CN102177834A - 脉冲地下灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种抗堵塞的脉冲地下灌溉系统，被加压的水在通过各条毛管前的脉冲阀后以压力上升的快而下降的慢的脉冲水流的方式进入各条毛管，通过各条毛管上的地下灌水器灌溉农作物。快速上升的压力可以对堵塞物形成强烈的冲击，而缓慢下降的压力不会使脉冲阀后毛管内的水产生“回弹”，在灌水器的出水孔形成负压，而造成负压吸入式出水孔堵塞。采用割纵缝毛管地下灌水器，纵缝出水口在脉冲水流的作用下一张一合，机械拉力加水流冲击力共同作用于出水口，抗堵塞性能优异。脉冲频率大范围可调，在同样的灌水强度下，可以放慢脉冲频率，而采用出水孔径大的地下灌水器组成无需过滤器的脉冲地下灌溉系统。具有结构简单，投入成本低的特点。

Description

脉冲地下灌溉系统

技术领域：

本发明涉及农田灌溉领域，尤其涉及一种抗堵塞的脉冲地下灌溉系统。

背景技术：

脉冲式微灌系统是美国Intertec公司在20世纪80年代研究开发成功的一项全新的节水型灌溉设备，它的突出优点是具有优异的抗堵塞性能，有效地解决了微灌系统易堵塞的难题，省去了昂贵的精细的过滤系统。脉冲式微灌系统包括：供水干、支管、在每条对称支管的首部安装的脉冲器总成、灌水弹性毛管和喷水器总成。其中，脉冲器总成由频率控制器、脉冲阀、压力调节阀和快速接口等部件组成，是系统的控制中心。灌水弹性毛管由专用弹性材料制造，因此称为灌水弹性毛管。喷水器总成由喷头、竖管、喷水器、支撑杆等组成。主要缺陷是：1、结构复杂，灌水弹性毛管需要专用弹性材料制造，投入成本过于高昂，不适合国情；2、后一个喷水器喷水是靠前一个喷水器喷水卸压后依次进行的，任何一支喷水器出现故障，系统都要停止运行；3、脉冲式微灌系统是通过脉冲器总成泄水失压的方式启动喷水器喷水过程的，每一轮启动喷水器喷水时，各灌水弹性毛管第一支喷水器至脉冲器总成管道内已被加压的水的一部分被直接泄放掉，既有能量损失，又有水量损失。

我国于1993年由天津英特泰克微灌公司独家引进美国这一专利技术并生产了该设备，但终因“水土不服”，不适合国情，而停止生产。

相关国产设备情况，“九五”期间，山东莱芜塑料制品股份有限公司，承担了“脉冲滴灌系统”国家“九五”重点科技攻关专题，研制了以胶囊脉冲发生器和定量滴灌管灌水器为主要结构的脉冲滴灌系统，填补了国内脉冲灌溉设备的空白，它结构简单，投入成本远远低于Intertec公司产品。一个胶囊脉冲发生器带动一段在侧壁加工有出水孔的长度和出水孔数量、大小均不能更改的定量滴灌管灌水器，胶囊脉冲发生器的胶囊的大小决定了定量滴灌管灌水器的长度和出水孔的数量、大小，通过胶囊脉冲发生器的胶囊向定量滴灌管灌水器快速供水和快速停止供水而实现脉冲灌溉。该产品存在以下缺陷：1、脉冲频率无法调整，也就不能根据需要调整灌水强度；2、脉冲频率过高，在同样灌水强度的情况下，致使出水孔孔径过小，仅有Φ0.6mm，没有避开孔径小于0.7mm的堵塞敏感尺寸，所以，还需过滤装置进行过滤。而Intertec公司脉冲灌溉产品的脉冲频率可调，而且较慢，在同样灌水强度的情况下，出水孔孔径为Φ4mm，一般水中颗粒杂质均能通过，因此，Intertec公司的脉冲灌溉产品一般无需过滤。3、可造成负压吸入式出水孔堵塞，上述结构的脉冲滴灌系统，胶囊脉冲发生器快速停止供水，会造成了胶囊脉冲发生器后的定量滴灌管灌水器管道内的水产生“回弹”，在定量滴灌管灌水器的出水孔形成负压，容易造成负压吸入式出水孔堵塞，位于定量滴灌管灌水器的尾端的出水孔尤甚。显而易见，上述缺陷，使以胶囊脉冲发生器和定量滴灌管灌水器为主要结构的脉冲滴灌系统，在脉冲灌溉追求的抗堵塞性能方面已经打了折扣。

地下灌溉不仅在机理上、技术上、经济上，而且在生态环境、水资源保护上都被认为是最有发展前途的节水灌溉技术。但由于堵塞问题一直没有根本解决，限制了该技术的推广应用。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种脉冲频率可调，结构简单，造价低，灌水器出水孔没有负压，抗堵塞性能优异的脉冲地下灌溉系统。

本发明的目的是这样实现的：

一种脉冲地下灌溉系统，包括：水源、水泵、干管、支管、脉冲阀、毛管、地下灌水器，水泵的进水口与水源连接，水泵的出水口与干管进水口连接，干管出水孔与支管连接，支管通过若干个脉冲阀与若干条毛管连接，脉冲阀的进水口通向支管，脉冲阀的出水口通向毛管，每条毛管上设有若干个地下灌水器，脉冲阀包括：阀体、进水口、进水腔、闸体导杆支架、闸体导杆、闸体、闸槽、出水腔、闸体推拉弹簧、出水口、隔膜、控制腔、隔膜拉簧、控制腔进出水口、控制腔进出水管、螺杆、拨轮，进水腔、出水腔、控制腔腔内横向主要截面均为圆形，闸体、闸槽均为圆台形且接触面相互吻合，闸体由弹性材料制成，闸体推拉弹簧为锥形弹簧，隔膜是由外缘有波纹的软质硅橡胶材料圆形膜片，在圆形膜片中间部位的两面覆盖并固定圆形不锈钢板而制成，圆形不锈钢板的面积要大于闸体的大头面积，控制腔进出水管为圆形断面，控制腔进出水管的一端与进水腔相通，另一端通过控制腔进出水口与控制腔相通，控制腔进出水口是宽度小于控制腔进出水管直径的一条窄缝，窄缝位于控制腔进出水管靠近控制腔一端的下方并与之相通，窄缝长度方向与控制腔进出水管的靠近控制腔一端的一段平行，螺杆上有螺纹，与之接触的阀体也有相应的螺纹，螺纹采用弹性材料(例如聚四氟塑料)制成，使其具有止水效果，螺杆的一端位于阀体外并固定有拨轮，螺杆的另一端进入到控制腔进出水管靠近控制腔一端的内部，并遮挡控制腔进出水口的窄缝流道，螺杆进入到控制腔进出水管靠近控制腔一端的内部的深度，决定了控制腔进出水口窄缝流道的过流面积的大小，可通过旋转拨轮调节螺杆进入到控制腔进出水管靠近控制腔一端的内部的深度，进而调节控制腔进出水口窄缝流道的过流面积的大小，进水腔与进水口连通，进水腔内有闸体导杆支架、闸体导杆，闸体导杆的一端固定于闸体的大头一端的中心，闸体导杆的另一端穿过闸体导杆支架的导孔，进水腔通过闸槽与出水腔连通，出水腔设有出水口，出水腔内有闸体推拉弹簧，闸体推拉弹簧的锥形尖端固定于闸体的小头一端，闸体推拉弹簧的锥形底端固定于隔膜上，出水腔和控制腔通过隔膜隔开，位于控制腔的隔膜拉簧的一端固定于隔膜上，隔膜拉簧的另一端固定于阀体上，进水口、闸体导杆、闸体、闸槽、闸体推拉弹簧、隔膜、隔膜拉簧横向截面的中心均在一条直线上。

脉冲地下灌溉过程如下：

水源的水被水泵加压后送入干管进入支管，在通过各条毛管前的脉冲阀后以脉冲水流的方式进入各条毛管，通过各条毛管上的地下灌水器灌溉农作物，完成脉冲地下灌溉过程。

脉冲阀形成脉冲水流的过程如下：

有压水从进水口进入进水腔，受闸槽内闸体的阻挡，有压水不能进入出水腔，而流出脉冲阀。进水腔内的有压水通过控制腔进出水管、控制腔进出水口进入控制腔，控制腔内的压力与进水腔内的压力趋于一致，由于出水腔内没有有压水流入，控制腔的压力大于出水腔内的压力，隔膜受此压差的推动，向出水腔的方向移动，进水腔内的有压水通过控制腔进出水管、控制腔进出水口继续进入控制腔，隔膜得以继续向出水腔的方向移动，拉伸隔膜拉簧，闸体推拉弹簧被压缩，试图推动固定于闸体推拉弹簧上的闸体离开闸槽，让水流通过，但由于出水腔内没有有压水流入，在闸体两侧存在巨大压差，暂不能将闸体推离闸槽，闸体推拉弹簧继续被压缩，积蓄能量(弹力)，直到闸体推拉弹簧因被压缩而积蓄的弹力足以可服闸体两侧的巨大压差，将闸体推离闸槽，闸体被推离闸槽的瞬间，闸体两侧存在的巨大压差迅速消失，被压缩的闸体推拉弹簧迅速释放，推动闸体快速离开闸槽，有压水流快速通过闸槽进入出水腔冲出出水口，完成打开脉冲阀的过程。

有压水进入出水腔后，出水腔内的压力与控制腔内的压力趋于一致，隔膜在隔膜拉簧的拉动下逐渐复位，将控制腔内的多余的水挤入进水腔，同时，逐渐复位的隔膜通过闸体推拉弹簧拉动闸体重新进入闸槽，阻断有压水进入出水腔，脉冲阀被关闭，出水口没有有压水流出。

因为，进水腔内的有压水通过控制腔进出水管、控制腔进出水口与控制腔连通，控制腔内的压力与进水腔内的压力一致，由于出水腔内没有有压水流入，出水腔内压力逐渐降低，控制腔的压力大于出水腔内的压力，隔膜受此压差的推动，向出水腔的方向移动，进水腔内的有压水通过控制腔进出水管、控制腔进出水口进入控制腔，隔膜得以继续向出水腔的方向移动，拉伸隔膜拉簧，闸体推拉弹簧被压缩，试图推动固定于闸体推拉弹簧上的闸体离开闸槽，让水流通过，但由于出水腔内没有有压水流入，在闸体两侧存在巨大压差，暂不能将闸体推离闸槽，闸体推拉弹簧继续被压缩，积蓄能量(弹力)，直到闸体推拉弹簧因被压缩而积蓄的弹力足以可服闸体两侧的巨大压差，将闸体推离闸槽，闸体被推离闸槽的瞬间，闸体两侧存在的巨大压差迅速消失，被压缩的闸体推拉弹簧迅速释放，推动闸体快速离开闸槽，有压水流快速通过闸槽进入出水腔冲出出水口，再次完成打开脉冲阀的过程。

有压水进入出水腔后，出水腔内的压力与控制腔内的压力趋于一致，隔膜在隔膜拉簧的拉动下逐渐复位，将控制腔内的多余的水挤入进水腔，同时，逐渐复位的隔膜通过闸体推拉弹簧拉动闸体重新进入闸槽，阻断有压水进入出水腔，脉冲阀再次被关闭，出水口没有有压水流出。

如此反复，形成脉冲水流。脉冲频率取决于有压水进出控制腔的快慢，而有压水进出控制腔的快慢取决于控制腔进出水流道过流面积的大小，控制腔进出水流道过流面积的大小可通过旋转拨轮调节螺杆遮挡控制腔进出水口窄缝流道的程度而实现。

本发明具有如下积极效果：

1、本发明的脉冲地下灌溉系统的脉冲阀，形成的脉冲水流最显著的特点如图4所示，压力上升的快，而下降的慢，快速上升的压力可以对脉冲地下灌溉系统的堵塞物形成强烈的冲击，而缓慢下降的压力不会使脉冲地下灌溉系统脉冲阀后毛管内的水产生“回弹”，在灌水器的出水孔形成负压，而造成负压吸入式出水孔堵塞，抗堵塞性能优异。采用直接在毛管上割10～20mm纵缝而形成的地下灌水器，纵缝出水口在脉冲水流的作用下一张一合，机械拉力加水流冲击力共同作用于出水口，抗堵塞性能更加完美；

2、本发明的脉冲地下灌溉系统的脉冲阀，脉冲频率大范围可调，在同样的灌水强度下，可以放慢脉冲频率，而采用出水孔径大的地下灌水器组成无需过滤器的脉冲地下灌溉系统；

3、本发明的脉冲地下灌溉系统较进口产品结构简单，投入成本低，市场易于接受，有利于应用推广。

附图说明：

图1为本发明的脉冲地下灌溉系统的脉冲阀初始状态示意图。

图2为本发明的脉冲地下灌溉系统的脉冲阀打开前瞬间状态示意图。

图3为本发明的脉冲地下灌溉系统的脉冲阀打开后状态示意图。

图4为本发明的脉冲地下灌溉系统脉冲阀形成的脉冲水流压力变化示意图。

具体实施方式：

一种脉冲地下灌溉系统，包括：水源、水泵、干管、支管、脉冲阀、毛管、地下灌水器，水泵的进水口与水源连接，水泵的出水口与干管进水口连接，干管出水孔与支管连接，支管通过若干个脉冲阀与若干条毛管连接，脉冲阀的进水口通向支管，脉冲阀的出水口通向毛管，每条毛管上设有若干个地下灌水器，脉冲阀如图1、图2、图3所示，包括：阀体1、进水口2、进水腔3、闸体导杆支架4、闸体导杆5、闸体6、闸槽7、出水腔8、闸体推拉弹簧9、出水口10、隔膜11、控制腔12、隔膜拉簧13、控制腔进出水口14、控制腔进出水管15、螺杆16、拨轮17，进水腔3、出水腔8、控制腔12腔内横向主要截面均为圆形，闸体6、闸槽7均为圆台形且接触面相互吻合，闸体6由弹性材料制成，闸体推拉弹簧9为锥形弹簧，隔膜11是由外缘有波纹的软质硅橡胶材料圆形膜片，在圆形膜片中间部位的两面覆盖并固定圆形不锈钢板而制成，圆形不锈钢板的面积要大于闸体6的大头面积，控制腔进出水管15为圆形断面，控制腔进出水管15的一端与进水腔3相通，另一端通过控制腔进出水口14与控制腔12相通，控制腔进出水口14是宽度小于控制腔进出水管15直径的一条窄缝，窄缝位于控制腔进出水管15靠近控制腔12一端的下方并与之相通，窄缝长度方向与控制腔进出水管15的靠近控制腔12一端的一段平行，螺杆16上有螺纹，与之接触的阀体1也有相应的螺纹，螺纹采用弹性材料(例如聚四氟塑料)制成，使其具有止水效果，螺杆16的一端位于阀体1外并固定有拨轮17，螺杆16的另一端进入到控制腔进出水管15靠近控制腔12一端的内部，并遮挡控制腔进出水口14的窄缝流道，螺杆16进入到控制腔进出水管15靠近控制腔12一端的内部的深度，决定了控制腔进出水口14窄缝流道的过流面积的大小，可通过旋转拨轮17调节螺杆16进入到控制腔进出水管15靠近控制腔12一端的内部的深度，进而调节控制腔进出水口14窄缝流道的过流面积的大小，进水腔3与进水口2连通，进水腔3内有闸体导杆支架4、闸体导杆5，闸体导杆5的一端固定于闸体6的大头一端的中心，闸体导杆5的另一端穿过闸体导杆支架4的导孔，进水腔3通过闸槽7与出水腔8连通，出水腔8设有出水口10，出水腔8内有闸体推拉弹簧9，闸体推拉弹簧9的锥形尖端固定于闸体6的小头一端，闸体推拉弹簧9的锥形底端固定于隔膜11上，出水腔8和控制腔12通过隔膜11隔开，位于控制腔12的隔膜拉簧13的一端固定于隔膜11上，隔膜拉簧13的另一端固定于阀体1上，进水口2、闸体导杆5、闸体6、闸槽7、闸体推拉弹簧9、隔膜11、隔膜拉簧13横向截面的中心均在一条直线上。

脉冲地下灌溉过程如下：

水源的水被水泵加压后送入干管进入支管，在通过各条毛管前的脉冲阀后以脉冲水流的方式进入各条毛管，通过各条毛管上的地下灌水器灌溉农作物，完成脉冲地下灌溉过程。

脉冲阀形成脉冲水流的过程如下：

如图1所示，有压水从进水口2进入进水腔3，受闸槽7内闸体6的阻挡，有压水不能进入出水腔8，而流出脉冲阀。进水腔3内的有压水通过控制腔进出水管15、控制腔进出水口14进入控制腔12，控制腔12内的压力与进水腔3内的压力趋于一致，由于出水腔8内没有有压水流入，控制腔12的压力大于出水腔8内的压力，隔膜11受此压差的推动，向出水腔8的方向移动，进水腔3内的有压水通过控制腔进出水管15、控制腔进出水口14继续进入控制腔12，隔膜11得以继续向出水腔8的方向移动，拉伸隔膜拉簧13，闸体推拉弹簧9被压缩，试图推动固定于闸体推拉弹簧9上的闸体6离开闸槽7，让水流通过，但由于出水腔8内没有有压水流入，在闸体6两侧存在巨大压差，暂不能将闸体6推离闸槽7，闸体推拉弹簧9继续被压缩，积蓄能量(弹力)，如图2所示，直到闸体推拉弹簧9因被压缩而积蓄的弹力足以可服闸体6两侧的巨大压差，将闸体6推离闸槽7，闸体6被推离闸槽7的瞬间，闸体6两侧存在的巨大压差迅速消失，被压缩的闸体推拉弹簧9迅速释放，推动闸体6快速离开闸槽7，有压水流快速通过闸槽7进入出水腔8冲出出水口10，如图3所示，完成打开脉冲阀的过程。

有压水进入出水腔8后，出水腔8内的压力与控制腔12内的压力趋于一致，隔膜11在隔膜拉簧13的拉动下逐渐复位，将控制腔12内的多余的水挤入进水腔3，同时，逐渐复位的隔膜11通过闸体推拉弹簧9拉动闸体6重新进入闸槽7，阻断有压水进入出水腔8，脉冲阀被关闭，出水口10没有有压水流出，如图1所示。

因为，进水腔3内的有压水通过控制腔进出水管15、控制腔进出水口14与控制腔12连通，控制腔12内的压力与进水腔3内的压力一致，由于出水腔8内没有有压水流入，出水腔8内压力逐渐降低，控制腔12的压力大于出水腔8内的压力，隔膜11受此压差的推动，向出水腔8的方向移动，进水腔3内的有压水通过控制腔进出水管15、控制腔进出水口14进入控制腔12，隔膜11得以继续向出水腔8的方向移动，拉伸隔膜拉簧13，闸体推拉弹簧9被压缩，试图推动固定于闸体推拉弹簧9上的闸体6离开闸槽7，让水流通过，但由于出水腔8内没有有压水流入，在闸体6两侧存在巨大压差，暂不能将闸体6推离闸槽7，闸体推拉弹簧9继续被压缩，积蓄能量(弹力)，如图2所示，直到闸体推拉弹簧9因被压缩而积蓄的弹力足以可服闸体6两侧的巨大压差，将闸体6推离闸槽7，闸体6被推离闸槽7的瞬间，闸体6两侧存在的巨大压差迅速消失，被压缩的闸体推拉弹簧9迅速释放，推动闸体6快速离开闸槽7，有压水流快速通过闸槽7进入出水腔8冲出出水口10，如图3所示，再次完成打开脉冲阀的过程。

有压水进入出水腔8后，出水腔8内的压力与控制腔12内的压力趋于一致，隔膜11在隔膜拉簧13的拉动下逐渐复位，将控制腔12内的多余的水挤入进水腔3，同时，逐渐复位的隔膜11通过闸体推拉弹簧9拉动闸体6重新进入闸槽7，阻断有压水进入出水腔8，脉冲阀再次被关闭，出水口10没有有压水流出，如图1所示。

如此反复，形成脉冲水流。脉冲频率取决于有压水进出控制腔12的快慢，而有压水进出控制腔12的快慢取决于控制腔12进出水流道过流面积的大小，控制腔12进出水流道过流面积的大小可通过旋转拨轮17调节螺杆16遮挡控制腔进出水口14窄缝流道的程度而实现。

Claims (2)

1.一种脉冲地下灌溉系统，其特征在于：包括水源、水泵、干管、支管、脉冲阀、毛管、地下灌水器，水泵的进水口与水源连接，水泵的出水口与干管进水口连接，干管出水孔与支管连接，支管通过若干个脉冲阀与若干条毛管连接，脉冲阀的进水口通向支管，脉冲阀的出水口通向毛管，每条毛管上设有若干个地下灌水器，脉冲阀由阀体(1)、进水口(2)、进水腔(3)、闸体导杆支架(4)、闸体导杆(5)、闸体(6)、闸槽(7)、出水腔(8)、闸体推拉弹簧(9)、出水口(10)、隔膜(11)、控制腔(12)、隔膜拉簧(13)、控制腔进出水口(14)、控制腔进出水管(15)、螺杆(16)、拨轮(17)组成，进水腔(3)、出水腔(8)、控制腔(12)腔内横向主要截面均为圆形，闸体(6)、闸槽(7)均为圆台形且接触面相互吻合，闸体(6)由弹性材料制成，闸体推拉弹簧(9)为锥形弹簧，隔膜(11)是由外缘有波纹的软质硅橡胶材料圆形膜片，在圆形膜片中间部位的两面覆盖并固定圆形不锈钢板而制成，圆形不锈钢板的面积要大于闸体(6)的大头面积，控制腔进出水管(15)为圆形断面，控制腔进出水管(15)的一端与进水腔(3)相通，另一端通过控制腔进出水口(14)与控制腔(12)相通，控制腔进出水口(14)是宽度小于控制腔进出水管(15)直径的一条窄缝，窄缝位于控制腔进出水管(15)靠近控制腔(12)一端的下方并与之相通，窄缝长度方向与控制腔进出水管(15)的靠近控制腔(12)一端的一段平行，螺杆(16)上有螺纹，与之接触的阀体(1)也有相应的螺纹，螺纹采用弹性材料制成，使其具有止水效果，螺杆(16)的一端位于阀体(1)外并固定有拨轮(17)，螺杆(16)的另一端进入到控制腔进出水管(15)靠近控制腔(12)一端的内部，并遮挡控制腔进出水口(14)的窄缝流道，螺杆(16)进入到控制腔进出水管(15)靠近控制腔(12)一端的内部的深度，决定了控制腔进出水口(14)窄缝流道的过流面积的大小，可通过旋转拨轮(17)调节螺杆(16)进入到控制腔进出水管(15)靠近控制腔(12)一端的内部的深度，进而调节控制腔进出水口(14)窄缝流道的过流面积的大小，进水腔(3)与进水口(2)连通，进水腔(3)内有闸体导杆支架(4)、闸体导杆(5)，闸体导杆(5)的一端固定于闸体(6)的大头一端的中心，闸体导杆(5)的另一端穿过闸体导杆支架(4)的导孔，进水腔(3)通过闸槽(7)与出水腔(8)连通，出水腔(8)设有出水口(10)，出水腔(8)内有闸体推拉弹簧(9)，闸体推拉弹簧(9)的锥形尖端固定于闸体(6)的小头一端，闸体推拉弹簧(9)的锥形底端固定于隔膜(11)上，出水腔(8)和控制腔(12)通过隔膜(11)隔开，位于控制腔(12)的隔膜拉簧(13)的一端固定于隔膜(11)上，隔膜拉簧(13)的另一端固定于阀体(1)上，进水口(2)、闸体导杆(5)、闸体(6)、闸槽(7)、闸体推拉弹簧(9)、隔膜(11)、隔膜拉簧(13)横向截面的中心均在一条直线上。

2.根据权利要求1所述的一种脉冲地下灌溉系统，其特征在于：所述的地下灌水器，采用直接在毛管上割10～20mm纵缝而形成的地下灌水器。

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