于H H，与进水口无关，主要与出水口有关；，与进水口无关，主要与出水口有关；4 4）n ns s同样适用于风机设计，形式相同，同样适用于风机设计，形式相同，水水=1000kg/m=1000kg/m3 3；气气=1.2kg/m=1.2kg/m3 3 u 水泵的分型：水泵的分型
19、：n ns s=50-300=50-300，离心泵，离心泵 n ns s=300-500=300-500，混流泵，混流泵 n ns s=500-1000=500-1000，轴流泵，轴流泵228.38.3水泵设计基础水泵设计基础8.3.58.3.5水泵汽蚀现象及其防范措施水泵汽蚀现象及其防范措施允许吸上真空高度允许吸上真空高度：是说明水泵吸水能力的参数，也：是说明水泵吸水能力的参数，也是确定水泵安装高程的依据。水泵在吸水过程中，是确定水泵安装高程的依据。水泵在吸水过程中，进水口处的真空度，在理论上可以将水吸上的高进水口处的真空度，在理论上可以将水吸上的高度，称吸上真空高度。度，称吸上真空高度。汽
20、蚀汽蚀水泵的实际安装高程水泵的实际安装高程(进水池水面到叶轮中心线的垂进水池水面到叶轮中心线的垂直距离直距离)，不得超过上述计算值，否则将会产生，不得超过上述计算值，否则将会产生汽蚀，甚至吸不上水来。一般水泵的允许吸上真汽蚀，甚至吸不上水来。一般水泵的允许吸上真空高度为空高度为2.52.58.5m8.5m。u防范措施：防范措施：1 1）设计）设计2 2）安装）安装3 3）调整）调整4 4）材料）材料238.38.3水泵设计基础水泵设计基础8.3.68.3.6水泵其他设计水泵其他设计一、泵壳设计一、泵壳设计1 1）基圆）基圆D D3 3D D3 3=（1.03-1.101.03-1.10）D D
21、2 2大泵取小，小泵取大大泵取小，小泵取大2 2）涡室进口宽度）涡室进口宽度b b3 33 3）舌角）舌角3 3=2 24 4）泵舌安装角）泵舌安装角5 5）涡室断面积）涡室断面积F F的确定的确定248.38.3水泵设计基础水泵设计基础二、圆筒形泵壳的设计二、圆筒形泵壳的设计1 1）导水结构）导水结构为减少螺旋运动，为减少螺旋运动，3-103-10片，片，n ns s越大越大Z Z越少越少间隙、锥度、间隙、锥度、内外等内外等2 2）锥形管段）锥形管段扩散角扩散角6 6-12-123 3）出水弯管）出水弯管258.38.3水泵设计基础水泵设计基础8.3.78.3.7径向力、轴向力及其平衡径向力
22、、轴向力及其平衡一、径向力一、径向力轴变形、轴套磨损、变载荷轴变形、轴套磨损、变载荷二、轴向力二、轴向力268.48.4水泵性能及其工作状况水泵性能及其工作状况水泵性能曲线水泵性能曲线：离心泵：关阀启动离心泵：关阀启动轴流泵：开阀启动轴流泵：开阀启动278.58.5水泵选型及安装水泵选型及安装8.5.1 8.5.1 水泵选型水泵选型根据当地条件及农业生产需要，确定根据当地条件及农业生产需要，确定H H、Q Q。一、流量的确定一、流量的确定1 1）灌溉（最大需水期，如水稻在插秧回青期需水最多）灌溉（最大需水期，如水稻在插秧回青期需水最多）Q Q设设=（m3/hm3/h）=（/s）mi:mi:灌溉
23、定额，灌溉定额，m m3 3/亩，或水深，寸亩，或水深，寸Ai:Ai:灌溉面积，亩灌溉面积，亩T:T:灌溉时间，天灌溉时间，天T:T:运行时间，运行时间，h/h/天天输送管道损失输送管道损失：（：（经验公式）经验公式）Q Q损损=0.063K=0.063KQ设设 (m(m3 3/h.1000m)/h.1000m)K:K:粘土粘土0.010.01；壤土；壤土0.01-0.050.01-0.05；砂壤土；砂壤土0.4-1.00.4-1.0u补充：管道扬程损失补充：管道扬程损失h hf f=./d.v/d.v2 2/(2g)(m)/(2g)(m):管道粗糙系数：铸铁管管道粗糙系数：铸铁管0.02-0
24、.030.02-0.03；镀锌管（；镀锌管（PVCPVC）0.0120.012mi.Aimi.AiT.tT.tmi.Aimi.Ai3.6T.t3.6T.t288.58.5水泵选型及安装水泵选型及安装2 2）排涝设计流量确定）排涝设计流量确定广东设计标准：广东设计标准：1010年一遇，年一遇，2424小时暴雨，小时暴雨，4 4天排干，每天开机天排干，每天开机2222小时。小时。Q Q设设=+q =+q （m m3 3/h/h）1000A.C(H1000A.C(H2424，10%10%-h-hi i-E-Ei i)T T暴雨量暴雨量cm暂存水：稻田暂存水：稻田5-7cm；河涌河涌0.5-1m蒸发量
25、蒸发量堤围漏水量堤围漏水量防汛好的可忽略防汛好的可忽略径流系数：径流系数：c=c=径流量径流量/暴雨量暴雨量河涌河涌=1=1；道路；道路=0.5=0.5298.58.5水泵选型及安装水泵选型及安装一、扬程的确定一、扬程的确定1 1）灌溉）灌溉上水位：输水渠首上水位：输水渠首下水位：江河冬季沽水位下水位：江河冬季沽水位2 2）排涝）排涝上水位：上水位：5 5年一遇最高洪水位年一遇最高洪水位下水位：排水区下水位：排水区90%90%以上浸水能排出所对应的地势（标高）以上浸水能排出所对应的地势（标高）308.58.5水泵选型及安装水泵选型及安装8.5.2 8.5.2 水泵安装水泵安装安装高度的确定，根
26、据最大允许吸上真空度定，工作范围内安装高度的确定，根据最大允许吸上真空度定，工作范围内8.5.3 8.5.3 水泵引水水泵引水压力引水、真空泵引水、射流引水、泵前水柜充水压力引水、真空泵引水、射流引水、泵前水柜充水318.58.5水泵选型及安装水泵选型及安装水泵的安装水泵的安装328.68.6喷灌喷灌喷灌是将具有一定压力的水，通过输水管路经喷头、喷射成细小雨滴，均喷灌是将具有一定压力的水，通过输水管路经喷头、喷射成细小雨滴，均匀地散落到田间形成一种近似降雨的灌溉过程。匀地散落到田间形成一种近似降雨的灌溉过程。1 1）节约用水）节约用水2 2）增加产量）增加产量3 3）省工省力）省工省力4 4）
27、节约用地）节约用地5 5）保持水土）保持水土局限性与缺点：对水质要求较严格；受风力影响较大，一般在局限性与缺点：对水质要求较严格；受风力影响较大，一般在3 34 4级以上大风时，级以上大风时，部分水滴在空中被吹走；空气相对湿度过低时，喷出的水滴在空中蒸发损失部分水滴在空中被吹走；空气相对湿度过低时，喷出的水滴在空中蒸发损失大；喷灌的设备与基建投资较大，作业成本较高。大；喷灌的设备与基建投资较大，作业成本较高。3334358.68.6喷灌喷灌3类别类别工作压力工作压力(kPa)(kPa)流量（流量（m3/h)m3/h)射程射程(m)(m)低压喷头低压喷头1001002002002 25 55 5
28、2020中压喷头中压喷头2002005005001515404020204545高压喷头高压喷头50050080080040404545368.68.6喷灌喷灌378.68.6喷灌喷灌388.78.7滴灌滴灌滴灌是将过滤后的水或水肥混合液，经过低压管道系统，直接输送到作物滴灌是将过滤后的水或水肥混合液，经过低压管道系统，直接输送到作物根系层土壤中的一种灌水方式。其特点是流量小、供水频繁，使作物根系层土壤中的一种灌水方式。其特点是流量小、供水频繁，使作物根系周围的土壤经常保持适宜的湿度，使水、肥气、热、微生物活根系周围的土壤经常保持适宜的湿度，使水、肥气、热、微生物活动，始终处于良好状况。与喷灌相此，滴灌具有更能节约用水和劳力，动，始终处于良好状况。与喷灌相此，滴灌具有更能节约用水和劳力，增产效果更显著等优点；但设备投资大，滴头容易堵塞。增产效果更显著等优点；但设备投资大，滴头容易堵塞。39408.78.7滴灌滴灌411.05g/cm 31.15g/cm 31.25g/cm 31.35g/cm 31.45g/cm 31.55g/cm 31.65g/cm 31.75g/cm 3
