CN101816277B - 一种压力可调式涌泉根灌灌水器 - Google Patents

一种压力可调式涌泉根灌灌水器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种压力可调式涌泉根灌灌水器，该压力可调式涌泉根灌灌水器包括一个圆管，圆管的管壁上有圆环型迷宫流道，圆管上有进水口、排沙孔和通气导水口，进水口和排沙孔内有过滤网，进水口和圆环型迷宫流道进口相连通，在圆环型迷宫流道分布有由压力调节橡胶圈封闭的低压出水口、中压出水口和高压出水口。其流道长且过水断面面积大，流道主航道最小宽度为2mm，转动压力调节橡胶圈，使压力调节橡胶圈圆孔与某一位置的出水口重叠，就可以打开所需要的压力出水口，进而实现同一灌水器在不同压力下获得相同流量的效果。

Description

一种压力可调式涌泉根灌灌水器
技术领域
本发明属于旱区农业经济林灌溉技术领域的一种微灌灌水器，特别是一种压力可调式涌泉根灌灌水器，用于解决缺水地区经济林实现微灌节水灌溉。
背景技术
在大力发展现代节水灌溉的同时，人们普遍认识到，地下灌溉(如地下渗灌和滴灌)是最省水的技术，但其存在以下两个问题：
1、深埋在地下的滴灌管(或称涌泉管)，在每次灌溉后出现负压形成回流，这种现象会造成滴灌管上出水口的堵塞，降低滴灌效果和产品的使用寿命，更换滴灌管又会增加生产成本；
2、埋在地下滴灌管何时何处发生堵塞不易被人发现。
对地下埋设的灌溉管预防堵塞、如何发现堵塞，成为本领域技术人士所关注的重点。目前先进的灌溉产品从国外进口到引进消化吸收以及国产化生产确实已经大大降低了成本，但随着石油原材料的涨价，先进的灌溉产品进一步降价的难度增加并已经开始出现涨价趋势，如何另寻途径来降低先进的灌溉技术在大田应用中的成本也是灌溉技术领域技术人员所关注的新焦点。
申请人在长期的研究过程中，于2008将名称为一种适用于树木的地下涌泉根灌方法，申请了中国专利(申请号：200810150395.8)，该专利申请提出了涌泉根灌的新概念，并制作了一种简单的助理灌水器，将由直径为4mm的微管流出的水经由助理灌水器导入作物根部，该发明专利仅仅提出了涌泉根灌的理念，给出的助理灌水器也是一种简易的雏形，并没有形成一种真正意义上的涌泉根灌产品。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种压力可调式涌泉根灌灌水器，该灌水器采用圆环式迷宫流道，在流道不同位置设定出水口，打开不同出水口就可达到不同设计工作压力下获得相同的流量。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种压力可调式涌泉根灌灌水器，其特征在于，该压力可调式涌泉根灌灌水器为一体化结构，包括一个圆管，圆管的管壁上有圆环型迷宫流道，圆管上有进水口、排沙孔和通气导水口，进水口和排沙孔内有过滤网，进水口和圆环型迷宫流道进口相连通，在圆环型迷宫流道分布有由压力调节橡胶圈封闭的低压出水口、中压出水口和高压出水口。
上述圆环型迷宫流道总长为1631mm，盘旋在圆管壁上，流道总宽3mm、深度2mm、齿高1mm、齿间距4mm。
上述压力调节橡胶圈紧贴在低压出水口、中压出水口和高压出水口上，压力调节橡胶圈上开有一个孔，其孔的直径大于各个出水口的孔径。
本发明的压力可调式涌泉根灌灌水器，不同于以往的微灌灌水器，将圆环型迷宫流道、进水口、冲沙孔和通气导水口集成于一体，由于采用了圆环连成迷宫流道，其流道长(总长达到1631mm)且过水断面面积大，流道主航道最小宽度为2mm，而以往的迷宫流道滴头最小宽度在0.5-1.2mm；流道上设有多个出水口，出水口被压力调节橡胶圈封闭，用户可根据设计时要求的灌水器平均流量和平均压力，转动压力调节橡胶圈，使压力调节橡胶圈圆孔与某一位置的出水口重叠，就可以打开所需要的压力出水口，进而实现同一灌水器在不同压力下获得相同流量的效果；利用CFD分析软件FLUENT中对圆环形迷宫流道进行分析计算，得到不同流道长度时的流量压力关系，进而确定压力出水口位置。
附图说明
图1是本发明的压力可调式涌泉根灌灌水器结构示意图，其中图(a)是主视图、图(b)是侧视图、图(c)是图(a)的俯视图。图中的标号为：01：进水口，02：圆环型迷宫流道，03：过滤网，04：通气导水口；05：冲沙孔，06：压力调节橡胶圈，07：低压出水口，08：中压出水口，09：高压出水口。
图2是流道结构示意图。其中，图2a是流道单元结构图；图2b是流道整体结构图；
图3是本发明的压力可调式涌泉根灌灌水器压力流量关系曲线图。其中，图3a是打开低压出水口时的压力流量关系曲线图；图3b是打开中压出水口时的压力流量关系曲线图；图3c是打开高压出水口时的压力流量关系曲线图；
图4是流道压力分布图；
图5是流道流线图，其中，图5a是整体流线图，图5b是流线局部放大图。
以下结合附图和发明人给出的实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
满足一定的灌水均匀度是微灌设计的重要指标之一，即不论灌水器工作压力如何变化，每一株植物应该获得几乎相同的灌水量。例如，在山地滴灌系统中，毛管沿等高线布置，支管垂直于等高线布置，支管内水压力自上而下逐步增大，因此，沿支管方向存在不同压力区(低压区、中压区和高压区)，如，低压区需要的灌水器设计压力为5m、灌水器设计流量为8L/h，中压区需要的灌水器设计压力为10m、灌水器设计流量为8L/h，高压区需要的灌水器设计压力为20m、灌水器设计流量为8L/h，所以，灌水器应该在不同设计工作压力下获得相同的设计流量。
参见图1，本发明的压力可调式涌泉根灌灌水器包括一个圆管，圆管的管壁上有圆环型迷宫流道02，圆管上有进水口01、排沙孔05和通气导水口04，进水口01和排沙孔05内装有过滤网03，进水口01和圆环型迷宫流道进口10相连通，在圆环型迷宫流道02上分布有由压力调节橡胶圈06封闭的低压出水口07、中压出水口08和高压出水口09。
管的长度为115mm，直径为15mm，进水口01外径为4mm，内径2mm；
圆环型迷宫流道02的流道总长1631mm，盘旋圆管壁上，流道总宽3mm、深度2mm、齿高1mm、齿间距4mm；
低压出水口07的工作压力范围为1-5m，流道进口10到低压出水口07中心线的垂直距离为27m，流道中心线长度为394mm。当进水口01的压力为5m时，低压出水口07的流量为8.81L/h，水力特征参数方程为：q＝3.9857H0.493。
中压出水口08的工作压力范围为5-15m，流道进口10到中压出水口08中心线的垂直距离为56mm，流道中心线长度为787mm。当进水口01压力为10m时，中压出水口08的流量为8.95L/h，水力特征参数方程为q＝2.8775H0.493.
高压出水口09工作压力范围为15-30m，流道进口10到高压出水口09中心线的垂直距离为115mm，流道中心线长度为1631mm，当进水口01压力为20m时，高压出水口09的流量为8.95L/h；水力特征参数方程为q＝2.0435H0.493.
低压出水口07、中压出水口08和高压出水口09的出水口孔口直径均为2mm，压力调节橡胶圈06紧贴在出水口上，在压力调节橡胶圈上开有孔，其孔经略大于各个压力出水口的尺寸，根据要求的流量和压力，转动压力调节橡胶圈06，当压力调节橡胶圈06的孔与压力出水口重叠时，所需要的压力出水口处于打开状态；过滤网03配置在进水口01和排沙孔05内部，水流通过过滤网03再进入圆环型迷宫流道02，过滤网03的网孔直径为1.5mm；通气导水口04的外径为4mm，内径2.5mm；通气导水口04的作用是将地下来不及入渗的水导出地面进入渗池，排沙孔05位于灌水器上部，排沙孔外径为6mm，内径4.5mm，其作用是将过滤的泥沙排出灌水器外，排沙孔05可一年冲洗一次。
参见图2a，圆环齿形迷宫流道02的中心线总长1631mm，低压出水口07的流道总长394mm，中压出水口08的流道总长787mm，高压出水口09的流道总长1631mm。
参见图2b，齿形迷宫流道尺寸为：齿高1mm、齿宽3mm、齿间距2mm、深度2mm。
参见图3，申请人采用CFD分析软件Fluent，对本发明的压力可调式涌泉根灌的迷宫流道进行单相流分析计算，得到流道在不同压力下的流量，并拟合出低压出水口工作时的压力流量关系曲线如图3a所示，中压出水口工作时的压力流量关系曲线如图3b所示，高压出水口工作时的压力流量关系曲线如图3c所示。
低压出水口07的压力流量关系为：q＝3.9857H0.493(R2＝1)；中压出水口08的压力流量关系为：q＝2.8775H0.493(R2＝1)；高压出水口09的压力流量关系为：q＝2.0435H0.493(R2＝1)。
参见图4，观察压力分布图可知，压力随流道增长而均匀降低，说明，可以通过延长或缩短流道长度，在不同额定工作水头下获得相同的额定流量。对本发明的圆环型迷宫流道，利用Fluent软件模拟得到流道中心线长度、压力和流量的关系为：q＝2.1299H0.4979L0.55。
参见图5，观察速度矢量图可知，流道内主航道为高速区，尖角处为低速区，形成涡流。

Claims (5)

1.一种压力可调式涌泉根灌灌水器，其特征在于，该压力可调式涌泉根灌灌水器为一体化结构，包括一个圆管，圆管的管壁上有圆环型迷宫流道(02)，圆管上有进水口(01)、排沙孔(05)和通气导水口(04)，进水口(01)和排沙孔(05)内有过滤网(03)，进水口(01)和圆环型迷宫流道进口(10)相连通，在圆环型迷宫流道(02)上分布有由压力调节橡胶圈(06)封闭的低压出水口(07)、中压出水口(08)和高压出水口(09)；
所述的压力调节橡胶圈(06)紧贴在低压出水口(07)、中压出水口(08)和高压出水口(09)上，压力调节橡胶圈(06)上开有一个孔；
所述圆管的长度为115mm，直径为15mm；
所述的圆环型迷宫流道(02)总长为1631mm，盘旋在圆管壁上，流道总宽3mm、深度2mm、齿高1mm、齿间距4mm；
所述的进水口(01)外径为4mm，内径为2mm；
所述的低压出水口(07)、中压出水口(08)和高压出水口(09)的出水孔径为2mm。
2.如权利要求1所述的压力可调式涌泉根灌灌水器，其特征在于，所述低压出水口(07)工作压力范围为1-5m，流道中心线长度为394mm，流道进口到低压出水口(07)中心线的垂直距离为27m，进水口(01)压力为5m时，低压出水口(07)的流量为8.81L/h；
所述中压出水口(08)的工作压力范围为5-15m，流道进口到中压出水口(08)中心线的垂直距离为56mm，流道中心线长度为787mm，当进水口(01)压力为10m时，中压出水口(08)的流量为8.95L/h；
所述高压出水口(09)工作压力范围为15-30m，流道进口到高压出水口中心线的垂直距离为115mm，流道中心线长度为1631mm，进水口压力为20m时，高压出水口的流量为8.95L/h。
3.如权利要求1所述的压力可调式涌泉根灌灌水器，其特征在于，所述的过滤网(03)的网孔直径为1.5mm。
4.如权利要求1所述的压力可调式涌泉根灌灌水器，其特征在于，所述的排沙孔(05)外径为6mm，内径为4.5mm。
5.如权利要求1所述的压力可调式涌泉根灌灌水器，其特征在于，所述的通气导水口(04)外径为4mm，内径为2.5mm。
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