CN109197095A - 一种水动换向阀控制施肥系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水动换向阀控制施肥系统，主管道与水动三向阀的两侧端口连接，水动三向阀的下端口与施肥罐进水管连接，施肥罐侧壁上设有竖向通道，该竖向通道内设有电导率检测传感器模块，水动三向阀下游的主管道上设有换向三通，换向三通与施肥罐出肥管连接，水动三向阀的阀体上设有与水动三向阀隔膜下腔相通的气动接头，该气动接头通过管道及换向控制电磁阀与水动三向阀上游的主管道连接。本发明控制简单、集成度高且容易监测，有效实现了压差施肥过程的精准控制，具有较好的推广应用价值。

Description

一种水动换向阀控制施肥系统

技术领域

本发明属于节水灌溉施肥技术领域，具体涉及一种水动换向阀控制施肥系统。

背景技术

水肥一体化技术是一种高效节水灌溉施肥技术，对提高我国水肥资源利用率、降低劳动力强度和劳动力成本、缓解我国水资源短缺、降低废料带来的农业面源污染等具有重要意义。目前滴灌常用的施肥装置有压差式施肥罐、文丘里施肥器和注肥泵，近几年针对大面积种植，借鉴国外先进技术开发的水肥一体机系统，也比较受市场欢迎。以上施肥技术中，文丘里施肥器和压差式施肥罐结构简单，成本低廉，操作容易，是现在国内应用最普遍的滴灌施肥装置；而后两种施肥技术价格相对昂贵，但是施肥精度更高、更易于实现自动化控制。

施肥罐是通过压差来施肥的，将主管道球阀或闸阀调节到合适位置，球阀前后压力不一样，球阀前边压力比球阀后边压力大，形成的压力差将肥料从施肥罐压到管道中完成施肥过程。施肥罐必须是密封的，施肥罐内部有一根插管，插管用于进水将施肥罐内的肥料搅匀，然后通过施肥罐另一端将肥料压到管道中。所以，施肥肥液浓度随时间不断衰减是压差施肥的最主要特征。

实际应用中，针对某个轮罐区，通常是先灌溉一定时间后，再打开施肥通道开始施肥，施肥结束后，再关闭施肥通道，主管道调节阀全开，再灌溉一定时间，从而将管道中残留的肥料冲洗干净后，再关闭施肥通道即完成一个灌溉施肥周期。因为灌溉时间通常多于施肥时间，不施肥时截止阀要全开，因此，灌溉施肥过程中，要频繁的启闭、调整几个阀门，才能正常运行。经常性地调节阀门可能会导致每次施肥的压力差不一致（特别当压力表量程太大时，判断不够准确），从而使施肥时间把握不够准确。同时，通过压差施肥罐的工作原理，可以看出施肥罐是一种肥料溶液浓度不断衰减的密封的施肥装置，无法直观地观察施肥过程是否已经结束，通常只能通过灌溉经验或试验公式大致评估，这使得压差施肥的自动化程度较低，无法实现施肥的自动化和智能化。专利号为ZL 201410184998.5的专利对压差施肥罐实现自动化控制进行了探索，其方案是在主管道和施肥管道上增加了较多电磁阀和电导率检测传感器，虽然能够达到控制要求，但是具体实施应用过程中，存在成本较高、连接复杂及控制逻辑繁琐等问题，难以真正推广应用。

传统压差施肥罐安装形式为：主要由主管道截止阀和施肥罐进出管道控制阀组成，使用时，需要手动调整好各个阀门的开度，协调好主管道和施肥旁路管道流量，才能完成吸肥过程。吸肥一定时间后，人为根据经验确定施肥罐内已经没有肥料残留后，再完全打开主管道阀门，完成施肥过程。但是，压差施肥罐由于肥料是否吸完、何时吸完无从知晓，完全依赖于管理人员的经验及管理细心程度，因此，会导致主管道阀门没有及时调整到全开而造成不必要的功耗损失。

因此，设计一种控制简单、集成度高且容易监测的自动化压差施肥系统，实现压差施肥过程的精准控制具有重要意义。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供了一种控制简单、集成度高且容易监测的水动换向阀控制施肥系统。

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种水动换向阀控制施肥系统，包括主管道和施肥罐，其特征在于：所述主管道上通过外丝接头与水动三向阀的两侧端口连接，该水动三向阀的下端口依次通过外丝接头、连接管道及活接头与施肥罐进水管连接，该施肥罐进水管延伸至施肥罐的内部，施肥罐侧壁上设有竖向通道，该竖向通道内设有电导率检测传感器模块，电导率检测传感器模块通过竖向通道顶部的双孔快速连接插头及线路与控制箱内的控制器连接，竖向通道的侧壁上设有刻度条，水动三向阀下游的主管道上设有换向三通，换向三通依次通过单向阀、连接管道及活接头与施肥罐出肥管连接，该施肥罐出肥管延伸至施肥罐的内部，水动三向阀的阀体上设有与水动三向阀隔膜下腔相通的气动接头，该气动接头通过管道及换向控制电磁阀与水动三向阀上游的主管道连接，换向控制电磁阀通过线路与控制箱内的控制器连接。

进一步优选，所述水动三向阀包括阀体上盖、换向隔膜、内置弹簧、阀体、芯轴和密封圈，在水动三向阀的顶部设有限位装置，该限位装置由限位螺母及限高架组成，芯轴顶部设有外丝螺纹，限高架固定于阀体上盖的顶部，芯轴贯穿限高架中部的限位孔，限位螺母螺接于芯轴的外丝螺纹上，通过调节限位螺母的位置实现芯轴提升高度的调节，进而实现施肥速度快慢的调节。

本发明所述的水动换向阀控制施肥系统的运行方法，其特征在于包括纯灌溉阶段和水肥同施阶段，其具体过程为：

纯灌溉阶段：通过控制箱控制换向控制电磁阀断开实现主管道与水动三向阀隔膜下腔断路，水动三向阀的下端口处于关闭状态，水流水平流向下游，由于单向阀的作用，水无法通过换向三通进入施肥罐；

水肥同施阶段：通过控制箱控制换向控制电磁阀接通实现主管道与水动三向阀隔膜下腔连通，带压水流通过换向控制电磁阀进入水动三向阀隔膜下腔，隔膜下腔内压力增大，克服顶部内置弹簧的压力，芯轴带动换向隔膜向上运动并带动芯轴向上移动，从而打开水动三向阀的下端口，部分水流继续向主管道下游流动，部分水流进入施肥罐，由水流经过水动三向阀会产生水头损失，造成施肥罐进水管与施肥罐出肥管之间存在压力差，该压力差是施肥罐工作的驱动力，进入施肥罐内的水流对施肥罐内预先放入的可溶性肥料进行混合溶解形成水肥溶液，再经施肥罐出肥管进入主管道，并进入下游管网，随灌水器进入土壤，当电导率检测传感器模块检测到施肥罐内液体浓度降低至原水浓度时，通过控制箱控制换向控制电磁阀断开实现主管道与水动三向阀隔膜下腔断路，水动三向阀隔膜下腔内的水通过换向控制电磁阀一侧的通道排出，实现水动三向阀隔膜下腔与外界大气连通，在换向隔膜复位作用力和内置弹簧伸展恢复作用力的共同作用下，换向隔膜带动芯轴下移，重新将水动三向阀下端口关闭，回到纯灌溉阶段。

本发明控制简单、集成度高且容易监测，有效实现了压差施肥过程的精准控制，具有较好的推广应用价值。

附图说明

图1是传统压差施肥罐的安装结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明中纯灌溉阶段水动三向阀的结构示意图；

图4是本发明中水肥同施阶段水动三向阀的结构示意图。

图中：1-控制箱，2-气动接头，3-水动三向阀，3-1-阀体上盖，3-2-换向隔膜，3-3-内置弹簧，3-4-阀体，3-5-芯轴，3-6-密封圈，3-7-可调螺母，3-8-限高架，3-9-限位孔，4-外丝接头，5-鞍座三通，6-单向阀，7-活接头，8-施肥罐出肥管，9-施肥罐，10-电导率检测传感器模块，11-刻度条，12-施肥罐进水管，13-双孔快接头，14-换向控制电磁阀，15-主管道。

具体实施方式

结合附图详细描述本发明的技术方案。如图2-4所示，一种水动换向阀控制施肥系统，包括主管道15和施肥罐9，所述主管道15上通过外丝接头4与水动三向阀3的两侧端口连接，该水动三向阀3的下端口依次通过外丝接头4、连接管道及活接头7与施肥罐进水管12连接，该施肥罐进水管12延伸至施肥罐9的内部，施肥罐9侧壁上设有竖向通道，该竖向通道内设有电导率检测传感器模块10，电导率检测传感器模块10通过竖向通道顶部的双孔快速连接插头13及线路与控制箱1内的控制器连接，竖向通道的侧壁上设有刻度条11，水动三向阀3下游的主管道15上设有换向三通5，换向三通5依次通过单向阀6、连接管道及活接头7与施肥罐出肥管8连接，该施肥罐出肥管8延伸至施肥罐9的内部，水动三向阀3的阀体3-4上设有与水动三向阀3隔膜下腔相通的气动接头2，该气动接头2通过管道及换向控制电磁阀14与水动三向阀3上游的主管道15连接，换向控制电磁阀14通过线路与控制箱1内的控制器连接。

本发明所述水动三向阀3包括阀体上盖3-1、换向隔膜3-2、内置弹簧3-3、阀体3-4、芯轴3-5和密封圈3-6，在水动三向阀3的顶部设有限位装置，该限位装置由限位螺母3-7及限高架3-8组成，芯轴3-5顶部设有外丝螺纹，限高架3-8固定于阀体上盖3-1的顶部，芯轴3-5贯穿限高架3-8中部的限位孔3-9，限位螺母3-7螺接于芯轴3-5的外丝螺纹上，通过调节限位螺母3-7的位置实现芯轴3-5提升高度的调节，进而实现施肥速度快慢的调节。

本发明所述的水动换向阀控制施肥系统的功能分为两个阶段：纯灌溉阶段和水肥同施阶段；

纯灌溉阶段：通过控制箱控制换向控制电磁阀断开实现主管道与水动三向阀隔膜下腔断路，水动三向阀的下端口处于关闭状态，水流水平流向下游，由于单向阀的作用，水无法通过换向三通进入施肥罐；

水肥同施阶段：通过控制箱控制换向控制电磁阀接通实现主管道与水动三向阀隔膜下腔连通，带压水流通过换向控制电磁阀进入水动三向阀隔膜下腔，隔膜下腔内压力增大，克服顶部内置弹簧的压力，芯轴带动换向隔膜向上运动并带动芯轴向上移动，从而打开水动三向阀的下端口，部分水流继续向主管道下游流动，部分水流进入施肥罐，由水流经过水动三向阀会产生水头损失，造成施肥罐进水管与施肥罐出肥管之间存在压力差，该压力差是施肥罐工作的驱动力，进入施肥罐内的水流对施肥罐内预先放入的可溶性肥料进行混合溶解形成水肥溶液，再经施肥罐出肥管进入主管道，并进入下游管网，随灌水器进入土壤，最开始水肥溶液浓度最高，随着灌溉时间的延长，施肥罐内水肥溶液的浓度持续降低，当电导率检测传感器模块检测到施肥罐内液体浓度降低至原水浓度时，通过控制箱控制换向控制电磁阀断开实现主管道与水动三向阀隔膜下腔断路，水动三向阀隔膜下腔内的水通过换向控制电磁阀一侧的通道排出，实现水动三向阀隔膜下腔与外界大气连通，在换向隔膜复位作用力和内置弹簧伸展恢复作用力的共同作用下，换向隔膜带动芯轴下移，重新将水动三向阀下端口关闭，回到纯灌溉阶段。

本发明水动三向阀施肥过程中，部分水流进入施肥罐，部分水流继续向前流入下游，两部分水流量的不同，则会影响到施肥速度快慢。芯轴提升的高，则水流进入施肥罐的就多一些，压力差就大一些，则施肥的速度就会快一些；芯轴提升的低，则施肥速度慢一些。为了满足不同应用场合的需要，通过调节限位螺母的高低，能够限制芯轴的提升高度，并调节施肥分流流量的比例，从而调节施肥速度的快慢。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (3)

1.一种水动换向阀控制施肥系统，包括主管道和施肥罐，其特征在于：所述主管道上通过外丝接头与水动三向阀的两侧端口连接，该水动三向阀的下端口依次通过外丝接头、连接管道及活接头与施肥罐进水管连接，该施肥罐进水管延伸至施肥罐的内部，施肥罐侧壁上设有竖向通道，该竖向通道内设有电导率检测传感器模块，电导率检测传感器模块通过竖向通道顶部的双孔快速连接插头及线路与控制箱内的控制器连接，竖向通道的侧壁上设有刻度条，水动三向阀下游的主管道上设有换向三通，该换向三通依次通过单向阀、连接管道及活接头与施肥罐出肥管连接，施肥罐出肥管延伸至施肥罐的内部，水动三向阀的阀体上设有与水动三向阀隔膜下腔相通的气动接头，该气动接头通过管道及换向控制电磁阀与水动三向阀上游的主管道连接，换向控制电磁阀通过线路与控制箱内的控制器连接。

2.根据权利要求1所述的水动换向阀控制施肥系统，其特征在于：所述水动三向阀包括阀体上盖、换向隔膜、内置弹簧、阀体、芯轴和密封圈，在水动三向阀的顶部设有限位装置，该限位装置由限位螺母及限高架组成，芯轴顶部设有外丝螺纹，限高架固定于阀体上盖的顶部，芯轴贯穿限高架中部的限位孔，限位螺母螺接于芯轴的外丝螺纹上，通过调节限位螺母的位置实现芯轴提升高度的调节，进而实现施肥速度快慢的调节。

3.一种权利要求1或2所述的水动换向阀控制施肥系统的运行方法，其特征在于包括纯灌溉阶段和水肥同施阶段，其具体过程为：

纯灌溉阶段：通过控制箱控制换向控制电磁阀断开实现主管道与水动三向阀隔膜下腔断路，水动三向阀的下端口处于关闭状态，水流水平流向下游，由于单向阀的作用，水无法通过换向三通进入施肥罐；

水肥同施阶段：通过控制箱控制换向控制电磁阀接通实现主管道与水动三向阀隔膜下腔连通，带压水流通过换向控制电磁阀进入水动三向阀隔膜下腔，隔膜下腔内压力增大，克服顶部内置弹簧的压力，芯轴带动换向隔膜向上运动并带动芯轴向上移动，从而打开水动三向阀的下端口，部分水流继续向主管道下游流动，部分水流进入施肥罐，由水流经过水动三向阀会产生水头损失，造成施肥罐进水管与施肥罐出肥管之间存在压力差，该压力差是施肥罐工作的驱动力，进入施肥罐内的水流对施肥罐内预先放入的可溶性肥料进行混合溶解形成水肥溶液，再经施肥罐出肥管进入主管道，并进入下游管网，随灌水器进入土壤，当电导率检测传感器模块检测到施肥罐内液体浓度降低至原水浓度时，通过控制箱控制换向控制电磁阀断开实现主管道与水动三向阀隔膜下腔断路，水动三向阀隔膜下腔内的水通过换向控制电磁阀一侧的通道排出，实现水动三向阀隔膜下腔与外界大气连通，在换向隔膜复位作用力和内置弹簧伸展恢复作用力的共同作用下，换向隔膜带动芯轴下移，重新将水动三向阀下端口关闭，回到纯灌溉阶段。