CN101549334A - 一种渗灌装置 - Google Patents

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Abstract

一种渗灌装置，由管状外壳、多孔滤膜和限流器组成。管状外壳中的水先经过多孔滤膜，后经过限流器流出成为灌溉水。多孔滤膜选择具有较强布朗运动特性的杂质颗粒作为可能的堵塞物悬浮在多孔滤膜孔隙上，同时限流器限制透过多孔滤膜的水流速极低，使堵塞物只能虚浮在多孔滤膜表面，管状外壳中水的流动就可起到清理多孔滤膜表层堵塞物作用，多孔滤膜长久使用不会堵塞。限流器中限流孔的孔径大于多孔滤膜的孔径，限流器不会堵塞。这种渗灌装置可以长久使用不会堵塞。

Description

一种渗灌装置
技术领域
本发明涉及一种渗灌装置。
背景技术
当今滴灌渗灌中遇到的一个最大问题就是灌水器出水孔的堵塞。为了防堵目前普遍的做法就是在灌溉管网的供水端进行水处理，这不但需要很大的设备成本投入，而且由于水处理不当还会造成整个管网的报废。
经研究发现，滴灌的出水孔径多在0.2-1mm之间，渗灌主要出水孔径分布从几十微米到一百多微米，造成堵塞的杂质颗粒也是在以上孔径范围内众多直径大小不一的杂质共同淤积的结果，颗粒直径范围从几十微米到小于一微米。仔细观察发现，这些出水孔被堵塞的过程是这样：管道中的水在压力作用下沿轴向流动，其中部分水在管道沿径向通过出水孔流出，即为灌溉水，水中夹带的与出水口直径相近或若干较小直径颗粒在透过出水孔水流的快速冲带下，形成搭桥卡在出水孔道内，这样在搭桥的周围就剩下更小的孔隙，这些孔隙又会被其他颗粒或更小的颗粒搭桥占据，如此被一点点堵死。径向的出水水流与管道内流动的平行水流成垂直方向，平行水流也形成一定的剪切力，但由于径向出水水流速度快，杂质速度也快，杂质卡入的出水孔道位置深，堵塞位置也深，附着力大，管道内的平行水流剪切力的效能微乎其微，根本不足以将卡在出水孔内的堵塞物清理出来。
进一步研究发现，当渗灌出水孔孔径足够小时，在渗灌出水孔出水流速足够低的情况下，杂质很难卡堵在出水孔道内，而是轻微附着在孔道入水口表面，管道中平行水流形成的剪切力很容易将其清理。充分利用这一特性，就可制成不堵塞又极其节水的灌溉渗灌装置。使用这种渗灌装置的整个灌溉系统无需任何水处理设备，只利用灌溉管道内部的水流就可以完全进行自动清洗，长久使用不会堵塞。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够充分利用管道中水流动产生的搅动，自动清理自身堵塞物的渗灌装置。
经试验发现，管道中水流能否冲刷开堵在出水孔道上的杂质颗粒取决于杂质在出水孔道上的附着力。杂质在出水孔上的附着力直接受到杂质粒径以及杂质被径向水流带到出水孔时，卡在出水孔上的“撞击速度”的影响。杂质卡在出水孔时的“撞击速度”速度越快，其卡入出水孔道内的位置越深，附着力就越大，轴向平行水流不易冲开；反之，杂质卡入出水孔道内的位置浅，附着力小，横向水流就容易冲开。而杂质粒径的大小就决定了本身在水中沉降的“撞击速度”，下面以泥沙颗粒为例说明颗粒粒径与沉降速度的关系：颗粒直径为1毫米的粗沙在水中每秒可下降1米，直径0.1毫米的细沙每秒下降8毫米，直径10微米的细土每秒下降0.154毫米，而直径1微米的细黏土每秒下降0.00154毫米。粘土颗粒的比重和粗泥砂的比重相同，之所以产生沉降速度的巨大差异是由于布朗运动的结果，水中杂质的粒径越小布朗运动越强烈。因此，受布朗运动的影响，越微小的杂质在出水孔上的附着能力也越低，即使是很轻微的水体振荡也能令其产生较大位移，很容易被管道中的水流清理。为此，本发明选择最大孔径10微米以下的多孔滤膜作为渗灌的出水通道，以用来拣选具有较强布朗运动特性的杂质颗粒与多孔滤膜孔隙配合，这样配合的结果是：能够堵塞多孔滤膜孔隙的杂质颗粒反而不易附着在多孔滤膜孔隙上，可以被流经多孔滤膜表面的水流冲刷走。更小的杂质粒径则远远小于多孔滤膜的孔隙，很容易穿过这些孔隙不会造成堵塞；较大的杂质由于不会卡在膜孔内，附着力大为降低，也容易被水流冲走；更大颗粒杂质之间有大量孔隙，即使停留在多孔滤膜表面也不会堵塞多孔滤膜的孔隙。
同时，需要保证透过多孔滤膜孔隙时具有尽量低的出水流速，因为即使微小杂质颗粒受布朗运动的影响不宜堵塞多孔滤膜孔隙，但水透过孔隙具有较高的出水流速时，水流夹带的微小颗粒速度也会加快，孔隙被堵塞的可能性就会大幅增加。
为了尽量降低水透过多孔滤膜孔隙的流速，减轻微小杂质在多孔滤膜孔隙上的“撞击速度”，本发明还在多孔滤膜出水一方增加了一个或多个限流器，每个限流器中至少有一个限流孔，这些限流器的总渗水能力小于多孔滤膜的总渗水能力，所有多孔滤膜流出的水只有经过这些限流孔才能流出渗灌装置外成为灌溉水。限流器中的限流孔的孔径大于多孔滤膜孔径，以保证通过多孔滤膜的水在经过限流孔时不会有堵塞。这些限流孔所起的作用是控制多孔滤膜的渗水量小于其本身具备的渗水能力，即根据需要按一定比例降低透过多孔滤膜的水量，从而降低了多孔滤膜的透水流速，也就降低了水流中夹带的杂质冲击多孔滤膜的速度，使杂质虚浮在多孔滤膜表面，能够轻易被水流冲走。使用这种渗灌装置能够适应较大范围的供水压强，可以通过选择适当孔径和数量的限流孔将一定供水压强下多孔滤膜的出水流量控制住，使该流量在其通过的一定面积的多孔滤膜上的具有足够低的透过流速，以保证能够在较低流速的水流冲刷下多孔滤膜表面不被堵塞。
本发明通过确定多孔滤膜孔径，筛选出具有较强布朗运动特性的杂质为可能堵塞物，同时利用限流器限制透过多孔滤膜的出水流速以达到降低堵塞物的“撞击速度”的目的，受布朗运动的影响，堵塞物只能悬浮在多孔滤膜表面，可以很容易的被多孔滤膜表面的水流带走，多孔滤膜几乎不会被任何颗粒堵塞。同时，限流器孔径大于多孔滤膜，限流器也不会被堵塞。因此，本装置也极难被堵塞，使用本装置的整个灌溉系统的使用寿命也大幅度延长。
多孔滤膜可以直接放置在管状外壳内壁上，水流从多孔滤膜上流过，冲刷效果最好。为了便于拆装，还可在管状外壳外接一个壳体，将多孔滤膜、限流器和外接壳体做成组件，管状外壳与外接壳体内部连通，管状外壳中的部分水流进入外接壳体，经过多孔滤膜和限流器流出。经试验发现，由于做布朗运动的杂质难以沉淀附着，即使是非常微弱的水体动荡也会对其产生影响。因此外接壳体中的多孔滤膜虽然距管状外壳中流动的水还有一定距离，不能被管状外壳中的水流直接冲刷，但管状外壳中的水流产生的动荡会传导至外接壳体内部，对多孔滤膜表面产生搅扰，即使这种搅扰非常轻微，也能达到清理多孔滤膜表面杂质目的。另外也可以加快管状外壳的水流速度，达到更好的冲刷目的。多孔滤膜寿命因此大为延长，限流器不会堵塞，这种渗灌装置的使用寿命也非常持久。
附图说明
图1本发明渗灌装置的结构示意图；
图2本发明渗灌装置的刨面图；
图3本发明渗灌装置的第二种实施结构示意图；
图4本发明第二种渗灌装置的刨面图；
图5本发明渗灌装置的第三种实施结构示意图；
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，一种渗灌装置，包括管状外壳1和覆盖在管状外壳1内壁上的多孔滤膜2，管状外壳1上的限流器3中有限流孔31将管状外壳1内外连通，多孔滤膜2边沿部分与管状外壳内壁密合不漏水，水只有通过多孔滤膜2和限流器3中的限流孔31后才能流出渗灌装置外，成为灌溉水。限流器3由一个或若干限流孔组成。限流器3可以直接开在多孔滤膜覆盖范围内的管壁上，也可以通过延长限流器将限流孔延伸至渗灌装置外。多个限流器可以分配灌溉水流向不同方向。限流孔的孔径大于多孔滤膜的孔径，以保证限流孔不会被堵塞。在相同压力、相同时间条件下，分别测量多孔滤膜2及其覆盖范围内的限流器3出水量，限流器3的总渗水能力应小于该多孔滤膜2的总渗水能力，这样限流器3就起到了限制多孔滤膜2渗水速度的作用，也就减轻了水中杂质对多孔滤膜2的“撞击速度”，多孔滤膜2表面的杂质更容易被水流清洗，从而大幅度延长多孔滤膜的使用寿命。限流器3的渗水能力与多孔滤膜2的渗水能力的差异越大，多孔滤膜2的渗水速度就越缓慢，其所承受的杂质“撞击速度”就越小，多孔滤膜2的使用寿命就越长。因此，为了制造寿命超长的渗灌装置，在确定了多孔滤膜孔径后，就应该做以下两个方面的工作：一方面，在满足植物需水的前提下，尽量减少限流器3的出水流量，方法为减小限流孔31的数量和孔径(但不能小于多孔滤膜孔径)；另一方面，尽量加大多孔滤膜的渗水能力，可通过增加渗水面积来实现。这样就可制成使用任何水体都能够长久工作的渗灌装置。
实施例2
做为图1的变化，图3、图4中渗灌装置的多孔滤膜仅覆盖了渗灌装置的一小部分，多孔滤膜2的孔径小于10微米，其四周边沿与管状外壳内壁密合，水只有通过该多孔滤膜2进入限流器3中的限流孔31后流出才能成为灌溉水，管状外壳中的水流从多孔滤膜表面上流过时起到清理杂质的作用。限流器的孔径大于多孔滤膜的孔径，而其渗水能力小于多孔滤膜的渗水能力。
实施例3
做为图3的进一步变化，图5中渗灌装置的多孔滤膜2放置在管状外壳1上凸起的外接壳体12内，外接壳体12的出水端接有限流器3。外接壳体12与管状外壳1相连通，管状外壳1中的部分水流进入外接壳体12后通过多孔滤膜2再进入限流器3中的限流孔31后流出，成为灌溉水。管状外壳1中的水流动对多孔滤膜2上的做布朗运动的杂质具有清理作用。

Claims (10)

1、一种渗灌装置，其特征在于，包括管状外壳、多孔滤膜和限流器，所述多孔滤膜至少覆盖在部分管状外壳内壁上，所述多孔滤膜的最大孔径小于20微米，所述多孔滤膜覆盖的管状外壳内壁上至少有一处限流器连接渗灌装置内外，管状外壳内的水流动，其中部分水只有先经过多孔滤膜过滤、再进入限流器后才能流出成为灌溉水，所述限流器由一个或一个以上的限流孔组成，所述限流孔的最大孔径大于多孔滤膜的最大孔径，所述限流器的总渗水能力小于所述多孔滤膜的总渗水能力。
2、如权利要求1所述的一种渗灌装置，其特征在于，所述多孔滤膜的最大孔径小于10微米。
3、如权利要求2所述的一种渗灌装置，其特征在于，相同条件下，所述限流器的总渗水能力为所述多孔滤膜的总渗水能力的五分之一以下。
4、如权利要求3所述的一种渗灌装置，其特征在于，所述限流器的总渗水能力为所述多孔滤膜的总渗水能力的十分之一以下。
5、如权利要求4所述的一种渗灌装置，其特征在于，所述限流孔的最大孔径为所述多孔滤膜最大孔径的5倍以上。
6、如权利要求5所述的一种渗灌装置，其特征在于，所述限流孔的最大孔径为所述多孔滤膜最大孔径的10倍以上。
7、如权利要求1所述的一种渗灌装置，其特征在于，所述管状外壳上连接一外接壳体，所述外接壳体内部与管状外壳内部连通，所述多孔滤膜覆盖在外接壳体内壁上，所述多孔滤膜的最大孔径小于10微米，所述多孔滤膜覆盖的凸起管状外壳内壁上至少有一处限流器连接外接壳体内外，管状外壳内的水流动，其中部分水只有先经过外接壳体内的多孔滤膜过滤、再进入限流器后才能流出成为灌溉水，所述限流器由一个或一个以上的限流孔组成，所述限流孔的最大孔径大于多孔滤膜的最大孔径，所述限流器的总渗水能力小于所述多孔滤膜的总渗水能力。
8、如权利要求7所述的一种渗灌装置，其特征在于，所述限流器的总渗水能力为所述多孔滤膜的总渗水能力的十分之一以下。
9、如权利要求8所述的一种渗灌装置，其特征在于，所述限流孔的最大孔径为所述多孔滤膜最大孔径的10倍以上。
10、如权利要求1所述的一种渗灌装置，其特征在于，所述多孔滤膜与限流孔为同一种材料。
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