CN102124931A - 水流能水泵微灌系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微灌系统，特别是一种将水流中所收集到的能量利用起来进行灌溉的方法和系统。该系统包括水流能水泵、水箱、干管、支管及滴灌器组成，水流能水泵是由水流能气压产生装置和水流能泵水装置组成，水流能气压产生装置是由倒U形管构成；其效果和特点是：将水流蕴藏的能量收集并转换为气压差能，再利用气压差来驱动泵水装置，为微灌系统提供水源，前期所需设备投资少，能量转换率高，不需要电力抽水或柴油动力泵水，大大节约成本，无需维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种微灌系统，特别是是一种将水流中所收集到的能量利用起来进行灌溉的方法和系统。
背景技术
微灌是利用微灌设备组装成微灌系统，将有压水输送分配到田间，通过灌水器以微小的流量湿润作物根部附近土壤的一种局部灌水技术，微灌是以少量的水湿润作物根区附近的部分土壤，比地面灌溉节水50％～70％，比喷灌省水15％～20％，灌水均匀，均匀度达0.8～0.9，适用于所有的地形和土壤，特别适用于干旱缺水地区，其特点为：适应性强，兼有施化肥、喷农药等功能，省水，在干旱缺水地区，高扬程灌区和井灌区，省水就意味着节省能耗或扩大灌溉面积，采用喷、微灌，粮食作物一般增产10一30％，经济作物一般增产20一50％，蔬菜一般增产30一50％。
尽管微灌系统有很多的优点，也有不足，如这种技术都需要一个水源，可以使用自流水源，但更多的需要提水进行供水，这样的话，就需要电力水泵或柴油动力水泵，特别是电力水泵需要拉设供电线路，前期投入十分巨大。
发明内容
本发明目的就是提供一种结构简单、成本低廉并且具有较高效率的水流能水泵及微灌系统，可以不用电不用柴油就可以把河流的水抽上来供微灌使用。
本发明的实现方案为：该系统包括水流能水泵、水箱、干管、支管及滴灌器组成；
进一步的，水箱还包括阀门和过滤器；
进一步的，水流能水泵是由水流能气压产生装置和水流能泵水装置组成；
进一步的，上述的水流能气压产生装置是由倒U形管构成；
进一步的，水流能气压产生装置是在倒U型管的横管顶端设置进气处，进气处位于倒U型管的横管接近低水位的一端，在此进气外并有负压气流产生，可得到负压差，并在在倒U型管的出水处设置出气处；
进一步的，水流能泵水装置由壳体、进水管、出水管、吸气管、进气管组成；水流能泵水装置的进水管、吸气管、进气管设置的壳体的上部，出水管设置在壳体的底部，进水管连通水流高水位，出水管的垂直长度大于进水管的垂直长度，并且出水管的端口高度不高于壳体的底部。水流能泵水装置的出水管、吸气管、进气管都各具有一个截止阀；
进一步的，水流能泵水装置的吸水管连通看水流能气压产生装置的倒U形管的负压接口，进气管连通大气；出水管连通所需要泵水的高度。
水流能泵水装置的工作流程为：
(1)、关闭出水管截止阀、进气管截止阀，开启吸气管截止阀，接通于倒U形管的负压处的吸气管开始吸气，将水流自上游水面吸至壳体内；
(2)、待壳体内吸水到预定容量时，打开出水管截止阀和进气管截止阀，这时壳体内的水流向出水管，并将出水管注满及溢出；
(3)、待壳体内的水放完后，关闭进气管截止阀，不断地从进水管中提水至壳体内；
(4)、重复上述过程，在除首次以外的重复过程不需要再关闭出水管截止阀和开启吸气管截止阀，只需要关闭进气管截止阀，这样就可以不断地将水流自原水面提高到出水管管口的高度。
另外，水流能气压产生方法为：设置一管路使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当水流在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体，以形成有压气体，在管路的进气处也可以产生负压。
本发明效果和特点是：这种将水流蕴藏的能量收集并转换为气压差能，再利用气压差来驱动泵水装置，来为微灌系统提供水源，前期所需设备投资少，能量转换率高，不需要电力抽水或柴油动力泵水，大大节约成本，无需维护。
附图说明
图1是本发明所涉及的水流能水泵微灌系统结构示意图。
图2是本发明所涉及的水流能水泵微灌系统的水流能气压产生装置及泵水装置示意图。
图中说明：1为倒U形管进水处，2为倒U形管出水处，3为倒U形管横管，4为倒U形管进气处，5为倒U形管出气外，6为泵水装置壳体，7为泵水装置进水管，8为泵水装置出水管，9为泵水装置出水管阀门，10为泵水装置吸气管，11为泵水装置吸气管，12为泵水装置进气管，13为泵水装置进气管阀门，20为微灌系统水箱，21为微灌系统干管，22为微灌系统支管，23为微灌系统滴灌器。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低廉并且具有较高效率的水流能量收集方法、装置及微灌应用系统，该系统包括水流能水泵、水箱20、干管21、支管22及滴灌器23组成，如附图1所示，水箱还包括阀门和过滤器(图中未画出)，并且根据实际情况的不同还需要其它的一些设备或部件。
水流能水泵将水泵入水箱20后水流顺干管21、支管22至各个滴灌器23，可以作物进行灌溉，滴灌器23可以有微灌中的多种形式，如柱、管、片、圆环等多种规则和不规则类型。
而该系统中的水流能水泵是由水流能气压产生装置和水流能泵水装置组成。
上述的水流能气压产生装置是由倒U形管构成，其中水流能气压产生装置呈倒U形管状，如图2中右侧部分所示，倒U形管的两个管口具有一定高差，进水处1(也就是图2中A处)的高度高于出水处2(也就是图2中B处)的高度，进水处1位于高水位面，而出水处2位于低水位面。
如实施例所示，如果管路为倒U形管，倒U形管具有一个进水处1和出水处倒U型管的进水处1水源的液面水平高度高于出水处2泄水水道液面水平高度，在倒U型管的横管3顶端设置进气处4，出水处2也为出气处5，如图2所示，进气处4位于倒U型管的横管3接近低水位的一端。
当进水口1与出水口2分别位于水面的上水位和下水位时，使进气处4处于关闭状态，在倒U形管内加注满水，上下游水流之间由于虹吸作用通过进水处1和出水处2产生流动，待水流稳定后，适当开启进气处4，在此时进气处4与大气相通，就有气体进入到管内的水流中去，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当到达出水处2时，因为出水处2的直径较大，即当水流在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体，以形成有压气体，气泡将从水流中分离出来并向上运动，并通过出气处5自动排出，管内水流会并持续流动，此时就会在进气处4就会产生连续的明显的负压气流，得到持续的负压差，这个压力差值就可以利用和做功，同时，在出气处5有正压现象。
为了使上述的倒U形管或正U形管内的水流稳定，在倒U形管进气处4和正U形管进气处9的端口，设置有进气量控制装置，可以控制管路的进气量。
上述的方法和装置可以产生负压气体，还要通过以下的装置来利用，这种泵水装置由壳体6、进水管7、出水管8、吸气管10、进气管12组成，如图2所示，泵水装置的进水管7、吸气管10、进气管12设置的壳体6的上部，出水管8设置在壳体6的底部，进水管7连通水流高水位，吸气管10连通由倒U形管进气处4，可以得到所产生的负压差，进气管12连通大气；出水管8连通所要泵水的高度以便于出水，如图2中所示的C处，也就是所要泵水水箱20的高度，并呈U形状。出水管8的垂直长度大于进水管7的垂直长度，并且出水管8的端口高度不高于壳体6的底部。泵水装置的出水管8具有出水管截止阀9、吸气管10具有吸气管截止阀11、进气管12具有进气管截止阀13，便于对进气、进水的控制和调节；
结合上述的结构，泵水装置的工作过程为
(1)、关闭出水管截止阀9、进气管截止阀13，吸气管截止阀11打开，接通于倒U形管的负压处4的吸气管10开始吸气，将水流自上游水面吸至壳体6内；
(2)、待壳体6内吸水到预定容量时，打开出水管截止阀9和进气管截止阀13，这时壳体6内的水流向出水管8，并将出水管注满及溢出；
(3)待壳体6内的水放完后，关闭进气管截止阀13，此时负压气体将进水管7和出水管8内的水流同时吸入，而由于出水管8较进水管7的垂直长度要较长，就只能够先吸入进水管7内的水流，而进水管7内的水流是来自上游水位并保持恒定，所以不会将出水管8中的水流全部提起，但能够不断地从进水管7中提水至壳体6内；
(4)重复上述过程，在除首次以外的重复过程不需要再关闭出水管截止阀和开启吸气管截止阀，只需要关闭进气管截止阀，不断地将水流自原水面提高到出水管8管口的高度，相当于将水自原上游水位提高至出水管管口和水箱20的高度，即图2中C处的高度。
这样就完成了利用倒U形管产生的水流能气压实现泵水及微灌的实际应用。
综上，水流能气压产生方法为：设置一管路使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当水流在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体以形成有压气体，在管路的进气处也可以产生负压。
本发明效果和特点是：这种将水流能来驱动泵水装置，来为微灌系统提供水源，前期所需设备投资少，能量转换率高，不需要电力抽水或柴油动力泵水，大大节约成本，无需维护。
虽然这里只说明了本发明的一个优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。
Claims (10)
1.一种水流能水泵微灌系统，其特征在于：包括水流能水泵、水箱、干管、支管及滴灌器组成。
2.根据权利要求1所述的水流能水泵微灌系统，其特征在于：上述的水箱还包括阀门和过滤器。
3.根据权利要求1所述的水流能水泵微灌系统，其特征在于：水流能水泵是由水流能气压产生装置和水流能泵水装置组成。
4.根据权利要求1所述的水流能水泵微灌系统，其特征在于：水流能气压产生装置是由倒U形管构成。
5.根据权利要求4所述的水流能水泵微灌系统，其特征在于：水流能气压产生装置是在倒U型管的横管顶端设置进气处，进气处位于倒U型管的横管接近低水位的一端，在此进气外并有负压气流产生，可得到负压差，并在在倒U型管的出水处设置出气处。
6.根据权利要求3所述的水流能水泵微灌系统，其特征在于：水流能泵水装置由壳体、进水管、出水管、吸气管、进气管组成。
7.根据权利要求6所述的水流能水泵微灌系统，其特征在于：水流能泵水装置的进水管、吸气管、进气管设置的壳体的上部，出水管设置在壳体的底部，进水管连通水流高水位，出水管的垂直长度大于进水管的垂直长度，并且出水管的端口高度不高于壳体的底部。水流能泵水装置的出水管、吸气管、进气管都各具有一个截止阀。
8.根据权利要求6所述的水流能水泵微灌系统，其特征在于：吸水管连通看水流能气压产生装置的倒U形管的负压接口，进气管连通大气；出水管连通所需要泵水的高度，并呈U形状。
9.一种水流能泵水装置，其工作流程为：
(1)、关闭出水管截止阀、进气管截止阀，开启吸气管截止阀，接通于倒U形管的负压处的吸气管开始吸气，将水流自上游水面吸至壳体内；
(2)、待壳体内吸水到预定容量时，打开出水管截止阀和进气管截止阀，这时壳体内的水流向出水管，并将出水管注满及溢出；
(3)、待壳体内的水放完后，关闭进气管截止阀，不断地从进水管中提水至壳体内；
(4)、重复上述过程，在除首次以外的重复过程不需要再关闭出水管截止阀和开启吸气管截止阀，只需要关闭进气管截止阀，这样就可以不断地将水流自原水面提高到出水管管口的高度。
10.一种水流能气压产生方法为：设置一管路使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当水流在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体，以形成有压气体，在管路的进气处也可以产生负压。
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Effective date of registration: 20120329 Address after: 100000, P802, 8 North Fourth Ring Road, Beijing, Chaoyang District Applicant after: BEIJING SHUICHUANGXINNENG TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 102208 Beijing, Hualong, Changping District Beiyuan 12-601 Applicant before: Liu Keming |
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20110720 |