CN106186384B - 自压吸气增氧放水管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及自压吸气增氧放水管，包括进水段（2）、收缩段（3）、喉管（4）、掺气增氧段（10）和弯头（9），所述弯头（9）连接在掺气增氧段（10）尾端，所述喉管（4）靠近弯头（3）的一端上部开设有一纵截面为弧形的吸气腔（7）；所述吸气腔（7）的横截面积由外向内逐渐减小，吸气腔（7）底部的开口朝向喷口（10）一侧，吸气腔（7）上部连接一进气管（6），所述弯头（9）内固定有振动片（8），在水流冲击下，振动片（8）产生高频振动，将空气泡击碎，形成微小气泡溶解于水体中，实现增氧。该自压吸气增氧放水管运行维护方便、造价低廉，可稳定、持续地增加水中的含氧量，具有广阔的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及现代农业技术领域，具体涉及一种可增加灌溉供水或养殖供水中氧含量的自压吸气增氧放水管。
背景技术
研究证明，灌溉水中氧含量的增加，可以活化根系区微生物活动以及矿物质转化、促进不定根的生长、水分与养分吸收，起到节水、增产、减少面源污染及防止土壤盐碱化的作用。养殖供水中增加氧含量，可以促进养殖生物生长发育、降解水体中COD等有害物、净化水环境，提高养殖效益。
农业种植中，作物根系的发育需要有足够的氧气供给，国内外对作物生长的土壤通气性方面的研究已有不少成果，研究表明，不管是机械增氧，还是化学增氧，对作物的根系、产量、品质等各项指标均明显优于对照组。近年来，农田加氧灌溉引起了众多农业专家的关注。从开展增氧灌溉的试验成果来看，增氧灌溉不仅能激化作物根系深扎，增加根系活力，促进根的生长，而且能促进微生物活动，提高土壤有效肥力，促进作物根系的有氧呼吸，提高土壤氧化还原电位，有效提高作物根系从土壤中吸收水分与营养元素，这样就可以保证根系花后吸肥能力。
中国发明专利说明书CN104874313B公开了一种水力组合超声波微泡发生装置与系统，如图5及图6所示，该微泡发生装置由进水管道4、收缩段5、喉管6、微泡发生腔10构成，喉管6外围设置有进气孔7，微泡发生腔10内设置有簧片哨8，所述簧片哨8正对所述喉管6设置，从进水管道4进入的水流通过收缩段5经过喉管6产生高速水流，在负压的作用下，空气被从进气孔7处吸入微泡发生装置内，喉管6对准簧片哨8进行高速水流冲击，产生超声波，微小气泡在超声波的作用下被进一步碎化，在微泡发生腔10内形成微泡。
该发明结构简单，利用文丘里管产生的负压实现自然吸气，无需外加增氧动力系统。但是该装置进气孔7为直通式，4个进气孔7垂直喉管6设置，4个进气孔7依次相隔90°分布，具体如图6所示，这样进气孔7处截面面积要远大于喉管6原始截面积，相当于在进气孔7处形成了一扩散段，液体流速下降，导致形成的负压过小，外界空气难以被高效被吸入微泡发生装置，降低增氧效果，甚至使水流通过进气孔7溢出，这样气体无法被稳定、持续地吸入。此外，从图6容易看出，所述喉管6截面为矩形，容易推知，喉管6外围不同位置处液体流速不一样，各位置应力分布不均匀，部分位置容易出现应力集中的问题，这对管材的应力承受能力提出了更高的要求，而且方形管内摩擦阻力较大，不符合流体力学原理，喉管6内压头损失较大，不利于气体的吸入。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服上述背景技术中提到的不足，提供一种可稳定、持续提高水中含氧量，且造价低廉、安装及运行维护方便、可广泛应用于田间地头、市场前景好的自压吸气增氧放水管。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种自压吸气增氧放水管，包括进水段、收缩段、喉管、掺气增氧段和弯头，所述弯头连接在掺气增氧段尾端，所述喉管靠近掺气增氧段的一端上部开设有一纵截面为弧形的吸气腔，其横截面积由外向内逐渐减小，所述吸气腔底部的开口朝向掺气增氧段一侧，吸气腔上部连接一进气管，所述弯头内固定有振动片，振动片在高速水流冲击下，产生高频振动，将掺入水流中的空气泡击碎，形成微小气泡包含在水体中。
采用这样的吸气装置，吸气腔的纵截面为弧形，其横截面积由外向内逐渐减小，这样进气管、吸气腔和喉管构成了一微型文丘里管，吸气腔相当于文丘里管的收缩段，吸气腔与喉管的交界部位相当于文丘里管的扩散段，气流通过进气管经过吸气腔时，在吸气腔内形成负压，从而进一步提高空气的吸入效率。这样在喉管和吸气腔内双重负压的协同作用下，空气被高效地吸入该增氧放水管中。同时，可以防止水流通过喉管经过吸气腔开口处时，管道横截面积突然变大，水流从吸气腔和进气管溢出，保证空气的稳定、持续吸入。
进一步地，所述进水段与喉管的内径比为3:2～2:1，优选的内径比为2:1。这样可以在喉管内形成足够大负压的同时，防止由于喉管内径过小，导致喉管内压头损失过大，降低气体吸入效率和液体输送效率。
进一步地，所述收缩段的内径沿水流方向逐渐减小，其长度为进水段内径的0.8～1.2倍。
进一步地，所述吸气腔的底部与水平面的夹角α为12～18°，优选的夹角α为15°。
进一步地，所述掺气增氧段的长度为喉管内径的1.8～2.5倍，掺气增氧段的右侧尾端边缘与振动片左侧边缘的距离为喉管内径的1.6～2.4倍，保持合适的距离，可以使空气泡与水充分预混均匀，同时保证水流在到达振动片位置时，依然具有足够的冲击力，使振动片产生高频振动，进一步击碎气泡。
进一步地，所述进气管的高度为喉管内径的1～1.4倍，进气管的内径为喉管内径的0.6～1倍，优选的高度为喉管内径的1.2倍，优选的内径为喉管内径的0.8倍；进气管的上端设置有一盖子，该盖子可以拧紧或打开，可以根据需要开启或关闭，需要增加水体中氧含量时，打开盖子输水即可；无需增氧时，拧紧盖子输水即可。
进一步地，所述弯头的内径为为喉管内径的1.5～2倍。
进一步地，所述振动片设置在弯头的弯曲部位，将振动片的宽度设计为喉管内径的0.8～1.2倍，厚度设计为1～1.2mm。
进一步地，所述振动片为并列设置的两块不锈钢片，不锈钢片沿弯头的竖向轴线对称分布，两块不锈钢片之间间隔h为喉管内径的0.7～0.9倍，振动片的宽度方向与水流方向平行，以避免对水流造成过大阻力，且振动片从弯头的上侧内壁向下垂直延伸。
综上所述，本发明的自压吸气增氧放水管结构合理，无需外加增氧动力系统就能实现在水体中自然增氧，使用本发明的自压吸气增氧放水管进行农田灌溉增氧或者养殖供水增氧时，只需在原有压力水管的末端对接一段该自压吸气增氧放水管，成本更为低廉，使用、维护起来也更为方便。因此，本发明的自压吸气增氧放水管具有广阔的市场前景。另外，本发明独特的进气装置设计，利用文丘里管原理在吸气腔和喉管内产生双重负压，可大大提高吸气效率，同时防止水通过吸气装置溢出，使得气体可以被稳定、持续地吸入。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的自压吸气增氧放水管的结构示意图。
图2是反映图1所示自压吸气增氧放水管中沿A-A线的剖视结构示意图。
图3是图1中I部分的局部放大图。
图4是反映图1所示自压吸气增氧放水管中沿B-B线的剖视结构示意图。
图5是现有技术水力组合超声波微泡发生装置示意图。
图6是反映图5所示现有技术微泡发生装置中沿A-A线的喉管剖面图。
具体实施方式
下面结合图1至图4对本发明第一种实施方式自压吸气增氧放水管的具体结构作详细说明。
在图1至图4中示出的本发明第一种实施方式的自压吸气增氧放水管包括进水段2、收缩段3、喉管4、掺气增氧段10和弯头9，进水段2前端设有用于连接高压水管的螺口1；收缩段3的内径沿水流方向逐渐减小，其长度与喉管4内径相同；喉管4靠近掺气增氧段10的一端上部开设有一纵截面为弧形的吸气腔7，吸气腔7上部连接一进气管6。水流从进水段2经过收缩段3流入喉管4，管径变小，水流速度变大，喉管4内壁与高速水流交界处形成负压，在负压作用下空气被从吸气腔7内吸入在水流中形成空气泡。吸气腔7的横截面积由外向内逐渐减小，吸气腔7的底部开口朝向掺气增氧段10的一侧，吸气腔7的底部与水平面的夹角α为15°。吸气腔7横截面积的减小，随着吸气腔7内空气被不断带走，吸气腔7内也会形成负压，这样，在吸气腔7和喉管4内双重负压的协同作用下，水流难以从进气装置溢出，空气被稳定、持续地吸入增氧放水管内。弯头9通过螺口连接在掺气增氧段10尾端，弯头9内固定有振动片8，水流从掺气增氧段10尾端喷出，高速撞击振动片8，使得振动片8发生高频振动，将掺入水流中的空气泡击碎，形成大量微小气泡包含在水体中，实现增氧。微小气泡在水体中的停留时间长，同时，微小气泡数量多、比表面积大，加速氧在水中的溶解，从而大大提高水体中的氧含量。
如图2所示，本实施方式中，振动片8为并列设置的两块不锈钢片，不锈钢片沿弯头9的竖向轴线对称分布，两块不锈钢片之间间隔h为喉管4内径的0.8倍，振动片8的宽度方向与水流方向一致，振动片8设置在弯头9弯曲部位，且振动片8从弯头9的上侧内壁向下垂直延伸。
其中，不锈钢片的宽度为喉管内径的0.8倍，厚度为1mm，；弯头9的内径为喉管4内径的2倍；掺气增氧段10的长度为喉管4内径的2倍，掺气增氧段10的右侧边缘与振动片8左侧边缘的距离为喉管内径的2倍，如图1和图4所示，本实施方式中，收缩段3的纵截面呈弧形，其内径沿水流方向逐渐减小，收缩段3的长度为进水段2内径的1倍，这样避免给水流造成过大的阻力。进水段2与喉管4的内径比为2:1。进气管6的高度为喉管4内径的1.2倍，其内径为喉管4内径的0.8倍，进气管6上端设有一盖子5，可以根据需要开启或关闭。
为验证增氧管的增氧效果，申请人选择本实施方式配置的增氧管，在湖南省某水稻种植区，将其接在高压水管的出水端，通过控制其前端高压水管的阀门开度，检测了不同阀门开度下该增氧管出口水流含氧量。检测时间为2016年7月18日，检测用仪器采用美国哈希公司生产的HQ40d便携式多参数水质分析仪。具体检测检测方法为，通过控制放水管前端阀门开度，检测其不同阀门开度下增氧管出口水流含氧量，设置了5挡阀门开度。
不同阀门开度下水流含氧量的实测结果如表1所示，结果显示，当阀门开度较小时，由于受阀门控制，进入增氧管的水流流量很小，增氧管进口段为无压状态，此时进入文丘里喉管段水流未产生“文丘里效应”，增氧管出口水体为没有增氧的“原状”水。当阀门开度增大到一定程度，使得进入增氧管水流为有压状态，文丘里效应产生，增氧管发生作用，其出口水体为掺气后的“增氧水”。分别检测不同阀门开度的水流含氧量，即可评定本发明的自压吸气增氧管的增氧效果。
表1增氧管增氧效果实测表
上表充分表明增氧管具有明显的增氧效果。当阀门开度少于60°时，管道内因流量受控而致压力不足，未达到自然吸气条件，出口水流为管道内未经掺气的“原状”水体，其含氧量为7.2mg·L-1左右。当阀门由60°开至90°，随着阀门开度增加，流量增大，管内压力增大，流速加快，管道内自然吸气条件逐步形成，管内水流参气量也逐步增加，故出口水体含氧量随阀门开度增加而增加，至全开时达到最高8.06mg·L-1，相比“原状”水体中氧含量(7.2mg·L-1)，水体中氧含量增加了12％。此外，当放水阀门全开时，用手掌接近进气口，会感觉一股很强的吸力，手掌盖住进气口时，会感觉手掌被吸住而有疼痛感，说明管道放水时管内吸气腔有持续而稳定的负压(吸气能力)。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其他形式的限制，任何熟悉本领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其他领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍然属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (8)
1.一种自压吸气增氧放水管，包括进水段（2）、收缩段（3）、喉管（4）、掺气增氧段（10）和弯头（9），所述弯头（9）连接在掺气增氧段（10）尾端，其特征在于，所述喉管（4）靠近掺气增氧段（10）的一端上部开设有一纵截面为弧形的吸气腔（7）；所述吸气腔（7）的横截面积由外向内逐渐减小，吸气腔（7）底部的开口朝向掺气增氧段（10）一侧，吸气腔（7）上部连接一进气管（6）；所述吸气腔的底部与水平面的夹角α为15~18°；所述弯头（9）内固定有振动片（8），振动片（8）在水流冲击下，产生高频振动，将空气泡击碎形成微小气泡。
2.根据权利要求1所述的自压吸气增氧放水管，其特征在于，所述进水段（2）与喉管（4）的内径比为3:2~2:1。
3.根据权利要求1所述的自压吸气增氧放水管，其特征在于，所述收缩段（3）的内径沿水流方向逐渐减小，其长度为进水段（2）内径的0.8~1.2倍。
4.根据权利要求1所述的自压吸气增氧放水管，其特征在于，所述掺气增氧段（10）的长度为喉管（4）内径的1.8~2.5倍，掺气增氧段（10）的右侧尾端边缘与振动片（8）左侧边缘的距离为喉管（4）内径的1.6~2.4倍。
5.根据权利要求1所述的自压吸气增氧放水管，其特征在于，所述进气管（6）的高度为喉管（4）内径的1~1.4倍，其内径为喉管（4）内径的0.6~1倍。
6.根据权利要求1所述的自压吸气增氧放水管，其特征在于，所述弯头（9）的内径为为喉管（4）内径的1.5~2倍。
7.根据权利要求1所述的自压吸气增氧放水管，其特征在于，所述振动片（8）设置在弯头（9）弯曲部位，振动片（8）的宽度为喉管（4）内径的0.8~1.2倍，振动片（8）的厚度为1~1.2mm。
8.根据权利要求1所述的自压吸气增氧放水管，其特征在于，所述振动片（8）为并列设置的两块不锈钢片，不锈钢片沿弯头（9）的竖向轴线对称分布，两块不锈钢片之间间隔h为喉管（4）内径的0.7~0.9倍，振动片（8）的宽度方向与水流方向平行，且振动片（8）从弯头（9）的上侧内壁向下垂直延伸。
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