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        智慧灌溉系統(tǒng)首部引水故障診斷及解決方案*

        2020-11-18 03:03:30盧珍邱云橋蔣輝霞曾文明文亦驍陳爽
        關(guān)鍵詞:進水管灌溉系統(tǒng)汽蝕

        盧珍 邱云橋 蔣輝霞 曾文明 文亦驍 陳爽

        四川省農(nóng)業(yè)機械研究設(shè)計院,四川成都

        智慧灌溉是將節(jié)水灌溉與物聯(lián)網(wǎng)相融合,實現(xiàn)對農(nóng)作物適時、按需、適量、精準灌溉。近年來,智慧灌溉在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域已成為熱門研究方向[1-2],也逐漸被推廣應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。智慧灌溉系統(tǒng)組成主要包括首部樞紐、輸配水管網(wǎng)、灌水器、智能控制系統(tǒng)、智能管理與物聯(lián)網(wǎng)平臺等,其中,首部樞紐主要包括進水管道、引水裝置、水泵、過濾器等設(shè)備。為了實現(xiàn)智能控制,智慧灌溉系統(tǒng)引水設(shè)備通常采用真空引水裝置[3],其工作原理是水泵第一次啟動前,先將裝置灌滿水,當水泵啟動后裝置里面的水量逐漸減少,從而使裝置里產(chǎn)生一定的真空,在此真空的作用下,水從進水池經(jīng)進水管道進入真空引水裝置。

        某智慧灌溉系統(tǒng)在試運行過程中,當真空引水裝置灌滿水,啟動水泵運行一會兒后,水泵出口管道上壓力大大低于設(shè)計工作壓力,且出口流量明顯小于設(shè)計流量。針對試運行出現(xiàn)的問題,本文采用理論計算方法對原始方案進行復(fù)核計算,并提出改進方案,最終使得系統(tǒng)運行滿足要求。

        1 基本參數(shù)介紹

        該智慧灌溉系統(tǒng)的進水管路主要由喇叭口、鋼管、彎頭、真空引水裝置等組成,具體參數(shù)詳見表1。水泵型號為CDL85-30,具體參數(shù)詳見表2。安裝示意圖見圖1和圖2。

        2 原始方案復(fù)核

        該系統(tǒng)試運行過程中出現(xiàn)的問題,初步診斷是由于進水管路與真空引水裝置不匹配造成的。原始方案復(fù)核計算過程如下。1) 進水管道內(nèi)水力損失進水管道內(nèi)平均流速為:

        式中:Q為水泵流量,m3/s;d為吸水管直徑,m。則:

        進水管道內(nèi)水力損失:

        表1 進水管路的管道和管件參數(shù)

        表2 水泵設(shè)計參數(shù)

        式中:hj為沿程損失,m;hi為局部水頭損失,m;hv為速度水頭,m;L為吸水管長度與裝置進水管長度總和,m;v為吸水管內(nèi)流速,m/s;d為吸水管直徑,m;ζ為局部阻力系數(shù),查表喇叭口取0.2;90°彎頭取0.3[4]。則:

        圖1 進水管路平面示意圖

        圖2 進水管路立面示意圖

        2) 水泵啟動后裝置內(nèi)的氣體壓力

        水泵啟動后裝置內(nèi)的氣體壓力p2:

        式中:p1為水泵啟動前裝置內(nèi)氣體壓力,與外界大氣壓相同,為95.5 kPa;h為吸水管道水力損失,m;ha為真空引水裝置進水管上端面距離進水池液面最低水位的高差。則:

        3) 泵啟動后裝置內(nèi)最小壓力

        泵啟動后裝置內(nèi)最小壓力P2min:

        式中:H2為裝置出水管中心線的最低淹沒高度,m;hc為水泵進水管內(nèi)水力損失,m;[NPSH] 為水泵許用汽蝕余量, m, 通 常 取[NPSH]= (1.1~1.5)NPSHr, 本 設(shè) 計 取1.4,NPSHr為泵汽蝕余量,Pv為水泵安裝所在地最高水溫下的飽和蒸汽壓力,kPa,本文為3.78 kPa。則:

        由此可見,水泵啟動后裝置內(nèi)的壓力p2=34.97kPa

        3 改進方案

        針對現(xiàn)有進水管路與真空引水裝置不配套的問題,改進方案有兩種:第一種,減小進水管道的長度,減少彎頭等管件的個數(shù),從而減小進水管路的水力損失;第二種,調(diào)整真空引水裝置尺寸。本文選擇對進水管路進行改進。改進后的進水管路管道及管件如表3所示。改進后安裝示意圖見圖3和圖4。

        根據(jù)改進后的方案,采用原始方案復(fù)核中的計算過程進行計算,各參數(shù)的計算結(jié)果如表4所示。

        表3 改進后進水管路的管道和管件參數(shù)

        圖3 改進后進水管路平面示意圖

        圖4 改進后進水管路立面示意圖

        由表4 可見,水泵啟動后裝置內(nèi)的壓力P2=38.80kPa>P2min=38.31kPa,水泵進口不會發(fā)生汽蝕。最終真空引水裝置引水正常,系統(tǒng)運行達到了設(shè)計要求。

        表4 改進后各參數(shù)計算結(jié)果

        4 結(jié)論

        通過該智慧灌溉系統(tǒng)在試運行過程中出現(xiàn)首部引水故障問題分析可見,當采用真空引水裝置作為引水設(shè)備時,應(yīng)正確計算進水管道內(nèi)水力損失等參數(shù),選型確定真空引水裝置的規(guī)格尺寸,使之與進水管路相匹配,避免造成水泵進口發(fā)生汽蝕,導(dǎo)致系統(tǒng)運行壓力和流量達不到設(shè)計要求。

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