单元二 喷灌的主要设备
一、喷头类型及其主要性能参数
喷头是喷灌系统的主要组成部分，它的作用是把有压水流喷射到空中，散成细小的水滴并均匀地散落在它所控制的灌溉面积上。因此，喷头结构型式及其制造质量的好坏直接影响到喷灌质量。喷头的种类很多，可按不同的方式对喷头进行分类。
（一）按工作压力和射程分类
按工作压力和射程大小可将喷头分为低压喷头（近射程喷头）、中压喷头（中射程喷头）和高压喷头（远射程喷头）等。各类喷头工作压力和射程喷头，其耗能少，喷洒质量较好，见表3-7。
表3-7 喷头按工作压力划分表
（二）按结构型式和喷洒特征分类
按结构型式和喷洒特征又可把喷头分为旋转式、固定式和孔管式三种。
1.旋转式喷头
旋转式喷头又称为射流式喷头，其特点是边喷洒边旋转，水从喷嘴喷出时形成一股集中的水舌，故射程较远，流量范围大，喷灌强度较低，是目前我国农田灌溉中应用最普遍的一种喷头形式。
旋转式喷头按驱动机构的特点不同又可分为摇臂式喷头、叶轮式喷头和反作用式喷头三类，其工作压力一般为200～600kPa，其中又以摇臂式喷头应用最广泛。
摇臂式喷头是由摇臂摆动撞击喷体获得驱动力矩使喷体旋转，将水向四周喷洒，根据喷头喷嘴数量，可分单喷嘴喷头和双喷嘴喷头，其结构如图3-8和图3-9所示。又可根据是否装有扇形机构而分全圆喷洒喷头和扇形喷洒喷头。扇形喷洒喷头装有换向机构，喷头不断往返，形成扇形喷洒区域。摇臂式喷头优点是结构简单，造价低廉，水流集中，射程较远，工作可靠，维修方便；缺点是在有风和安装不平时，旋转速度不均匀，造成喷头两侧的喷灌强度不一样，严重影响喷灌的均匀性。
图3-8 单嘴带换向机构的摇臂式喷头结构图
1—空心轴套；2—减磨密封圈；3—空心轴；4—防沙弹簧；5—弹簧罩；6—喷体；7—换向器；8—反转钩；9—摇臂调位螺钉；10—弹簧座；11—摇臂轴；12—摇臂弹簧；13—摇臂；14—打击块；15—喷嘴；16—稳流器；17—喷管；18—限位环
图3-9 双嘴摇臂式喷头的典型结构图
1—空心轴套；2—减磨密封圈；3—空心轴；4—防沙弹簧；5—弹簧罩；6—喷体；7—换向器；8—反转钩；9—摇臂调位螺钉；10—弹簧座；11—摇臂轴；12摇臂弹簧；13—摇臂；14—打击块；15—喷嘴；16—稳流器；17—喷管；18—限位环
表3-8列出了常用的ZY系列摇臂式喷头性能参数，可供设计时参考。
表3-8 ZY系列摇臂式部分喷头性能参数
2.固定式喷头
固定式喷头又叫漫射式或散水式喷头，它的特点是在整个喷灌过程中，喷头的所有部件都是固定不动的，水流以全圆周或扇形同时向外喷洒。其优点是结构简单，工作可靠；缺点是水流分散，射程小（5～10m），喷灌强度大（15mm/h以上），水量分布不均，喷孔易被堵塞。因此，其使用范围受到很大限制，多用于公园、苗圃、菜地、温室等。按其结构型式可分为折射式（图3-10）、缝隙式（图3-11）和离心式（图3-12）三种。
图3-10 折射式喷头
1—折射锥；2—喷嘴；3—支架；4—管接头
图3-11 缝隙式喷头
1—缝隙；2—喷体；3—管接头
图3-12 离心式喷头
1—喷嘴；2—蜗壳；3—锥形轴
3.孔管式喷头
该种喷头由一根或几根较小直径的管子组成，在管子的顶部分有一些小喷水孔，喷水孔径仅为1～2mm。有的孔管上分布有一排小孔，并装有自动摆动器，水流朝一个方向喷出，自动摆动器可使管子往复摆动，喷洒管子两侧的土地；有的孔管有几排小孔，以保证管子两侧都能灌到。孔管式喷头结构简单，工作压力较低，但喷灌强度高，喷射水流细小，受风影响大，管孔容易被堵塞，因此目前应用较少。
二、管材与管件
管道是喷灌工程的主要组成部分，管材必须保证能承受设计要求的工作压力和通过设计流量，且不造成过大的水头损失，经济耐用，耐腐蚀，便于运输和施工安装。由于管道在喷灌工程中需要的数量多，占投资比例大，因此必须因地制宜、经济合理地选用管材及管件。
（一）管材
按管道使用条件可将其分为固定式管道和移动式管道两类；按材质可分为金属管和非金属管两大类。目前喷灌用金属管主要是薄壁镀锌钢管和薄壁铝管等，非金属管主要有硬塑料管、涂塑软管和钢筋混凝土管等。
1.硬塑料管
喷灌常用的硬塑料管有硬聚氯乙烯（PVC-U）管、聚乙烯（PE）管和聚丙烯（PP）管等，其中以硬聚氯乙烯管材最为常用。表3-9为硬聚氯乙烯管材的公称外径、公称压力及壁厚。
表3-9 硬聚氯乙烯管材的公称直径、壁厚及公差（GB/T 10002.1—2006）
塑料管的优点是耐磨耐腐蚀，一般可用20年以上，重量轻，内壁光滑，水力性能好，施工容易，有一定的韧性，能适应一定的不均匀沉陷等。其缺点是材质受温度影响大，高温发生变形，低温性脆，易老化，但埋在地下可减慢老化速度。
2.钢筋混凝土管
钢筋混凝土管分为自应力钢筋混凝土管和预应力钢筋混凝土管，都是在混凝土浇筑过程中，使钢筋受到一定拉力，从而使其在工作压力范围内不会产生裂缝。自应力钢筋混凝土管是用自应力水泥和砂、石、钢筋等材料制成，工作压力为0.4～1.2MPa。预应力钢筋混凝土管是用机械的方法对纵向和环向钢筋施加预应力，工作压力一般在1.0MPa以下。钢筋混凝土管重量大，不便搬运，接头易漏水，因此一般仅大口径干管采用塑料管，投资过大难以承受时，才选用钢筋混凝土管。
3.薄壁铝合金管
薄壁铝合金管具有强度高、重量轻、耐腐蚀搬运方便等优点，广泛用作喷灌系统的地面移动管道。铝合金的比重约为钢的1/3，单位长度管材的重量仅为同直径水煤气管的1/7，比镀锌薄壁钢管还轻，在正常情况下使用寿命可达15～20年。其缺点是价格较高，管壁薄，容易碰撞变形。铝合金一般用快速接头连接。
4.薄壁镀锌钢管
薄壁镀锌钢管是用厚度为0.8～1.5mm的带钢辊压成型，高频感应对焊成管，并切割成所需要的长度，在管端配有快速接头，然后经镀锌而成。其优点是重量轻，搬运方便，强度高，可承受较大的工作压力，不易断裂，抗冲击力强，韧性好能经受野外恶劣条件下由水和空气引起的腐蚀，寿命长。但由于镀锌质量不易过关，影响使用寿命，而且价格较高，重量也较铝管和塑料管大，移动不如铝管、塑料管方便。目前，薄壁镀锌钢管多用作于竖管及水泵进、出水管。
5.涂塑软管
用于喷灌的涂塑软管主要有锦纶塑料管和维塑软管是用维纶丝织成管坯，并在内、外壁涂注氯乙烯而成。这两种管子重量轻，便于移动，价格低，但易老化，不耐磨，怕扎、怕折。由于经常暴露在外面，要求提高抗老化性能，故常在其中掺炭黑做成黑色管子。涂料软管连接使用内扣式消防接头，规格有φ50、φ65和φ80三种，靠橡胶密封圈止水，密封性较好。使用时只要将插口牙口插入承口的缺口中，旋转一个角度即可扣紧。涂塑软管多用作机组式喷灌系统的进水管和输水管。
（二）管材
管件又称连接件，其作用是根据需要将管道连接成一定形状的管网。常用管件有弯头、正三通、异径三通、管箍、异径接头和堵头等。
三、附属设备
在喷灌管道系统中，除直管和管件外，还有附属设备。附属设备可分为两大类，一是控制件，二是安全件。控制件的作用是根据灌溉的需要来控制管道系统中水流的流量和压力，如闸阀、球阀、喷灌专用阀等；安全件的作用是保护喷灌系统安全运行，防止事故的发生，如逆止阀、进排气阀和减压阀等。
1.控制件
（1）闸阀。闸阀是喷灌系统中使用较多的阀门，它的优点是阻力小，开关力小，水可从两个方向流动。缺点是结构复杂密封面容易被擦伤而影响止水功能，高度尺寸较大。驱动方式一般为手动，连接形式为螺纹或法兰。喷灌管道中常用的阀门有闸阀、蝶阀及喷头专用阀等。
（2）球阀。在喷灌系统中多安装于竖管上，用来控制喷头的开启或关闭。其优点是结构简单，体积小，质量轻，对水流阻力小。缺点是启闭速度不易控制，从而使管内产生较大的水锤压力。
（3）给水栓。给水栓是固定喷灌系统的固定管与移动管的连接控制部件，由上、下两部分组成，下部为阀体，与固定管的出水口连接，上部为阀开关，与移动支管连接，可任意水平旋转360°，如图3-13所示。
图3-13 给水栓
图3-14 竖管快接控制阀
（4）竖管快接控制阀。竖管快接控制阀，也称方便体，如图3-14所示。用于竖管与输水支管的连接处，工作时将装好喷头的竖管插上，出水控制阀自动打开，停止工作时，取出竖管，控制阀自动关闭。
2.安全件
（1）逆止阀。逆止阀又叫止回阀或单向阀，是一种根据阀前阀后压力差而自动启闭的阀门。它使流体只沿一个方向流动，当要反方向流动时则自动关闭。常用安装在水泵出口处，以避免突然停机时水倒流。当在灌溉系统中注入化学药剂（如化肥、农药等）时，一定要安装逆止阀，以免水倒流时污染水源。
（2）进排气阀。起作用时当管道内存有空气时，自动打开通气口；管内充水时可进行排气，排气后封口块在水压的作用下自动封口；当管内产生真空时，在大气的压力作用下打开通气口使空气进入管内，防止负压破坏。国产定型生产的空气阀分单、双室两种，一般中、小规模的喷灌系统多采用单室空气阀。
（3）减压阀。起作用时在设备或管道内的水压超过规定的工作压力时自动打开降低压力。如在地势很陡、管轴线急剧下降、管内水压力上升超过了喷头的工作压力或管道的允许压力时，就要减压阀适当降低压力。适用于喷灌系统的减压阀有膜片式、弹簧膜式和波纹管式等几种。