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高尔夫喷灌之灌溉系统的水力计算及水泵选择

文章来源:海西给排水 发布时间:2011-04-24 22:56:07 阅读次数:3552 次 [关闭]

在完成高尔夫喷灌的喷头选型、布置和轮灌区划分之后,即可计算各级管道的流量和进行水力计算。某一支管流量为该支管上同时工作的喷头流量之和,干管流量为系统中同时工作的喷头流量之和。流量确定后,即可选择管径并计算管道和系统的水头损失。
水力计算的主要任务就是确定管道的水头损失。

1.管道水头损失的计算方法

水在管道内流动会产生机械能的损耗,即水头损失。水头损失可分为沿程摩阻力损失和局部阻力损失两种类型。沿程水头损失为水流过一定管道距离后由于水分子的内部摩檫而引起的损失;局部水头损失为水流经过各种管件、阀门等设备时因流态的变化而产生的损失。沿程水头损失与局部水头损失之和即为管道的总水头损失。

1.1沿程水头损失的计算

  很多计算沿程水头损失的经验公式。对于硬质塑料管道(PVC),目前常用的计算公式如下:

  H f = 9.48×104×(Q1.77/d4.77)×L

  式中:Hf为沿程水头损失(m);L、Q、d分别为管道长度(m)、流量(m3/h)和管道内径(mm)。

1.2局部水头损失的计算

  局部水头损失计算公式为:

  Hj =ξ v2/2g

  式中:Hj为局部水头损失(m);ξ为局部阻力损失系数,与管件、阀门的类型与大小有关;v、g分别为管道中水的流速(m/s)和重力加速度(9.81m/s2)。

  对于较大的灌溉系统,如真正按照公式计算各个管件、阀门处的局部水头损失,工作量将十分庞杂。因此在实际设计工作中,一般先计算出沿程水头损失Hf,然后取局部水头损失Hj = 10% Hf即可满足设计要求。

2.支管水力计算

由于在支管上一般安装多个喷头,因此支管内的流量沿流程按一定规律递减,故支管的实际沿程水头损失比按支管总流量的计算值要小的多,即:Hf实际= F × Hf

式中:F为多口出流系数,其值在一般在0.3-0.6之间,与出口数量、第一个出口位置和管材有关,可通过计算或查表得出。

支管的水力计算主要依据喷洒均匀的原则,即要求支管上任意两个喷头的出水量之差不能大于10%。将这一原则转化为对压力的要求,即应使支管上任意两个喷头处的压力不能超过喷头设计工作压力(H设)的20%。设计时,不但要计算水头损失,而且还要考虑地形对压力的影响。

在实际工程中,有时为节省投资而采用变径支管,或受地块形状影响出水口不一定是等间距和等流量,这时就需要对支管分段进行计算。

支管的水力计算往往是一个反复的过程。在喷头选型、布置和支管长度确定后,水力计算的基本流程为:计算支管流量→初设管径→计算水头损失→校核出水口处压力差是否小于等于20% H设→若超过20% H设,调整管径后重复计算→最后确定支管管径。

设计时,一般不用对所有支管进行计算,可选取最“危险条件”下的支管做水力计算。“危险条件”在大多数情况下发生在距首部最远的支管,或系统内地形最高部位的支管。若系统的压力能满足这些支管的压力要求,也就自然满足其他支管的压力要求。

3.干管水力计算

3.1管径的初步确定

管道的管径,特别是干管的大小对灌溉系统的总投资影响较大。管径太大,投资增加,经济上不合理;管径太小,水头损失大,需配置较大水泵,系统运行费用高,且管内流速大,易产生水击现象,对管道的安全不利。干管管径的初步估算可采用以下经验公式:

  D = 11Q1/2(Q<120m3/h时)

  式中:D为管径(mm);Q为流量(m3/h)。

  或采用经济流速法公式:D = 22.36(Q/V)1/2

  式中:D为管径(mm);Q为流量(m3/s);V为经济流速,根据经验一

  般取V≤3m/s。

3.2干管水力计算

干管水力计算相对支管简单一些,分别按不同管段的管径、流量和长度计算水头损失即可,其总的要求是在沿干管的各支管分流处的压力需满足各支管进口对压力的要求。

4,水泵的选择

选择水泵的主要任务是确定水泵的流量和扬程。在上述步骤完成后,即可计算流量和扬程。

水泵流量:Q = ∑N喷头q

水泵扬程:H = H设+∑Hf+∑Hj±Δ

式中:N喷头为同时工作的喷头数;q为单喷头流量;H设为喷头设计工作压力(m);∑Hf为水泵至典型喷头之间管路沿程水头损失之和(m),所谓典型喷头一般是距泵站最远或位置最高的喷头;∑Hj为水泵至典型喷头之间局部水头损失之和(m),其中应包括阀门、过滤设备及施肥设备的局部水头损失;Δ为典型喷头与水源水面或井内动水位的高差(m)。

具体选择水泵型号时,可参照有关水泵生产厂家的产品目录,所选水泵的实际流量和扬程一般应稍大于上述计算值,以确保满足设计要求。

对于用城市供水管网作为水源的灌溉系统,不必选择水泵,而是应校核供水管网所能提供的压力是否满足灌溉系统的所需压力(即上述计算的扬程值)。若不满足,一般需增大各级管径,以减小水头损失;或选择低压性能好的喷头,使灌溉系统所需压力小于等于城市供水管网的压力



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