CN110140635A - 一种基于环形互补流道的灌水器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌水器，包括流道、出水引流道、卡槽壁、出水口、进水引流道、进水口和格栅。流道位于所述灌水器中间位置，通过进水口连接于格栅，通过出水引流道连接于出水口；出水口位于灌水器最内侧，通过出水引流道与流道连接；格栅均布于灌水器外侧，由多个栅条组成。本发明的灌水器整体外观采用圆形和对称设计，有效解决滴灌带的穿孔和破坏问题。本发明的灌水器流道结构设计紧凑，消除了目前多排流道之间衔接的直线段对流道内流动湍流强度的影响，整个流道实现了持续扰动，增强水流运动对颗粒物的携带能力及水力剪切力，有效提高灌水器抗堵塞性能。

Description

一种基于环形互补流道的灌水器

技术领域

本发明属于农业灌溉工程技术领域，涉及一种用于农业节水灌溉的灌水器产品，特别地，涉及一种基于环形互补流道的灌水器系列产品。

背景技术

目前，灌水器堵塞问题已成为制约滴灌技术应用和推广的瓶颈和难点之一。作为滴灌系统的核心部件，灌水器因其消能需要而流道狭小和结构复杂，非常容易引起堵塞，轻则改变灌水器原有的水力性能、降低灌水均匀度、影响作物生长和产量，严重则影响滴灌系统地运行效果和安全性，甚至导致系统报废。

现有技术中，以色列Netafim等企业试图通过抗堵塞灌水器产品研发以寻求突破，但依然未能得到很好解决上述技术问题，而通过多流道互补以设计出高抗堵塞性能的灌水器产品也未见相关报道。

另外，限制滴灌技术进一步推广的另一主要因素在于滴灌系统成本高昂，这对于产出效益较低的农业而言是一个巨大的挑战。

现有技术中，众多学者从新型材料研发着手，通过减少滴灌带壁的厚度等多途径努力降低片式灌水器造价，但通过改变灌水器形状以减少灌水器用料从而有效减低滴灌带成本的方法鲜有报道。为了节约成本，采用较便宜的薄壁滴灌带代替片式灌水器来进行灌溉，但由于吸附工艺限制所导致的齿尖圆弧化等问题，导致薄壁滴灌带流道消能效果较差。通过环形互补流道充分利用薄壁滴灌带的边壁空间，增加其单位长度内的消能效果的优化方法也鲜有报道。

另外，专家学者探索性地开发了片式灌水器产品，如：中国农业大学李云开等(申请公布号：CN106096179A)公开的滴灌灌水器流道结构设计方法及其分形流道灌水器产品，该方法采用圆弧优化的方式进行流道边界优化从而实现抗堵塞能力的提升。中国水利水电科学研究院王建东等(授权公告号：CN106777589A)提出一种基于流量需求的锯齿型灌水器逆向设计方法，该设计方法依据灌水器流量需求,利用流道结构关键参数值优选范围和流量与各流道结构参数之间的定量关系,从流量需求逆向反推优选或计算出锯齿型流道结构参数值。但上述两种灌水器结构均并未打破传统灌水器单一流道结构，实现灌水器流道互补，从而达到提升其抗堵塞能力的目的，也并未提出降低灌水器生产成本的方法。

综上，本发明提出一种基于环形互补流道的灌水器系列产品，包括片式纽扣灌水器与薄壁滴灌带。其中片式灌水器改变灌水器固有的单一流道结构，实现流道互补作用，并在片式灌水器固有长方体形态上作出了突破，将灌水器设计为纽扣型，减少用料，从而降低造价，并将该种流道形式运用于吸附成型工艺的薄壁滴灌带中，增加薄壁滴灌带的流道有效面积，增加消能效果。

发明内容

为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于提供一种基于环形互补流道的灌水器，包括流道1、出水引流道2、卡槽壁3、出水口4、进水口6、格栅7、和栅条8，所述流道1位于所述灌水器中间位置，通过所述进水口6连接于所述格栅7，通过所述出水引流道2连接于所述出水口4；所述出水口4位于所述灌水器最内侧，通过所述出水引流道2与所述流道1连接；所述格栅7均布于所述灌水器外侧，由多个栅条8组成。

进一步地，所述流道1的深度从进水口6到出水口4逐渐减低。

进一步地，所述流道1设置为多条。

进一步地，还包括进水引流道5，其连接于相邻两条流道1的连接处，水流通过所述进水引流道5进入流道1进行冲洗。

优选地，所述流道1宽度为0.8-1.0mm，深度为0.7-1.0mm，长度为45.0-50.0mm。

优选地，所述出水引流道2长度为3.0-4.0mm，宽度为0.3-0.5mm；所述出水口4半径为1.5-2.0mm。

优选地，所述栅条8长度为0.6-1.2mm，宽度为0.2-0.4mm，高度为0.5-1.1mm，相邻间距为0.2-0.4mm。

进一步地，所述灌水器的流道1还包括齿尖背水区9和齿尖迎水区10。

进一步地，所述齿尖背水区9采用半径等同流道1宽度的圆弧；所述齿尖迎水区10采用半径为流道1宽度一半的圆弧。

优选地，所述灌输器为纽扣状圆形灌水器。

本发明的一种基于环形互补通道的灌水器，具有以下有益效果：

1)灌水器流道结构设计紧凑，消除了目前多排流道之间衔接的直线段对流道内流动湍流强度的影响，整个流道实现了持续扰动，增强水流运动对颗粒物的携带能力及水力剪切力，有效提高灌水器抗堵塞性能。

2)在传统迷宫流道消能基础上，改变传统直线型流道为环形流道，增大了灌水器的空间利用率，增加消能效果及抗堵塞能力，增加对冲消能作用，并建立了片式和薄壁式两种灌水器；

3)构建了随着水流方向流道出水断面面积逐渐减小的结构形式，考虑到堵塞物质较易在流道前段部位沉积，设置为前段出流断面面积大后段面积小的形式，有助于提升其抗堵塞能力的同时，增加消能作用；

4)流道出口采用对冲消能方式，通过设置相邻两个流道共用一个出水口的结构形式，实现水流的对冲，增加其消能效果与抗堵塞能力；

5)突破了传统片式灌水器结构，将灌水器形状由长方体改进圆片体，极大减少原料成本。

附图说明

附图1是本发明的一种基于环形互补流道的灌水器的整体结构示意图；

附图2是本发明的一种基于环形互补流道的灌水器的流道部分前视图；

其中，图中附图标记为：

1-流道；2-出水引流道；3-卡槽壁；4-出水口；5-进水引流道；6-进水口；7-格栅；8-栅条 9-齿尖被水区；10-齿尖迎水区。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种基于环形互补流道的灌水器。

本发明的灌水器整体采用微型设计，与国内外现有灌水器整体宽度介于6.0-7.0mm，长度均介于32.0mm-37.0mm相比，本发明的灌水器半径为6.5-7.5mm，厚度则与现有灌水器相同，体积尺寸有效缩减了20.3％-40.9％。

本发明的灌水器，整体外观采用圆形设计，优选地，为纽扣状圆形灌水器，这种形状可以有效降低生产成本，且可以有效解决滴灌带的穿孔和破坏问题；同时整体外观采用对称设计，以便于对灌水器进行打孔。如图1所示，本发明的一个优选实施例为片式或薄壁式灌水器，主要包括流道1、出水引流道2、卡槽壁3、出水口4、进水引流道5、进水口6、格栅7、和栅条8。其中，

流道1位于灌水器中间位置，通过进水口6连接于格栅7，通过出水引流道2连接于出水口4。

优选地，流道1宽度为0.8-1.0mm，深度为0.7-1.0mm，长度为45.0-50.0mm。

优选地，流道1采用圆弧形优化边壁。

优选地，流道1设置为多条。

流道1对水流进行持续扰动进而实现能量耗散，提高灌水均匀度和颗粒物运输能力。

如图2所示，流道1的深度从进水口6到出水口4逐渐减低而横截面积不变，有效提升易堵塞的进水口6处抗堵塞能力的同时保证出水口4处的湍流强度，以增加消能效果。

如图1所示，出水口4位于灌水器最内侧，通过出水引流道2与流道1连接；出水引水道2位于两条流道1的中心处，可通过对冲作用对水流产生消能作用。

进水口6与出水口4之间通过流道1相连，有效缓解了单一流道灌水器易堵塞的问题，大幅提升了灌水器的抗堵塞能力。

优选地，出水口4半径为1.5-2.0mm；出水引流道2长度为3.0-4.0mm，宽度为0.3-0.5mm。

如图1所示，进水引流道5连接于与进水口6相邻两条流道1的连接处，保证某条流道1堵塞时，水流可通过进水引流道5进入该流道1对堵塞部位进行冲洗，以减小堵塞的发生。

如图1所示，格栅7均布于灌水器外侧，由等间距排列的栅条8组成，通过卡槽壁3固接。

格栅7用于对灌溉水源进行过滤，可以降低灌水器堵塞风险。

优选地，栅条8长度为0.6-1.2mm，宽度为0.2-0.4mm，高度为0.5-1.1mm，相邻间距为0.2-0.4mm。

优选地，栅条8以卡槽壁3为边界，其宽度为0.1-0.3mm，深度为0.5-1.0mm。

本发明的一种基于环形互补流道的灌水器，流道1包括了齿尖背水区9和齿尖迎水区10。

经过大量的试验证明，在齿尖迎水区10采用半径为流道1宽度一半的圆弧，齿尖背水区9采用半径等同流道1宽度的圆弧时，灌水器平均相对流量和灌水均匀度较高，流量偏差系数最小，且其内部生物膜平均厚度最小，灌水器自身抗堵塞能力和运行情况更能满足实际工程需要。

考虑吸附成型工艺的制造误差，通过对多组流道1的单元结构测量，发现结构突变位置均会产生圆角，其中齿尖部位吸附误差较大，形成的圆角半径均值在0.2mm左右，但由于齿尖为消能主要部位，仍需保证其生产精度，故本发明提出在齿尖左右不对称位置设置两个吸附孔，即齿尖左右圆弧半径不同，从而通过不对称的吸附作用可以较大程度的提高齿尖的制造精度。

由于吸附孔半径不小于0.2mm，故其齿尖圆弧半径不应小于0.2mm；对于其他结构突变位置，圆弧半径大于0.2mm时，吸附成型误差较小，故选择0.3-0.5mm圆角半径对其余突变结构部位进行优化。

本发明的一种基于环形互补流道的灌水器工作过程如下：

水源从格栅3，经过流道入口6进入流道1内，通过齿尖背水区9和齿尖迎水区10的圆弧区域，流出的水汇集到出水引流道2并引至出水口4内滴出，对作物进行灌溉。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于环形互补流道的灌水器，包括流道(1)、出水引流道(2)、卡槽壁(3)、出水口(4)、进水口(6)和格栅(7)，其特征在于，

所述流道(1)位于所述灌水器中间位置，通过所述进水口(6)连接于所述格栅(7)，通过所述出水引流道(2)连接于所述出水口(4)；

所述出水口(4)位于所述灌水器最内侧，通过所述出水引流道(2)与所述流道(1)连接；

所述格栅(7)均布于所述灌水器外侧，由多个栅条(8)组成。

2.根据权利要求1所述的灌水器，其特征在于，所述流道(1)的深度从进水口(6)到出水口(4)逐渐减低。

3.根据权利要求1或2所述的灌水器，其特征在于，所述流道(1)设置为多条。

4.根据权利要求3所述的灌水器，其特征在于，所述灌水器还包括进水引流道(5)，其连接于相邻两条流道(1)的连接处，水流通过所述进水引流道(5)进入流道(1)进行冲洗。

5.根据权利要求1所述的灌水器，其特征在于，所述流道(1)宽度为0.8-1.0mm，深度为0.7-1.0mm，长度为45.0-50.0mm。

6.根据权利要求1所述的灌水器，其特征在于，所述出水引流道(2)长度为3.0-4.0mm，宽度为0.3-0.5mm；所述出水口(4)半径为1.5-2.0mm。

7.根据权利要求1所述的灌水器，其特征在于，所述栅条(8)长度为0.6-1.2mm，宽度为0.2-0.4mm，高度为0.5-1.1mm，相邻间距为0.2-0.4mm。

8.根据权利要求1所述的灌水器，其特征在于，所述灌水器的流道(1)还包括齿尖背水区(9)和齿尖迎水区(10)。

9.根据权利要求8所述的灌水器，其特征在于，所述齿尖背水区(9)采用半径等同流道(1)宽度的圆弧；所述齿尖迎水区(10)采用半径为流道(1)宽度一半的圆弧。

10.根据权利要求1所述的灌水器，其特征在于，所述灌输器为纽扣状圆形灌水器。