CN101451925A

CN101451925A - 一种微灌实验室多功能强化堵塞实验装置

Info

Publication number: CN101451925A
Application number: CNA2008102463619A
Authority: CN
Inventors: 魏青松; 史玉升; 芦刚; 郑锦灿; 刘洁; 王黎
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2008-12-31
Filing date: 2008-12-31
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2028-12-31
Also published as: CN101451925B

Abstract

本发明公开了一种微灌实验室多功能强化堵塞实验装置，包括测试平台，混合罐，水泵，三个过滤器，排水槽以及气瓶；各过滤器的进、出口处均设置有压力表和控制阀，气瓶出口处设置有控制阀；测试平台分别通过带控制阀的管道与过滤器、气瓶及有压水管道相连；在混合罐内布置有带孔的环管，混合罐通过二条带控制阀的输水管与水泵相连，水泵还通过输水管和与中水管道相连。本发明装置是一种多功能、自动控制、易扩展、可移动的微灌实验室下多功能强化堵塞试验装置，它既可以测试灌水器水力性能、抗堵塞性能(包括物理、化学和生物堵塞)，同时还可测试过滤器对不同堵塞介质的过滤特性，从而实现微灌灌水器和过滤器抗堵塞的快速评价。

Description

一种微灌实验室多功能强化堵塞实验装置

技术领域

本发明设计属于水利与机械交叉领域，具体涉及一种用于微灌实验室强化堵塞试验测试的实验装置。

技术背景

灌水器、过滤器是微灌系统中的关键部件，而堵塞则是灌水器、过滤器在工作过程中产生的最主要的现象。微灌系统中堵塞的原因可归结为物理堵塞、化学堵塞和生物堵塞，物理堵塞主要由水流中泥沙颗粒、有机物杂质等引起的；化学堵塞主要由水体中不溶性化合物生产、长大以及沉淀而引起；生物堵塞主要由作物根系浸入水流中或微生物软泥引起。灌水器的堵塞会导致灌水器以及微灌系统中其他灌水器压力.流量关系发生变化甚至无法工作。过滤器的堵塞会导致其进水口和出水口之间的压力损失影响过滤器的过滤精度和工作效率。因此灌水器和过滤器的抗堵塞性能、自冲洗性能是分析和评估整个微灌系统工作效率的重要指标。

为使微灌灌水器、过滤器达到实用要求，需要测试其各项性能指标，国内外一些企业和研究机构都有自己的实验装置。其中比较有影响的有：加利福尼亚灌溉技术研究所的灌水器水力性能实验装置，采用人工调节压力和计量水量，测试单个灌水器；南非农业工程研究所灌水器水力性能测试装置，通过自记雨量传感器，较快地计量水量，但也仅仅是考察单个灌水器；以色列Netafim现代农业公司灌水器水力性能实验装置，采用称重式传感器自动计量水量，测试内容为安装有多个灌水器的滴灌管或是2.3m长的滴灌带，通过统计其水量的平均值得到实验结果；中国农业大学微灌灌水器抗堵塞和水力性能实验装置，采用自记水量传感器或集水杯计量水量，采用倾斜集水板槽和混合罐形成水砂循环装置，测试内容为灌水器的水利性能试验以及堵塞性能试验。

综上所述，这些实验装置大部分仅限于灌水器水力性能实验研究，堵塞实验装置虽然考虑到灌溉均匀度的问题，但是由于实验室条件下的实验以及需要太多的手工操作，最后所得到的灌水器指标与实际应用还存在一定的偏差，而且大多数装置只能测试灌水器的压力.流量关系，中国农业大学微灌灌水器抗堵塞和水力性能实验装置虽然除了能测试灌水器的压力.流量关系以外，还可以测试灌水器的抗堵塞性能，但是这些装置对灌水器和过滤器的抗堵塞能力都没有具体的测试方法。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种微灌实验室多功能强化堵塞实验装置，该装置具有多功能、自动控制、易扩展、可移动的特点。

本发明提供的微灌实验室多功能强化堵塞实验装置，其特征在于：该装置包括测试平台，混合罐，水泵，三个过滤器，排水槽以及气瓶；

三个过滤器的进、出口处均设置有压力表；三个过滤器的进、出口处还分别设置有二个控制阀，即第一至第六控制阀，第四至第六控制阀的出口端均与第七控制阀相连；气瓶出口处设置有第八控制阀；

测试平台上设置有第一、第二进水口，二个进入口分别设置有第九、第十控制阀，第九、第十控制阀分别通过软管与水泵、三个过滤器的第七控制阀及气瓶的第八控制阀相连；第九、第十控制阀还分别软管及第十一控制阀与有压水管道相连；

在混合罐内布置有带孔的环管，混合罐通过二条输水管与水泵相连，二条输水管上分别设置有第十二、第十三控制阀；水泵的出水口通过输水管与三个过滤器的进口处的第一至第三控制阀相连，在该输水管上设置有第十四控制阀；水泵还通过输水管和第十六控制阀与中水管道相连。

本发明装置是一种多功能、自动控制、易扩展、可移动的微灌实验室下多功能强化堵塞试验装置，它既可以测试灌水器水力性能、抗堵塞性能(包括物理、化学和生物堵塞)，同时还可测试过滤器对不同堵塞介质的过滤特性，从而实现微灌灌水器和过滤器抗堵塞的快速评价。在具体实施方式部分将结合实例对本发明装置的性能做进一步详细的分析说明。

附图说明

图1为本发明实验装置平面结构示意图

图2为微灌实验室多功能强化堵塞测试装置示意图

图3为微灌实验室多功能强化堵塞测试装置局部功能放大示意图

图4为微灌实验室多功能强化堵塞测试装置管网示意图

具体实施方式

下面通过借助以下实施例将更加详细说明本发明，且以下实施例仅是说明性的，本发明并不受这些实施例的限制。

如图1所示，本发明装置包括混合罐7，水泵12，测试平台1，三个过滤器20～22，排水槽10以及气瓶27。

三个过滤器20～22的进、出口处均设置有压力表19。三个过滤器20～22的进、出口处还分别设置有二个控制阀，即第一至第六控制阀16～18、23～25，第四至第六控制阀的出口端均与第七控制阀26相连。气瓶27出口处设置有第八控制阀29。

测试平台1上设置有第一、第二进水口，二个进入口分别设置有第九、第十控制阀2、15，第九、第十控制阀2、15分别通过软管28与水泵12、三个过滤器20～22的第七控制阀26及气瓶27的第八控制阀29相连。第九、第十控制阀2、15还分别软管及第十一控制阀3与有压水管道4相连。

在混合罐8内布置有带孔的环管9，环管9内的有压水通过其不同方向的小孔朝不同方向冲刷混合罐7内部，目的是实现水和堵塞介质的均匀混合。

混合罐7通过二条输水管与水泵12相连，二条输水管上分别设置有第十二、第十三控制阀11、13。水泵12的出水口通过输水管与三个过滤器20～22的进口处的第一至第三控制阀16～18相连，在该输水管上设置有第十四控制阀14。水泵12还通过输水管和第十六控制阀5与中水(污水)管道6相连。

在混合罐7一侧设有排水槽10，目的是为了方便混合罐7排除废水，以及方便处理过滤器20～22中的滤渣等。

如图2所示，测试平台1的结构为：

测试平台1主体结构包括固定支架1.8、活动支架1.3、支管1.2、倾斜板1.11、活动水槽1.5以及斜水槽1.10。

固定支架1.8上通过斜水槽支架1.6与斜水槽1.10相连，斜水槽支架1.6通过定位螺栓1.9固定在固定支架1.8上。固定支架1.8上还安装有活动支架1.3、倾斜板1.11和加强版1.7。

如图3所示，倾斜板1.11通过升降扣1.17及升降扣1.17中的螺钉1.18与固定支架相连。

活动水槽1.5通过滑槽1.13与倾斜板1.11相连，活动水槽1.5底部链接有滑轮1.14，滑轮1.14安放在滑槽1.13中。活动水槽1.5还通过锁扣1.19与移动桁架1.16相链接，移动桁架1.16则通过限位螺钉1.15与倾斜板1.11相连。活动水槽1.5中还放置有集水杯1.4。

如图4所示，活动支架1.3上固定有支管1.2，支管1.2的两对角安装有压力表1.1，在支管1.2上安装有第一至第八毛管1.12、1.36、1.37、1.38、1.39、1.40、1.41、1.42。

第一至第五毛管1.12、1.36、1.37、1.38、1.39上均安装有两个控制阀，即第十七至第二十六控制阀1.20、1.21、1.23、1.25、1.26、1.27、1.29、1.31、1.33、1.35。

第六至第八毛管1.40、1.41、1.42的两端均安装有两个三向阀，即第一至第六三向阀1.28、1.30、1.22、1.24、1.32、1.34。三向阀1.28同时又连接在毛管1.12上，三向阀1.30、1.24同时又连接在毛管1.36上，三向阀1.32、1.22同时又连接在毛管1.37上，三向阀1.34同时又连接在毛管1.38上。

实验实施方案

1、灌水器水力性能实验

灌水器的水力性能是灌水器设计和灌溉系统规划的重要依据，水力性能实验对于灌水器流道形式、流道结构设计具有重要的指导作用。实验开始前，混合罐装有清水，将要测试的灌水器安装在软管上的相应位置上，检查并清洗各处管路后开启加压泵，打开软管上的阀门，将压力表读数调至测试工作压力下，运行一段时间之后将水杯放在软管下对应的移动水槽中，根据水力性能实验测试程序开始实验，每一个阶段实验结束后，从灌水器流出的水经放在倾斜板上的水槽流回至混合罐，保证清水的循环使用。

2、过滤器水力性能实验

如附图1示，关闭控制阀11、13，开启控制阀5、14、16、17、18、23、24、25、26，用软管28链接过滤器20～22与测试平台1之间的软管接口，从中水管道6中流出的中水在压力泵12的作用下经输水管向过滤器20～22提供有压中水，通过读取各过滤器进口与出口端的压力表19中的读数、通过测试平台中的灌水器和集水杯计量压力.流量关系来测试过滤器的性能(例如压力损失、过滤精度等)。

开启控制阀5、14、18、24、25，关闭其他控制阀，在加压力泵12作用下产生的有压水经过滤器20过滤后，又反向流回过滤器21，实现过滤器21的反冲洗。同样该装置也可以实现过滤器20、22的反冲洗，具体与过滤器21的反冲洗类似。

3、灌水器物理堵塞性能实验

固体颗粒的堵塞是灌水器堵塞的主要形式，抗堵塞性能的测试的主要目的是检测和分析特定流道形式、流道结构下灌水器对不同粒径不同密度的固体颗粒的通过能力以及可能发生堵塞的位置、时间和方式，从而通过不断修改和完善得到抗堵塞能力强的节水产品。测试的难点在于灌水器工作过程中固体颗粒尺寸和浓度的稳定性。对此本实验装置采取的技术措施是由一个混合罐和倾斜板组成的循环供给装置，保证水砂总量基本不变；由环绕在混合罐内壁的水管提供的有压水保证混合罐中的水砂均匀分布；由水路上不同规格的过滤网筛保证堵塞介质粒径的均匀分布。

(1)长周期物理堵塞性能实验

这是一种把滴头放在和自然条件尽可能接近的条件下进行，并且水源中只含有物理无机颗粒的实验方法。

测试开始之前，将已经安装有灌水器的软管或滴灌带安装到支管上，检查各部件和连接处的结构，确保堵塞试验设备已经清洗，管路畅通。打开加压泵，使整个系统在清水条件和正常测试压力下运行至少两小时后，抽样测试管带末端的水样来确认堵塞介质的浓度和混浊度直至与水样最初的颗粒浓度和混浊度的偏差不大于10ppm和10NTU。

测试开始时，关闭测试管带进口处的阀门，在混合罐内根据实验设计的要求配制相应浓度和粒径的堵塞介质。缓慢的打开管带进口处的阀门(约半分钟)，打开加压泵，混合罐中堵塞介质和水在环形水管内的有压水作用下混合均匀，将压力表读数调至相应工作压力下，开始进行一个循环期(约12个小时)有压工作测试，测定并计算灌水器流量，工作过程中从灌水器流出的水经过倾斜板流回混合罐，使得整个测试阶段堵塞介质的浓度恒定。多次测试循环结束后，分析实验数据并总结堵塞结果。然后关闭加压泵，打开阀门，排除管道和混合罐中的水砂，清理和冲洗之后更换另一种粒径和浓度的水砂与另一种规格的灌水器进行下一轮实验。

(2)短周期物理堵塞性能实验

这是一种用于测试滴头让某尺寸粒径的固体颗粒通过或阻止其通过的能力，着眼于了解滴头内部最小的过流尺寸，以及建立对过滤系统尺寸要求的指导的试验方法。

其基本的测试原理和方法类同于长周期堵塞实验，区别在于：1.短周期堵塞测试实验采用的堵塞介质是其颗粒尺寸范围更合适，尺寸分布更易测定的氧化铝；2.各实验阶段选用颗粒的规则不同；3.各循环阶段测试持续时间不同(约50分钟)。

4、生物堵塞性能实验

其基本的实验程序、原理与方法类同于同物理堵塞实验。区别在于混合罐中放入的堵塞介质是浮游微生物颗粒(如海藻)或有机介质。

5、化学堵塞性能实验

其基本的实验程序、原理与方法类同于同物理堵塞实验。区别在于混合罐中放入的是实验所需要的某种化学物质(例如：钙离子、镁离子等)，且在测试平台的进口处有气瓶通过软管提供的某种能与其能产生化学作用的气体(例如二氧化碳的等)，然后在不同压力下测试灌水器压力-流量关系。

6、模拟田间灌溉条件水力性能实验与抗堵塞性能实验

如图2.2示，开启所有的两向控制阀1.20、1.21、1.23、1.25、1.26、1.27、1.29、1.31、1.33、1.35，关闭所有的三向控制阀1.22、1.24、1.28、1.30、1.32、1.34，试验台的管网部分即为并联，可以用于完成各种类型的灌水器水力性能测试、抗堵塞性能测试等实验。

开启所有的三向阀1.22、1.24、1.28、1.30、1.32、1.34，关闭所有两向控制阀1.20、1.21、1.23、1.25、1.26、1.1、1.29、1.31、1.33、1.35，管网即实现串联，实验部分水管的长度是原来的近5倍，根据水力性能实验或堵塞性能实验程序进行测试，实验数据更接近田间的灌溉情况。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1、一种微灌实验室多功能强化堵塞实验装置，其特征在于：该装置包括测试平台(1)，混合罐(7)，水泵(12)，三个过滤器(20～22)，排水槽(10)以及气瓶(27)；

三个过滤器(20～22)的进、出口处均设置有压力表(19)；三个过滤器(20～22)的进、出口处还分别设置有二个控制阀，即第一至第六控制阀((16～18、23～25))，第四至第六控制阀的出口端均与第七控制阀(26)相连；气瓶(27)出口处设置有第八控制阀(29)；

测试平台(1)上设置有第一、第二进水口，二个进入口分别设置有第九、第十控制阀(2、15)，第九、第十控制阀(2、15)分别通过软管(28)与水泵(12)、三个过滤器(20、21、22)的第七控制阀(26)及气瓶(27)的第八控制阀(29)相连；第九、第十控制阀(2、15)还分别软管及第十一控制阀(3)与有压水管道(4)相连；

在混合罐(7)内布置有带孔的环管(9)，混合罐(7)通过二条输水管与水泵(12)相连，二条输水管上分别设置有第十二、第十三控制阀(11、13)；水泵(12)的出水口通过输水管与三个过滤器(20～22)的进口处的第一至第三控制阀(16～18)相连，在该输水管上设置有第十四控制阀(14)；水泵(12)还通过输水管和第十六控制阀(5)与中水管道(6)相连。

2、根据权利要求1所述的微灌实验室多功能强化堵塞实验装置，其特征在于：测试平台(1)包括固定支架(1.8)、活动支架(1.3)、支管(1.2)、倾斜板(1.11)、活动水槽(1.5)以及斜水槽(1.10)；

活动支架(1.3)活动安装在固定支架(1.8)上，倾斜板(1.11)活动安装在固定支架(1.8)上，活动水槽(1.5)移动式安装在倾斜板(1.11)上；

斜水槽(1.10)通过斜水槽支架(1.6)活动安装在固定支架(1.8)上，且位于活动水槽(1.5)出水端下方；

活动支架(1.3)上安装有支管和毛管，支管上安装有压力表，支管和毛管之间构成串联和并联管路。

3、根据权利要求2所述的微灌实验室多功能强化堵塞实验装置，其特征在于：

倾斜板(1.11)通过升降扣(1.17)及升降扣(1.17)中的螺钉(1.18)与固定支架相连；

活动水槽(1.5)通过滑槽(1.13)与倾斜板(1.11)相连，活动水槽(1.5)底部链接有滑轮(1.14)，滑轮(1.14)安放在滑槽(1.13)中；活动水槽(1.5)还通过锁扣(1.19)与移动桁架(1.16)相链接，移动桁架(1.16)则通过限位螺钉(1.15)与倾斜板(1.11)相连。

4、根据权利要求2或3所述的微灌实验室多功能强化堵塞实验装置，其特征在于：串联和并联管路的结构为：

支管(1.2)固定在活动支架(1.3)上，在支管(1.2)上安装有第一至第八毛管(1.12、1.36、1.37、1.38、1.39、1.40、1.41、1.42)；

第一至第五毛管(1.12、1.36、1.37、1.38、1.39)上均安装有两个控制阀，即第十七至第二十六控制阀(1.20、1.21、1.23、1.25、1.26、1.27、1.29、1.31、1.33、1.35)；

第六至第八毛管(1.40、1.41、1.42)的两端均安装有两个三向阀，即第一至第六三向阀(1.28、1.30、1.22、1.24、1.32、1.34)；三向阀(1.28)同时又连接在毛管(1.12)上，三向阀(1.30、1.24)同时又连接在毛管(1.36)上，三向阀(1.32、1.22)同时又连接在毛管(1.37)上，三向阀(1.34)同时又连接在毛管(1.38)上。