喷灌设备

用于喷灌农田的设备

将有压水流通过喷头喷射到空中，呈雨滴状散落在田间及农作物上的农田灌溉设备。其灌溉用水可经水泵增压，也可利用高水位水源的自然落差。用水泵增压的喷灌设备包括动力机、水泵、输水管道和喷头等部分；利用自然落差的喷灌设备可不用动力机和水泵。

发展过程

喷灌技术创始于19世纪末，在美国和俄国首先使用了固定式的自压管道喷灌系统。

1913～1920年间出现了简易的喷灌车，用于草地、菜园、苗圃和果园等。

苏联于1922年研制出自动旋转喷头和远射程喷灌装置，30年代制成了双悬臂式喷灌机和塑料管道。

至40年代，摇臂式喷头和快速接头，以及铝合金管开始出现，端拖式和滚移式喷灌机在美国得到应用。

50年代美国又研制和生产了水力驱动型圆形喷灌机。

60年代研制成电力驱动型圆形喷灌机，同时出现了聚乙烯半软管和钢索绞盘式喷灌机；60年代末研制成平移式喷灌机；70年代初研制成同步脉冲固定式喷灌系统。

70年代末美国已生产电力驱动的全自动化平移式喷灌机，并发展耗能少的低压喷灌机。

中国于50年代初开始，在一些大城市郊区的蔬菜地发展固定式喷灌系统。70年代初研制了小型喷灌机（人工降雨机）和旋转式喷头。1978年完成了摇臂式喷头和喷灌泵两个系列产品的研制和生产，还先后研制成轻型、小型、中型和大型喷灌机，此后，全射流喷头和时针式（圆形）、平移式、绞盘式和滚移式喷灌机又研制成功，同时低压喷头和微型喷头也相继出现。

组成结构

主要由水源动力机、水泵、管道系统和喷头等部分组成。水源动力机、水泵辅以调压和安全设备构成喷灌泵站。与泵站联接的各级管道和闸阀、安全阀、排气阀等构成输水系统。喷洒设备包括末级管道上的喷头或行走装置等。喷灌系统按照喷灌作业过程中可移动的程度分为下列 3类。

分类

系统种类

固定式喷灌系统

除喷头外，各组成部分在长年或灌溉季节均固定不动。干管和支管多埋设在地下，喷头装在由支管接出的竖管上。操作方便，效率高，占地少，也便于综合利用（如结合施肥、喷农药等）和实现灌溉的自动控制。但需要大量管材，单位面积投资高。适用于灌溉频繁的经济作物区（如蔬菜种植区）和高产作物地区。

半固定式喷灌系统

喷灌机、水泵和干管固定，而支管和喷头则可移动。移动的方式有人力搬移、滚移式，由拖拉机或绞车牵引的端拖式，由小发动机驱动作间歇移动的动力滚移式、绞盘式以及自走的圆形及平移式等。其投资比固定式喷灌系统少，喷灌效率较移动式喷灌系统高。常用于大田作物。

① 绞盘式喷灌机。由干管上的给水栓通过软管供水。有3种类型：一种是将钢索绞盘连同驱动绞盘用的动力机、喷头等装在喷灌车上，钢索的一端固定在地头牵引喷灌车前进；另一种是将钢索绞盘及其动力机置于地头，通过钢索牵引装有喷头的喷灌车前进；还有一种是将作为供水支管的软管卷绕在绞盘上，绞盘及喷头装在喷灌车或滑橇上，由软管牵引前进。水力驱动的绞盘式喷灌机是利用干管引来的高压水，通过水涡轮驱动绞盘作业，免去了动力机。

②圆形喷灌机和平移式喷灌机。均为多塔车自走式，即将装有许多喷头的薄壁金属支管支承在若干个可以自动行走的塔车上。各塔车都有一套调速、同步、安全控制和驱动系统，使整个支管系统在电力或水力驱动下，自动协调地作缓慢直线运动或绕其一端作回转运动。圆形喷灌机（图1）由中心枢轴处供水，支管长60～800米,转一圈的时间为8小时至7天，控制面积150～3000亩，自动化程度很高。但喷洒面积为圆形，为解决方形地块上四个边角地带的灌溉问题，有的装有角喷装置,即在支管的末端装设伸出喷杆或远射程喷头，当转到边角地带时自动接通。平移式喷灌机是通过软管由渠道或固定干管上的给水栓供水。由干管供水时，喷灌机行走一定距离后要移动软管,改接在下一个水栓上，因而自动化程度较低，但喷灌后不会留下边角。

移动式喷灌系统

除水源外，动力机、水泵、干管、支管和喷头等都是可以移动的，因而可在一个灌溉季节里在不同地块轮流使用,提高了设备利用率，并可节省单位面积投资，但工作效率和自动化程度低。常用的类型中，有的是动力机和水泵装在手推车或手架上的轻、小型喷灌机，其喷头装在轻便三角架上，通过软管同水泵连接；有的是将水泵同喷头装在手扶拖拉机上的小型喷灌机，由手扶拖拉机的动力输出装置驱动水泵作业；有的是装在大、中型拖拉机上的双悬臂式喷灌机。移动式喷灌系统适用于灌溉次数较少的大田作物和小块地段。

此外，在有条件的地区，还可发展自压喷灌。其优点是可以利用水的自然落差，不需动力机和水泵，设备简单，操作方便，使用成本低。

喷头种类

喷头是将有压水喷射到空中的部件。喷头的射程大小同水的压力高低直接相关。低压喷头工作压力为0.1 ～0.2兆帕，射程为5～14米，又称近射程喷头；中压喷头工作压力为0.2～0.5兆帕，射程14～40米，又称中射程喷头；高压喷头工作压力为0.5～0.8兆帕，射程在40米以上，又称远射程喷头。

常用的结构型式有单列和多列孔管式喷洒器,折射式、缝隙式和离心式固定喷头，以及摇臂式、叶轮式、垂直摆臂式、反作用式和全射流式旋转喷头等。

摇臂式

应用较广的一种。它是在喷管上方的摇臂轴上，套装一个前端设有偏流板（挡水板）和导流板的摇臂（图2）。压力水从喷管的喷嘴中喷出时,经偏流板冲击导流板，使摇臂产生切向运动力绕悬臂回转一角度，然后在扭力弹簧的作用下返回并撞击喷管，使喷管转一角度,如此反复进行，喷头即可作全圆周转动。如在喷头上加设限位装置和换向机构，使喷管在转动一定角度后换向转动，即可进行扇形喷灌。这种喷头结构简单。但在有风和安装不平的情况下，会由于转速不匀而影响喷洒均匀度。在振动情况下运转不正常。适用于固定式中压喷灌系统。　垂直摆臂式喷头利用水流冲击垂直摆臂前端的导流器时产生的反作用力使喷头作间歇旋转运动，摆臂靠其后端的配重回转。喷头转动一定角度后，靠轭架滚轮与限位器配合通过传动杆推拉喷嘴前方的反转臂，使其切入或离开喷嘴射流，迫使喷头迅速反转。这种喷头具有受力均衡、工作平衡可靠、射程较远、流量调节范围大等优点，使用日益广泛。但所需压力较高，结构较复杂。

全射流

利用射流元件的附壁效应，将喷嘴作为射流元件，使水流偏离喷嘴中心轴线，从而形成水流对喷头的反作用力矩，推动喷头旋转。用换向器开闭射流元件控制孔，即可切换水流使喷头反转，实现扇形喷灌。步进式全射流喷头是用一个间歇机构控制射流元件，使水流间歇地由直射切换为瞬间的弯射状态，从而使喷头受到间歇的反作用力矩而作步进式的旋转运动。

折射式

使喷嘴射出的水流，射到散水锥上被击散成薄水层向四周折射。是一种结构简单，没有运动部件的固定式喷头。有外支架式、内支架式和扇形喷洒式等类型（图 3）。压力较低，广泛用于苗圃、花园的固定式灌溉系统和半固定式喷灌系统的自走式喷灌机上。　叶轮式喷头又称涡轮涡杆式喷头，是利用主喷管下方设置的副喷管射出的水流，冲击其前方的叶轮旋转，并带动喷头连续转动，通过换向机构实现扇形喷灌。这种喷头转速平稳，受风和振动的影响较小，但结构较复杂，成本较高。

水泵

常用为卧式单级离心泵，扬程一般为30～90米。深井水源采用潜水电泵或射流式深井泵。如要求流量大而压力低，可采用效率高而扬程变化小的混流泵。移动式喷灌系统多采用自吸离心泵或设有自吸或充水装置的离心泵，也使用结构简单、体积小，自吸性能好的单螺杆泵。

管道及附件

喷灌设备的管道系统包括固定管道系统和移动管道系统两类。固定管道系统与建筑工地和水利工程使用的管道系统相同，常用有铸铁管、普通钢管、预应力或自应力钢筋混凝土管、石棉水泥管及塑料管等，多数埋设于地下。

移动管道系统是喷灌专用的管道系统，常用镀锌薄壁钢管、铝合金薄壁管和塑料管。镀锌薄壁钢管重量较轻而强度较高,能经受碰撞，防蚀耐磨，使用寿命较长,带有双挂钩球形或其他形式的快速接头，以及S 形连接管、弯管接头、三通、支承架管附件。

铝合金薄壁管具有重量轻、强度高、耐腐蚀、使用寿命长、材料能回收等特点,但成本较高，弹性较差，不易修补。配有双挂钩球形、单挂钩承扦式等快速接头及S形连接管、给水栓等成套附件。

用于喷灌设备的塑料管品种很多，常用的有聚氯乙烯硬（软）管、高压聚乙烯半软管、改性聚丙烯硬管、钙塑聚乙烯硬管、维塑软管等。制造工艺简单,有一定的柔性，可适应地形变化，管壁光滑、耐腐蚀性好，重量轻，使用方便；但易受温度影响及易受紫外线辐射而老化。

硬塑料管一般适用于地下埋设的固定管道系统；软塑料管以维塑软管居多，在轻、小型喷灌机上获得广泛应用，其工作压力一般为0.4～0.5兆帕，多采用内转环式或旋扣式快速接头。

发展趋势

喷灌设备向下列方面发展：

①提高喷灌设备的综合利用率。除喷水灌溉外，还用于施化肥、洒农药、防霜冻、夏季降温、环境卫生等。

②提高喷灌均匀度和降低喷灌强度，降低能耗。如采用压力为0.2～0.25兆帕、强度为2～5毫米/小时的喷头作微喷慢灌。