南方山区太阳能智能灌溉器堵塞水头损失研究

谢碧洪，刘晓初，朱　力（．罗定职业技术学院，广东罗定　5700；.广州大学机械与电气工程学院，广东广州　50006）



南方山区太阳能智能灌溉器堵塞水头损失研究

谢碧洪1，刘晓初2，朱力2
（1．罗定职业技术学院，广东罗定527200；2.广州大学机械与电气工程学院，广东广州510006）

摘要：太阳能智能灌溉器不同程度堵塞对水头损失有重要影响，针对不同百分比沙石堵塞建立水力性能测试采集数据，分析得出了过滤器流量与水头损失的关系曲线。结果对灌溉器何时进行过滤网清洁有重要参考价值，对提高水力利用率有重要影响。关键词：智能灌溉器；堵塞；水头损失

0　引言

山区灌溉用水里所含有的杂质及污染物主要分为三类：物理、生物和化学。物理污物或杂质指在水中悬浮的无机的或有机的颗粒；生物污物或杂质主要有藻类、活菌类等微生物和水生动物等[1]；化学污物或杂质一般指如碳酸氢钙和碳酸钙等溶在水里的化学物质。

太阳能智能节水灌溉控制器阀芯为常闭型制动电磁阀结构。通电瞬间，电磁线圈产生电磁力将闭合的隔膜件从阀座上抽起，控制器阀门快速开启；断电瞬间，电磁力消失，弹簧弹力将隔膜件压回阀座上，控制器阀门闭合[2]。因此其只有开关两种极限状态，不能连续调节，介质洁净度有较高要求[3]。间隙尺寸与介质种及阀芯规格有关，通常是0.08～0.3 mm。从双边间隙为0.08 mm来考虑过滤精度，由一定数量＞0.08 mm杂质颗粒存在，主阀阀芯就有可能被卡住而难以工作[4-5]。

经历2个月运行，发现一路太阳能智能节水灌溉控制器开关不顺畅，拆开，发现阀芯堵塞（图1所示）。

图1　灌溉控制器阀芯堵塞情况

根据以往案例，当悬浮固体颗粒多于七八个，流道口处会产生一个弧形堆积带，造成分配水不平均、喷头被堵住等现象导致灌溉系统效能减低，甚至系统崩溃。所以灌溉系统过滤器要确保能把大于横切面积七分之一喷嘴面积的颗粒隔离。

1　水力性能测试及回归方程建立

搭建水力性能测试平台，并在清水条件下分别调节不同编号的流量进行试验研究（图2）。记录进出水压力表读数（表1），根据测试数据进行回归分析计算，得出Y型灌溉过滤器流量与水头损失的关系曲线（图3）。

图2　出入口压力及流量记录

图3　流量与水头损失关系

设定H= kQα指数方程，其中K、α为未知数，验证所推论。实验数据如表1所示。

表1　无堵塞状态下Y型筛网式过滤器水力性能测试

最后利用数据统计回归方程：

2　过滤器不同堵塞百分比水头损失研究

堵塞状态下，某Y型筛网式灌溉过滤器水头损失计算公式过滤水力学关系曲线H= kQαH= kQα[8]，试验确定系数k和指数α，便可计算过滤器过滤的水头损失。清水条件下，根据过滤器不同堵塞百分比，调节不同流量进行试验（图4所示），记录进出水压力表读数（表2）。然后根据测试数据进行回归分析计算，得出Y型灌溉过滤器流量与水头损失的关系曲线（图5）。

图4　Y型灌溉过滤器滤网堵塞水力性能测试

表2　Y型筛网式灌溉过滤器不同堵塞情况下的水力性能测试

3　结论

（1）清水条件下20%、40%、60%、80%不同堵塞程度对局部水头损失尽管在开始阶段过滤筛网大面积堵塞，但增加的局部水头损失较少。只有堵塞增大到某一程度，如当过滤元件被堵塞80%时，曲线变为上升曲线，并且增加的趋势很快。

（2）刚开始过滤时，过滤较为顺畅，受到阻力较小，压力差较小；但使用一段时间后，水中的混浊物固体颗粒累积在过滤网体积大于60%时，过滤网能使用的面积减少，水流阻力加大，导致水头损失上升。为了预防水头的损失，提议在Y型筛网式过滤器完全堵住一半前，进行过滤网清洁。

图5　各种塞状态下Y型筛网式过滤器流量与水头损失关系曲线

参考文献：

［1］李晓峰.低压管道输水灌溉技术在我国渠灌区的应用研究［D］.杨凌：西北农林科技大学，2010.

［2］节水灌溉技术知识讲座之九：灌溉设备（三）过滤器［J］.云南农业，2010（9）.

［3］王亮.高速电磁阀性能分析与仿真研究［D］.成都：电子科技大学，2012.

［4］蒋庆华，李子.“电磁阀”讲座第八讲：介质洁净度与过滤器［J］.自动化仪表，1994（08）：45-47.

［5］刘晓初.植物浇水用太阳能全自动控制器［P］.中国专利：01266948.2，2002-07-31.

［6］郑铁刚，刘焕芳，宗全利.微灌用过滤器过滤性能分析及应用选型研究［J］.水资源与水工程学报，2008（04）：36-39，45.

［7］骆秀萍.自清洗网式过滤器运行特性及内部流场数值模拟研究［D］.石河子：石河子大学，2013.

［8］刘焕芳，王军，胡九英，等.微灌用网式过滤器局部水头损失的试验研究［J］.中国农村水利水电，2006（06）：57-60.

(编辑：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

作者简介：第一谢碧洪，男，1988年生，广东云浮人，硕士。研究领域：太阳能智能灌溉器、强化研磨加工流场分析。已发表论文7篇。

收稿日期：2015－08－05

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

中图分类号：S274.5

文献标识码：A

文章编号：1009－9492 ( 2015 ) 11－0058－03