不同类型滴灌带的爆破压力试验研究

张纪圆，胡文军，邓明旭，赵经华，王 蓬，阿布都拉江·艾麦尔，阿卜力海提·吾舒尔，莫敏·麦合木提

(1.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆巴州若羌县红枣科技服务中心，新疆 巴州 841800)

近年来随着节水灌溉技术的大力发展，在西北、华北和南方得到广泛应用，全国农业节水灌溉发展进入跨越式阶段[1]。滴灌的灌溉方式慢慢取代了传统的漫灌方式，其影响力被称为第三次农业革命[2]。滴灌作为高效节水、节肥和增产增收的一种灌溉技术，在节水灌溉发展的过程中非常重要，滴灌带在滴灌系统中是重中之重[3]，它的优劣和使用成本直接影响滴灌工程质量和效益[4]。随着这项新技术的运用与发展，随之而来的问题也越来越多，如滴灌带在使用中出现破裂、爆管、土壤湿润不均匀或滴水孔堵塞等，均给农业生产造成严重损失，因此滴灌带的性能试验也得到了越来越多的关注[5-8]。其中滴灌带爆破试验是最基本的强度试验。若使用爆破压力不合格的产品，在输水灌溉时容易出现爆管，造成农田局部淹没，严重时农田全部被水淹没，不但浪费水资源，还会造成农作物被涝死[9]。

灌溉水源有地下水和地表水之分，尤其是地下水，抽上来水温很低，本试验以内镶贴片式滴灌带为研究对象，探讨温度变化对不同参数滴灌带的爆破压力的影响，常温常压下滴头流量的均匀性。测定滴灌带的爆破压力，有利于掌握产品的最大压力限度值，从而提高产品性能、灌水质量和减少投资，为用户提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设备

试验于2019年11月在新疆农业大学水利与土木工程学院农水大厅实验室。选取3种内镶贴片式滴灌带产品进行试验，内镶贴片式滴灌带相关技术参数见表1。

表1 滴灌带规格

设备：滴头和滴灌管(带)水力性能试验台。

试验项目包括：环境温度下耐静水压试验；高温下耐静水压试验；流量均匀性试验；压力与流量关系试验；爆破压力试验；还可进行“压力损失与流量关系试验”。主要系统是两部分组成，即硬件和软件控制。其中，硬件部分由各个试验装置组成，全套设备的特点表现为耐腐蚀、寿命长。软件控制部分由各种电子设备构成，通过电脑对采集的试验数据进行处理。

查GB∕T19812.3-2017塑料节水灌溉器材第3部分：内镶式滴灌管及滴灌带的资料如下。

爆破压力：非复用型滴灌带式样的瞬时爆破压力应不小于2倍的额定工作压力。

(1)

(2)

(3)

(4)

1.2 试验设计

内镶贴片式滴灌带A、B、C分别在15、23、30、37、45 ℃的情况下测定各个爆破压力；在23±2 ℃和正常压力情况下，测定各类型滴灌带的流量均匀性。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 滴灌带爆破压力

在高温试验箱中，将试样依次与试验装置相连，向试样内充水时排尽空气，在增加压力直到试样破裂，读取试样的瞬时爆破压力值为试验结果，每种滴灌带做5次重复。

1.3.2 滴灌带流量均匀性

使用滴灌管(带)、滴头水力性能综合测试装置，将试样水平悬吊在试验装置上，滴头朝下，向试样内充水时排尽空气，在增加加压至额定工作压力并至少保持3 min，测量并记录每个滴水孔的出水量，出水时间为3 min。

2 结果与分析

2.1 不同类型滴灌带爆破压力

滴灌带爆破压力指滴灌带在充满压力水时并持续加压下，管壁承受的压力超过屈服强度并使材料发生破坏的极限荷载[1]。如表2所示，3种内镶贴片式滴灌带爆破压力在各个温度下均高于2倍的额定工作压力，产品合格。滴灌带的爆破压力值总体趋势是随着温度的升高在降低，直至37 ℃。滴灌带最终破坏所需时间的趋势一样，与爆破压力值的大小呈正比关系。在15 ℃时，滴灌带的爆破压力最大，用时最长；温度升至37 ℃时，爆破压力值最低，用时短，之后又随温度的升高爆破所需时间又延长。37 ℃是一个分水点，由于管材为热塑型塑料，水温引起管材升温，拉拔伸长率增大管材所承受的荷载增大。随着温度的变化滴灌带爆破压力值的显著差异各不相同。A型滴灌带：23 ℃的爆破压力值与37 ℃、45 ℃有显著性差异，与15 ℃、30 ℃无显著性差异。B、C型滴灌带：23 ℃的爆破压力值与15 ℃、37 ℃、45 ℃有显著性差异，与30 ℃无显著性差异。由以上可得，温度变化影响滴灌带爆破压力值的大小。

同一温度不同滴头间距下，内镶贴片式滴灌带A和C相比，爆破压力值A均高于C，两者各温度对应的差值在81～92 kPa之间，最大差值在23 ℃，相差91.5 kPa；最小差值在30℃，相差81.1 kPa。滴头间距对滴灌带爆破压力的大小影响巨大，滴头间距大承受的爆破压力值大。同一温度不同滴头流量下，滴灌带A和B相比，爆破压力值A大于B，两者各温度对应的差值在52～71 kPa之间，最大差值在23℃，相差70.93 kPa；最小差值在15 ℃，相差52.66 kPa。滴头流量对滴灌带爆破压力的大小影响较大，滴头流量大的滴灌带所承受的爆破压力值越大。由此可得，滴灌带参数的不同影响滴灌带爆破压力值的大小。

表2 爆破压力试验数据表

注:表中同一类型不同字母表示不同温度间差异显著(P<0.05)。

2.2 不同类型滴灌带的流量均匀性

滴灌带在生产时因制造工艺和不同材料等因素，不可避免地会造成偏差。在实际生产设计中若偏差过大，产品就不能满足流量均匀度的要求[10]。如表3采用美国ASAE的评价标准，评价在同等的压力下进行流量均匀性测定的流量偏差系数。

流量的均匀度主要是检测滴灌带的灌水器对水流分布的均匀性，有两个指标进行确定，平均流量相对于额定流量的偏差率(C)和滴水孔流量的变异系数(CV)[11]。如表4流量均匀性，由公式(1)～(4)得出，内镶贴片式滴灌带B的每一组平均流量都没有达到1.38 L/h，滴灌带A和滴灌带C均有一组没有达到3 L/h。各类滴灌带的偏差率(C)都在±7%的范围内；流量的变异系数(CV)大部分都小于7%，滴灌带B和滴灌带C各有一组大于7%。由表3和4可以看出，A型滴灌带的流量均匀性最好，其次是C型，均小于5为优等；则B型的等级为良好。

表3 ASAE推荐的执照偏差分级标准

表4 流量均匀性

2.3 不同类型滴灌带的破裂形式

如图1、2、3均为爆破试验中滴灌带破裂试样。图1破裂的位置发生在进水口处或者最末端。图2破裂的位置是发生在进水口处或者最末端有折痕的位置，观察发现是直接撕裂，裂缝整齐。在产品加工过程中由于压轮压力过大引起，压力过大造成滴灌带压痕边沿受到过大的剪切力，使材料内部破坏，试压时就会从此处开裂。图3破裂的位置是在滴灌带长度的1/3处，处在滴头中间的位置，裂缝整齐，压力过大造成。滴灌带A破裂后，试样大部分为图3的形式。滴灌带B破裂后，大部分表现为图2的形式。滴灌带C破裂后，试样表现为图1和图3的形式。

图1 破裂形式1

图2 破裂形式2

图3 破裂形式3

3 结 论

(1)爆破试验中，各类滴灌带随着温度的升高，各瞬时爆破压力值在减小，与爆破压力呈负相关；温度至37 ℃后爆破压力值又增大。由此可知温度对滴灌带爆破压力值的大小有影响。

(2)爆破试验中，相同温度不同滴头间距下，滴头间距越大滴灌带承受的爆破压力也越大；相同温度不同滴头流量下，滴头流量越大承受的爆破压力也越大；滴头间距和滴头流量的大小与爆破压力呈正相关。

(3)常温常压下流量均匀性试验得到内镶贴片式滴灌带A、B和C的流量均匀性均合格。