CN107493789A - 一种射流曝气氧灌系统 - Google Patents
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Abstract
一种射流曝气氧罐系统，该系统包括循环曝气装置，承压水箱、储水箱和控制器，储水箱与承压水箱连通，所述循环曝气装置与承压水箱连通，循环曝气装置由制氧机、氧气扩散器及空气射流器构成，所述制氧机、氧气扩散器均与控制器连接。相对于现有技术，本发明通过文丘里空气射流器装置和氧气扩散器的组合二次曝气，提高曝气水富氧性能，保证了制备的水气混合体在长距离输水过程中也能保持稳定的溶解氧水平，实现了加氧灌溉在漫灌、畦灌和沟灌等地面灌溉领域的应用，通过不同阀门开关的设置，该系统还可以实现不加氧的水肥耦合灌溉、单次曝气合多次曝气的加氧水肥气耦合灌溉功能。
Description
技术领域
本发明涉及农业灌溉领域，具体而言，涉及一种射流曝气氧灌系统。
背景技术
随着现代农业的发展，节水灌溉技术不断得到推广，当前水资源利用效率在不断提高，在这种背景下，水肥耦合逐渐发展为水肥气耦合，以提高作物生理活性，从而进一步提高作物对水肥利用效率，目前的水肥气一体化装置的研究主要集中在地下滴灌的增氧上，在地表灌溉增氧方面的装置几乎为空白，主要受制于增氧效率方面；此外，目前的水肥气一体化装置主要集中于增氧功能方面的设计，对其自动化水平方面较少涉及。
随着研究水平的提高，增氧灌溉技术不断发展，能源系统、增压系统、曝气装置的改进，为多种增氧灌溉装置的组合进一步提高曝气效率提供了可能，同时，智能控制技术的发展为水肥一体化灌溉提供了可能。
综上，一方面，地面增氧灌溉系统受制于传统增氧装置增氧效率和自动化技术的影响，地面增氧灌溉水肥气一体化装置的研发进展缓慢，另一方面，最新增氧技术的发展为地面水肥一体化灌溉系统的研发提供了可能。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续、高效、智能的不仅适用于地下滴灌，更加适用于地面灌的曝气氧灌装置，以解决增氧不连续、增氧效果差和自动化水平低等问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案具体为：
一种射流曝气氧罐系统，该系统包括循环曝气装置，承压水箱、储水箱和控制器，储水箱与承压水箱连通，所述循环曝气装置与承压水箱连通，循环曝气装置由制氧机、氧气扩散器及空气射流器构成，氧气扩散器的进口和出口分别与空气射流器和承压水箱连通，空气射流器的右侧进口通过增压泵Ⅰ与承压水箱连通，制氧机与空气射流器连通，所述制氧机、氧气扩散器和增压泵Ⅰ均与控制器连接。
储水箱位于承压水箱下方并通过水箱导水阀门与之连通，所述导水阀门与控制器连接。
空气射流器是文丘里空气射流器，文丘里空气射流器进出水口之间设有流量阀，文丘里空气射流器、流量阀均与控制器连接。
制氧机为PSA制氧机，PSA制氧机依次通过串联的气体压缩机、转子流量计，最后通过单向阀Ⅱ与文丘里空气射流器的吸气口连通，文丘里空气射流器右侧与增压泵Ⅰ连通，增压泵Ⅰ连通水源，左侧依次通过氧气扩散器、入水电磁阀与承压水箱连通，所述气体压缩机、入水电磁阀均与控制器连接。
转子流量计与气体压缩机之间设有压力表Ⅰ，在转子流量计与单向阀Ⅱ之间设有压力表Ⅱ，文丘空气射流器与增压泵Ⅰ之间设有压力表Ⅴ，文丘空气射流器与氧气扩散器之间设有压力表Ⅵ，在氧气扩散器与入水电磁阀之间设有压力表Ⅰ，所述压力表均与控制器连接。
所述承压水箱顶部设有压力安全阀、压力表和压力控制器，承压水箱左侧设有DO传感器和温度变送器，承压水箱内部设有水位传感器Ⅰ和导流隔板，水位传感器Ⅰ设有高、中、低水位，所述安全阀、压力表、压力控制器、DO传感器、温度变送器和水位传感器Ⅰ均与控制器连接。
所述储水箱内部设有水位传感器Ⅱ，储水箱通过左侧下部的出水电磁阀与增压泵Ⅱ连接，增压泵Ⅱ连接田间供水系统，水位传感器Ⅱ高、低水位，所述水位传感器Ⅱ、出水电磁阀和增压泵Ⅱ均与控制器连接。
增压泵Ⅰ出水端与氧气扩散器连通，进水端连接有施肥器和灌溉水源，在增压泵Ⅰ和施肥器设有循环曝气供水控制水阀，同时增压泵Ⅰ的进水端通过单向阀与承压水箱连通，并且连通的位置介于承压水箱内水位传感器Ⅰ的高低水位之间，所述施肥器、循环曝气供水控制水阀均与控制器连接。
施肥器通过承压水箱供水控制水阀与入水电磁阀连通，并且连接位置位于入水电磁阀与压力表之间，入水电磁阀与承压水箱连通的位置低于承压水箱内水位传感器Ⅰ的低水位，所述的施肥器通过田间供水控制水阀与田间供水系统相连接，所述承压水箱供水控制水阀、田间供水控制水阀与控制器连接。
控制器包括中央处理器和自动化控制面板，自动化控制面板包括触摸屏、自动指示灯、手动指示灯、电源指示灯、急停开关、电源开关和气泵开关。
相对于现有技术，本发明的技术效果为，通过文丘里空气射流器装置和氧气扩散器的组合二次曝气，提高曝气水富氧性能，保证了制备的水气混合体在长距离输水过程中也能保持稳定的溶解氧水平，实现了加氧灌溉在漫灌、畦灌和沟灌等地面灌溉领域的应用。通过不同阀门开关的设置，该系统还可以实现不加氧的水肥耦合灌溉、单次曝气合多次曝气的加氧水肥气耦合灌溉功能。同时与自动化控制系统结合，实现了制水-灌溉的监测、操控的智能化。
附图说明
图1是本发明制水罐的结构示意图。
图2是本发明自动化控制面板的结构示意图。
图中箭头表示水流流向。
附图1中：1施肥器、2田间供水控制水阀、3循环曝气供水控制水阀、4增压泵Ⅰ、5流量阀、6氧气扩散器、7压力表Ⅰ、8承压水箱供水控制水阀、9入水电磁阀、10压力安全阀、11压力表Ⅱ、12压力控制器、13 DO传感器、14温度变送器、15承压水箱、16储水箱、17导流隔板、18水箱导水阀门、19水位传感器Ⅰ、20水位传感器Ⅱ、21单向阀Ⅰ、22 PSA制氧机、23气体压缩机、24压力表Ⅲ、25转子流量计、26压力表Ⅳ、27单向阀Ⅱ、28文丘里空气射流器、29压力表Ⅴ、30压力表Ⅵ、31出水电磁阀、32增压泵Ⅱ、33田间供水系统。
附图2中：34触摸屏、35自动指示灯、36手动指示灯、37电源指示灯、38急停开关、39电源开关、40气泵开关。
具体实施方式
为了更好地理解与实施，下面结合附图详细说明本发明。
一种射流曝气氧罐系统，该系统包括循环曝气装置，承压水箱15和储水箱16和控制器。
如图1所示，储水箱16位于承压水箱15下方，二者之间密封隔断并通过水箱导水阀门18连通，所述循环曝气装置与承压水箱15连通，向承压水箱15不断提供增氧水，循环曝气装置包括PSA制氧机22，PSA制氧机22依次串联有气体压缩机23、转子流量计25，最后通过单向阀Ⅱ27与文丘里空气射流器28的吸气口连通，转子流量计25与气体压缩机23之间设有压力表Ⅰ24，在转子流量计25与文丘空气射流器28之间设有压力表Ⅱ26，所述的导水阀门18、PSA制氧机22、体压缩机23、压力表Ⅰ24、压力表Ⅱ26、文丘里空气射流器28均与控制器连接。
循环曝气装置通过PSA制氧机22、气体压缩机23提供高纯氧气，高速纯氧气流在文丘里管28中与水流相混掺实现水气融合实现第一次曝气，后通过氧气扩散器6完成第二次曝气进入到承压水箱15中，如此往复经过多次增压曝气，直至承压水箱15中的水气混合体溶解氧达到超饱和状态。其中PSA制氧机22、气体压缩机23、压力表Ⅲ24、转子流量计25、压力表Ⅳ26、单向阀Ⅱ27、文丘里空气射流器28构成一次增氧系统，一次增氧系统与承压水箱15连通形成的循环增氧水回路构成多次循环增氧系统，入水电磁阀9控制增氧系统水循环。
文丘空气射流器28右侧与增压泵Ⅰ4连通，文丘空气射流器28与增压泵Ⅰ4之间设有压力表Ⅴ29，左侧依次通过氧气扩散器6、入水电磁阀9与承压水箱15连通，文丘空气射流器28与氧气扩散器6之间设有压力表Ⅵ30，所述增压泵Ⅰ4、压力表Ⅴ29、氧气扩散器6、入水电磁阀9、压力表Ⅵ30均与控制器连接。
文丘里空气射流器28进出水口之间设有流量阀5，增压泵Ⅰ4出水端分为两路，其中一支管路上串联文丘空气射流器28、压力表Ⅴ29与压力表Ⅵ30，另一支管路上连接流量阀5，两支管路在氧气扩散器6下方汇合后与氧气扩散器6连通，所述流量阀5、压力表Ⅵ30均与控制器连接。
氧气扩散器6是由多孔材料组成的，表面布满气孔，微孔孔径介于0.15-20μm,孔隙度介于36%～60%。
承压水箱15顶部设有压力安全阀10、压力表11和压力控制器12，承压水箱15左侧设有DO传感器13和温度变送器14，承压水箱15内部设有水位传感器Ⅰ19和导流隔板17，导流隔板17的作用是避免微纳米气泡垂直上升，从而增加水气混合的距离，15承压水箱中的DO传感器13用于监测水中的溶解氧值，达到设定溶氧值之前，通过开启循环曝气装置来增加含氧量，所述压力安全阀10、压力表11、压力控制器12 、DO传感器13、温度变送器14、水位传感器Ⅰ19均与控制器连接。
承压水箱15中的水位传感器Ⅰ19感应高、中、低水位，，其中高水位距离承压水箱15顶端不小于20cm，高水位、低水位之间的距离不小于25cm，高水位时开启水箱导水阀门18将增氧水补充至储水箱16中，低水位时开启田间供水控制水阀2、承压水箱供水控制水阀8、入水电磁阀9对承压水箱15补水，承压水箱供水控制水阀8控制承压水箱是否进水，压力控制器12控制承压水箱15中的气压，所述田间供水控制水阀2、承压水箱供水控制水阀8均与控制器连接。
增压泵Ⅰ4出水端与氧气扩散器6连通，进水端连接有施肥器1和灌溉水源，施肥器1直接向进水管路水流中加肥，在增压泵Ⅰ4和施肥器1之间设有循环曝气供水控制水阀3，同时增压泵Ⅰ4的进水端通过单向阀21与承压水箱15连通，并且连通的位置介于承压水箱15内水位传感器Ⅰ19的高低水位之间，所述施肥器1、循环曝气供水控制水阀3均与控制器连接。
入水电磁阀9与承压水箱15连通的位置低于承压水箱15内水位传感器Ⅰ19的低水位，在氧气扩散器6与入水电磁阀9之间设有压力表Ⅰ7，施肥器1通过承压水箱供水控制水阀8与入水电磁阀9连通，并且连接位置位于入水电磁阀9与压力表7之间，施肥器1通过田间供水控制水阀2与田间供水系统33相连接，所述压力表Ⅰ7与控制器连接。
所述储水箱16内部设有水位传感器Ⅱ20，储水箱16通过出水电磁阀31与增压泵Ⅱ32连接，增压泵Ⅱ32连接田间供水系统33，储水箱16中的水位传感器Ⅱ20感应高、低水位两个控制水位，，其中高水位距离储水箱16顶端不小于20cm，高水位、低水位之间的距离不小于25cm，低水时开启水箱导水阀门18补水，高水位时开启出水电磁阀31，由增压泵Ⅱ32向田间供水系统33供水，所述出水电磁阀31、增压泵Ⅱ32均与控制器连接。
田间供水系统33可以是沟、畦、垄或者是滴灌、喷灌的管道系统，如果是沟、畦、垄，则增压泵的输水软管直接放在沟、畦、垄之上，如果是滴灌、喷灌的管道系统，则增压泵Ⅱ32的输水软管直接与之相通连接。
田间供水控制水阀2、循环曝气供水控制水阀3和承压水箱供水控制水阀8控制是否向增氧系统补充原水。
当关闭承压水箱供水控制水阀8和循环曝气供水控制水阀3并且不启动循环曝气装置时，打开田间供水控制水阀2正常供水、供肥时可实现常规的水肥耦合灌溉功能.
当关闭田间供水控制水阀2、入水电磁阀9并且启动循环曝气装置时，打开循环曝气供水控制水阀3正常供水、供肥时可实现单次曝气的加氧灌溉功能。
但关闭田间供水控制水阀2、承压水箱供水控制水阀8并且启动循环曝气装置时，正常供水、供肥时可实现循环曝气的加氧灌溉功能。
控制器包括中央处理器与自动化控制面板，自动化控制面板包括触摸屏34、自动指示灯35、手动指示灯36、电源指示灯37、急停开关38、电源开关39和气泵开关40。
自动化控制面板主要由触摸屏、指示灯、蜂鸣器、开关组成，用于控制射流曝气氧灌装置的自动化，其中，触摸屏34为人机交互界面，用于显示和读取流量、时间、压力、温度、水位等数据。指示灯包括自动指示灯35、手动指示灯36、电源指示灯37，当自动状态灯35亮时表明处于自动控制状态，当手动指示灯36亮时，表明处于手动操作状态，当电源指示灯,37亮时，表明总电源开启，否则为关闭状态。急停开关38用于发生故障时手动紧急停止，电源开关,39和气泵开关40用于控制系统总电源和气泵电源。
本发明所叙述的一种射流曝气氧灌系统，其步骤如下：
将施肥器连接进水端和水源，将储水箱出水端、施肥器和田间供水系统连通，当控制器接收到承压水箱中的水位时，将自动开启入水电磁阀补充承压水箱水量，到达高水位时，自动关闭入水电磁阀，开启循环曝气装置和增压泵Ⅰ，进行曝气水增氧，在承压水箱对储水箱补水过程中，承压水箱水位降低，控制器将再次进行自动补水和循环曝气，以连续不断地提供增氧水，另外，当控制器接收到承压水箱中的溶解氧值低于设定值的信号时，也会自动开启循环曝气装置，增加含氧量，如此，承压水箱源源不断地为储水箱提供高质量的含氧水，并通过控制器控制向田间供水，控制器实现上述过程的监控和操作。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种射流曝气氧罐系统，其特征在于：该系统包括循环曝气装置，承压水箱（15）、储水箱（16）和控制器，储水箱（16）与承压水箱（15）连通，所述循环曝气装置与承压水箱（15）连通，循环曝气装置由制氧机、氧气扩散器（6）及空气射流器构成，氧气扩散器（6）的进口和出口分别与空气射流器和承压水箱（15）连通，空气射流器的右侧进口通过增压泵Ⅰ（4）与承压水箱（15）连通，制氧机与空气射流器连通，所述制氧机、氧气扩散器（6）和增压泵Ⅰ（4）均与控制器连接。
2.如权利要求1所述的射流曝气氧罐系统，其特征在于：储水箱（16）位于承压水箱（15）下方并通过水箱导水阀门（18）与之连通，所述导水阀门（18）与控制器连接。
3.如权利要求1所述的射流曝气氧罐系统，其特征在于：空气射流器是文丘里空气射流器（28），文丘里空气射流器（28）进出水口之间设有流量阀（5），文丘里空气射流器（28）、流量阀（5）均与控制器连接。
4.如权利要求1所述的射流曝气氧罐系统，其特征在于：制氧机为PSA制氧机（22），PSA制氧机（22）依次通过串联的气体压缩机（23）、转子流量计（25），最后通过单向阀Ⅱ（27）与文丘里空气射流器（28）的吸气口连通，文丘里空气射流器（28）右侧与增压泵Ⅰ（4）连通，增压泵Ⅰ（4）连通水源，左侧依次通过氧气扩散器（6）、入水电磁阀（9）与承压水箱（15）连通，所述气体压缩机（23）、入水电磁阀（9）均与控制器连接。
5.如权利要求4所述的射流曝气氧罐系统，其特征在于：转子流量计（25）与气体压缩机（23）之间设有压力表Ⅰ（24），在转子流量计（25）与单向阀Ⅱ（27）之间设有压力表Ⅱ（26），文丘空气射流器（28）与增压泵Ⅰ（4）之间设有压力表Ⅴ（29），文丘空气射流器（28）与氧气扩散器（6）之间设有压力表Ⅵ（30），在氧气扩散器（6）与入水电磁阀（9）之间设有压力表Ⅰ（7），所述压力表均与控制器连接。
6.如权利要求1所述的射流曝气氧罐系统，其特征在于：所述承压水箱（15）顶部设有压力安全阀（10）、压力表（11）和压力控制器（12），承压水箱（15）左侧设有DO传感器（13）和温度变送器（14），承压水箱（15）内部设有水位传感器Ⅰ（19）和导流隔板（17），水位传感器Ⅰ（19）设有高、中、低水位，所述安全阀（10）、压力表（11）、压力控制器（12）、DO传感器（13）、温度变送器（14）和水位传感器Ⅰ（19）均与控制器连接。
7.如权利要求1所述的射流曝气氧罐系统，其特征在于：所述储水箱（16）内部设有水位传感器Ⅱ（20），储水箱（16）通过左侧下部的出水电磁阀（31）与增压泵Ⅱ（32）连接，增压泵Ⅱ（32）连接田间供水系统（33），水位传感器Ⅱ（20）高、低水位，所述水位传感器Ⅱ（20）、出水电磁阀（31）和增压泵Ⅱ（32）均与控制器连接。
8.如权利要求1所述的射流曝气氧罐系统，其特征在于：增压泵Ⅰ（4）出水端与氧气扩散器（6）连通，进水端连接有施肥器（1）和灌溉水源，在增压泵Ⅰ（4）和施肥器（1）设有循环曝气供水控制水阀（3），同时增压泵Ⅰ（4）的进水端通过单向阀（21）与承压水箱（15）连通，并且连通的位置介于承压水箱（15）内水位传感器Ⅰ（19）的高低水位之间，所述施肥器（1）、循环曝气供水控制水阀（3）均与控制器连接。
9.如权利要求8所述的射流曝气氧罐系统，其特征在于：施肥器（1）通过承压水箱供水控制水阀（8）与入水电磁阀（9）连通，并且连接位置位于入水电磁阀（9）与压力表（7）之间，入水电磁阀（9）与承压水箱（15）连通的位置低于承压水箱（15）内水位传感器Ⅰ（19）的低水位，所述的施肥器（1）通过田间供水控制水阀（2）与田间供水系统（33）相连接，所述承压水箱供水控制水阀（8）、田间供水控制水阀（2）与控制器连接。
10.如权利要求1所述的射流曝气氧罐系统，其特征在于：控制器包括中央处理器和自动化控制面板，自动化控制面板包括触摸屏（34）、自动指示灯（35）、手动指示灯（36）、电源指示灯（37）、急停开关（38）、电源开关（39）和气泵开关（40）。
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