CN104541730A - 可调节浓度的文丘里施肥装置及调节方法 - Google Patents

Abstract

一种可调节浓度的文丘里施肥装置，包括依次连接的进水管、文丘里施肥装置、出水管，进水管和出水管均具有可调节压力的调节阀和显示压力值的压力表；文丘里施肥装置包括水平布置的文丘里管，其最窄处安装喷嘴，文丘里管向下开口连通吸入室；文丘里管内部依水流方向依次设为渐缩段的进水室、等截面的混合室、截面逐渐增大的扩散室，吸入室与文丘里管连通处位于进水室与混合室之间，喷嘴位于吸入室上游；吸入室连接吸肥管，吸肥管接入肥液容器中。由于施肥时浓度大部分情况下不超过5％，而这个参数很容易达到，故以压力损失最小为优化目标，所有部分体化设计，结构简单小巧，便于注塑批量生产，成本低。

Description

可调节浓度的文丘里施肥装置及调节方法

技术领域

本发明涉及微水灌溉领域施肥装置，特别是一种可调节浓度的文丘里施肥装置及调节方法。

背景技术

随着农业经济结构转型和规模化的发展，微灌技术得到了快速发展，目前全国微灌应用面积已达到3000多万亩。与微灌系统相结合的水肥一体化技术由于具有省工、节肥、增产等诸多优点，也得到了广泛使用，已成为高效农业生产中的重要技术手段。

目前微水灌溉系统中常用的施肥装置有施肥池(泵吸入式)、压差式施肥罐、文丘里施肥器、活塞式施肥器和全自动施肥机等。

施肥池(泵吸入式)由施肥池、加水管道、吸肥管道和控制阀门组成，把肥料配好后通过离心泵利用管道在吸水的同时吸肥，这样肥料进入灌溉系统。这种方法简单易用、成本低，好维护，浓度稳定。但是潜水泵无法使用，浓度不能精确控制。

压差式施肥罐一般由储液罐、进水管、供肥液管、调压阀等组成。其工作原理是在输水管上的两点形成压力差，并利用这个压力差将肥液注入系统管道。压差式施肥罐的优点是加工制造简单，造价适中，不需外加动力设备。缺点是由于施肥罐中肥料不断被水稀释，进入灌溉系统中的肥料浓度不断下降，溶液浓度变化大，从而导致施肥浓度不均匀。罐体容积有限，添加肥料次数频繁且较麻烦。

文丘里施肥器与储液桶配套组成一套施肥装置，其构造简单，造价低廉，不需要外加动力，施肥浓度稳定，得到了广泛应用。目前文丘里施肥器的缺点是压力损失大，不能精确定量调节浓度，严重影响了使用效果。

活塞式施肥器是一种靠水力驱动的施肥装置，施肥浓度由外部调整并很精确。缺点是压损大、价格高，目前主要是进口产品，在农业种植领域推广使用有较大困难。

全自动施肥机是一个设计独特、结构精巧、操作简单和模块化的自动灌溉及施肥控制的成套设备。可监控EC/PH值及流量、在先进的可编程控制器控制下，准确地把肥料养分或弱酸等注入灌溉主管网中，执行精确的施肥过程。缺点是价格太高，主要应用于一些高附加值种植情况，无法大面积应用。

综上所述，现有施肥装置主要有压力损失大、施肥浓度不稳定、施肥浓度不能定量调节和价格高等问题。

发明内容

本发明提供一种可调节浓度的文丘里施肥装置及调节方法。该施肥装置结构简单、成本低廉、能有效降低压力损失并能定量调节施肥浓度。

本发明采用的技术方案为：一种可调节浓度的文丘里施肥装置，包括依次连接的进水管、文丘里施肥装置、出水管，进水管和出水管均具有可调节压力的调节阀和显示压力值的压力表；文丘里施肥装置包括水平布置的文丘里管，其最窄处安装喷嘴，文丘里管向下开口连通吸入室；文丘里管内部依水流方向依次设为渐缩段的进水室、等截面的混合室、截面逐渐增大的扩散室，吸入室与文丘里管连通处位于进水室与混合室之间，喷嘴位于吸入室上游；吸入室连接吸肥管，吸肥管接入肥液容器中。

由于施肥时浓度大部分情况下不超过5％，而这个参数很容易达到，故以压力损失最小为优化目标，各部分尺寸经过流体动力学仿真优化设计和实验验证，进水室截面最大处直径20～25mm，吸入室直径8～10mm，混合室直径12～15mm，扩散室角度6°～10°。所有部分一体化设计，结构简单小巧，便于注塑批量生产，成本低。

进一步，进水室截面最大处直径为22mm，喷嘴直径为12mm,吸入室直径为8mm,混合室直径为15mm,进水室长度为30mm，混合室长度为40mm，扩散室长度为80mm，扩散室内壁面上直线与水平面夹角为8°；经过上述设计，实验验证施肥浓度范围为0.5％～10％，相应的出水管的出水口与进水管的进水口压力比值范围为0.6～0.4，与普通文丘里施肥器相比提高30％～60％。施肥浓度与压力比成固定关系，且与进口压力、流量无关。选用精度大于1.6级，表径不小于100mm的压力表，便于精确显示压力值。

调节阀包括进口调节阀和出口调节阀，可控制进水口和出水口压力；压力表包括进口压力表和出口压力表，可显示进水口和出水口压力值。

上述可调节浓度的文丘里施肥装置的调节方法，首先根据文丘里施肥装置的下述结构尺寸：进水室截面最大处直径、喷嘴直径、吸入室直径、混合室直径、进水室长度、混合室长度、扩散室长度、扩散室内壁面与水平面夹角，实验获得出水管的出水口与进水管的进水口的压力比与施肥浓度的关系曲线图；

然后确定施肥浓度目标值，根据获得的压力比与施肥浓度的关系曲线图查出相对应的压力比；调节进水管调节阀和/或出水管调节阀，观察压力表数值，调节至出水口与进水口压力比为对应施肥浓度的比值；

最后校准：采集出水口肥液，测量施肥浓度实际值，设定施肥浓度实际值与施肥浓度目标值的误差范围，将施肥浓度实际值与施肥浓度目标值进行比对，若误差在允许误差范围内，则可实施施肥作业；若超出最大允许误差，则根据压力比与施肥浓度的关系曲线图，微调进水管调节阀和/或出水管调节阀，然后再测量出水口肥液的施肥浓度值，将其与施肥浓度目标值进行比对，循环调节、比对步骤，直至施肥浓度实际值达标为止。

进一步，根据文丘里施肥装置的下述结构尺寸：进水室截面最大处直径为22mm，喷嘴直径为12mm,吸入室直径为8mm,混合室直径为15mm,进水室长度为30mm，混合室长度为40mm，扩散室长度为80mm，扩散室内壁面上直线与水平面夹角为8°，实验获得出水管的出水口与进水管的进水口的压力比与施肥浓度的关系曲线图，施肥浓度范围为0.5％～12％，相应的出水口与进水口压力比值范围为0.6～0.1；取施肥浓度目标值范围为0.5％～10％，相应的出水口与进水口压力比值范围为0.6～0.4，微调调节阀获得施肥浓度目标值，压力表精度大于1.6级，表径不小于100mm。

工作原理：

1)首先确定需要施肥的浓度，根据提供的图表查出相对应的压力比。

2)打开进口调节阀和出口调节阀，此时水由进水管通过调节阀进行进水室，管径逐渐变小，液体经过喷嘴后速度大大增加，至喷嘴出口处流速达到最大，高速液体将喷嘴附近的空气带走，水的静压能迅速转换成了动能，在喷嘴附近形成真空负压区，负压达到一定值后，肥液就被吸上来，两种液体在混合室进口汇合，共同进入混合室中。在混合室中，工作液体把一部分能量传给肥液，使肥液能量增加，两种液体在混合室混合后，进入扩散室中，一部分速度能转变成压力能，使出口保持一定的压力，肥液和水进入田间管道。

3)观察进口压力表和出口压力表的值，调节进口调节阀和出口调节阀，使压力比达到需要的值，然后校准，此时出水口的施肥浓度即是需要达到的目标值。

本发明由于采用了上述技术方案，具有以下优点：

1、文丘里施肥装置通过各部分结构、尺寸的优化设计，使得在喷嘴处形成较高真空度，减少了在混合室内能量消耗，压力损失小，使得微灌管道中的使用压力得到保证；

2、本发明能不受进水口压力和流量影响，定量调节施肥浓度，大大提高使用性能；

3、本发明由输水管及安装在其上的文丘里施肥装置、调节阀和压力表等组成，该装置结构简单、成本低廉，操作方便，能广泛应用于水肥一体化灌溉系统中，具有较好的经济价值和产业价值，值得推广。

附图说明

图1是本发明具体实施方式的整体结构示意图；

图2是本发明具体实施方式的文丘里施肥装置的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式的施肥浓度与压力比关系曲线图。

图中：1、进水管；2、进口调节阀；3、进口压力表；4、文丘里管；41、进水室；42、喷嘴；43、吸入室；44、混合室；45、扩散室；5、出口压力表；6、出水管；7、出口调节阀；8、肥液容器；9、过滤吸头；10、吸肥管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但发明的实施方式不限于此。

如图1，一种可调节浓度的文丘里施肥装置，包括进水管1、出水管6和文丘里施肥装置。其中进水管1上安装有进口调节阀2和进口压力表3；出水管6上安装有出口压力表5和出口调节阀7；

文丘里施肥装置包括水平布置的文丘里管4，其最窄处安装喷嘴42，文丘里管4向下开口连通吸入室43；文丘里管4内部依水流方向依次设为渐缩段的进水室41、等截面的混合室44、截面逐渐增大的扩散室45，吸入室43与文丘里管4连通处位于进水室41与混合室44之间，喷嘴42位于吸入室43上游；吸入室43连接吸肥管10，吸肥管10连接过滤吸头9接入肥液容器8中。

上述实施例中，进口调节阀2和出口调节阀7用来调节管道中水的压力，可进行微量调节，使得管道中压力很容易达到需要的值。进口压力表3和出口压力表5用于显示压力值，精度大于1.6级，表面尺寸不小于100mm，这样便于精确显示压力值。

如图2为经过优化设计的文丘里施肥装置，进水室41截面最大处直径d_j为22mm，喷嘴42直径d_p为12mm,吸入室43直径d_x为8mm,混合室44直径d_h为15mm,进水室41长度L_j为30mm，由d_j、d_p、L_j可确定渐缩段进水室41的内表面锥度，混合室44长度L_h为40mm，扩散室45长度L_k为80mm，扩散室45内壁面上直线与水平面夹角为8°。文丘里管4与吸入室43连通处的开口直径略大于吸入室43直径即可，吸入室43长度以方便通过接口安装吸肥管10为宜，采用该结构参数后，施肥浓度目标值范围为0.5％～10％，相应的出水口与进水口压力比值范围为0.6～0.4，与普通文丘里施肥器相比提高30％～60％。所有部分为一体，便于注塑批量生产，降低成本。

如图3，采用上述参数的文丘里施肥装置的施肥浓度与压力比有固定对应关系。不论进口压力和流量是多少，只要调节调节阀就可达到需要的浓度，如当压力比为0.5时，施肥浓度为4％。利用这一特性，可精确控制施肥浓度，大大提高了文丘里施肥装置的使用性能。与同样可精确调节浓度的活塞式施肥器相比，同等规格价格约为1/5。

调节方法步骤如下：

1)首先确定需要施肥的浓度，根据提供的图3查出相对应的压力比。如当需要浓度为4％时，压力比对应值为0.5。

2)打开进口调节阀2和出口调节阀7，此时水由进水管1通过进口调节阀2进行入进水室41，管径逐渐变小，液体经过喷嘴42后速度大大增加，至喷嘴42出口处流速达到最大，高速液体将喷嘴42附近的空气带走，水的静压能迅速转换成了动能，在喷嘴42附近形成真空负压区，负压达到一定值后，肥液就被吸上来，两种液体在混合室44进口汇合，共同进入混合室44中。在混合室44中，工作液体把一部分能量传给肥液，使肥液能量增加，两种液体在混合室44混合后，进入扩散室45中，一部分速度能转变成压力能，使出口保持一定的压力。

3)观察进口压力表3和出口压力表5的值，调节进口调节阀2和出口调节阀7，使压力比达到需要的值，然后校准。此时出水口的施肥浓度即是需要达到的目标值。

上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (4)

1.一种可调节浓度的文丘里施肥装置，包括依次连接的进水管、文丘里施肥装置、出水管，其特征在于：进水管和出水管均具有可调节压力的调节阀和显示压力值的压力表；文丘里施肥装置包括水平布置的文丘里管，其最窄处安装喷嘴，文丘里管向下开口连通吸入室；文丘里管内部依水流方向依次设为渐缩段的进水室、等截面的混合室、截面逐渐增大的扩散室，吸入室与文丘里管连通处位于进水室与混合室之间，喷嘴位于吸入室上游；吸入室连接吸肥管，吸肥管接入肥液容器中。

2.根据权利要求1所述的可调节浓度的文丘里施肥装置，其特征在于：进水室截面最大处直径为22mm，喷嘴直径为12mm,吸入室直径为8mm,混合室直径为15mm,进水室长度为30mm，混合室长度为40mm，扩散室长度为80mm，扩散室内壁面上直线与水平面夹角为8°；压力表精度大于1.6级，表径不小于100mm。

3.一种权利要求1或2所述的可调节浓度的文丘里施肥装置的调节方法，其特征在于包括如下步骤：

一、获取压力比与施肥浓度的曲线图：根据文丘里施肥装置的下述结构尺寸：进水室截面最大处直径、喷嘴直径、吸入室直径、混合室直径、进水室长度、混合室长度、扩散室长度、扩散室内壁面与水平面夹角，实验获得出水管的出水口与进水管的进水口的压力比与施肥浓度的关系曲线图；

二、调节调节阀获得施肥浓度：确定施肥浓度目标值，根据步骤一中获得的压力比与施肥浓度的关系曲线图查出相对应的压力比；调节进水管调节阀和/或出水管调节阀，观察压力表数值，调节至出水口与进水口压力比为对应施肥浓度的比值；

三、校准：采集出水口肥液，测量施肥浓度实际值，设定施肥浓度实际值与施肥浓度目标值的误差范围，将施肥浓度实际值与施肥浓度目标值进行比对，若误差在允许误差范围内，则可实施施肥作业；若超出最大允许误差，则根据压力比与施肥浓度的关系曲线图，微调进水管调节阀和/或出水管调节阀，然后再测量出水口肥液的施肥浓度值，将其与施肥浓度目标值进行比对，循环调节、比对步骤，直至施肥浓度实际值达标为止。

4.根据权利要求3所述的可调节浓度的文丘里施肥装置的调节方法，其特征在于：步骤一中，根据文丘里施肥装置的下述结构尺寸：进水室截面最大处直径为22mm，喷嘴直径为12mm,吸入室直径为8mm,混合室直径为15mm,进水室长度为30mm，混合室长度为40mm，扩散室长度为80mm，扩散室内壁面上直线与水平面夹角为8°，实验获得出水管的出水口与进水管的进水口的压力比与施肥浓度的关系曲线图，施肥浓度范围为0.5％～12％，相应的出水口与进水口压力比值范围为0.6～0.1；步骤二中，取施肥浓度目标值范围为0.5％～10％，相应的出水口与进水口压力比值范围为0.6～0.4，微调调节阀获得施肥浓度目标值，压力表精度大于1.6级，表径不小于100mm。