资源描述
众所周知，地球上的陆地面积占29%，海洋面积占71%。虽然陆地上环环包围着的是海洋，但是地球上能够供人类所使用的淡水面积水资源的2.8%，全球60多亿的人口。倘若是无节制的消耗着淡水资源，相信淡水资源很快就会枯竭。在全球许多地方，淡水资源是一种极其缺乏的资源。因此，在一些缺乏水资源的国家以及地区，淡水资源的利用率就成为了首要的问题。在辽阔疆域的中国，虽然大部分的地区的淡水资源目前依然是充足的，可是也有着一些缺乏水资源的地区，例如在中国的新疆地区，这些地区的农作物生长，却是需要大量的水资源，如何利用淡水资源，能够造福更多的人，成为了我们最关心的问题。随着时代在发展，灌水器的出现也随之带来了福音，灌水器的利用成为了这些地方最迫切关心的话题，因而，如何提高灌水器的利用率亦成为了学者研究的问题。在我国, 截止到2005 年底, 全国滴灌面积已达2133. 8 万hm2 , 但其应用面积仅占我国总灌溉面积的1%, 其主要原因之一就是滴灌工程单位造价过高。通过降低常规滴灌系统的运行压力来降低滴灌工程单位造价已渐成为目前滴灌技术一个新的热点研究方向。在低压滴灌研究方面, 王伟等提出了一种低水头滴灌系统, 对该系统的关键设备-首部控制塔、管材和灌水器进行了选型和研制 。牛文全等通过分析微灌技术的特点和应用现状, 定义了低压滴灌系统的概念和原理, 讨论了该系统的主要研究内容和现状 。仵峰等在低压条件下对内镶式、微管和补偿式3 种灌水器自由出流进行了试验研究 。但就国内目前的状况分析来看, 低压滴灌系统的一些关键设备基本沿用原有常压滴灌系统( 10 m 工作水头) 的相关设备, 如滴灌带( 管) 等。然而, 鲜有学者对国内市场中常用的滴灌带( 管) 在低压下的水力性能及变化规律开展过系统研究。低压滴灌是一种高效节水节能的先进节水灌溉技术, 已被广泛应用于果园、小型温室、地下灌溉和庭院经济等 。灌水均匀度是低压滴灌设计的一个重要参数之一, 它直接影响到低压滴灌系统的灌水器工作水头、灌水质量和工程造价 。已有的关于灌水均匀度的研究多见于工作水头, 灌水器类型、间距、管道铺设长度、坡度等对其影响 , 对毛管内水流流态研究很少。本文从水力学基本原理出发, 对水平铺设的低压滴灌毛管在不同流态条件下灌水均匀度与灌水器工作水头的关系,从理论和试验两个方面进行了研究, 旨在进一步完善低压滴灌理论, 为低压滴灌设计提供理论依据。灌水器是滴灌系统的最重要的组成部件之一，其水力特性对系统灌水的均匀性、造价和系统寿命影响很大。目前，世界滴灌灌水器研究的发展趋势主要有两个方面，一是发展大流道灌水器，增强灌水器的抗堵塞性能；二是开发各种压力补偿式灌水器，提高系统的灌水均匀性。压力补偿灌水器技术含量高，开发难度大，已成为各国滴灌设备生产厂商技术高低的主要标志之一。压力补偿灌水器的发明已成为世界滴灌设备厂商的强手货，无能力开发压力补偿灌水器的厂商也在购买发明使用权或直接购买压力补偿灌水器成品用以生产自己的滴灌产品。我国滴灌压力补偿灌水器的研究相对滞后，仅有两种管上式压力补偿灌水器，并且其技术也比较落后，产品性能（稳定性和压力补偿区域）也比较差。研究世界压力补偿灌水器的发展将有助于提高我国滴灌灌水器的生产水平，促进我国滴灌技术的健康发展。滴灌提供精确滴水灌溉，具有节水、节肥、节能、节地、节约劳动力，降低病虫草危害，不影响田间耕作等优势。灌水器是滴灌系统的核心部件，安装在毛管上用来消散压力和配水，其价格的高低和性能的优劣对于整个滴灌系统的推广应用和使用效果起着决定性的作用。滴灌系统由首部控制、主干管和分干管、支管、毛管、灌水器、水流控制装置及流量-压力调节器组成。滴灌一体式灌水器，就是在制造过程中已在其上加工有孔眼或其他出流装置的整体管、带孔口或出流装置的流量在滴灌定义范围内。管壁较厚卷盘后仍呈管状的称作滴灌管；管壁较薄盘卷后压扁呈带状的称作滴灌带。目前应用较为广泛的滴灌一体式灌水器产品，根据流道特征、灌水器形成和进出水口特点，滴灌一体式灌水器分为单翼迷宫式滴灌带、方形内镶贴片滴灌管、具有过滤式进水口群和缝隙式出水口的薄壁滴灌带3 种，其特点、技术参数、适用条件和应用中遇到的问题如下。压力补偿式灌水器的开发难度大, 技术含量高, 是衡量世界滴灌设备生产厂商技术水平高低的主要标志之一。该灌水器一般都在灌水器结构中加入一种橡胶材料的补偿贴片, 在压力大时补偿原理都是利用补偿贴片(一般都为橡胶材料),由于这种结构, 使得现有的压力补偿式灌水器价格普遍大大高于非压力补偿式灌水器。马富才等对国产膜片式压力补偿灌水器水力性能进行试验研究, 计算得出压力补偿式灌水器的等效长度和制造偏差, 认为压力补偿式灌水器具有减缓堵塞, 简化计算, 适用性强等优点。翟国亮等在压力补偿式灌水器水力性能试验基础上, 提出了灌水器补偿区间的计算方法, 并对其制造偏差进行了分析。何静等对现有的压力补偿式灌水器结构进行了分析, 发现大多数灌水器都是由多个零件组成, 且都是由于弹性膜片的变形来实现压力补偿功能 ; 姚彬等通过对内镶补偿贴片式滴头的水力性能进行研究, 分析了该种灌水器的补偿机理, 并认为补偿膜片的硬度、厚度以及与流道的接触面积决定了该种灌水器的水力性能。可以看出, 压力补偿式灌水器水力性能优秀, 受压力影响较小, 但是其结构相对复杂, 且大都采用弹性膜片实现压力补偿, 采用传统开发手段难以进行新产品的研制。魏正英则基于快速成形技术提出了一体式压力补偿灌水器快速设计新方法, 为压力补偿式灌水器的开发提供了新手段。近年来, 越来越多的学者采用快速成形技术来实现灌水器的水力性能研究, 并辅助新型结构灌水器的开发快速成形技术可以快速制造新型灌水器开发过程中所需的灌水器试验样件, 可以大幅度缩短新型灌水器的研发周期和降低开发成本。图1 为典型压力补偿灌水器的补偿原理示意图。在灌水器内部添加弹性膜片, 当工作水压小到一定程度时, 弹性膜片不发生变化, 流道尺寸较大; 当工作水压增加时, 弹性膜片发生变形并压向流道使尺寸变小, 从而起到在压力变化的情况下保持灌水器的流量不变。但是, 由于需要另外设计与制造补偿膜片, 大幅度的增加了开发难度和制造成本。新型一体式变流道压力补偿形, 使得流道的过流截面积逐渐减小,结构, 不需另外添加补偿膜片就可以获得补偿效此状态为补偿状态, 该弹性挡片的设计使得该种果, 其设计方法如图2 所示。现有灌水器流道多流道具有了压力调节的作用。这种新型变流道压为齿状迷宫流道, 在齿尖部分直接添加弹性挡片力补偿结构, 将具有补偿作用的弹性挡片与灌水用于实现压力补偿功能。当工作水压小于一定程器的一体式设计, 不需要另外添加补偿片, 可以度时, 弹性挡片将不发生变形, 为冲洗大大的节约设计与制造成本, 降低灌水器产品的状态; 当工作水压逐渐增大时, 弹性挡片发生变价格。通过将补偿片、流道进行一体设计的压力补偿流道结构具有很明显的压力补偿效果, 并且减少了补偿片和流道之间的装配误差, 减少了因装配带来的局部水头损失。本文从该流道的水力特性分析证明了压力补偿的效果和采用压力补偿的积极作用。对该流道采用快速成形制造, 大幅度缩短生产周期, 提高生产效率。特别在试验研究方面, 能够减少流道的模具制造等研发周期, 降低开发成本, 方便进行试验。这种新型流道不仅可以实现压力补偿, 还可用于内镶式滴灌带生产中, 可以解决滴灌带不宜实现压力补偿的问题。参考文献：1 何静.压力补偿滴头设计机理研究D.硕士学位论文.北京: 中国农业大学, 2006.2魏正英, 唐一平, 程英社, 卢秉恒. 一体式压力补偿灌水器快速设计新方法J. 中国机械工程, 20083 牛文全, 吴普特, 范兴科. 低压滴灌系统研究J . 节水灌溉.20054张国祥. 考虑三偏差因素的滴灌系统流量总偏差率J . 农业工程学报. 2006
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