噴灌系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備研制與產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展的論文

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生產(chǎn)上廣泛使用的噴頭為py1、py2、zy-1和zy-2，其中py1、py2已形成系列，除具有不同規(guī)格外，其噴頭仰角也有7o、15o、o、30o等不同型號(hào)。由于此類噴頭為20世紀(jì)80年代初開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品，能量轉(zhuǎn)化率偏低，實(shí)測(cè)值尚不足80%，在噴灌工程中正逐漸被淘汰。zy-1、zy-2噴頭為20世紀(jì)80年代中期引進(jìn)奧地利鮑爾公司生產(chǎn)線生產(chǎn)的產(chǎn)品，實(shí)測(cè)能量利用率可達(dá)90%.近年來(lái)，隨著我國(guó)節(jié)水灌溉的發(fā)展，許多節(jié)水灌溉設(shè)備生產(chǎn)廠家紛紛對(duì)zy-1、zy-2噴頭進(jìn)行仿制或略加改進(jìn)，如增加換向機(jī)構(gòu)、改進(jìn)噴頭仰角（一般增大）等，該產(chǎn)品成為我國(guó)目前使用的主流噴頭。盡管該產(chǎn)品品牌較多，但仍未形成系列化，且在防風(fēng)、多功能利用、低壓工作時(shí)的水量分布等方面存在缺陷。因此，需要開(kāi)發(fā)新型節(jié)能噴頭系列及功能可調(diào)的噴頭系列，改進(jìn)噴頭性能，增加噴頭功能。隨著我國(guó) 經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快以及人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，城市綠地大幅度增加，城市用水也隨之日趨緊張，綠地灌溉的節(jié)水要求日益迫切。因此，噴微灌技術(shù)在城市綠地中被廣泛應(yīng)用。但至2002年，我國(guó)城市噴微灌多采用農(nóng)田灌溉中所使用的噴頭。這些噴頭雖然也可以達(dá)到節(jié)水和良好的綠地灌溉效果，但影響綠地的景觀效果。當(dāng)時(shí)，我國(guó)城市灌溉專用噴頭，百分之百是舶來(lái)品，沒(méi)有一家 企業(yè) 開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)城市灌溉專用噴頭。因此，急需開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的城市綠地專用噴頭，滿足城市綠地灌溉既要節(jié)水、又要美觀的要求，探索我國(guó)城市綠地灌溉設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的可能性和可行性。我國(guó)使用的噴灌移動(dòng)管材主要有薄壁鋁管、薄壁鋼管和pe管等。其中薄壁鋼管由于加工缺陷、易腐蝕，已很少使用。薄壁鋁管盡管重量輕、耐用，是目前廣泛使用的噴灌移動(dòng)管道，但其生產(chǎn)成本偏高。而通過(guò)減小壁厚降低成本的 方法 會(huì)嚴(yán)重減弱產(chǎn)品的剛度，造成質(zhì)量下降。因此，急需研制新型金屬管道，使之既能滿足剛度與強(qiáng)度的需要，又能降低系統(tǒng)成本。在噴灌配套管件方面，由于噴灌系統(tǒng)涉及到金屬、塑料、橡膠等多種材料，不同材料間的連接方式及其規(guī)格有所差異，導(dǎo)致噴灌系統(tǒng)的配套性和可靠性降低。因而，需研制標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的噴灌用管件，提高系統(tǒng)的通用性和可靠性。國(guó)家“十五”重大 科技 專項(xiàng)“田間固定式半固定式噴灌系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備及產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)”以跟蹤當(dāng)代世界前沿技術(shù)，提高我國(guó)噴灌技術(shù)和設(shè)備的現(xiàn)有水平為目標(biāo)，針對(duì)制約噴灌發(fā)展的主要因素投資大、能耗高、易受風(fēng)影響和存在蒸發(fā)漂移損失，研制開(kāi)發(fā)新一代適合我國(guó)國(guó)情的噴灌技術(shù)和設(shè)備。在噴頭方面，研制開(kāi)發(fā)節(jié)能、防風(fēng)的異形噴嘴噴頭、可調(diào)仰角和霧化程度的噴頭、短流道系列噴頭、園林專用噴頭及非圓形噴灑域噴頭等；在噴灌用管道方面，研制開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)耐用的移動(dòng)管道。通過(guò)對(duì)噴灌設(shè)備的系統(tǒng)化和系列化研制，創(chuàng)制具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的低能耗多用途噴灌技術(shù)與新產(chǎn)品，縮短我國(guó)噴灌技術(shù)與國(guó)外的差距，推動(dòng)噴灌產(chǎn)品的升級(jí)換代，全面提升我國(guó)的噴灌技術(shù)水平。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求噴灌技術(shù)是目前先進(jìn)的高效用水技術(shù)之一，也是可以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的高新技術(shù)，是 現(xiàn)代 農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)的重要特征。美國(guó)1998年的噴灌面積占全部灌溉面積的47%.以色列到20世紀(jì)90年代初，噴灌占全部灌溉面積的30%.日本旱地灌溉幾乎全部采用噴灌。而我國(guó)至1998年底噴灌面積僅占有效灌溉面積的3%、占節(jié)水灌溉面積的10%，與先進(jìn)國(guó)家相比存在很大差距。目前，制約我國(guó)噴灌發(fā)展的主要因素一是系統(tǒng)能耗高，二是易受風(fēng)影響，三為存在蒸發(fā)漂移損失。我國(guó)缺水的華北、西北及東北地區(qū)屬多風(fēng)、干燥地帶，早在20世紀(jì)70年代，西北地區(qū)的寧夏、甘肅等地就曾大力推廣噴灌技術(shù)，但由于沒(méi)能很好地解決能耗、風(fēng)的影響及設(shè)備質(zhì)量等問(wèn)題，到20世紀(jì)80年代幾乎全部不用。因此低能耗多功能噴頭的市場(chǎng)需求量較大，同時(shí)隨著精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)及多目標(biāo)利用的發(fā)展，對(duì)多功能噴頭的需求量也越來(lái)越大。半固定式噴灌系統(tǒng)是現(xiàn)階段管道式噴灌發(fā)展的主要型式，移動(dòng)管道是半固定式噴灌系統(tǒng)的主要設(shè)備，據(jù)粗略估計(jì)，移動(dòng)管道的年需求量在10000t左右，因此本課題擬開(kāi)發(fā)的質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的新型移動(dòng)管道具有廣闊的潛在市場(chǎng)。目前，我國(guó)園林及綠地使用的灌水器幾乎都是進(jìn)口產(chǎn)品，外國(guó)噴頭占據(jù)著我國(guó)園林噴灌的大部分市場(chǎng)，但進(jìn)口灌水器及配套設(shè)備價(jià)格昂貴，制約著節(jié)水型城市的建設(shè)。開(kāi)發(fā)研制園林噴灌設(shè)備對(duì)改變外國(guó)產(chǎn)品一統(tǒng)天下的被動(dòng)局面，降低工程造價(jià)、促進(jìn)國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。因此，噴灌設(shè)備應(yīng)用前景廣闊。2.重大研究進(jìn)展噴頭園林用新型短流道噴頭通過(guò)對(duì)國(guó)外典型短流道噴頭的流量、射程和水量分布進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試和剖析，發(fā)現(xiàn)影響噴頭能量轉(zhuǎn)化率的關(guān)鍵是噴頭和噴嘴的流道結(jié)構(gòu)。在對(duì)國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)和市場(chǎng)前景充分 分析 基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了進(jìn)口直徑為10和15mm兩種規(guī)格的短流道噴頭。為了克服現(xiàn)有短流道噴頭噴嘴無(wú)法更換的缺陷，我們將噴頭設(shè)計(jì)成噴嘴可更換的形式。進(jìn)口直徑10mm的噴頭還具有扇形機(jī)構(gòu)和霧化程度調(diào)節(jié)裝置。對(duì)噴頭樣機(jī)的測(cè)試結(jié)果表明，其能量轉(zhuǎn)化率達(dá)到96%（表1），在現(xiàn)行噴灌工程技術(shù)規(guī)范規(guī)定的噴頭組合間距條件下，均勻系數(shù)（cu）可達(dá)到85%.噴頭水力性能指標(biāo)見(jiàn)表2. 表1 新型短流道噴頭的能量轉(zhuǎn)化率（進(jìn)口直徑10mm）進(jìn)口直徑10 mm （噴嘴直徑3mm）進(jìn)口直徑15 mm （噴嘴直徑5mm （ ）壓力 （mpa）流量 （m3/h）射程 （m）壓力 （mpa）流量 （m3/h）射程 （m）管壁厚度均為爆破試驗(yàn)施加壓力為壓扁試驗(yàn)的壓扁高度為直徑的1/2系列化管件開(kāi)發(fā)了噴灌管道防脫鉤快裝接頭、球形雙掛鉤管道快速接頭、內(nèi)襯pvc的復(fù)合管件、噴灌管道保護(hù)閥、有壓密封無(wú)壓自泄密封圈等通用管件和保護(hù)設(shè)施，并形成了一定的生產(chǎn)能力。3.取得的主要成果自課題實(shí)施以來(lái)，研發(fā)出5種新型噴頭（8個(gè)產(chǎn)品），1種新型移動(dòng)管道（2種規(guī)格）和5種系列化管件，已形成5萬(wàn)只噴頭和5萬(wàn)套管件的年生產(chǎn)能力，申報(bào)專利11項(xiàng)，其中發(fā)明專利3項(xiàng)，實(shí)用新型專利8項(xiàng)， 目前 7項(xiàng)實(shí)用新型專利和1項(xiàng)發(fā)明專利已獲得授權(quán)，其余2項(xiàng)發(fā)明專利均已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性審查階段（表6）。表6 課題獲得專利情況表序號(hào)專利類型授權(quán)號(hào)名稱1發(fā)明021581851搖臂式噴頭的耐久性能試驗(yàn)機(jī)*2發(fā)明球形雙掛寬鉤管道快速接頭*3發(fā)明有壓密封無(wú)壓自泄密封圈4實(shí)用新型zl 噴灌管道保護(hù)閥5實(shí)用新型zl 噴灌管道防脫鉤快裝接頭6實(shí)用新型zl 節(jié)能型雙矩形噴嘴7實(shí)用新型zl 流道漸變式節(jié)能型方形噴嘴8實(shí)用新型zl 流道漸變式節(jié)能型三角形噴嘴9實(shí)用新型zl 一種噴灌用復(fù)合管件10實(shí)用新型zl 非圓形噴灑域的搖臂式噴頭*11實(shí)用新型灌溉所*申請(qǐng)?zhí)?.結(jié)束語(yǔ)噴灌設(shè)備的研制涉及水利、機(jī)械、材料等專業(yè)，并且與工藝水平等密切相關(guān)，雖然國(guó)家“十五” 科技 重大專項(xiàng)“田間固定式半固定式噴灌系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備及產(chǎn)品研制與產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)”課題取得了一定進(jìn)展，但與國(guó)外知名 企業(yè) 的產(chǎn)品相比，仍存在一定差距，需要進(jìn)一步攻關(guān)。同時(shí)，由于受到國(guó)家 經(jīng)濟(jì) 發(fā)展 水平、節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展規(guī)模的限制，目前從事節(jié)水灌溉設(shè)備生產(chǎn)的企業(yè)多以中小企業(yè)為主，這在一定程度上 影響 了