滴灌系列水力性能檢測(cè)裝置的研制

林?jǐn)⒈颍撼ǎ舞で?，葉雪輝，蔡慶進(jìn)，黃啟鋒，熊元芳

（廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，廣州 510515）

滴灌系列水力性能檢測(cè)裝置的研制

林?jǐn)⒈?，梁朝通，宋瑜清，葉雪輝，蔡慶進(jìn)，黃啟鋒，熊元芳

（廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，廣州 510515）

論述了滴灌系列水力性能檢測(cè)裝置的總體結(jié)構(gòu)、硬件選擇、電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以及試驗(yàn)過程說明。該裝置適用于滴灌帶、滴灌管和滴頭等節(jié)水灌溉元件的水力性能測(cè)試。

節(jié)水灌溉，滴灌，檢測(cè)，裝置

0 前言

國(guó)外的節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展迅猛，其中以色列、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)的技術(shù)最具代表性，另外，英國(guó)、瑞典、日本等國(guó)的節(jié)水灌溉技術(shù)及設(shè)施也迅速發(fā)展，漸趨完善[1]。而我國(guó)的節(jié)水灌溉技術(shù)研究起步較晚，在20世紀(jì)60～70年代主要從事理論與技術(shù)研究，80～90年代在推廣應(yīng)用節(jié)水灌溉技術(shù)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)了節(jié)水灌溉灌水器的科研生產(chǎn)力量，90年代以后，國(guó)內(nèi)節(jié)水灌溉設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)迅速發(fā)展，數(shù)量激增[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)生產(chǎn)節(jié)水灌溉材料設(shè)備的企業(yè)達(dá)1 000多家，但多數(shù)企業(yè)為中小型企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模偏小，工藝水平和生產(chǎn)技術(shù)較為落后，主要技術(shù)性能指標(biāo)及運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性和耐久性等方面與國(guó)外產(chǎn)品相比有一定的差距。

針對(duì)這種現(xiàn)狀，加強(qiáng)節(jié)水灌溉設(shè)備的研究與開發(fā)力度，特別是節(jié)水灌溉水力性能檢測(cè)裝置的研究，才能在引進(jìn)、借鑒、消化和吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，加速開發(fā)適合我國(guó)國(guó)情的成套、先進(jìn)、適用的節(jié)水灌溉設(shè)備。

本文介紹的滴灌系列水力性能檢測(cè)裝置，能夠按照GB/T 17187—2009《農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備 滴頭和滴灌管 技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)各種滴灌元件的水力性能，為節(jié)水灌溉設(shè)備的生產(chǎn)研發(fā)提供技術(shù)支持。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

滴灌系列水力性能檢測(cè)裝置主要由供水系統(tǒng)和試驗(yàn)臺(tái)組成，供水系統(tǒng)包括蓄能器、管路、控制閥、水泵和供水箱等部件，試驗(yàn)臺(tái)包括試件安裝支架、壓力傳感器、稱重平臺(tái)、減速電機(jī)和傳動(dòng)絲桿等部件，總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

供水系統(tǒng)由供水箱、水泵、蓄能器、控制閥、過濾器、管路等組成，敞開式布局，便于維護(hù)保養(yǎng)。供水箱分為常溫水箱和耐壓水箱兩部分，常溫水箱上裝有電熱管和制冷系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)不同水溫以滿足試驗(yàn)要求，耐壓水箱用于高溫環(huán)境下耐壓和爆破試驗(yàn)用，能承受高溫耐壓的試驗(yàn)要求。水泵采用變頻控制，穩(wěn)定性較好，能提供多種工況需求。

試驗(yàn)臺(tái)由操作臺(tái)面、試件安裝支架、快速接頭、控制閥、平移機(jī)構(gòu)等組成。試件安裝支架放置在供水箱上面，通過氣缸運(yùn)動(dòng)可翻轉(zhuǎn)90°，方便試驗(yàn)人

員安裝試件。被測(cè)試件和管道連接采用快速接頭連接，省時(shí)省力，牢固可靠?？刂崎y采用先導(dǎo)突跳式電磁閥，密封性好，可靠性高，響應(yīng)時(shí)間短。按標(biāo)準(zhǔn)要求每次試驗(yàn)需進(jìn)行25個(gè)滴灌單元測(cè)試，該裝置試驗(yàn)時(shí)可同時(shí)進(jìn)行5個(gè)滴灌單元的水力性能測(cè)試，測(cè)試完畢后通過傳動(dòng)絲桿帶動(dòng)稱重平臺(tái)依次進(jìn)行其他滴灌單元的測(cè)試，直至試驗(yàn)完成，試驗(yàn)過程水源可循環(huán)利用。該裝置采用一體化設(shè)計(jì)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，占地空間小，使用成本低。

圖1 滴灌系列水力性能檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2 硬件選擇

根據(jù)GB/T 17187—2009《農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備 滴頭和滴灌管 技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)的要求，試驗(yàn)條件應(yīng)滿足以下要求：試驗(yàn)在常溫環(huán)境下進(jìn)行；試驗(yàn)用水應(yīng)使用公稱孔徑75～100 μm（200～160目）的過濾器過濾，水溫為10～30℃；水壓測(cè)定值誤差不大于1%，試驗(yàn)期間壓力的變化量不大2%，流量測(cè)定值誤差不大于0.5%。

為滿足以上的試驗(yàn)條件，裝置的硬件選擇主要考慮水泵、過濾器、電子天平、壓力傳感器、流量傳感器和溫度傳感器等儀器的性能和精度問題。

水泵采用立式多級(jí)離心泵水泵，流量3 m3/h，揚(yáng)程122 m，泵效率57.4%，泵體經(jīng)陰極電泳處理，過水部件材料采用304不銹鋼，電機(jī)內(nèi)置熱過載保護(hù)開關(guān)，防止過載，符合EN標(biāo)準(zhǔn)，電機(jī)效率等級(jí)FEF1，波動(dòng)范圍±10%，絕緣等級(jí)F，防護(hù)等級(jí)IP55。

過濾器采用200目以上PE材料的農(nóng)用過濾器與出水口200目黃銅過濾器雙重過濾，過濾精度高，效果好，可拆卸清洗。

電子天平量程15 kg,分辨力0.1 g，重復(fù)性≤± 0.1 g，線性≤±0.3 g，響應(yīng)時(shí)間≤1 s，符合ISO/GLP打印輸出，RS-232數(shù)據(jù)通訊，具有自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)、超載保護(hù)、全自動(dòng)故障診斷與動(dòng)物稱重等功能。

壓力傳感器量程0～1 MPa，精度0.2級(jí)，線

性度≤±0.2%，重復(fù)性≤±0.1 FS，溫度影響＜±0.03%FS/℃，相應(yīng)時(shí)間＜1 ms，自帶溫度補(bǔ)償，過載/反相電氣保護(hù)，防護(hù)等級(jí)IP65。

流量傳感器量程50～2 000 L/h，精度0.5級(jí)，功耗12 W，防護(hù)等級(jí)IP65，有瞬時(shí)計(jì)量與累積計(jì)量?jī)煞N模式，可同時(shí)有2組報(bào)警輸出和1組信號(hào)輸出，具有斷電保護(hù)及過量程報(bào)警功能。

溫度傳感器精度等級(jí)A級(jí)，線性度≤0.1%，準(zhǔn)確度±0.5 K+0.4%滿量程，分辨率0.1 K，響應(yīng)時(shí)間＜1 ms，允許誤差≤±0.15+0.002XT,過載/反相電氣保護(hù)，防護(hù)等級(jí)IP65。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

由于試驗(yàn)環(huán)境較差，且試驗(yàn)過程與水接觸，需要控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定，可靠，抗干擾性強(qiáng)，因此電氣控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC）進(jìn)行控制，上位機(jī)采用PC機(jī)進(jìn)行界面操作、數(shù)據(jù)處理等。PLC采用可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程，具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、硬件配套齊全、使用方便、編程簡(jiǎn)單、維修方便等特點(diǎn)。系統(tǒng)由PLC實(shí)現(xiàn)壓力、流量、溫度等信號(hào)的采集和傳輸，通過一系列數(shù)據(jù)的處理和修整，得出檢測(cè)結(jié)果，保證了數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

電氣控制系統(tǒng)通過PLC構(gòu)成“集中管理、分散控制”的多級(jí)分布式控制，在保證信號(hào)穩(wěn)定傳輸?shù)倪^程中，進(jìn)行多信號(hào)控制，從而實(shí)現(xiàn)水泵恒壓調(diào)節(jié)、水箱恒溫控制和減速電機(jī)執(zhí)行等功能，例如水泵恒壓調(diào)節(jié)是運(yùn)用PLC進(jìn)行邏輯控制，由變頻器控制電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，經(jīng)過PID運(yùn)算實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)調(diào)節(jié)恒壓供水。

作為整個(gè)電氣控制系統(tǒng)的主控電路，其性能直接影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，結(jié)合電路設(shè)計(jì)和布置的具體要求，總體主控電路的設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

4 試驗(yàn)過程說明

圖2 主控電路原理圖

滴灌系列水力性能檢測(cè)裝置按照 GB/T 17187—2009《農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備 滴頭和滴灌管 技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)要求可進(jìn)行耐水壓試驗(yàn)、流量均勻性試驗(yàn)、壓力與流量關(guān)系試驗(yàn)和爆破性試驗(yàn)。試驗(yàn)前先給水泵和系統(tǒng)排氣；觀察液位計(jì)檢查水浴箱水源，水位線應(yīng)高于溫度傳感器和加熱管位置；使用快速接頭安裝被測(cè)試件，與管道連接密封可靠；檢查電氣元件，確保安全后啟動(dòng)電源。

整個(gè)耐水壓試驗(yàn)過程如圖3所示，試驗(yàn)前先設(shè)

置額定壓力、耐壓時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間、耐壓倍數(shù)等參數(shù)，試驗(yàn)過程系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)每個(gè)工位流量，試驗(yàn)完成后系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算試驗(yàn)結(jié)果并出具試驗(yàn)報(bào)告。流量均勻性試驗(yàn)、壓力與流量關(guān)系試驗(yàn)和爆破性試驗(yàn)略同。

圖3 耐水壓試驗(yàn)過程

5 結(jié)論

該裝置適用于滴灌帶、滴灌管和滴頭等節(jié)水灌溉元件的水力性能測(cè)試，試驗(yàn)過程自動(dòng)化程度較高，可節(jié)省大量的人工和減少人為的誤差，從而保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。該裝置的研制可為生產(chǎn)企業(yè)和第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)提供有效的手段，促進(jìn)國(guó)內(nèi)節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展。

[1]劉瓊.農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)與設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].山東農(nóng)機(jī)，2000（2）：2-3.

[2]周和平,趙登明,禹 鋒.我國(guó)節(jié)水灌溉灌水器研究現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2007（5）：68-70.

Development of Hydraulic Performance Testing Device for Drip Irrigation Series

Xubin Lin,Chaotong Liang,Yuqing Song,Xuehui Ye,Qingjin Cai,Qinfeng Huang,Yuanfang Xiong
(The agricultural machinnery test appraisal station in guangdong province,Guangzhou,510515 China)

This paper discusses the general structure,hardware selection,design of electrical control system and test procedure of the hydraulic performance testing device of drip irrigation series.The device is suitable for the hydraulic performance test of water saving irrigation components,such as drip irrigation tape,drip irrigation pipe and drip irrigation sprinkler.

water conservation,irrigation,drip irrigation testing,device

支持項(xiàng)目：2014年省級(jí)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展建設(shè)專項(xiàng)——農(nóng)機(jī)試驗(yàn)鑒定能力提升（粵農(nóng)財(cái)[2014]367號(hào)）

林?jǐn)⒈颍?983-），男，廣東揭陽人，工程師，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定、檢測(cè)工作。E-mail:linxubin1983@163.com