CN103203293A

CN103203293A - 一种射流三通

Info

Publication number: CN103203293A
Application number: CN2013101200975A
Authority: CN
Inventors: 王新坤
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2033-04-09
Also published as: CN103203293B

Abstract

本发明公开一种微灌用射流三通，由一个进口段、一个射流元件与两个出口段组成。应用于微灌系统时，进口段与支管连接，射流元件位于进口段与出口段之间，两个出口段各连接一条毛管，水流由支管经过进口段进入射流元件，产生射流附壁作用，在毛管内水压负载的反馈作用下，附壁水流发生间歇性偏转，使得水流按照一定频率在两条毛管内切换流动，毛管内形成脉冲水流，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。可一次注塑成型，加工工艺简单，制造成本低，安装使用方便，适用于大田作物、蔬菜、林果业等各种微灌系统的需求。

Description

一种射流三通

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，具体涉及一种射流三通。

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。

申请号为201210388918.9的中国专利“射流脉冲三通”和申请号为201210389275.x的中国专利“射流振荡三通”，公开了一种具有控制通道的射流三通，由控制通道反馈的水压切换水流附壁与流动方向，产生脉冲水流。其特点是不依赖于毛管，射流三通自身就能够产生脉冲水流。

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，利用射流射流附壁及负载反馈切换技术形成脉冲水流的射流三通。

本发明采取的技术解决方案是：一种射流三通，其特征在于：由一个进口段、一个射流元件与两个出口段组成；所述射流元件包括收缩段、导流段、喷嘴、射流空间、侧壁Ⅰ、侧壁Ⅱ、输出口Ⅰ、输出口Ⅱ、分流劈、输出道Ⅰ、输出道Ⅱ；所述射流元件最前端是前大后小形状的收缩段，收缩段的前端连接在进水段的末端，收缩段的末端连接导流段的前端，导流段的末端是喷嘴；所述喷嘴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；所述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；所述输出口Ⅰ的后面连接输出道Ⅰ，输出口Ⅱ的后面连接输出道Ⅱ；所述进口段前端与微灌系统支管连接；所述出口段Ⅰ前端与射流元件的输出道Ⅰ连通，出口段Ⅰ后端连接毛管Ⅰ；所述出口段Ⅱ前端与射流元件的输出道Ⅱ连通，出口段Ⅱ后端连接毛管Ⅱ；所述毛管Ⅰ与毛管Ⅱ上均安装有若干灌水器。

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，减少射流同元件上下盖板间的相互作用面，保持射流的稳定性，所述射流喷嘴、射流空间、输出口Ⅰ、输出口Ⅱ的横截面为矩形。

为方便射流三通与微灌系统毛的连接，所述出口段Ⅰ与出口段Ⅱ横截面的外壁为圆形，内壁为矩形，出口段Ⅰ与出口段Ⅱ上设置有毛管连接件。

为方便射流三通与微灌系统的支管连接，所述进口段横截面的外壁为圆形，内壁为矩形，进口段上设置有支管连接件。

所述的一种射流三通，其特征在于喷嘴的中轴线与出口段Ⅰ的中轴线夹角为6°～90°，喷嘴的中轴线与出口段Ⅱ中轴线的夹角为6°～90°。

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3 mm～25mm；位差是喷嘴的左侧壁与射流空间的侧壁Ⅰ之间的最小距离或喷嘴的右侧壁与射流空间的侧壁Ⅱ之间的最小距离，位差与喷嘴宽度的比值为1：0.3～1：2；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；张角是射流空间的侧壁Ⅰ与喷嘴左侧壁的夹角或射流空间的侧壁Ⅱ与喷嘴右侧壁的夹角，张角为6°～20°；喷嘴深度为喷嘴前壁与后壁的净间距，喷嘴深度与喷嘴宽度的比值为1：1～1：3。

本发明工作时，支管中的压力水流进入进口段，经收缩段的调整，使水流更为流畅的进入导流段，经过导流段的导向及平稳水流，通过喷嘴形成射流，进入射流空间。由于射流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，将产生附壁效应，贴附于射流空间的一侧壁面上，沿壁面流动，到达该侧的射流输出口。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，进入输出道Ⅰ，经过出口段Ⅰ进入与其相连的毛管Ⅰ。随着时间的推移，进入毛管Ⅰ内的水流逐渐增多，毛管Ⅰ进口处的水压就逐渐增加。毛管Ⅰ进口处的水压，会通过出口段Ⅰ、输出道Ⅰ、输出口Ⅰ反馈至侧壁Ⅰ处的水流，当反馈至侧壁Ⅰ出的水压达到一定的值时，将会使射流发生偏转，附壁于侧壁Ⅱ，沿该侧壁面流动至输出口Ⅱ。此时水流进入输出道Ⅱ，经过出口段Ⅱ进入与其相连的毛管Ⅱ，随着时间的推移，进入毛管Ⅱ内的水流逐渐增多，毛管Ⅱ进口处的水压就逐渐增加。毛管Ⅱ进口处的水压，会通过出口段Ⅱ、输出道Ⅱ、输出口Ⅱ反馈至侧壁Ⅱ处的水流，当反馈至侧壁Ⅱ处的水压达到一定的值时，使得射流再次偏转至侧壁Ⅰ输出，形成一次脉冲过程。如此循环往复，通过射流元件的附壁与水流换向，分别在两条毛管内产生一定频率的脉冲水流。

本发明的有益效果：本发明由于应用射流附壁及负载反馈切换技术，利用毛管内的反馈水压，切换射流方向，在毛管内形成脉冲水流，使得脉冲频率与毛管内的水压密切相关，只有毛管内具有一定的水压时，水流才发生切换，有利于保证灌水器的工作压力。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1的正剖面图。

图2是实施例1的三维示意图。

图3是实施例1与支管、毛管的连接示意图。

图4是实施例1的CFD模拟附壁效果图。

图5是本发明实施例2的正剖面图。

图6是实施例2与支管、毛管的连接示意图。

图7是实施例2的CFD模拟附壁效果图。

图中， 1. 进水段 2. 收缩段 3. 导流段 4. 喷嘴 5. 射流空间 6. 侧壁Ⅰ 7. 侧壁Ⅱ 8. 输出口Ⅰ 9. 输出口Ⅱ 10. 分流劈 11. 输出道Ⅱ 12. 输出道Ⅰ 13. 出口段Ⅱ 14. 出口段Ⅰ 15. 毛管Ⅱ 16. 毛管Ⅰ M. 毛管连接件 C. 支管连接件 F. 射流元件 Z. 支管 D. 灌水器 B. 喷嘴宽度 S. 位差 L .劈距 θ. 张角。

具体实施方式

实施例1：参照图1、图2与图3，射流三通由一个进口段1、一个射流元件F与出口段Ⅰ14及出口段Ⅱ13组成。

参照图1与图2，射流元件F包括收缩段2、导流段3、喷嘴4、射流空间5、侧壁Ⅰ6、侧壁Ⅱ7、输出口Ⅰ8、输出口Ⅱ9、分流劈10、输出道Ⅰ12、输出道Ⅱ11；射流元件F最前端是前大后小形状的收缩段2，收缩段2的前端连接在进水段1的末端，收缩段2的末端连接导流段3的前端，导流段3的末端是喷嘴4；喷嘴4后是一段前小后大形状的射流空间5，射流空间5的两侧分别为侧壁Ⅰ6和侧壁Ⅱ7；分流劈10位于射流空间5的末端，并将射流空间5的末端分割成为输出口Ⅰ8和输出口Ⅱ9；输出口Ⅰ8的后面连接输出道Ⅰ12，输出口Ⅱ9的后面连接输出道Ⅱ11。

参照图3，进口段1前端与微灌系统支管Z连接；出口段Ⅰ14前端与射流元件F的输出道Ⅰ12连通，出口段Ⅰ14后端连接毛管Ⅰ16；出口段Ⅱ13前端与射流元件F的输出道Ⅱ11连通，出口段Ⅱ13后端连接毛管Ⅱ15；毛管Ⅰ16与毛管Ⅱ15上均安装有若干灌水器D。

参照图2，射流喷嘴4、射流空间5、输出口Ⅰ8、输出口Ⅱ9的横截面为矩形。出口段Ⅰ14与出口段Ⅱ13横截面的外壁为圆形，出口段Ⅰ14与出口段Ⅱ13上设置有毛管连接件M。进口段1横截面的外壁为圆形，进口段1上设置有支管连接件C。

参照图1、图2、图3与图4，喷嘴4的中轴线与出口段Ⅰ14的中轴线夹角为90°，喷嘴4的中轴线与出口段Ⅱ13中轴线的夹角为90°，毛管Ⅰ16与毛管Ⅱ15分布于支管Z的两侧。

参照图3，喷嘴宽度B为5.2 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1：7.6，张角θ为12°，喷嘴深度与喷嘴宽度B的比值为1：1.6。

具体实现过程：本发明工作时，支管Z中的压力水流进入进口段1，经收缩段2的调整，使水流更为流畅的进入导流段3，经过导流段3的导向及平稳水流，通过喷嘴4形成射流，进入射流空间5。由于射流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，将产生附壁效应，贴附于射流空间的一侧壁面上，沿壁面流动，到达该侧的射流输出口。假设射流首先附壁于侧壁Ⅰ6，并沿该壁面流动，到达输出口Ⅰ8，进入输出道Ⅰ12，经过出口段Ⅰ14进入与其相连的毛管Ⅰ16。随着时间的推移，进入毛管Ⅰ16内的水流逐渐增多，毛管Ⅰ16进口处的水压就逐渐增加。毛管Ⅰ16进口处的水压，会通过出口段Ⅰ14、输出道Ⅰ12、输出口Ⅰ8反馈至侧壁Ⅰ6处的水流，当反馈至侧壁Ⅰ6出的水压达到一定的值时，将会使射流发生偏转，附壁于侧壁Ⅱ7，沿该侧壁面流动至输出口Ⅱ9。此时水流进入输出道Ⅱ11，经过出口段Ⅱ13进入与其相连的毛管Ⅱ15。随着时间的推移，进入毛管Ⅱ15内的水流逐渐增多，毛管Ⅱ15进口处的水压就逐渐增加。毛管Ⅱ15进口处的水压，会通过出口段Ⅱ13、输出道Ⅱ11、输出口Ⅱ9反馈至侧壁Ⅱ7处的水流，当反馈至侧壁Ⅱ7处的水压达到一定的值时，使得射流再次偏转至侧壁Ⅰ6输出，形成一次脉冲过程。如此循环往复，通过射流元件的附壁与水流换向，分别在两条毛管内产生一定频率的脉冲水流。

实施效果：参照图4，图4是实施例的CFD软件模拟的内部流速分布图，CFD模拟结果表明，水流能够附壁于一侧壁面，图4中附壁于左侧壁面。但在没有连接毛管时，射流不会发生偏转，只能由一侧通道输出。

实施例2：参照图5、图6和图7。实施例2所示的一种射流三通，喷嘴4的中轴线与出口段Ⅰ14的中轴线夹角为12°，喷嘴4的中轴线与出口段Ⅱ13中轴线的夹角为12°，毛管Ⅰ16与毛管Ⅱ15分布于支管Z的一侧。其余零部件的结构特征与实施例1相同，具有相同结构的部分由相同的附图标记表示，不再对其进行说明。该实施例的原理与实现过程也与第1实施例相同，因此省略对其的说明。

本发明射流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。如进口段和收缩段可以和2为1；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

1.一种射流三通，其特征在于：由一个进口段（1）、一个射流元件（F）与出口段Ⅰ（14）和出口段Ⅱ（13）组成；所述射流元件（F）包括收缩段（2）、导流段（3）、喷嘴（4）、射流空间（5）、侧壁Ⅰ（6）、侧壁Ⅱ（7）、输出口Ⅰ（8）、输出口Ⅱ（9）、分流劈（10）、输出道Ⅰ（12）、输出道Ⅱ（11）；所述射流元件（F）最前端是前大后小形状的收缩段（2），收缩段（2）的前端连接在进水段（1）的末端，收缩段（2）的末端连接导流段（3）的前端，导流段（3）的末端是喷嘴（4）；所述喷嘴（4）后是一段前小后大形状的射流空间（5），射流空间（5）的两侧分别为侧壁Ⅰ（6）和侧壁Ⅱ（7）；所述分流劈（10）位于射流空间（5）的末端，并将射流空间（5）的末端分割成为输出口Ⅰ（8）和输出口Ⅱ（9）；所述输出口Ⅰ（8）的后面连接输出道Ⅰ（12），输出口Ⅱ（9）的后面连接输出道Ⅱ（11）；所述进口段（1）前端与微灌系统支管（Z）连接；所述出口段Ⅰ（14）前端与射流元件（F）的输出道Ⅰ（12）连通，出口段Ⅰ（14）后端连接毛管Ⅰ（16）；所述出口段Ⅱ（13）前端与射流元件（F）的输出道Ⅱ（11）连通，出口段Ⅱ（13）后端连接毛管Ⅱ（15）；所述毛管Ⅰ（16）与毛管Ⅱ（15）上分别安装有若干灌水器（D）。

2.根据权利要求1所述的一种射流三通，其特征在于，所述射流喷嘴（4）、射流空间（5）、输出口Ⅰ（8）、输出口Ⅱ（9）的横截面为矩形。

3.根据权利要求1或2所述的一种射流三通，其特征在于，所述出口段Ⅰ（14）与出口段Ⅱ（13）横截面的外壁为圆形，内壁为矩形，出口段Ⅰ（14）与出口段Ⅱ（13）上设置有毛管连接件（M）。

4.根据权利要求1或2所述的一种射流三通，其特征在于，所述进口段（1）横截面的外壁为圆形，内壁为矩形，进口段（1）上设置有支管连接件（C）。

5.根据权利要求1或2所述的一种射流三通，其特征在于，所述喷嘴（4）的中轴线与出口段Ⅰ（14）的中轴线夹角为6°～90°，喷嘴（4）的中轴线与出口段Ⅱ（13）中轴线的夹角为6°～90°。

6.根据权利要求1或2所述的一种射流三通，其特征在于，所述喷嘴宽度（B）是喷嘴（4）左侧壁与右侧壁的间距，喷嘴宽度（B）的值域为3 mm～25mm；位差（S）是喷嘴（4）的左侧壁与射流空间（5）的侧壁Ⅰ（6）之间的最小距离或喷嘴（4）的右侧壁与射流空间（5）的侧壁Ⅱ（7）之间的最小距离，位差（S）与喷嘴宽度（B）的比值为1：0.3～1：2；劈距（L）是喷嘴（4）至分流劈（10）顶端的长度，劈距（L）与喷嘴宽度（B）的比值为1：3～1：12；张角（θ）是射流空间（5）的侧壁Ⅰ（6）与喷嘴（4）左侧壁的夹角或射流空间（5）的侧壁Ⅱ（7）与喷嘴（4）右侧壁的夹角，张角（θ）为6°～20°；喷嘴深度为喷嘴（4）前壁面与后壁面的净间距，喷嘴深度与喷嘴宽度（B）的比值为1：1～1：3。