CN105265282A - 农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业灌溉技术，是一种农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，包括有供水泵连接水源，供水泵后接止回阀A和旋流水沙分离器以及供水主管，供水主管路中安装有叠片过滤器、流量计、压力计，供水主管之后并接有若干根输水干管，设有回水管返回水源；在每根输水干管的末端并接有1—3条输水支管，且在每条输水支管上叉接有多个滴灌罐以及滴水装置，配置有PLC控制装置，控制连接系统中的供水泵，施肥器以及截止阀A、截止阀B和所有干管止通阀、回水止通阀、PLC控制装置还与压力计、流量计建立通信连接；本发明自动化、智能化程度高，可以达到精准节水、节肥、节电、节工的灌溉效果，同时可以适时、适量地及时给作物提供灌溉。

Description

农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术，尤其是一种农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统。

背景技术

目前现代农业灌溉中有一个重要的分支就是微灌技术系统，其中一个重要组成就是滴灌技术，它是二十世纪60年代发展起来的，以一种滴头为核心的灌溉系统，它将过滤的有压水，通过管道系统输送到滴头，经过细小的流道或者孔眼，变成水滴或微细流，适时、适量地向作物根系供应水分和养分，在几十年来的使用过程中发现已有的滴灌系统存在以下问题：(1)使用环境要求高，滴头容易堵塞；(2)耗电量大，运行成本高；(3)滴头间流水量不均匀，误差达30％以上；(4)关键部件滴头的制作要求精度高，工艺复杂；(5)使用寿命短；(6)对农作物灌溉调整反应迟钝；(7)不宜用于地下滴灌。

发明内容

本发明的目的就是要解决传统滴灌系统存在的上述七方面问题，提供一种农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统。

本发明的具体方案是：一种农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，包括有供水泵连接水源，供水泵后接止回阀A和旋流水沙分离器，在旋流水沙分离器之后并接有1#、2#两条供水管，其中1#供水管上串装有截止阀A和止回阀B，2#供水管上依次串装有截止阀B、Y型过滤器、施肥器、止回阀C，两条供水管尾端汇集连接供水主管，供水主管路中安装有叠片过滤器、流量计、压力计，供水主管之后并接有若干根输水干管，每根输水干管中装有干管止通阀，设有回水管返回水源，所有输水干管均通过分支管与回水管叉接，每根分支管上装有回水止通阀；在每根输水干管的末端并接有1—3条输水支管，每根输水支管末端装有排气阀，且在每条输水支管上叉接有多个滴灌罐，每个滴灌罐上装有滴水分配器，滴水分配器上装若干输水毛管，每根输水毛管的末端设有滴水钟置于一棵农作物的旁边地上或地下根部为农作物补水加肥；配置有PLC控制装置，控制连接系统中的供水泵，施肥器以及截止阀A、截止阀B和所有干管止通阀、回水止通阀、PLC控制装置还与压力计A、流量计A建立通信连接。

本发明中在每根输水干管上安装有流量计、压力计、流速计，均与PLC控制装置建立通信连接。

本发明中设有田间天气、土壤温度湿度检测以及日照、降雨量、风向、风速检测装置均与PLC控制装置建立通信连接。

本发明中在水源中设有水位计、水温计与PLC控制装置建立通信连接。

本发明中所述每条输水干管之后并接有两条输水支管，每条输水支管上叉接有60—80只滴灌罐。

本发明中所述滴灌罐，具有罐体，罐体的顶部设有排气孔，罐体的底部开有进水口和出水口，安装有进出水组合阀，其特征是：所述进出水组合阀具有阀体，阀体内开设有轴向水平依次布置的进水腔、活塞腔、过渡水腔，三腔相互连通，过渡水腔尾端封闭，在进水腔与活塞腔结合处装有密封隔膜隔离两腔，在进水腔中装有压紧螺母对密封隔膜进行压紧定位，且在压紧螺母中开有贯通的轴向进水道，外接进水管，在活塞腔中装有止通阀芯，在过渡水腔中装有压缩弹簧复位止通阀芯；在阀体上还开有径向进水道、径向出水道A和径向出水道B，其中径向进水道一端与螺母中的轴向进水道连通，另一端与罐体的进水口连通，径向出水道A一端与过渡水腔连通，另一端与罐体的出水口连通，径向出水道B一端与活塞腔连通，另一端外接滴水分配器，活塞腔中的止通阀芯前进时关闭出水道B，后退复位时打开出水道B；在罐体内装有一注水管，注水管下端装有单向进水阀与进出水组合阀的进水道对接，注水管上端延伸至罐体顶部，注水管顶部设有顶板，顶板上开有中心进水孔，中心进水孔中安装有关闭浮子，关闭浮子顶面与罐体顶面有间距，保持关闭浮子有足够的上浮空间。

本发明中在罐体顶部设置有吊环，并在排气孔上装有透气防尘盖；所述罐体由上部罐身和下罐盖对扣组成，罐身和下罐盖对接处均设有对接耳，配有螺栓连接。

本发明中在每根输水毛管上安装有流量调节阀。

本发明中所述关闭浮子包括有一盖帽和止水封头，盖帽位于注水管的外部，止水封头位于注水管内，止水封头上设有连接筋穿过注水管顶部的进水孔与盖帽构成连接。

本发明中所述进出水组合阀中进水腔内径＞活塞腔内径＞过渡水腔内径。

本发明中罐体顶部的排气孔配有透气盖。

本发明具有以下优点：

1、适时性：

由于在滴灌周期内，引入了时间裕度的概念(而且这个时间裕度可以很方便的通过水泵电机控制系统PLC调控)，因此对灌期的时间掌控有了很好的调整空间。它可以用如下公式来阐述：

$H=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}qi$

式中：H：总的时间要求(小时)

h：滴灌周期(小时)

n：周期数

由此可见，可在设定的时间区间内充分完成指标。

2、适量性：

由于滴灌罐在滴灌周期内的灌水量是是以罐体可装入水最大的量来度量的。因此可以很好的、很方便的对灌期总的灌水量进行精确控制，只要求全系统的罐体容量尺寸都一致。它可以用如下公式来阐述：

$Q=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}qi$

式中：Q：总的灌水量(立升)

Q：罐体的最大载水量(立升)

n：周期数

3、防堵塞性：

通过对滴头的工作原理和防堵性能分析可以对滴灌罐的抗堵塞性能做一个充分的理解，农作物的灌溉制度对滴灌方式提出的要求是：

水要以水滴形式适时适量地向作物的根系供应水分和养分，以下为水滴水力学公式(摘自张志新先生著《滴灌工作规划设计原理与应用》)

层流 $q=1.272d^{2.70}{\left(\frac{h}{L}\right)}^{0.8}---(4-14)$

紊流 $q=1.776d^{2.70}{\left(\frac{h}{L}\right)}^{0.56}---(4-15)$

式中：q：滴头流量L/Hd：微管内径mm

H：压力水头mL：微管长度m

本公式说明“通常通过滴头的流量是由滴头工作压力h、滴头流道形状、断面尺寸及流径长短来控制”。

防堵塞性一个根本性的措施就是在保证滴头流量达标的前提下(2-12升/小时)尽量扩大微管内径，现行滴头微管内径为d＝0.85mm，才能达到Q的理想范围，而滴灌罐的d值可以达到d＝1.8mm，内径扩大一倍以上。所以大大的改善了系统的抗堵塞性。

4、可以将滴灌罐理解为一个密闭的空间，滴头的水由罐体内流出的流量，不光由重力影响，还受大气压的影响。反之可以这样理解，使用①气控水量调节阀调控大气向罐内的进气量就可以控制滴头流量。当然，这个气控水量调节阀要求做的很精密，由于空气从阀体流道内流动，不存在固体的物质堵塞流道。这是一种很好的流量调控方式。

5、对水质要求：由于微管孔径达、流道短、防堵性好，因此对水源的泥沙、杂质、藻类及化学沉淀物的要求也就降低，同时对过滤设备的要求和投资也就降低，大大地扩大了水源的使用范围，提高了使用寿命。

6、降低能耗：

从滴头的水力学原理来分析，滴头是一个降压、消能装置，将毛管上的有压水流，经过滴头消能后以滴的水流给作物根区供水，在灌溉期间水泵电机要一直开动。

而滴灌罐是通过水泵电机将水通过管道送入滴灌罐，灌水充满后就停水泵电机，然后水通过重力(能)向作物根区供水，没有也不存在降压消能的过程。因此大大的节省了能耗。

7、可无人操作、自动化程度高，(除水泵电机及PLC控制装置外)系统可无电工作。智能接口程度高，可使用互联网技术对控制系统升级。

8、成本降低：

由于减少了和简化了水质处理设备，投资成本降低。由于减少了电耗，运行成本降低。由于水泵运行完全可通过使用CNC控制无人化，降低了人工成本。

9、滴头出水均匀稳定：由于不受地形、地貌和管网水头损失的影响，只依靠重力调整，罐体与地表面高差确定后，出不的均匀度大小就可以确定了。

10、制作要求低：可在工厂内将罐体全部组装完成，检测性能，方法简单、快捷，方便工厂化、机器生产及流水线装配。

11、组件制作简单，技术成熟，可靠性高，制作成本低。

12、对农作物不同灌溉制度，可以用调节水泵电机的启动开泵周期方便的调节(比如夜晚作物的光合作用减弱，可以延长灌溉周期，这在PLC控制的电机系统很容易做到，也可以调节装置①进气阀调节每周期滴灌时间来控制)。

13、一个滴灌罐可以供多个滴头同时使用(一般设计为1-6个)可以使作物根区吸收水分均匀。

14、与滴头使用一年(或一次)相比，滴灌罐的使用寿命长达10年以上。

15、回收性好，回收处理方便，滴灌期完全可以将其拆卸到仓库内存放，可等到下一次使用。

16、可以达到精准节水、节肥、节电、节工的灌溉效果。

17、本发明中的滴灌罐具有原节水阀控滴灌罐的全部19条优点(见ZL201410291659.7号发明专利说明书)。特别是由于本发明采用了密封隔膜结构，完全杜绝进出水道的串水问题，密封性能好，工作更稳定可靠，使用寿命大大延长；同时由于采用了注水管及关闭浮子的加水满罐关闭结构以及罐体顶部的排气孔始终保持与大气相通，因此罐体不会承受供水系统压力，只需普通厚度板材制成罐体，制造成本降低。

附图说明

图1是本发明系统结构示意图；

图2是本发明中的滴灌罐主剖视图；

图3是本发明的滴灌罐使用状态示意图。

图中：101—水源，102—供水泵，103—止回阀A，104—旋流水沙分离器，105—截止阀A，106—1#供水管，107—止回阀B，108—截止阀B，109—Y型过滤器，110—2#供水道，111—施肥器，112—止回阀C，113—叠片过滤器，114—流量计A，115—压力计A，116—供水主管，117—输水干管，118—流量计B，119—流速计，120—干管止通阀，121—压力计B，122—分支管，123—回水止通阀，124—输水支管，125—滴灌罐，126—排气阀，127—回水管，128—PLC控制装置，129—输水毛管，130—滴水钟，131—流量调节阀，201—透气防尘盖，202—排气孔，203—罐体，204—径向进水道，205—密封隔膜，206—止通阀芯，207—径向出水道A，208—阀体，209—过渡水腔，210—压缩弹簧，211—活塞腔，212—径向出水道B，213—滴水分配器，214—进水腔，215—轴向进水道，216—压紧螺母，217—进水管，218—下罐盖，219—螺栓，220—对接耳，221—罐身，222—进水单向阀，223—注水管，224—止水封头，225—盖帽，226—进水孔，227—连接筋，228—吊环，229—关闭浮子。

具体实施方式

参见图1，本发明系统包括有供水泵102连接水源101，供水泵102后接止回阀A103和旋流水沙分离器104，在旋流水沙分离器104之后并接有1#、2#两条供水管106，其中1#供水管106上串装有截止阀A105和止回阀B107，2#供水管上依次串装有截止阀B108、Y型过滤器109、施肥器111、止回阀C112，两条供水管尾端汇集连接供水主管116，供水主管116路中安装有叠片过滤器113、流量计A114、压力计A115，供水主管116之后并接有十八根输水干管117(一般10—20根)，每根输水干管117中装有干管止通阀120，设有回水管127返回水源101，所有输水干管均通过分支管122与回水管127叉接，每根分支管122上装有回水止通阀123；在每根输水干管的末端并接有两条输水支管124(一般为1—3条)，每根输水支管124末端装有排气阀126，且在每条输水支管124上叉接有多个滴灌罐125，每个滴灌罐125上装有滴水分配器，滴水分配器上装三根输水毛管129(一般为1—6根，每根配有流量调节阀131)，每根输水毛管129的末端设有滴水钟130置于一棵农作物的旁边地上或地下根部为农作物补水加肥；配置有PLC控制装置128，控制连接系统中的供水泵102，施肥器111以及截止阀A105、截止阀B108和所有干管止通阀120、回水止通阀123、PLC控制装置128还与压力计A115、流量计A114建立通信连接。

本实施例中在每根输水干管上安装有流量计B118、压力计B121、流速计119，均与PLC控制装置128建立通信连接。

本实施例中设有田间天气、土壤温度湿度检测以及日照、降雨量、风向、风速检测装置均与PLC控制装置128建立通信连接。

本实施例中在水源101中设有水位计、水温计与PLC控制装置128建立通信连接。

本实施例中所述每条输水干管之后并接有两条输水支管124，每条输水支管124上叉接有60—80只滴灌罐125。

本实施例中所述滴灌罐125，具有罐体203，罐体203的顶部设有排气孔202，罐体203的底部开有进水口和出水口，安装有进出水组合阀，特别是：所述进出水组合阀具有阀体208，阀体208内开设有轴向水平依次布置的进水腔214、活塞腔211、过渡水腔209，三腔相互连通，过渡水腔尾端封闭，在进水腔214与活塞腔211结合处装有密封隔膜205隔离两腔，在进水腔214中装有压紧螺母216对密封隔膜205进行压紧定位，且在压紧螺母216中开有贯通的轴向进水道215，外接进水管217，在活塞腔211中装有止通阀芯206，在过渡水腔209中装有压缩弹簧210复位止通阀芯206；在阀体208上还开有径向进水道204、径向出水道A207和径向出水道B212，其中径向进水道204一端与螺母中的轴向进水道215连通，另一端与罐体203的进水口连通，径向出水道A207一端与过渡水腔连通，另一端与罐体203的出水口连通，径向出水道B212一端与活塞腔211连通，另一端外接滴水分配器213，活塞腔211中的止通阀芯206前进时关闭出水道B，后退复位时打开出水道B；在罐体203内装有一注水管223，注水管223下端装有单向进水阀22与进出水组合阀的径向进水道204对接，注水管223上端延伸至罐体203顶部，注水管223顶部设有顶板，顶板上开有中心进水孔226，中心进水孔226中安装有关闭浮子229，关闭浮子229顶面与罐体203顶面有间距，保持关闭浮子229有足够的上浮空间。

本实施例中在罐体203顶部设置有吊环228，并在排气孔202上装有透气防尘盖201；所述罐体203由上部罐身21和下罐盖218对扣组成，罐身221和下罐盖218对接处均设有对接耳220，配有螺栓219连接。

本实施例中在每根输水毛管129上安装有流量调节阀131。

本实施例中所述关闭浮子229包括有一盖帽225和止水封头224，盖帽225位于注水管223的外部，止水封头224位于注水管223内，止水封头224上设有连接筋227穿过注水管223顶部的进水孔226与盖帽225构成连接。

本实施例中所述进出水组合阀中进水腔214内径＞活塞腔211内径＞过渡水腔209内径。

Claims (10)

1.农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，包括有供水泵连接水源，供水泵后接止回阀A和旋流水沙分离器，在旋流水沙分离器之后并接有1#、2#两条供水管，其中1#供水管上串装有截止阀A和止回阀B，2#供水管上依次串装有截止阀B、Y型过滤器、施肥器、止回阀C，两条供水管尾端汇集连接供水主管，供水主管路中安装有叠片过滤器、流量计A、压力计A，供水主管之后并接有若干根输水干管，每根输水干管中装有干管止通阀，设有回水管返回水源，所有输水干管均通过分支管与回水管叉接，每根分支管上装有回水止通阀；在每根输水干管的末端并接有1—3条输水支管，每根输水支管末端装有排气阀，且在每条输水支管上叉接有多个滴灌罐，每个滴灌罐上装有滴水分配器，滴水分配器上装若干输水毛管，每根输水毛管的末端设有滴水钟置于一棵农作物的旁边地上或地下根部为农作物补水加肥；配置有PLC控制装置，控制连接系统中的供水泵，施肥器以及截止阀A、截止阀B和所有干管止通阀、回水止通阀；PLC控制装置还与压力计A、流量计A建立通信连接。

2.根据权利要求1所述的农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，其特征是：在每根输水干管上安装有流量计B、压力计B、流速计，均与PLC控制装置建立通信连接。

3.根据权利要求1所述的农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，其特征是：设有田间天气、土壤温度湿度检测以及日照、降雨量、风向、风速检测装置均与PLC控制装置建立通信连接。

4.根据权利要求1所述的农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，其特征是：在水源中设有水位计、水温计与PLC控制装置建立通信连接。

5.根据权利要求1所述的农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，其特征是：所述每条输水干管之后并接有两条输水支管，每条输水支管上叉接有60—80只滴灌罐。

6.根据权利要求1所述的农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，其特征是：所述滴灌罐，具有罐体，罐体的顶部设有排气孔，罐体的底部开有进水口和出水口，安装有进出水组合阀，其特征是：所述进出水组合阀具有阀体，阀体内开设有轴向水平依次布置的进水腔、活塞腔、过渡水腔，三腔相互连通，过渡水腔尾端封闭，在进水腔与活塞腔结合处装有密封隔膜隔离两腔，在进水腔中装有压紧螺母对密封隔膜进行压紧定位，且在压紧螺母中开有贯通的轴向进水道，外接进水管，在活塞腔中装有止通阀芯，在过渡水腔中装有压缩弹簧复位止通阀芯；在阀体上还开有径向进水道、径向出水道A和径向出水道B，其中径向进水道一端与螺母中的轴向进水道连通，另一端与罐体的进水口连通，径向出水道A一端与过渡水腔连通，另一端与罐体的出水口连通，径向出水道B一端与活塞腔连通，另一端外接滴水分配器，活塞腔中的止通阀芯前进时关闭出水道B，后退复位时打开出水道B；在罐体内装有一注水管，注水管下端装有单向进水阀与进出水组合阀的径向进水道对接，注水管上端延伸至罐体顶部，注水管顶部设有顶板，顶板上开有中心进水孔，中心进水孔中安装有关闭浮子，关闭浮子顶面与罐体顶面有间距，保持关闭浮子有足够的上浮空间。

7.根据权利要求6所述的农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，其特征是：在罐体顶部设置有吊环，并在排气孔上装有透气防尘盖；所述罐体由上部罐身和下罐盖对扣组成，罐身和下罐盖对接处均设有对接耳，配有螺栓连接。

8.根据权利要求6所述的农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，其特征是：在每根输水毛管上安装有流量调节阀。

9.根据权利要求6所述的农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，其特征是：所述关闭浮子包括有一盖帽和止水封头，盖帽位于注水管的外部，止水封头位于注水管内，止水封头上设有连接筋穿过注水管顶部的进水孔与盖帽构成连接。

10.根据权利要求6所述的农业节水脉动式智能滴灌罐微灌系统，其特征是：所述进出水组合阀中进水腔内径＞活塞腔内径＞过渡水腔内径。