“突，突，突……”隨著有節奏的噴射，江蘇省東辛農場的奶牛沼液均勻地噴灑在農田里，在響聲隆隆的“禮炮聲”中，一直困擾農場的奶牛沼液還田難題得到了解決。
這一切還得歸功于田邊的“巨無霸”——卷盤式噴灌機。管徑90毫米、長度900米，全球還沒有一家企業生產過這種規格的卷盤式噴灌機，這個難題卻被江蘇華源節水股份有限公司和江蘇大學聯合解決了。
卷盤式噴灌機 江蘇大學供圖
反復論證，尋找最優設計方案
東辛農場位于江蘇省連云港市，是華東地區最大的現代化國有農場。存欄奶牛近6000頭，將牛糞發酵剩下的沼液噴灑還田，成了農場的迫切需求。
卷盤式噴灌機機動靈活、維護方便、適合大中小不同地塊規模，是中國近十年發展最快的噴灌機種類。
田塊長度近1000米、單頭供水，決定了這種卷盤式噴灌機必須管子夠長、動力夠強、體量夠大。“管徑110毫米、長度880米”“管徑75毫米、長度900米”……華源技術人員提出了各種設計方案,生產中卻始終無法實現，不得不求助于高校科研力量的支持。
“按照國內外現有的設計方案，即使做得出，也噴不出水、用不起來。”這是江蘇大學流體機械工程中心節水灌溉裝備團隊的結論。
這支由江蘇大學黨委書記、國家水泵及泵系統工程技術研究中心主任袁壽其領銜的團隊，對卷盤式噴灌裝備與技術已有十余年深入系統研究和推廣應用的經驗。他們認為，900米的管長，盤起來直徑很大，這樣大的設備連收費站都過不去，而管徑小了又會導致動力不足、噴不出水的問題。
經過團隊夜以繼日的試驗、計算和論證、形成圖紙，團隊提出了“管徑90毫米、長度900米”的最優設計方案，同時針對生產制造實際，對管壁厚度、驅動形式、運行參數等等提出了具體的建議。
“巨無霸”怎樣噴出水來
管徑管長規劃好，這僅僅是邁出了第一步。灌溉質量是反映卷盤式噴灌機性能的外在指標，能耗卻是反映卷盤式噴灌機性能的內在指標。
袁壽其告訴《中國科學報》，卷盤式噴灌機由于使用噴槍進行噴灑作業，需要一定的壓力才能覆蓋一定的噴灑面積，同時還有輸水卷管及水渦輪的附加水力損失，所以能耗問題始終是卷盤式噴灌機長期面對的難題。
此前，在江蘇大學、西北農林科技大學、中國灌溉排水發展中心等國內高校院所長期努力下，卷盤式噴灌機制造過程中的“卡脖子”關鍵技術已經獲得了重大突破，整體技術達國際先進水平，中國自主優化的高效水渦輪已完全替代早先引進的第一代水渦輪，效率指標領先國外。
然而，體量大、重量翻了一番，水渦輪驅動已經明顯不適應這個大家伙了。團隊提出，可以嘗試電驅動或者液壓驅動。經過反復測試，最后整機采用了全液壓智能控制卷盤回收和轉動，調速范圍廣、節能高效，動力輸出也穩定。
不到半年時間，2022年10月上旬，一臺嶄新的世界第一臺最長的卷盤式噴灌機正式下線，出現在東辛農場的土地上,并且試驗成功，一次實現噴灌長度超過950米、噴幅55米，一次灌溉75畝地。與傳統機型相比，能耗平均降低10%，灌溉均勻性達90%。
經歷2個月的高強度連續作業，整機輸出穩定。“農場一下追加了9臺新訂單，”公司銷售人員樂開了花。
一線難題背后其實有科學問題
隨著新時代農業節水化的要求，輕小型灌溉機組越來越不適應農業生產需求，“澆水難”成為困擾農戶的痛點。中小型噴灌機組與裝備正好適合了我國大國小農的基本農情國情。
徐州沛縣是國內著名的卷盤式噴灌機生產基地，聚集著大大小小20多家企業。2011年，江蘇大學流體中心團隊受邀參觀江蘇華源節水股份有限公司，“當時有產品，但是都是仿制品，產品整體落后國外40年，國內對卷盤式噴灌機的研究也是一片空白。”雙方一拍即合，抓住發展機遇，產學研聯合開發中小型噴灌機組與裝備。
“防亂管技術值不值得開發”“為什么管子經常會拉斷”“管軸焊偏了，對結果有沒有影響”……從生產一線反饋回來的問題接二連三反饋到團隊手中。團隊基本上每個月都會去廠家三四次。在袁壽其看來，一線難題的背后都有科學問題的存在，“我們努力從理論出發，用科學的方法解決生產實際的問題，進而解決科學的問題，從而推進關鍵核心技術攻關。”
校企合作之路也是雙向賦能之路。十余年中，在江蘇省科技支撐計劃、江蘇省成果轉化項目、鄉村振興計劃等項目支撐下，校企聯姻結出了碩果：由江蘇大學牽頭的“高性能智能噴灌機組與裝備關鍵技術及產業化”項目榮獲了2020-2021年度神農中華農業科技獎一等獎。
袁壽其介紹，隨著卷盤式噴灌機向智能化方向發展，多能互補混合驅動技術、全工況驅動與傳動系統調控技術、寬幅桁架噴灑臂及低壓微噴頭、變量灌溉技術應用、基于灌水決策的機載物聯網控制器、云水肥管理平臺等將是下一代卷盤式噴灌機的研發重點。
文章來源：科學網 2023年3月15日
文章鏈接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2023/3/496113.shtm
