CN102861679A - 射流振荡三通 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种射流振荡三通，由一个进水段、一个振荡元件与两个出水段组成。应用于微灌系统时，进水段与支管连接，振荡元件位于进水段与出水段之间，两个出水段各连接一条毛管，水流由支管经过进水段进入振荡元件，由振荡元件产生振荡水流，使水流按照一定频率间歇性地在两条毛管内切换流动，在毛管内形成脉冲水流，毛管内的脉冲水流进入灌水器，在灌水器内形成强烈的紊动与冲击水流，增强灌水器的抗堵塞能力与灌水均匀性。本发明具有结构简单、可靠性、耐久性强的特点。可采用现有微灌三通的材质、加工设备与方法，一次注塑成型，加工工艺简单，制造成本低，安装使用方便。本发明可广泛适应于大田作物、蔬菜、林果业等灌溉的需求。

Description

射流振荡三通

技术领域

    本发明属于农业节水灌溉技术领域，涉及微灌系统的毛管连接三通，具体涉及射流振荡三通。

背景技术

脉冲微灌具有抗堵塞性能强、灌水均匀度高的特点，受到世界各国的广泛关注与应用。脉冲发生器是将微灌系统中的压力水流变成脉冲水流的核心装置，现有脉冲发生器一般通过电子脉冲装置、脉冲电磁阀或橡胶、塑料膜、弹簧等弹性材料产生脉冲水流。电子脉冲装置、脉冲电磁阀等装置造价相对较高，安装、使用、维护相对复杂，往往需要电子相关专业人员进行操作与维护，而微灌系统的使用者大多为当地农户，缺乏相应的操作、维护技能；微灌系统一般运行时间较长，橡胶、塑料膜、弹簧等弹性材料在长时间、高频率的频繁往复运行过程中，易于疲劳，甚至损坏；脉冲频率取决于弹性材料的刚度和初始压缩量，长时间运行将导致弹性材料刚度和弹性模量发生变化，弹性减退，灵敏性、可靠性会不同程度的下降，从而影响脉冲微灌系统的持久运行与使用；弹性材料的使用势必增加脉冲发生器的结构复杂性，对机械密封性、制造精度、可靠性及耐久性提出更高的要求。

申请号为201010196385.5的中国专利“脉冲式低功耗滴灌自动控制装置及其控制方法”， 公开了一种由脉冲式电磁阀、控制器、计时器等组成的脉冲式低功耗滴灌自动控制装置，通过控制器驱动电磁阀控制滴灌的脉冲频率。申请号为201110074154.1的中国专利“脉冲滴灌系统”，公开了一种脉冲阀，由阀体、进水口、进水腔、导杆、闸体、出水腔、闸体推拉弹簧、出水口、控制腔、隔膜拉簧等组成，通过进水腔的有压水流推动隔膜，拉伸隔膜拉簧，挤压闸体推拉弹簧，推动闸体打开出水口。利用隔膜拉簧拉动隔膜复位，推拉弹簧拉动闸体复位，封闭出水口，实现脉冲滴灌。申请号为97232713.4的中国专利“微灌脉冲发生器”，公开了一种由型芯、橡胶囊、壳体组成的脉冲发生器。通过橡胶囊的膨胀积蓄能量，打开出水口。利用橡胶囊的弹性作用恢复原状，封闭出水口，实现脉冲滴灌。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，造价低，抗堵塞能力强，使用寿命长，利用射流控制振荡技术，在微灌毛管及灌水器内形成脉冲水流的射流振荡三通。

本发明采取的技术解决方案是：一种射流振荡三通，其特征在于：由一个进水段、一个振荡元件与两个出水段组成；所述振荡元件包括喷嘴、控制端口Ⅰ、控制端口Ⅱ、控制管、侧壁Ⅰ、侧壁Ⅱ、输出口Ⅰ、输出口Ⅱ、分流劈、射流空间、输出道Ⅰ、输出道Ⅱ；所述射流振荡元件的最前端是喷嘴，喷嘴连接在进水段的末端；所述喷嘴出口两边的侧壁上分别设置控制端口Ⅰ和控制端口Ⅱ，控制端口Ⅰ和控制端口Ⅱ由控制管从外部连通；喷嘴之后是一段前小后大形状的射流空间，射流空间的两侧分别为侧壁Ⅰ和侧壁Ⅱ，分流劈位于射流空间的末端，并将射流空间的末端分割成为输出口Ⅰ和输出口Ⅱ，输出口Ⅰ的后面连接输出道Ⅰ，输出口Ⅱ的后面连接输出道Ⅱ；所述进水段前端与微灌系统支管连接；所述出水段共有两条，分别与振荡元件的输出道Ⅰ和输出道Ⅱ连通；所述射流振荡三通的两端出水段尾部各连接一条毛管（M），毛管上安装若干灌水器。

为形成二维射流，尽可能减少能量损失，保证射流元件同侧壁的作用面积，保持射流的稳定性，所述喷嘴、射流空间、输出口Ⅰ和输出口Ⅱ的横截面为矩形。

为方便射流振荡三通与微灌系统支管的连接，所述进水段是一段前圆后方的通道，圆形进水口位于进水段的最前端，进水段上设置有支管连接件。

为方便射流振荡三通与微灌系统毛的连接，所述出水段为前方后圆的通道，出水口为圆形，分别位于两条出水段的末端，出水段上设置有毛管连接件。

所述喷嘴宽度是喷嘴左侧壁与右侧壁的间距，喷嘴宽度的值域为4 mm～25mm；位差是喷嘴侧壁与下部倾斜侧壁之间的最小距离，位差与喷嘴宽度的比值为1：0.3～1：1.2；所述劈距是喷嘴至分流劈顶端的长度，劈距与喷嘴宽度的比值为1：3～1：12；张角是倾斜侧壁与喷嘴侧壁的夹角，张角为6°～20°；喷嘴深度为喷嘴正面与背面的间距，喷嘴深度与喷嘴宽度的比值为1：1～1：3。

本发明工作时，支管中的压力水流由进水口进入进水段，通过喷嘴形成射流，进入射流空间，由于振荡元件几何结构的微小不对称性及射流本身存在的紊乱，射流的卷吸和两侧壁面之间的干涉效应将不对称，在射流两侧产生压差，推动射流的偏转，产生附壁效应，贴附于射流空间的一侧壁面上，沿壁面流动，到达该侧的输出口。假设射流首先附壁于侧壁Ⅰ，并沿该壁面流动，到达输出口Ⅰ，通过输出道Ⅰ与出水段尾端的出水口Ⅰ进入与其相连的毛管。此时，由于射流存在卷吸作用，将在控制端口Ⅰ处产生负压，随着射流的持续，负压将通过控制管传递到控制端口Ⅱ，作用于控制端口Ⅱ一侧的射流，在射流的两侧产生压差，使射流发生偏转，附壁于侧壁Ⅱ的壁面，沿该侧壁面流动至输出口Ⅱ，其后进入该侧毛管。同样地，由于射流的卷吸作用，将在控制端口Ⅱ处产生负压，随着射流的持续，负压将通过控制管传递到控制端口Ⅰ，作用于控制端口Ⅰ一侧的射流，在射流的两侧产生压差，使射流再次发生偏转，水流恢复到侧壁Ⅰ的壁面，沿该侧壁面流动至输出口Ⅰ，形成一次振荡过程。如此循环往复，通过射流振荡元件的水流振荡，分别在两条毛管内产生持续的脉冲水流。

本发明的有益效果：本发明由于应用射流振荡技术，切换射流方向，在毛管内形成脉冲水流，毛管内的脉冲水流进入灌水器，在灌水器内形成强烈的紊动与冲击水流，增强灌水器的抗堵塞能力与灌水均匀性；省去现有脉冲微灌系统中常用的电子脉冲装置、脉冲电磁阀、橡胶、塑料膜、弹簧等弹性结构体，简化了脉冲微灌系统的结构，使得脉冲发生器的运行更为可靠、持久；射流振荡三通无需任何附加装置，可采用现有微灌三通常用的制造材质，开发射流振荡三通模具，即可利用现有微灌三通的加工工艺、方法与设备进行注塑、加工与成型，加工工艺简单，制造成本较低，安装使用方便。本发明能够构造多种形式的脉冲微灌系统，可广泛适应于大田作物、蔬菜、林果业等灌溉的需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的正剖面图。

图2是实施例的三维示意图。

图3是实施例与支管、毛管的连接示意图。

图4是实施例的CFD模拟附壁效果图。

图5是实施例的CFD模拟附壁效果图。

图中， 1. 进水口  2. 喷嘴  3. 控制端口Ⅰ  4. 控制端口Ⅱ  5. 侧壁Ⅰ  6. 侧壁Ⅱ  7. 输出口Ⅰ  8. 输出口Ⅱ  9. 分流劈  10. 射流空间  11. 输出道Ⅰ  12. 输出道Ⅱ    13. 出水口Ⅰ  14. 出水口Ⅱ  15. 毛管连接件  B. 喷嘴宽度  S. 位差  L .劈距  θ. 张角  E. 进水段  F. 振荡元件  O. 出水段  C. 控制管  T. 射流振荡三通  Z. 支管  M. 毛管  D. 灌水器

具体实施方式

实施例：

参照图2，射流振荡三通由一个进水段E、一个振荡元件F与两个出水段O组成。

参照图1，振荡元件F包括喷嘴2、控制端口Ⅰ3、控制端口Ⅱ4、控制管C、侧壁Ⅰ5、侧壁Ⅱ6、输出口Ⅰ7、输出口Ⅱ8、分流劈9、射流空间10、输出道Ⅰ11、输出道Ⅱ12；所述射流振荡元件的最前端是喷嘴2，喷嘴2连接在进水段E的末端；所述喷嘴2出口两边的侧壁上分别设置控制端口Ⅰ3和控制端口Ⅱ4，控制端口Ⅰ3和控制端口Ⅱ4由控制管C从外部连通；喷嘴2之后是一段前小后大形状的射流空间10，射流空间10的两侧分别为侧壁Ⅰ5和侧壁Ⅱ6，分流劈9位于射流空间10的末端，并将射流空间10的末端分割成为输出口Ⅰ7和输出口Ⅱ8，输出口Ⅰ7的后面连接输出道Ⅰ11，输出口Ⅱ8的后面连接输出道Ⅱ12。

参照图3，进水段E前端与微灌系统支管Z连接，两端出水段O尾部各连接一条毛管M，毛管上安装若干灌水器D。

参照图1和图2，出水段O共有两条，分别与振荡元件F的输出道Ⅰ11和输出道Ⅱ12连通。喷嘴2、射流空间10、输出口Ⅰ7和输出口Ⅱ8的横截面为矩形。进水段E是一段前圆后方的通道，圆形进水口1位于进水段E的最前端，进水段E上设置有支管连接件。出水段O为前方后圆的通道，出水口13与出水口14为圆形，分别位于两条出水段O的末端，出水段O上设置有毛管连接件15。

参照图1和图2，喷嘴宽度B为6 mm，位差S与喷嘴宽度B的比值为1：0.5，劈距L与喷嘴宽度B的比值为1：6，张角θ为12.6°，喷嘴深度与喷嘴宽度B的比值为1：1.5。

具体实现过程：支管Z中的压力水流由进水口1进入进水段E，通过喷嘴2形成射流，进入射流空间10，由于射流的卷吸和两侧壁面之间不对称的干涉效应，在射流两侧产生压差推动射流的偏转，产生附壁效应，贴附于射流空间的一侧壁面上，沿壁面流动，到达该侧的输出口。假设射流首先附壁于侧壁Ⅰ5，并沿该壁面流动，到达输出口Ⅰ7，通过输出道Ⅰ11与出水段尾端的出水口Ⅰ13进入与其相连的毛管。此时，由于射流存在卷吸作用，将在控制端口Ⅰ3处产生负压，随着射流的持续，负压将通过控制管C传递到控制端口Ⅱ4，作用于控制端口Ⅱ4一侧的射流，在射流的两侧产生压差，控制端口Ⅰ3一侧的压力大于控制端口Ⅱ4一侧的压力，使射流发生偏转，附壁于侧壁Ⅱ6的壁面，沿该侧壁面流动至输出口Ⅱ8，其后进入该侧毛管。同样地，由于射流的卷吸作用，将在控制端口Ⅱ4处产生负压，传递到控制端口Ⅰ3，在射流的两侧产生压差，使射流再次发生偏转，水流恢复到侧壁Ⅰ5的壁面，沿该侧壁面流动至输出口Ⅰ7，形成一次振荡脉冲过程。如此循环往复，通过射流振荡元件的水流振荡，分别在两条毛管内产生持续的脉冲水流。利用脉冲过程频繁的强烈水流冲击，冲刷并携带微灌系统的易堵塞物质，提高灌水器的抗堵塞能力与出水的均匀性。

实施效果：参照图4和图5，图4和图5是实施例的CFD软件模拟的内部流速分布图，为便于观察控制管C内的流动状况，将控制管C旋转90°，使其与射流振荡三通的正立面处于一个平面上。CFD模拟结果表明，水流可以在两侧通道内完全切换，95%以上的流量每次都经过过一个通道输出。CFD模拟得到该射流振荡三通的输出流量为450L/h，输出压力为0.1Mpa，进出口压力差为0.003 Mpa，满足目前大田常用滴灌系统的需求。

本发明射流振荡三通已通过实施例予以充分揭示，但所述实施例并非用以限制本发明，在不脱离本发明的精神或基本特征的前提下还可有其它的实施方式。分流劈顶面可以为尖角、弧面、平面等；支管连接件与毛管连接件可以是承插、螺旋、锥体等各种连接方式。在表明本发明的范围时，应参考所附的权利要求书，而不是前述的说明。

Claims (5)

1.一种射流振荡三通，其特征在于：由一个进水段（E）、一个振荡元件（F）与两个出水段（O）组成；所述振荡元件（F）由喷嘴（2）、控制端口Ⅰ（3）、控制端口Ⅱ（4）、控制管（C）、侧壁Ⅰ（5）、侧壁Ⅱ（6）、输出口Ⅰ（7）、输出口Ⅱ（8）、分流劈（9）、射流空间（10）、输出道Ⅰ（11）、输出道Ⅱ（12）组成；所述射流振荡元件的最前端是喷嘴（2），喷嘴（2）连接在进水段（E）的末端；所述喷嘴（2）出口两边的侧壁上分别设置控制端口Ⅰ（3） 和控制端口Ⅱ（4），控制端口Ⅰ（3）和控制端口Ⅱ（4）由控制管（C）从外部连通；喷嘴（2）之后是一段前小后大形状的射流空间（10），射流空间（10）的两侧分别为侧壁Ⅰ（5）和侧壁Ⅱ（6），分流劈（9）位于射流空间（10）的末端，并将射流空间（10）的末端分割成为输出口Ⅰ（7）和输出口Ⅱ（8），输出口Ⅰ（7）的后面连接输出道Ⅰ（11），输出口Ⅱ（8）的后面连接输出道Ⅱ（12）；所述进水段（E）前端与微灌系统支管（Z）连接；所述出水段（O）共有两条，分别与振荡元件（F）的输出道Ⅰ（11）和输出道Ⅱ（12）连通；所述射流振荡三通的两端出水段（O）尾部各连接一条毛管（M），毛管上安装若干灌水器（D）。

2.根据权利要求1所述的一种射流振荡三通，其特征在于，所述喷嘴（2）、射流空间（10）、输出口Ⅰ（7）和输出口Ⅱ（8）的横截面为矩形。

3.根据权利要求1或2所述的一种射流振荡三通，其特征在于，所述进水段（E）是一段前圆后方的通道，圆形进水口（1）位于进水段（E）的最前端，进水段（E）上设置有支管连接件。

4.根据权利要求1或2所述的一种射流振荡三通，其特征在于，所述出水段（O）为前方后圆的通道，出水口（13）与出水口（14）为圆形，分别位于两条出水段（O）的末端，出水段（O）上设置有毛管连接件（15）。

5.根据权利要求1或2所述的一种射流振荡三通，其特征在于，所述喷嘴（2）左侧壁与右侧壁的间距为喷嘴宽度B，喷嘴宽度B的值域为4 mm～25mm；所述喷嘴（2）的左侧壁与射流空间（10）的侧壁Ⅰ（5）之间的最小距离或喷嘴（2）的右侧壁与射流空间（10）的侧壁Ⅱ（6）之间的最小距离为位差S，位差S与喷嘴宽度B的比值为1：0.3～1：1.2；所述喷嘴（2）至分流劈（9）顶端的长度为劈距L，劈距L与喷嘴宽度B的比值为1：3～1：12；所述射流空间（10）的侧壁Ⅰ（5）与喷嘴（2）左侧壁的夹角或射流空间（10）的侧壁Ⅱ（6）与喷嘴（2）右侧壁的夹角为张角θ，张角θ为6°～20°；所述喷嘴（2）正面与背面的间距为喷嘴深度，喷嘴深度与喷嘴宽度B的比值为1：1～1：3。

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