CN102696330A - 一种新型文丘里吸肥器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型文丘里吸肥器，包括文丘里管，该文丘里管具有相同直径的进水段和出流段，在进水段之后有偏心的收缩段，该收缩段从进水段末端延伸至喉部，在喉部之后有偏心的扩大段，该扩大段延伸至出流段，在扩大段的起始端之后设置有吸肥口，在吸肥口连接有吸肥管和吸肥量控制阀。可以有效的避免会流水流入吸肥管，提高文丘里吸肥器的吸肥效果。

Description

一种新型文丘里吸肥器

技术领域

本发明属于农业节水灌溉技术领域，涉及滴灌技术及装备行业为滴灌系统配套的小型吸肥器，特别涉及一种新型文丘里吸肥器。

背景技术

滴灌是一种通过输水管道将灌溉水输送到田间作物根区附近，采用专门的小流量灌水器，一滴一滴对作物的生长区域进行局部灌溉的方法，可以实现灌溉时间和灌溉水量的准确控制，从而大幅度减少了灌溉水的无效损耗，提高了灌溉水的利用效率，所以滴灌属于一种先进的现代节水灌溉技术。由于滴灌是将水直接输送到了作物的根区附近，减少了输水过程中的蒸发渗漏损失，所以使得施肥可以与灌溉能够得到很好的结合。一个完整的滴灌系统通常由首部枢纽、输配水管网和田间灌水设备组成。首部枢纽包括抽水和加压设备、动力设备、监测控制设备、施肥器和水质过滤设备。灌溉与施肥同步实施是滴灌技术的一个重要特点，与其它灌水技术相比，滴灌技术不仅适用面广、灌水均匀、节水效果显著，而且可以实现随水施肥，提高水肥的利用效率，达到节省劳力，增产增收的目的，因此在社会经济快速发展，水资源面临严重供需不足，劳动力成本大幅度提高的情况下，滴灌技术具有十分广阔的应用发展前景。

滴灌过程中的施肥是通过在滴灌系统的输水管道上外加一个施肥器（罐），利用系统本身的动力或外动力将液体肥料（如果是固体颗粒肥料必须先加水溶解）加注到输水管道中，为了避免未溶解的肥料颗粒进入系统，施肥器的位置一般设置在过滤器的前面。目前主要的几种施肥器有压差式施肥器、文丘里施肥器、比例施肥器（利用输水动力）和外带动力泵的施肥器（泵）四种。这几种施肥器各有利弊，外带动力泵的施肥器（泵）由于需要独立配置动力泵，成本相对较高，且不便于系统的运行与管理，近年来很少有用。压差式施肥器是利用配套的阀门（或施肥阀），在阀门前后形成压力差，阀门前后两端分别与肥料罐的两个接口相连，通过压力差将肥料罐中的肥料液体压入。由于原理简单，运行相对可靠，是目前滴灌系统中最常用的施肥装置，但施肥均匀度较差，施肥比例不易控制。比例施肥器是近年来研发的一种精准施肥装置，运行主要是利用水流动力驱动，可以按照需求和设计按比例供给肥力，但是目前由于设备成本较高，制约了其广泛应用，在我国还未大量使用。丘里施肥器是一种利用文丘里管的原理开发的一种施肥器，对于有压恒定流管道，当断面收缩后流速会增大，在惯性作用下流场断面变小，特别是断面的渐变段不连续，出现突变（先收缩，后放大），在紧随突变断面的附近极小的范围内会产生负压区，负压值的大小和区域大小主要决定于文丘里管喉段的前后压差和喉段的结构设计。利用喉部的负压将液体肥料吸入管道中，这种吸肥器（也可叫施肥器）结构简单，设备成本低廉。

利用管道断面和水流流速的变化所产生的负压一般较小，其吸肥能力和吸肥量十分有限，为了控制施肥浓度，文丘里施肥器主要用于较小管径，适用于蔬菜大棚和日光温室等设施农业所配套的小型滴灌系统的施肥。但是如果系统设计不合理，则文丘里施肥器的喉部很难产生负压吸肥，有时出现倒流，水从吸肥管中流出的现象。目前所用的文丘里施肥器普遍是根据文丘里量水器的结构开发而得，喉部收缩段均为四周向中心对称收缩，这种结构设计的结果是水流通过喉部时，水流从四周向中心挤压过来，在惯性力的作用下，流场断面会有一定收缩，在最小断面周围出现一定的负压区，而后，在反作用力和压力的作用，水流会迅速向四周扩散，释放压力，管内流体压力重新分布，达到基本均匀平很。由于负压区在喉部的后面沿管周均匀分布，所以每个部位处的负压区就很小，不利于吸肥口的布设和吸肥，如果喉部水流流速较小，惯性力就小，水流通过喉部后自然扩散，在喉部最小断面后面很难形成负压区，从而也就达不到吸肥的目的。因此，对文丘里吸肥器改进是申请人所关注的。

发明内容

针对目前小型滴灌系统所配套的文丘里施肥器使用条件严格，吸肥口负压区间小，吸肥效果不理想等问题，本发明的目的在于，提出一种新型的文丘里吸肥器结构，以提高吸肥器的吸肥性能与可靠性。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种新型文丘里吸肥器，包括文丘里管，该文丘里管具有相同直径的进水段和出流段，其特征在于，在进水段之后有偏心的收缩段，该收缩段从进水段末端延伸至喉部，在喉部之后有偏心的扩大段，该扩大段延伸至出流段，在扩大段的起始端后下方设置有吸肥口，在吸肥口连接有吸肥管和吸肥量控制阀。

本发明的新型文丘里吸肥器，与现有技术相比，带来以下技术效果：

1、结构简单：仅改变常规文丘里管的断面收缩和放大段的布局结构形式，无其他附加构造和配件。

2、改进吸肥环境：根据水力学原理，对文丘里管的断面收缩段和扩大段采用偏心向上收缩和放大，改变了常规文丘里管在工作条件下的水流状态，使得文丘里管喉部后面的真空区和负压区集中分布，在同样的真空度或负压条件下，具有较大的真空区和负压区，有利于吸肥管的设置。

3、提高吸肥效果：由于在同样的真空度或负压条件下，具有较大的真空区和负压区，所以不仅可有效地避免回流水对吸肥量和吸肥浓度的影响，而且可避免文丘里管中的水流入肥料罐。

附图说明

图1是本发明的新型文丘里吸肥器结构示意图（主视图）；

图2为图1中的Ⅰ—Ⅰ向视图（仰视图）；

图3为图1中的纵向中心（即（Ⅱ—Ⅱ））剖面流线示意图（说明：准确的流线图应该是光滑曲线）；

图4吸肥器喉部断面（Ⅲ—Ⅲ）处压力分布区域示意图。

图中的标记分别表示：1、进水口，2、出流口，3、收缩段，4、喉部，5、扩大段，6、文丘里吸肥口，7、吸肥管，8、吸肥控制阀，9、孔断面处的真空区，10、孔断面处的压力区。

以下结合附图和原理以及实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

申请人根据文丘里管的原理和相关流体学原理，对于恒定流，流体的流速与过流断面的面积成反比，当流道断面发生变化时，流体的流速会发生相应的变化。当断面面积变小，流速增大；断面变大，流速减小。对于文丘里管，流体的流速理论上在喉部（断面面积最小）位置速度达到最大，但当流体为压力流且流速较大时，由于压力和流速惯性（具有射流的特点）的共同作用，流体的流速最大值出现在文丘里管喉部的后面，且在喉部（文丘里管的喉部为中心对称）后面管壁四周出现真空，相对于压力流体和大气压而言就为负压，利用管内的负压就可以不用再增加外动力向管内输送流体，这就是文丘里吸肥器的原理。当通过管道的流体流量、管道的管径和管内的压力相同时，在文丘里管喉部后面流体的断面收缩和流速基本相同，而且产生的负压大小及空间体积也基本相同，为了扩大文丘里施肥器吸肥口处的负压空间，避免周围回流影响，提高以文丘里吸肥器的吸肥性能与可靠性，本发明的设计思路是：将文丘里管的收缩段采取非完全对称结构布局，即文丘里管道的收缩段最上部采取平直过渡，与管道收缩前和放大后在一个水平线上，下部及周边向上向里收缩，使文丘里管的喉部位置上移到一侧。采用这种结构，其性能特征在于：当水流进入文丘里管后，顶部处的水流的流线除过流速大小会沿流程发生变化外，其余基本保持原来的特点不变，沿直线方向向前流动，通过喉部后不产生向下运动的分速度，所以不会向下传递压力，压制水流迅速向下扩散。而顶部以下至底部及两侧的水流流线受断面收缩的影响，不仅流速大小发生变化，而且流线方向也顺着管道的渐变段发生较大的变化，特别是中下部处的水流在通过喉部后，受过流断面收缩的影响，水流的流线会向喉部集中，由于喉部后面管道断面突然逐渐放大，在压力和流速惯性的作用下，水流最小过流断面位置出现在喉部后面且紧贴顶部管道，从而在下部会形成一个真空区和负压区，这个真空区和负压区主要集中在文丘里管喉部后面的下部（吸肥口通常设置在该处）及左右周边，不同于常规文丘里管喉部后面形成的环状分布。如前所述，当通过管道的流体流量、管道的管径和管内的压力相同时，在文丘里管喉部后面流体的流速和断面收缩基本相同，而且产生的负压大小和空间体积也基本相同，但集中的真空区和负压区空间尺度相对较大，吸肥口受扩散水流的干扰较小，将更有利于吸肥，最大限度的避免水流从吸肥口倒流。

参见图1、图2、图3和图4，本实施例给出一种新型文丘里吸肥器结构图，包括文丘里管，该文丘里管具有相同直径的进水段1和出流段2，在进水段1之后有偏心的收缩段3，该收缩段3从进水段1末端延伸至喉部4，在喉部4之后有偏心的扩大段5，该扩大段5延伸至出流段2，在扩大段5的起始端后下方设置有吸肥口6，在吸肥口6连接有吸肥管7和吸肥量控制阀8。

使用本发明的新型文丘里吸肥器时，首先，根据滴灌系统水流方向，将文丘里吸肥器按照进水段1和出水段2的方向接入滴灌系统首部，同时关闭吸肥管7上的吸肥量控制阀8，防止水流从吸肥口6回流，该新型文丘里吸肥器一般安装在过滤器的前面，以保证灌溉水中无较大颗粒杂质进入系统。其次在吸肥管7的下端设置大小适宜的肥料罐，肥料罐的底部距离文丘里吸肥器的吸肥口6的距离控制在1m以内，然后在肥料罐中加入足量的液体肥料或肥料溶液。当滴灌供水系统开启后，压力水流（压力大小决定于系统需要和设计）快速向系统的管内充水，水流从文丘里吸肥器的进水段1进入文丘里管，然后经过文丘里吸肥器的收缩段3进入喉部4，通过喉部4后进入文丘里管的扩大段5，最后通过出水段2进入灌溉输配水管网。由于本文丘里吸肥器的收缩段3和扩大段5不是采用常规的中心轴对称收缩和放大，而采用的是偏心向上收缩和放大，这样，当水流进入文丘里吸肥器的收缩段3后，由于流体本身的特性一般都会产生扩散，但顶部的水流未受到管径变化的影响，水流不会向下扩散，顶部处的水流的流线除了流速大小会沿流程发生变化外，其余基本保持原来的特点不变，沿直线方向向前流动（如图3所示）。但收缩段3内中下部及两侧的水流却不同，受收缩段3的影响，不仅流速大小发生变化，而且流线方向也顺着管道的渐变段发生较大的变化，水流的流线会向喉部4集中（如图3所示），当文丘里吸肥器喉部4两端的压差较大，过流流速较大时，在流速惯性的作用下，水流通过喉部4后，下部的水流会沿着收缩段3下部的倾角继续前进，以最小的水流过收缩段3，即压力区10的位置会出现在喉部4的后面（如图4所示），且水流紧贴顶部管道前行，之后由于水流失去管道约束，开始在扩大段5内向下及周围扩散，从而在喉部4的后面局部形成一个真空区9和负压区10，真空区9和负压区10空间的大小和真空度的大小与通过喉部4时的水流流速有直接关系，这个真空区9和负压区10主要集中在文丘里吸肥器喉部4的后面、文丘里管的扩大段5的前端下部（吸肥口通常设置在该处）及左右周边，这不同于常规中心轴对称收缩和放大结构条件下，真空区9和负压区10在喉部4后面形成的环状分布。当通过文丘里吸肥器的流量、管道直径和管内压力相同时，在文丘里吸肥器喉部4后面流体的流速和断面面积基本相同时，其产生的负压大小和空间体积也基本相同，但本文丘里吸肥器集中的真空区9和负压区10空间尺度相对较大，吸肥口6受扩散水流的干扰更小，将有利于吸肥。当灌溉系统水流状态稳定后，再打开吸肥阀8，就可实施灌溉施肥。

总之，该发明通过改变文丘里管的断面收缩段和扩大段的结构形式，可以有效的提高文丘里吸肥器的工作环境和吸肥效果。

Claims (1)

1.一种新型文丘里吸肥器，包括文丘里管，该文丘里管具有相同直径的进水段（1）和出流段（2），其特征在于，在进水段（1）之后有偏心的收缩段（3），该收缩段（3）从进水段（1）末端延伸至喉部（4），在喉部（4）之后有偏心的扩大段（5），该扩大段（5）延伸至出流段（2），在扩大段（5）的起始端之后设置有吸肥口（6），在吸肥口（6）连接有吸肥管（7）和吸肥量控制阀（8）。

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