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第二节
水肥一体化技术的施肥设备

水肥一体化技术中常用到的施肥设备主要有:压差施肥罐、文丘里施肥器、泵吸肥法、泵注肥法、自压重力施肥法、施肥机等。

一、压差施肥罐

1.基本原理

压差式施肥罐,由两根细管(旁通管)与主管道相接,在主管道上两条细管接点之间设置一个节制阀(球阀或闸阀)以产生一个较小的压力差(1~2米水压),使一部分水流流入施肥罐,进水管直达罐底,水溶解罐中肥料后,肥料溶液由另一根细管进入主管道,将肥料带以作物根区(图2-26~图2-28)。

图2-26 压差施肥罐示意图

图2-27 立式金属施肥罐

图2-28 立式塑料施肥罐

肥料罐是用抗腐蚀的陶瓷衬底或镀锌铸铁、不锈钢或纤维玻璃做成,以确保经得住系统的工作压力和抗肥料腐蚀。在低压滴灌系统中,由于压力低(约10米水压),也可用塑料罐,固体可溶肥料在肥料罐里逐渐溶解,液体肥料则与水快速混合。随灌溉进行,肥料不断被带走,肥料溶液不断被稀释,养分越来越低,最后肥料罐里的固体肥料都流走了(图2-29)。该系统较简单、便宜,不需要用外部动力就可以达到较高的稀释倍数。然而,该系统也存在一些缺陷,如无法精确控制灌溉水中的肥料注入速率和养分浓度,每次灌溉之前都得重新将肥料装入施肥罐内。节流阀增加了压力的损失,而且该系统不能用于自动化操作。肥料罐常做成10~300升的规格。一般温室果树大棚小面积地块用体积小的施肥罐,露地果树轮灌区面积较大的地块用体积大的施肥罐。

图2-29 向施肥罐添加肥料

2.优缺点

压差施肥罐的优点:设备成本低,操作简单,维护方便;适合施用液体肥料和水溶性固体肥料,施肥时不需要外加动力;设备体积小,占地少。压差施肥罐的缺点:为定量化施肥方式,施肥过程中的肥液浓度不均一;易受水压变化的影响;存在一定的水头损失,移动性差,不适宜用于自动化作业;锈蚀严重,耐用性差;由于罐口小,加入肥料不方便,特别是轮灌区面积大时,每次的肥料用量大,而罐的体积有限,需要多次倒肥,降低了工作效率。

3.适用范围

压差施肥罐适用于包括温室果树大棚、露地果树种植等多种形式的水肥一体化灌溉施肥系统。对于不同压力范围的系统,应选用不同材质的施肥罐。因不同材质的施肥罐其耐压能力不同。

二、文丘里施肥器

1.基本原理

水流通过一个由大渐小然后由小渐大的管道时(文丘里管喉部),水流经狭窄部分时流速加大,压力下降,使前后形成压力差,当喉部有一更小管径的入口时,形成负压,将肥料溶液从一敞口肥料罐通过小管径细管吸取上来。文丘里施肥器即根据这一原理制成(图2-30、图2-31)。文丘里施肥器用抗腐蚀材料制作,如塑料和不锈钢,现绝大部分为塑料制造。文丘里施肥器的注入速度取决于产生负压的大小(即所损耗的压力)。损耗的压力受施肥器类型和操作条件的影响,损耗量为原始压力的10%~75%。表2-5列出了压力损耗与吸肥量(注入速度)的关系。

图2-30 文丘里施肥器示意图

图2-31 文丘里施肥器

表2-5 文丘里施肥器的压力损耗(产生负压时的压力差)与吸肥量的关系

注:流经文丘里管道的水流量为压力

由于文丘里施肥器会造成较大的压力损耗,通常安装时加装一个小型增压泵。一般厂家均会告知产品的压力损耗,设计时根据相关参数配置加压泵或不加泵(图2-32)。

图2-32 文丘里施肥器的应用

文丘里施肥器的操作需要有过量的压力来保证必要的压力损耗;施肥器入口稳定的压力是养分浓度均匀的保证。压力损耗量用占入口处压力的百分数来表示,吸力产生需要损耗入口压力的20%以上,但是两级文丘里施肥器只需损耗10%的压力。吸肥量受入口压力、压力损耗和吸管直径影响,可通过控制阀和调节器来调整。文丘里施肥器可安装于主管路上(串联安装,图2-33)或者作为管路的旁通件安装(并联安装,图2-34)。在温室里,作为旁通件安装的施肥器其水流由一个辅助水泵加压。

图2-33 文丘里施肥器串联安装

图2-34 文丘里施肥器并联安装

文丘里施肥器的主要工作参数有:一是进口处工作压力( P )。二是压差,压差( P - P )常被表达成进口压力的百分比,只有当此值降到一定值时,才开始抽吸。如前所述,这一值约为1/3的进口压力,某些类型高达50%,较先进的可小于15%。表2-6列出了压力差与吸肥量的关系。三是抽吸量。指单位时间里抽吸液体肥料的体积,单位为升/小时。抽吸量可通过一些部件调整。四是流量,是指流过施肥器本身的水流量。进口压力和喉部尺寸影响着施肥器的流量。流量范围由制造厂家给定。每种类型只有在给定的范围内才能准确地运行。

表2-6 文丘里施肥器压力差与吸肥量的关系

注:表中数据为天津水利科学研究所研

文丘里施肥器具有显著的优点:不需要外部能源,直接从敞口肥料罐吸取肥料,吸肥量范围大,操作简单,磨损率低,安装简易,方便移动,适于自动化,养分浓度均匀且抗腐蚀性强。不足之处为压力损失大,吸肥量受压力波动的影响。

2.主要类型

(1)简单型

这种类型结构简单,只有射流收缩段,无附件,因水头损失过大一般不宜采用。

(2)改进型

灌溉管网内的压力变化可能会干扰施肥过程的正常运行或引起事故。为防止这些情况发生,在单段射流管的基础上,增设单向阀和真空破坏阀。当产生抽吸作用的压力过小或进口压力过低时,水会从主管道流进储肥罐以至产生溢流。在抽吸管前安装一个单向阀,或在管道上装一球阀均可解决这一问题。当文丘里施肥器的吸入室为负压时,单向阀的阀芯在吸力作用下关闭,防止水从吸入口流出(图2-35)。

图2-35 带单向阀的文丘里施肥器

当敞口肥料桶安放在田块首部时,罐内肥液可能在灌溉结束时因出现负压面被吸入主管,再流至田间最低处,既浪费肥料而且可能烧伤作物。在管路中安装真空破坏阀,无论系统何处出现局部真空都能及时补进空气。

有些制造厂提供各种规格的文丘里喉部,可按所需肥料溶液的数量进行调换,以使肥料溶液吸入速率稳定在要求的水平上。

(3)两段式

国外研制了的改进的两段式结构。使得吸肥时的水头损失只有入口处压力的12%~15%,因而克服了文丘里施肥器的基本缺陷,并使之获得了广泛的应用。不足之处是流量相应降低了(图2-36)。

图2-36 两段式文丘里施肥器

3.优缺点

文丘里施肥器的优点:设备成本低,维护费用低;施肥过程可维持均一的肥液浓度,施肥过程无需外部动力;设备重量轻,便于移动和用于自动化系统;施肥时肥料罐为敞开环境,便于观察施肥进程。文丘里施肥器的缺点:施肥时系统水头压力损失大;为补偿水头损失,系统中要求较高的压力;施肥过程中的压力波动变化大;为使系统获得稳压,需配备增压泵;不能直接使用固体肥料,需把固体肥料溶解后施用。

4.适用范围

文丘里施肥器因其出流量较小,主要适用于小面积种植场所,如温室大棚种植或小规模果园。

5.安装方法

在大多数情况下,文丘里施肥器安装在旁通管上(并联安装),这样只需部分流量经过射流段。当然,主管道内必须产生与射流管内相等的压力降。这种旁通运行可使用较小(较便宜)的文丘里施肥器,而且更便于移动。当不加肥时,系统也工作正常。当施肥面积很小且不考虑压力损耗时,也可用串联安装。

在旁通管上安装的文丘里施肥器,常采用旁通调压阀产生压差。调压阀的水头损失足以分配压力。如果肥液在主管过滤器之后流入主管,抽吸的肥水要单独过滤。常在吸肥口包一块100~120目的尼龙网或不锈钢网,或在肥液输送管的末端安装一个耐腐蚀的过滤器(1/2″或1″),筛网规格为120目(图2-37)。有的厂家产品出厂时已在管末端连接好不锈钢网。输送管末端结构应便于检查,必要时可进行清洗。肥液罐(或桶)应低于射流管,以防止肥液在不需要时自压流入系统。并联安装方法可保持出口端的恒压,适合于水流稳定的情况。当进口处压力较高时,在旁通管入口端可安装一个小的调压阀,这样在两端都有安全措施。

图2-37 带过滤器的文丘里施肥器

因文丘里施肥器对运行时的压力波动很敏感,应安装压力表进行监控。一般在首部系统都会安装多个压力表。节制阀两端的压力表可测定节制阀两端的压力差。一些更高级的施肥器本身即配有压力表供监测运行压力。

三、重力自压式施肥法

1.基本原理

在应用重力滴灌或微喷灌的场合,可以采用重力自压式施肥法。在南方丘陵山地果园,通常引用高处的山泉水或将山脚水源泵至高处的蓄水池。通常在水池旁边高于水池液面处建立一个敞口式混肥池,池大小在0.5~5.0米 3 ,可以是方形或圆形,方便搅拌溶解肥料即可。池底安装肥液流出的管道,出口处安装PVC球阀,此管道与蓄水池出水管连接。池内用20~30厘米长的大管径(如 ϕ 75毫米或 ϕ 90毫米PVC管)。管入口用100~120目尼龙网包扎。为扩大肥料的过流面积,通常在管上钻一系列的孔,用尼龙网包扎(图2-38)。

图2-38 自压灌溉施肥示意图

2.应用范围

我国华南、西南、中南等地有大面积的丘陵山地果园,非常适合采用重力自压灌溉。很多山地果园在山顶最高处建有蓄水池,果园一般采用拖管淋灌或滴灌。此时采用重力自压施肥非常方便做到水肥结合。在华南地区的柑橘园、荔枝园、龙眼园有相当数量的果农采用重力自压施肥。重力自压施肥简单方便,施肥浓度均匀中,农户易于接受。不足之处是必须把肥料运送到山顶。

四、泵吸肥法

泵吸肥法是利用离心泵直接将肥料溶液吸入灌溉系统,适合于几十公顷以内面积的施肥。为防止肥料溶液倒流入水池而污染水源,可在吸水管上安装逆止阀。通常在吸肥管的入口包上100~120目滤网(不锈钢或尼龙),防止杂质进入管道。该法的优点是不需外加动力,结构简单,操作方便,可用敞口容器盛肥料溶液。施肥时通过调节肥液管上阀门,可以控制施肥速度,精确调节施肥浓度。缺点是施肥时要有人照看,当肥液快完时应立即关闭吸肥管上的阀门,否则会吸入空气,影响泵的运行(图2-39)。

图2-39 泵吸施肥法示意图

五、泵注肥法

泵注肥法是利用加压泵将肥料溶液注入有压管道,通常泵产生的压力必须要大于输水管的水压,否则肥料注不进去。对用深井泵或潜水泵抽水直接灌溉的地区,泵注肥法是最佳选择(图2-40)。泵施肥法施肥速度可以调节,施肥浓度均匀,操作方便,不消耗系统压力。不足是要单独配置施肥泵。对施肥不频繁地区,普通清水泵可以使用,施完肥后用清水清洗,一般不生锈。但对于频繁施肥的地区,建议用耐腐蚀的化工泵。

图2-40 利用加压泵将肥料注入管道

六、注射泵

在无土栽培技术应用普遍的国家(如荷兰、以色列等),注射泵的应用很普遍,有满足各种用户需要的产品。注射泵是一种精确施肥设备,可控制肥料用量或施肥时间,在集中施肥和进行复杂控制的同时还易于移动,不给灌溉系统带来水头损失,运行费较低等。但注射泵装置复杂,与其他施肥设备相比价格昂贵,肥料必须溶解后使用,有时需要外部动力。对于电力驱动泵还存在特别风险,当系统供水受阻中断后,往往注肥仍在进行。目前常用的类型有膜式泵、柱塞泵等。

1.水力驱动泵

这种泵以水压力为运行动力,因此在田间只要有灌溉供水管道就可以运行。一般的工作压力最小值是0.3兆帕。流量取决于泵的规格。同一规格的泵水压力也会影响流量,但可调节。此类泵一般为自动控制,泵上安有脉冲传感器将活塞或隔膜的运动转变为电信号来控制吸肥量。灌溉中断时注肥立即停止,停止施肥时泵会排出一部分驱动水。由于此类泵主要用于大棚温室中的无土栽培,一般安置在系统首部,但也可以移动。典型的水力驱动泵有隔膜泵和柱塞泵。

(1)隔膜泵

这种泵有两个膜部件,一个安装在上面,一个安装在下面,之间通过一根竖直杠杆连接。一个膜部件是营养液槽,另一个是灌溉水槽。灌溉水同时进入到两个部件中较低的槽,产生向上运动。运动结束时分流阀将肥料吸入口关闭并将注射进水口打开,膜下两个较低槽中的水被射出。向下运动结束时,分流阀关闭出水口并打开进水口,再向上运动。当上方的膜下降时,开始吸取肥料溶液;而当向上运动时,则将肥料溶液注入以灌溉系统中。膜式泵比活塞注射泵昂贵,但是它的运动部件较少而且组成部分与腐蚀性肥料溶液接触的面积较小。隔膜泵的流量为3~1200升/小时,工作压力为0.14~0.8兆帕。肥料溶液注入量与排水量之比为1∶2。由一个计量阀和脉冲转换器组成的阀对泵进行调控,主要调控预设进水量与灌溉水流量的比例。可采用水力驱动的计量器来进行按比例加肥灌溉。在泵上安装电子微断流器将电脉冲转化为信息传到灌溉控制器来实现自动控制。隔膜泵的材料通常采用不锈钢和塑料(图2-41)。

图2-41 隔膜施肥泵工作原理图

(2)柱塞泵

柱塞泵利用加压灌溉水来驱动活塞。它所排放的水量是注入肥料溶液的3倍。泵外形为圆柱体并含有一个双向活塞和一个使用交流电的小电机,泵从肥料罐中吸取肥料溶液并将它注入灌溉系统中。泵启动时有一个阀门将空气从系统中排出,并防止供水中断时肥料溶液虹吸到主管。柱塞泵的流量为1~250升/小时,工作压力为0.15~0.80兆帕。可用流量调节器来调节泵的施肥量或在驱动泵的供水管里安装水计量阀来调节。与注射器相连的脉冲传感器可将脉冲转化为电信号将信号传送给溶液注入量控制器。然后控制器据此调整灌溉水与注入溶液的比例。在国内使用较多的为法国DOSATRONL国际公司的施肥泵和美国DOSMATIC国际公司的施肥泵。均有多种型号,肥水稀释比例从几百至几千倍不等(表2-7,图2-42、图2-43)。

表2-7 美国DOSMATIC国际公司几种型号的施肥泵的技术参数

图2-42 美国DOSMATIC

图2-43 柱塞泵安装示意图

2.电机或内燃机驱动施肥泵

电动泵类型及规格很多,有从仅供几升的小流量泵到与水表连接能按给定比例注射肥料溶液和供水的各种泵型。因需电源,这些泵适合在固定的场合,如温室或井边使用。因肥料会腐蚀泵体,常用不锈钢或塑料材质制造。用内燃机(含拖拉机)驱动的泵常见的是机载的喷油机泵,泵应是耐腐蚀的,并需配置数百升容积的施肥罐。优点是启动和停机均靠手动操作,便于移动,供水量可以调节等(图2-44)。

图2-44 内燃机驱动的田间移动施肥泵 LWaqncVDXqs0xhljn+D0oZ7lU72q1S/LOmvSu1iRJxsOR32joULNu3LMZ491HYRj



第三节
水肥一体化技术的输配水管网

水肥一体化技术中输配水管网包括干管、支管和毛管,由各种管件、连接件和压力调节器等组成,其作用是向果园输水肥和配水肥。

微灌用管道系统分为输配干管、田间支管和连接支管与灌水器的毛管,对于固定式微灌系统的干管与支管以及半固定式系统的干管,由于管内流量较大,常年不动,一般埋于地下,在我国生产实践中应用最多的是硬塑料管(PVC),在这里不再赘述。

一、微灌用的管道

微灌系统的地面用管较多,由于地面管道系统暴露在阳光下容易老化,缩短使用寿命,因而微灌系统的地面各级管道常用抗老化性能较好、有一定柔韧性的高密度聚乙烯管(HDPE),尤其是微灌用毛管,基本上都用聚乙烯管,其规格有12毫米、16毫米、20毫米、25毫米、32毫米、40毫米、50毫米、63毫米等,其中12毫米、16毫米主要作为滴灌管用。连接方式有内插式、螺纹连接式和螺纹锁紧式3种,内插式用于连接内径标准的管道,螺纹锁紧式用于连接外径标准的管道,螺纹连接式用于PE管道与其他材质管道的连接(图2-45)。

图2-45 微灌用聚乙烯管材

二、微灌用的管件

微灌用的管件主要有直通、三通、旁通、管堵、胶垫。直通用于两条管的连接,有12毫米、16毫米、20毫米、25毫米等规格(图2-46)。从结构分类分别有承插直通(用于壁厚的滴灌管)、拉扣直通和按扣直通(用于壁薄的滴灌管)、承插拉扣直通(一端是倒刺另一端为拉扣,用于薄壁与厚壁管的连接)。三通用于3条滴灌管的连接,规格和结构同直通。旁通是用于输水管(PE或PVC)与滴灌管的连接,有12毫米、16毫米、20毫米等规格,有承插和拉扣两种结构。管堵是封闭滴灌管尾端的配件,有“8”字形(用于厚壁管)和拉扣形(用于薄壁管)。胶垫通常与旁通一起使用,压入PVC管材的孔内,有、然后安装旁通,这样可以防止接口漏水。

图2-46 微灌用聚乙烯管件 LWaqncVDXqs0xhljn+D0oZ7lU72q1S/LOmvSu1iRJxsOR32joULNu3LMZ491HYRj



第四节
水肥一体化技术的灌水器

灌水器的作用是将灌溉施肥系统中的压力水(肥液)等,通过不同结构的流道和孔口,消减压力,使水流变成水滴、雾状、细流或喷洒状,直接作用于作物根部或叶面。这里主要介绍微灌系统的灌水器。微灌系统的灌水器根据结构和出流形式不同主要有滴头、滴灌管、滴灌带、微喷头四类。其作用是把管道内的压力水流均匀而又稳定地灌到作物根区附近的土壤中。

一、滴头

滴头要求工作压力为50~120千帕,流量为0.6~12升/小时,滴头应满足以下要求:一是精度高,其制造偏差系数 C v 值应控制在0.07以下;二是出水量小而稳定,受水压变化的影响较小;三是抗堵塞性能强;四是结构简单,便于制造,安装,清洗;五是抗老化性能好,耐用,价格低廉。

滴头的分类方法很多,按滴头的消能方式可分为长流道型滴头、孔口型滴头、涡流型滴头、压力补偿式滴头。

1.长流道型滴头

长流道型滴头是靠水流在流道壁内的沿程阻力来消除能量,调节出水量的大小,如微管滴头、内螺纹管式滴头等。其中,内螺纹管式滴头利用两端倒刺结构连接于两段毛管中间,本身成为毛管一部分,水流绝大部分通过滴头体腔流向下一段毛管,很少一部分则通过滴头体内螺纹流道流出(图2-47)。

图2-47 内螺纹管式滴头 1—毛

2.孔口型滴头

孔口型滴头是通过特殊的孔口结构以产生局部水头损失来消能和调节滴头流量的大小。其原理是毛管中有压水流经过孔口收缩、突然变大及孔顶折射3次消能后,连续的压力水流变成水滴或细流(图2-48)。

图2-48 孔口型滴头

3.涡流型滴头

涡流型滴头的工作原理是当水流进入灌水器的涡流室内时形成涡流,通过涡流达到消能和调节出水量的目的。水流进入涡室内,由于水流旋转产生的离心力迫使水流趋向涡流室的边缘,在涡流中心产生一低压区,使位于中心位置的出水口处压力较低,从而调节出流量(图2-49)。

图2-49 涡流型滴头 1—毛管;2—滴

4.压力补偿型滴头

压力补偿型滴头是利用有压水流对滴头内的弹性体产生压力变形,通过弹性体的变形改变过水断面的面积,从而达到调节滴头流量的目的(图2-50),也就是当压力增大时,弹性体在压力作用下会对出流口产生部分阻挡作用,减小过水断面积;而当压力减小时,弹性体会逐渐恢复原状,减小对出流口的阻挡,增大过水断面积,从而使滴头出流量自动保持稳定。一般压力补偿型滴头只有在压力较高时保证出流量不会增加,但当压力低于工作压力时则不会增加滴头流量,因而在滴灌设计时要保证最不利灌溉点的压力满足要求,压力最高处也不能超过滴头的压力补偿范围,否则必须在管道中安装压力调节装置。

图2-50 压力补偿型滴头

二、滴灌管

滴灌管是在制造过程中将滴头与毛管一次成型为一个整体的灌水装置,它兼具输水和滴水两种功能。按滴灌管(带)的结构可分为两种,在毛管制造过程中,将预先制造好的滴头镶嵌在毛管内的滴灌管称为内镶式滴灌管。内镶滴管有片式滴灌管和管式滴灌管两种。

1.片式滴灌管

片式滴灌管是指毛管内部装配的滴头仅为具有一定结构的小片,与毛管内壁紧密结合,每隔一定距离(即滴头间距)装配一个,并在毛管上与滴头水流出口对应处开一小孔,使已经过消能的细小水流由此流出进行灌溉(图2-51、图2-52)。

图2-51 内镶贴片式滴灌管

图2-52 内镶贴片式滴灌管成品

2. 管式滴灌管

管式滴灌管是指内部镶嵌的滴头为一柱状结构,根据结构形式又分为紊流迷宫式滴灌管、压力补偿型滴灌管、内镶薄壁式滴灌管和短道迷宫式滴灌管。

(1)紊流迷宫式滴灌管

以欧洲滴灌公司1979年设计生产的冀-2型(GR)最具代表性,该滴头呈圆柱形,用低密度聚乙烯(LDPE)材料注射成型,外壁有迷宫流道,当水流通过时产生紊流,最后水流从对称布置在流道末端的水室上的两个孔流出(图2-53)。

图2-53 紊流迷宫式滴灌管

(2)压力补偿型滴灌管

是为适应果园中地块直线距离较长且地势起伏大的需要而设计的,它的滴头具有压力自动功能,能在8~45米水头工人压力范围内保持比较恒定的流量,有效长度可达400~500米。它是在固定流道中,用弹性柔软的材料作为压差调节元件,构成一段横断面可调流道,使滴头流量保持稳定,采用的形式有长流道补偿式、鸭嘴形补偿式、弹片补偿式和自动清洗补偿式等(图2-54)。

图2-54 圆柱形压力补偿型滴灌管

三、薄壁滴灌带

目前国内使用的薄壁滴灌带有两种:一种是在0.2~1.0毫米厚的薄壁软管上按一定间距打孔,灌溉水由孔口喷出湿润土壤;另一种是在薄壁管的一侧热合出各种形状的流道,灌溉水通过流道以水滴的形式湿润土壤,称为单翼迷宫式滴灌管(图2-55)。

图2-55 单翼迷宫式滴灌管

滴灌管和滴灌带均有压力补偿式与非压力补偿式两种。

四、微喷头

微喷头是将压力水流以细小水滴喷洒在土壤表面的灌水器。微喷头的工作压力一般为50~350千帕,其流量一般不超过250升/小时,射程一般小于7米。

较好的微喷头应满足以下基本要求:一是制造精度高。由于微喷头流道尺寸较小,且对流量和喷洒特性的影响较大,因而微喷头的制造偏差 C v 应不大于0.11。二是微喷头原材料要具有较高的热稳定性和光稳定性。微喷头所使用的材料应具有良好的自润滑性和较好的抗老化性。三是微喷头及配件在规格上要有系列性和较高的可选择性。由于微喷灌是一种局部灌溉,其喷洒的水量分布、喷洒特性、喷灌强度等均由单个喷头决定,一般不进行微喷头间的组合,因而对不同的作物、土壤和地块形状,要求不同喷洒特性的微喷头进行灌水,在同一作物(尤其是果树)的不同生长阶段,对灌水量及喷洒范围等都有不同的要求,因而微喷头要求产品在流量、灌水强度及喷洒半径等方面有较好的系列性,以适应不同作物和不同场合。

微喷头按其结构和工作原理可以分为自由射流式、离心式、折射式和缝隙式4类。其中折射式、缝隙式、离心式微喷头没有旋转部件,属于固定式喷头;射流式喷头具有旋转或运动部件,属于旋转式微喷头。

1.折射式微喷头

折射式微喷头主要由喷嘴、折射破碎机构和支架3部分构成,如图2-56所示。其工作原理是水流由喷嘴垂直向上喷出,在折射破碎机构的作用下,水流受阻改变方向,被分散成薄水层向四周射出,在空气阻力作用下形成细小水滴喷洒到土壤表面,喷洒图形有全圆、扇形、条带状、放射状水束或呈雾化状态等。折射式微喷头又称为雾化微喷头,其工作压力一般为100~350千帕,射程为1.0~7.0米,流量为30~250升/小时。折射式微喷头的优点是结构简单,没有运动部件,工作可靠,价格便宜;缺点是由于水滴太小,在空气十分干燥、温度高、风力较大且多风的地区,蒸发漂移损失较大。

图2-56 折射式微喷头

2.旋转式微喷头

旋转式微喷头主要由4个部件组成:插杆、接头、微管和喷头(图2-57)。喷头由喷嘴、支架、转轮3部分组成。微喷头旋转体采用异形喷洒折射体,喷洒折射体的折射曲面是组合双曲面,其工作原理是压力水流从喷嘴喷出后,呈线状束流射出,进入转轮的导流槽内,水流经转轮的组合双曲面的导流、折射,产生向后的推力,推动转轮高速旋转,折射后的水流沿转轮旋转的切向方向以一定的仰角射出并粉碎,在其有效射程之内均匀地喷洒,使以旋转轴为心的圆形区域内水量喷洒满足均匀度要求。旋转式微喷头工作压力一般为200~300千帕,射程为2.0~4.0米,流量为30~100升/小时。在蔬菜、果园、苗圃以及花卉等经济作物的灌溉中得到了广泛的应用。

图2-57 旋转式微喷头

3.离心式微喷头

离心式微喷头主要由喷嘴、离心室和进水口接头构成(见图2-58、图2-59)。其工作原理是:压力水流从切线方向进入离心室,绕垂直轴旋转,通过离心室中心的喷嘴射出,在离心力的作用下呈水膜状,在空气阻力的作用下水膜被粉碎成水滴散落在微喷头四周,离心式喷头具有结构简单、体积小、工作压力低、雾化程度高、流量小等特点。喷洒形式一般为全圆喷洒,由于离心室流道尺寸可设计得比较大,减少了堵塞的可能性,从而对过滤的要求较低。

图2-58 可调式离心式微喷头

图2-59 离心式微喷头结构

4.缝隙式微喷头

缝隙式微喷头一般由两部分组成,下部是底座,上部是带有缝隙的盖,如图2-60。其工作原理是水流从缝隙中喷出的水舌,在空气阻力作用下,裂散成水滴的微喷头,缝隙式微喷头从结构来说实际上也是折射式微喷头,只是折射破碎机构与喷嘴距离非常近,形成一个缝隙。

图2-60 缝隙式微喷头

5.射流式微喷头

射流式微喷头又称为旋转式微喷头,主要由折射臂支架、喷嘴和连接部件构成,如图2-61。其工作原理是压力水流从喷嘴喷出后,集中成一束,向上喷射到一个可以旋转的单向折射臂上,折射臂上的流道开关不仅改变了水流的方向,使水流按一定喷射仰角喷出,而且还使喷射出的水舌对折射臂所产生反作用力,对旋转轴形成一个力矩,使折射臂作快速旋转,进行旋转喷洒,故此类微喷头一般均为全圆喷洒。射流式微喷头的工作压力一般为100~200千帕,喷洒半径较大,为1.5~7.0米,流量为45~250升/小时,灌水强度较低,水滴细小,适合于果园、茶园、苗圃、蔬菜、城市园林绿地等灌溉。但由于有运动部件,加工精度要求较高,并且旋转部件容易磨损,大田应用时由于受太阳光照射容易老化,致使旋转部分运转受影响。因此,此类微喷头的主要缺点的使用寿命较短。

图2-61 射流式微喷头

五、灌水器的结构参数和水力性能参数

结构参数和水力性能参数是微灌灌水器的两个主要技术参数。结构参数主要指灌水器的几何尺寸,如流道或孔口的尺寸、流道长度及滴灌带的直径和壁厚等。水力性能参数主要指灌水器的流量、工作压力、流态指数、制造偏差系数,对于微喷头还包括射程、喷灌强度、水量分布等。表2-8列出了各类微灌水器的结构与水力性能参数。

表2-8 微灌水器技术参数

注:1.渗灌管(带)出流量以升/(小时·米)计, LWaqncVDXqs0xhljn+D0oZ7lU72q1S/LOmvSu1iRJxsOR32joULNu3LMZ491HYRj

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