噴灌設備

將有壓水流通過噴頭噴射到空中，呈雨滴狀散落在田間及農作物上的農田灌溉設備。其灌溉用水可經水泵增壓，也可利用高水位水源的自然落差。用水泵增壓的噴灌設備包括動力機、水泵、輸水管道和噴頭等部分；利用自然落差的噴灌設備可不用動力機和水泵。

基本介紹

• 中文名：噴灌設備
• 發展過程：噴灌技術創始於19世紀末
• 組成結構：主要由水源動力機
• 系統種類：固定式噴灌系統

發展過程

噴灌技術創始於19世紀末，在美國和俄國首先使用了固定式的自壓管道噴灌系統。

噴灌設備

1913～1920年間出現了簡易的噴灌車，用於草地、菜園、苗圃和果園等。

蘇聯於1922年研製出自動旋轉噴頭和遠射程噴灌裝置，30年代製成了雙懸臂式噴灌機和塑膠管道。

至40年代，搖臂式噴頭和快速接頭，以及鋁合金管開始出現，端拖式和滾移式噴灌機在美國得到套用。

50年代美國又研製和生產了水力驅動型圓形噴灌機。

60年代研製成電力驅動型圓形噴灌機，同時出現了聚乙烯半軟管和鋼索絞盤式噴灌機；60年代末研製成平移式噴灌機；70年代初研製成同步脈衝固定式噴灌系統。

70年代末美國已生產電力驅動的全自動化平移式噴灌機，並發展耗能少的低壓噴灌機。

中國於50年代初開始，在一些大城市郊區的蔬菜地發展固定式噴灌系統。70年代初研製了小型噴灌機（人工降雨機）和旋轉式噴頭。1978年完成了搖臂式噴頭和噴灌泵兩個系列產品的研製和生產，還先後研製成輕型、小型、中型和大型噴灌機，此後，全射流噴頭和時針式（圓形）、平移式、絞盤式和滾移式噴灌機又研製成功，同時低壓噴頭和微型噴頭也相繼出現。

組成結構

主要由水源動力機、水泵、管道系統和噴頭等部分組成。水源動力機、水泵輔以調壓和安全設備構成噴灌泵站。與泵站聯接的各級管道和閘閥、安全閥、排氣閥等構成輸水系統。噴灑設備包括末級管道上的噴頭或行走裝置等。噴灌系統按照噴灌作業過程中可移動的程度分為下列 3類。

分類

系統種類

固定式噴灌系統

除噴頭外，各組成部分在長年或灌溉季節均固定不動。乾管和支管多埋設在地下，噴頭裝在由支管接出的豎管上。操作方便，效率高，占地少，也便於綜合利用（如結合施肥、噴農藥等）和實現灌溉的自動控制。但需要大量管材，單位面積投資高。適用於灌溉頻繁的經濟作物區（如蔬菜種植區）和高產作物地區。

半固定式噴灌系統

噴灌機、水泵和乾管固定，而支管和噴頭則可移動。移動的方式有人力搬移、滾移式，由拖拉機或絞車牽引的端拖式，由小發動機驅動作間歇移動的動力滾移式、絞盤式以及自走的圓形及平移式等。其投資比固定式噴灌系統少，噴灌效率較移動式噴灌系統高。常用於大田作物。

① 絞盤式噴灌機。由乾管上的給水栓通過軟管供水。有3種類型：一種是將鋼索絞盤連同驅動絞盤用的動力機、噴頭等裝在噴灌車上，鋼索的一端固定在地頭牽引噴灌車前進；另一種是將鋼索絞盤及其動力機置於地頭，通過鋼索牽引裝有噴頭的噴灌車前進；還有一種是將作為供水支管的軟管卷繞在絞盤上，絞盤及噴頭裝在噴灌車或滑橇上，由軟管牽引前進。水力驅動的絞盤式噴灌機是利用乾管引來的高壓水，通過水渦輪驅動絞盤作業，免去了動力機。

②圓形噴灌機和平移式噴灌機。均為多塔車自走式，即將裝有許多噴頭的薄壁金屬支管支承在若干個可以自動行走的塔車上。各塔車都有一套調速、同步、安全控制和驅動系統，使整個支管系統在電力或水力驅動下，自動協調地作緩慢直線運動或繞其一端作迴轉運動。圓形噴灌機（圖1）由中心樞軸處供水，支管長60～800米,轉一圈的時間為8小時至7天，控制面積150～3000畝，自動化程度很高。但噴灑面積為圓形，為解決方形地塊上四個邊角地帶的灌溉問題，有的裝有角噴裝置,即在支管的末端裝設伸出噴桿或遠射程噴頭，當轉到邊角地帶時自動接通。平移式噴灌機是通過軟管由渠道或固定乾管上的給水栓供水。由乾管供水時，噴灌機行走一定距離後要移動軟管,改接在下一個水栓上，因而自動化程度較低，但噴灌後不會留下邊角。

移動式噴灌系統

除水源外，動力機、水泵、乾管、支管和噴頭等都是可以移動的，因而可在一個灌溉季節里在不同地塊輪流使用,提高了設備利用率，並可節省單位面積投資，但工作效率和自動化程度低。常用的類型中，有的是動力機和水泵裝在手推車或手架上的輕、小型噴灌機，其噴頭裝在輕便三角架上，通過軟管同水泵連線；有的是將水泵同噴頭裝在手扶拖拉機上的小型噴灌機，由手扶拖拉機的動力輸出裝置驅動水泵作業；有的是裝在大、中型拖拉機上的雙懸臂式噴灌機。移動式噴灌系統適用於灌溉次數較少的大田作物和小塊地段。

此外，在有條件的地區，還可發展自壓噴灌。其優點是可以利用水的自然落差，不需動力機和水泵，設備簡單，操作方便，使用成本低。

噴頭種類

噴頭是將有壓水噴射到空中的部件。噴頭的射程大小同水的壓力高低直接相關。低壓噴頭工作壓力為0.1 ～0.2兆帕，射程為5～14米，又稱近射程噴頭；中壓噴頭工作壓力為0.2～0.5兆帕，射程14～40米，又稱中射程噴頭；高壓噴頭工作壓力為0.5～0.8兆帕，射程在40米以上，又稱遠射程噴頭。

常用的結構型式有單列和多列孔管式噴灑器,折射式、縫隙式和離心式固定噴頭，以及搖臂式、葉輪式、垂直擺臂式、反作用式和全射流式旋轉噴頭等。

搖臂式

套用較廣的一種。它是在噴管上方的搖臂軸上，套裝一個前端設有偏流板（擋水板）和導流板的搖臂（圖2）。壓力水從噴管的噴嘴中噴出時,經偏流板衝擊導流板，使搖臂產生切向運動力繞懸臂迴轉一角度，然後在扭力彈簧的作用下返回並撞擊噴管，使噴管轉一角度,如此反覆進行，噴頭即可作全圓周轉動。如在噴頭上加設限位裝置和換向機構，使噴管在轉動一定角度後換向轉動，即可進行扇形噴灌。這種噴頭結構簡單。但在有風和安裝不平的情況下，會由於轉速不勻而影響噴灑均勻度。在振動情況下運轉不正常。適用於固定式中壓噴灌系統。 　垂直擺臂式噴頭利用水流衝擊垂直擺臂前端的導流器時產生的反作用力使噴頭作間歇旋轉運動，擺臂靠其後端的配重回轉。噴頭轉動一定角度後，靠軛架滾輪與限位器配合通過傳動桿推拉噴嘴前方的反轉臂，使其切入或離開噴嘴射流，迫使噴頭迅速反轉。這種噴頭具有受力均衡、工作平衡可靠、射程較遠、流量調節範圍大等優點，使用日益廣泛。但所需壓力較高，結構較複雜。

全射流

利用射流元件的附壁效應，將噴嘴作為射流元件，使水流偏離噴嘴中心軸線，從而形成水流對噴頭的反作用力矩，推動噴頭旋轉。用換向器開閉射流元件控制孔，即可切換水流使噴頭反轉，實現扇形噴灌。步進式全射流噴頭是用一個間歇機構控制射流元件，使水流間歇地由直射切換為瞬間的彎射狀態，從而使噴頭受到間歇的反作用力矩而作步進式的旋轉運動。

折射式

使噴嘴射出的水流，射到散水錐上被擊散成薄水層向四周折射。是一種結構簡單，沒有運動部件的固定式噴頭。有外支架式、內支架式和扇形噴灑式等類型（圖 3）。壓力較低，廣泛用於苗圃、花園的固定式灌溉系統和半固定式噴灌系統的自走式噴灌機上。　葉輪式噴頭又稱渦輪渦桿式噴頭，是利用主噴管下方設定的副噴管射出的水流，衝擊其前方的葉輪旋轉，並帶動噴頭連續轉動，通過換向機構實現扇形噴灌。這種噴頭轉速平穩，受風和振動的影響較小，但結構較複雜，成本較高。

水泵

常用為臥式單級離心泵，揚程一般為30～90米。深井水源採用潛水電泵或射流式深井泵。如要求流量大而壓力低，可採用效率高而揚程變化小的混流泵。移動式噴灌系統多採用自吸離心泵或設有自吸或充水裝置的離心泵，也使用結構簡單、體積小，自吸性能好的單螺桿泵。

管道及附屬檔案

噴灌設備的管道系統包括固定管道系統和移動管道系統兩類。固定管道系統與建築工地和水利工程使用的管道系統相同，常用有鑄鐵管、普通鋼管、預應力或自應力鋼筋混凝土管、石棉水泥管及塑膠管等，多數埋設於地下。

移動管道系統是噴灌專用的管道系統，常用鍍鋅薄壁鋼管、鋁合金薄壁管和塑膠管。鍍鋅薄壁鋼管重量較輕而強度較高,能經受碰撞，防蝕耐磨，使用壽命較長,帶有雙掛鈎球形或其他形式的快速接頭，以及S 形連線管、彎管接頭、三通、支承架管附屬檔案。

鋁合金薄壁管具有重量輕、強度高、耐腐蝕、使用壽命長、材料能回收等特點,但成本較高，彈性較差，不易修補。配有雙掛鈎球形、單掛鈎承扦式等快速接頭及S形連線管、給水栓等成套附屬檔案。

用於噴灌設備的塑膠管品種很多，常用的有聚氯乙烯硬（軟）管、高壓聚乙烯半軟管、改性聚丙烯硬管、鈣塑聚乙烯硬管、維塑軟管等。製造工藝簡單,有一定的柔性，可適應地形變化，管壁光滑、耐腐蝕性好，重量輕，使用方便；但易受溫度影響及易受紫外線輻射而老化。

硬塑膠管一般適用於地下埋設的固定管道系統；軟塑膠管以維塑軟管居多，在輕、小型噴灌機上獲得廣泛套用，其工作壓力一般為0.4～0.5兆帕，多採用內轉環式或旋扣式快速接頭。

發展趨勢

噴灌設備向下列方面發展：

①提高噴灌設備的綜合利用率。除噴水灌溉外，還用於施化肥、灑農藥、防霜凍、夏季降溫、環境衛生等。

②提高噴灌均勻度和降低噴灌強度，降低能耗。如採用壓力為0.2～0.25兆帕、強度為2～5毫米/小時的噴頭作微噴慢灌。

③實現噴灌設備的自動化管理。如利用土壤濕度計和感測器系統，在土壤濕度變低或超過預定範圍時自動開動或關閉噴灌機；根據系統內發出的故障信號，或在一個灌溉程式結束時發出的信號，使供水設備自動停機；固定式噴灌系統由程式自動控制儀操縱，實行編組輪流噴灌等。