轻小型喷滴灌两用机组优化配置及室外性能试验

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随着世界能源短缺现象的日益严重,我国的灌溉技术正朝着综合应用、节能降耗、安全可靠、适应性强等方向发展。为解决现有灌溉机组能耗高、配置不尽合理的问题,丰富我国灌溉机组的运行模式,迫切需要设计研发一种轻小型喷滴灌两用机组,以实现喷灌和滴灌2种灌水方式。  本文研究内容源于“十二五”国家高科技研究发展计划(“863”计划)“精确喷灌技术与产品”(项目编号:2011AA100506),以降低机组能耗、提高机组效率为目标,采用理论分析与室外试验相结合的方法,开发一种低能耗、高效率的轻小型喷滴灌两用机组并确定机组的最佳配置方式。  本文主要研究内容和创新性成果有:  (1)创新提出了一种轻小型移动式喷滴灌两用机组,研究现有喷、滴灌系统及灌溉机组的结构型式与发展趋势,确定两用机组的结构型式。机组选用自主研发、具有较陡流量-扬程曲线的50ZB-25C型双工况泵,以同时满足喷、滴灌工况在高效区内运行,提高机组运行效率。管道采用涂塑软管,配置灌水器为双喷嘴摇臂式喷头15PY2和额定流量为2.713L/h的内镶式滴灌带。对选用的灌水器进行水力性能试验,灌水器性能均优于国家标准,可满足机组运行及室外试验要求。  (2)根据灌溉系统管道的末端压力易于控制的特点,假设一系列末端压力水头h0,应用退步法进行管道的水力解析,采用迭代法求解各灌水器的压力水头和流量,进行喷、滴灌系统的水力计算。结果表明,喷、滴灌系统的压力基本能够平衡,满足两用机组设计要求,水力计算方法可行。  (3)建立喷滴灌两用机组的能耗计算公式,并对喷、滴灌2种模式下机组的优化配置及能耗进行分析。借鉴水力机械能效的基本计算方法,采用单位面积能耗E0作为该机组能耗的评价指标,以能耗最小为目标进行机组的优化配置,确定机组的2种优化配置方式:配置方式一为配置7个15PY2喷头和34条内镶式滴灌带;配置方式二为配置6个15PY2喷头和38条内镶式滴灌带。能耗分析结果表明,在2种配置方式下,喷滴灌两用机组能耗与单一(额定)工况机组能耗相比,分别可降低12.5%和14.6%。分析结果表明,优化配置方式有效地降低了机组能耗。  (4)对喷滴灌两用机组进行室外试验,检验机组在2种不同配置方式下的喷、滴灌工况运行状态,对机组运行参数进行测量并与理论计算结果进行对比。试验表明,机组的实际运行参数与理论计算结果基本相符,机组可稳定运行。机组水量分布情况测试表明,2种配置方式下,喷灌均匀系数分别为80.0%和80.7%,滴灌均匀系数分别为91.6和93.6%%,均高于国家标准,机组性能优越。
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