CN110235586B - 一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，包括混合罐，混合罐上游两端对称设置有进水管、进肥管，混合罐下游两端对称设置有进气管、出液管，混合罐内腔设置有气泡发生器，进气管贯穿混合罐外表面并插入气泡发生器与气泡发生器固定连接，气泡发生器下端设置有固定于混合罐内表面的排渣器，排渣器通过底端设置的排渣管排渣。本发明具有使用简单、维护方便，肥料溶解效率高、出液杂质少、动力能耗低的优点，从而极大的提高了水肥一体化施肥的效率、降低了灌溉管道堵塞的风险，节约了人力、物力成本。

Description

一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备

技术领域

本发明属于农业设备技术领域，具体涉及一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备。

背景技术

水肥一体化技术通常指将可溶于水的液体或固体肥料溶解并混合在灌溉用水中，再通过灌溉管道将水肥混合物均匀的输送到农作物的根系临近土壤，同时满足农作物对水和肥料的需求。在肥料的混合溶解过程中，经常出现溶解速度慢、溶解度不均匀等问题，造成溶解后的液体肥料含有一定量的沉淀物和不溶物。灌溉用水通常采用经过简单过滤的地下水或地表水，硬度较高且含有少量的杂质和泥沙。喷、滴灌设备中的喷头和滴头的流道直径小于1mm，肥料溶解时发化学反应产生的沉淀物和不溶物以及水源中的杂质和泥沙极易造成流道的堵塞，导致灌溉系统水肥输送的均匀度降低，缩短了灌溉设备的使用寿命，也影响着水肥施用效率和农作物的正常生长。

从现有的实验研究和实际应用情况来看，由于肥料溶解时受到肥料种类、水质、气温等影响，配置浓度不易掌握、溶解时间难以控制，无法灵活的按需配置。目前广泛使用的施肥罐一般是靠人力或传统机械搅拌对肥料进行溶解，搅拌效率低下、动力消耗大、肥料溶解时间长、混合不均匀，尤其是在气温较低的环境下，水肥混合液易过早浓度饱和，使配置好的水肥混合液中存在过多的未溶解肥料颗粒和沉淀物。传统的水肥混合设备存在工作能耗高，易受环境温度影响，配置方式不灵活、肥料溶解时间长、溶解效果差、未溶解肥料颗粒和杂质易造成管路堵塞等问题，也未考虑水质、温度对肥料溶解的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，解决了现有技术中肥料溶解不充分、不均匀，溶解液含有不溶物及杂质堵塞灌溉管道的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，包括混合罐，混合罐上游两端对称设置有进水管、进肥管，混合罐下游两端对称设置有进气管、出液管，混合罐内腔设置有气泡发生器，进气管贯穿混合罐外表面并插入气泡发生器与气泡发生器固定连接，气泡发生器下端设置有固定于混合罐内表面的排渣器，排渣器通过底端设置的排渣管排渣。

本发明的特点还在于：

气泡发生器包括与气泡发生器前侧板固定连接的空气加热器，空气加热器固定连接端被进气管插入，非固定连接端为网状加热丝，空气加热器外表面被空气匀化器包裹，空气匀化器外表面被集气管包裹，空气匀化器外表面上分布有若干排气孔，集气管末端开设出气孔，空气匀化器、集气管、空气加热器一端通过端板相互固定连接，气泡发生器还包括设置在上侧板的气液交互单向截止装置，气液交互单向截止装置用以释放气体并产生水泡至混合罐内，使肥料溶解。

气液交互单向截止装置包括若干气泡石，每个气泡石均插接有连接管，连接管与逆止阀固定连接，气泡石、连接管、逆止阀顺次垂直设置，气泡发生器的上侧板开设若干小孔，逆止阀固接在小孔上。

空气匀化器的后端固定有密封设置的圆锥形阻气帽。

排渣器包括底部开孔的倒椎型排渣斗，以及固定在排渣斗底端的排渣管，排渣管与排渣斗内腔相通，排渣管上设有大口径阀门。

还包括肥料溶解盒，肥料溶解盒为外壁面有通孔的立方体空腔，肥料溶解盒悬吊于混合罐顶部中间位置用以溶解固态肥料。

进水管、进肥管、出液管上均布置有电磁流量计，进气管上布置有空气阀门。

混合罐侧壁上还布置有温度传感器、液位传感器、pH传感器，其分别监控温度、液面位置、pH值数据。

还包括支撑座，支撑座包括空心支撑圆柱，空心支撑圆柱上部与混合罐、排渣器的圆形横截面相通，三者通过法兰螺丝固定在一起，空心支撑圆柱下部固定在底板上，四周侧壁布置有三角形侧支板，用于装置工作时的整体稳定性。

三角形侧支板为4块。

本发明的有益效果是，本发明一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备提供的空气加热器、空气均化器与气泡发生器将进行协同作用，可提供均匀、稳定且气量、气温可控的进气，通过混合罐可快速、高效的完成水溶性肥料的混合溶解。排渣器可在肥料溶解的过程中利用锥形斜坡，依靠重力的作用将肥料溶解时产生的沉淀物和不溶物以及水源中的杂质和泥沙聚集在排渣器底部最后排出。温度传感器、液位传感器、pH传感器，可与进水、进气和进肥管实时协同控制，实时监控肥料溶解的情况，使用最佳工况条件完成混合溶解过程。本发明具有使用简单、维护方便，肥料溶解效率高、出液杂质少、动力能耗低的优点，从而极大的提高了水肥一体化施肥的效率、降低了灌溉管道堵塞的风险，节约了人力、物力成本。

附图说明

图1是本发明一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备的结构示意图；

图2是图1中气泡发生器的结构示意图。

图中，1.集气管，1-2.端板，2.空气加热器，2-1.网状加热丝，3.空气匀化器，3-1.阻气帽，3-2.排气孔，4.混合罐，5.进气管，6.气泡发生器， 6-2.前侧板，6-3.上侧板，6-4.气液交互塞，6-5.气泡石，6-6.连接管，6-7.逆止阀，7.排渣器，7-1.排渣斗，7-2.排渣管，7-3.大口径阀门，8.进水管，9. 进肥管，10.出液管，11.电磁流量计，12.温度传感器，13.液位传感器，14. 空气阀门，15.pH传感器，16.温度传感器，17.温度传感器，18.支撑座，18-1.底板，18-2.空心支撑圆柱，18-3.三角形侧支板，19.肥料溶解盒。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，具体结构如图1所示，包括混合罐4，混合罐4上游两端对称设置有进水管8、进肥管9，混合罐4 下游两端对称设置有进气管5、出液管10，混合罐4内腔设置有气泡发生器 6，进气管5贯穿混合罐4外表面并插入气泡发生器6与气泡发生器6固定连接，气泡发生器6下端设置有固定于混合罐4内表面的排渣器7，排渣器 7通过底端设置的排渣管7-2排渣。

其中，进水管8、进肥管9、出液管10上均布置有电磁流量计11，进气管5上布置有空气阀门14。

其中，排渣器7包括底部有开孔的倒椎型排渣斗7-1，以及固定在排渣斗7-1底端的排渣管7-2，排渣管7-2与排渣斗7-1内腔相通，排渣管7-2上设有大口径阀门7-3。根据流体动力学原理，在装置运行的过程中气泡发生器6的上侧板6-3横截面以下的液体区域为水力死区，即气泡发生器6产生的气泡不能搅动的区域。水力死区中的液体运动平缓，区域中的不溶物和杂质会因重力作用下沉，沿着排渣斗7-1的侧壁聚集在排渣斗7-1的底部。而根据溶质的扩散作用，溶质将继续由高浓度向低浓度转移，因此水力死区不影响区域内肥料的溶解，从而同时达到肥料溶解和排渣的过程。

其中，本发明涉及的一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备还包括支撑座18，支撑座18包括空心支撑圆柱18-2，空心支撑圆柱18-2上部与混合罐 4、排渣器7的圆形横截面相通，三者通过法兰螺丝固定在一起，空心支撑圆柱18-2下部固定在底板18-1上，四周侧壁布置有三角形侧支板18-3，用于装置工作时的整体稳定性；混合罐4侧壁上还布置有温度传感器、液位传感器、pH传感器，其分别监控温度、液面位置、pH值数据，温度传感器可以设置多个以提高温度监控的精度，温度传感器也可以与加热丝2-1协同，达到最佳温度工况即可停止加热，节省能源；液位传感器用于确定混合罐4 工作时的液位上限，液位传感器可与电磁流量计11协同，达到预设液位高度时即可停止加水加肥，同意防止溶液过量溢出混合罐4的意外情况；pH 传感器监控的pH值数据在不随时间变化时则表明溶液以及混合均匀；同时，在进水管8、进肥管9、出液管10上均布置有电磁流量计11，用电磁流量计可精确控制进、出液体的量，提高肥料混合溶解时的精度，进气管5上布置有空气阀门14，空气阀门14用以控制进气量，通过空气阀门14开关的大小来调节进气量，从而控制气泡产生量。

其中，本发明涉及的一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备还包括肥料溶解盒19，肥料溶解盒19为外壁面有通孔的立方体空腔，其中，通孔要小于所溶解的固态肥料的颗粒大小，肥料溶解盒19悬吊于混合罐4顶部中间位置用以溶解固态肥料。

如图2所示，气泡发生器6包括与气泡发生器6前侧板6-2固定连接的空气加热器2，空气加热器2固定连接端被进气管5插入，非固定连接端为网状加热丝2-1，空气加热器2外表面被空气匀化器3包裹，空气匀化器3 外表面被集气管1包裹，空气匀化器3外表面上分布有若干排气孔3-2，集气管1末端开设出气孔，空气匀化器3、集气管1、空气加热器2一端通过端板1-2相互固定连接，气泡发生器6还包括设置在上侧板6-3的气液交互单向截止装置，气液交互单向截止装置用以释放气体并产生水泡至混合罐4 内，使肥料溶解。

其中，气液交互单向截止装置包括若干气泡石6-5，每个气泡石6-5均插接有连接管6-6，连接管6-6与逆止阀6-7固定连接，气泡石6-5、连接管 6-6、逆止阀6-7顺次垂直设置，气泡发生器6的上侧板6-3开设若干小孔，逆止阀6-7固接在小孔上，小孔的数目与气泡石6-5、连接管6-6、逆止阀6-7 的数目相同，气泡发生器6内腔通过逆止阀6-7、连接管6-6和气泡石6-5 与外界大气相通。逆止阀6-7能阻止混合罐4中的液体受压力的作用向气泡发生器6内腔中反压，避免在工作过程中导致气泡发生器6中进水而不能正常工作或者损坏；其中，气泡石用以产生均匀的气泡，连接管6-6内部装有气液交互塞，用以防止液体流入气泡发生器6导致气泡发生器6内部件的损坏。

空气匀化器3的后端固定有密封设置的圆锥形阻气帽3-1，阻气帽3-1 用于阻止通过加热丝2-1的气流带速进入集气管1。进气管5、空气加热器2、空气匀化器3、集气管1为同轴线设置。阻气帽3-1利用空气动力学原理降低空气通过加热丝2-1的速度，并使已通过加热丝2-1的气流沿阻气帽3-1 内壁反向流回空气匀化器3的前端方向。空气匀化器3前端管壁上有均匀布置的排气孔3-2，最后一排通气孔3-2的后端外缘不超过加热丝2-1的空间截面。反向流回空气匀化器3的空气通过通气孔均匀的进入集气管1内腔中，再通过出气孔进入气泡发生器6内腔，由于空气压力的作用，气泡发生器6 中的空气依次通过逆止阀6-7、连接管6-6和气泡石6-4，在水中产生连续且均匀的气泡。空气通过排气孔3-2的速度方向与进入集气管1气孔的速度方向垂直，空气通过集气管1气孔的速度方向又与进入逆止阀6-7的速度方向垂直。多次改变空气的速度方向，可以有效降低空气的速度，使空气加热器 2和空气匀化器3均匀且高效的加热空气，同时减少不匀带速气体对后续装置带来的冲击。

本发明的工作过程是：打开进水管8上的电磁流量计11，通过进水管8 将预先设置的水量加至混合罐4中；若溶解对象为液体肥料，打开进肥管9 上的电磁流量计11，通过进肥管9将预先设置的肥料量加至混合罐4中；若溶解的对象为固体肥料，需将预先设置的肥料量加至肥料溶解盒19，再将肥料溶解盒19悬吊在混合罐4的空腔中部。将外部近期设备与进气管5相连，打开空气阀门14。带压气体进入空气加热器2再进入空气匀化器3，阻气帽 3-1的阻挡作用减缓并改变了空气的流速，空气从排气孔3-2中均匀溢出进入集气管1，当集气管1和气泡发生器6中的气体压力达到一定值后，带压热气通过逆止阀6-7、连接管6-6和气泡石6-5进入混合罐4并产生气泡，整个气体通路为单相封闭通路。气泡带动液体在混合罐4中进行肥料的混合和溶解，不溶物和杂质沉淀至排渣器7中。在装置工作过程中，温度传感器用于监控液体温度，温度过高时关闭加热丝2-1，温度过低时打开加热网2-1。液位传感器用于监控液面高度，当页面高度过高或过低时，及时终止设备运行。当对应pH传感器的数值不再上升时，可以视为混合已完成。打开出液管上的电磁阀，混合好的肥水混合液经过出液管10排出。打开阀门7-3，不溶物和杂质由排渣管7-2排出。

Claims (8)

1.一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，其特征在于，包括混合罐(4)，所述混合罐(4)上游两端对称设置有进水管(8)、进肥管(9)，混合罐(4)下游两端对称设置有进气管(5)、出液管(10)，所述混合罐(4)内腔设置有气泡发生器(6)，所述进气管(5)贯穿混合罐(4)外表面并插入气泡发生器(6)与气泡发生器(6)固定连接，所述气泡发生器(6)下端设置有固定于混合罐(4)内表面的排渣器(7)，所述排渣器(7)通过底端设置的排渣管(7-2)排渣；

所述气泡发生器(6)包括与气泡发生器(6)前侧板(6-2)固定连接的空气加热器(2)，空气加热器(2)固定连接端被进气管(5)插入，非固定连接端为网状加热丝(2-1)，所述空气加热器(2)外表面被空气匀化器(3)包裹，所述空气匀化器(3)外表面被集气管(1)包裹，所述空气匀化器(3)外表面上分布有若干排气孔(3-2)，所述集气管(1)末端开设出气孔，所述空气匀化器(3)、集气管(1)、空气加热器(2)一端通过端板(1-2)相互固定连接，所述气泡发生器(6)还包括设置在上侧板(6-3)的气液交互单向截止装置，所述气液交互单向截止装置用以释放气体并产生水泡至混合罐(4)内，使肥料溶解；

所述气液交互单向截止装置包括若干气泡石(6-5)，每个气泡石(6-5)均插接有连接管(6-6)，所述连接管(6-6)与逆止阀(6-7)固定连接，所述气泡石(6-5)、连接管(6-6)、逆止阀(6-7)顺次垂直设置，气泡发生器(6)的上侧板(6-3)开设若干小孔，所述逆止阀(6-7)固接在小孔上。

2.根据权利要求1所述的一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，其特征在于，所述空气匀化器(3)的后端固定有密封设置的圆锥形阻气帽(3-1)。

3.根据权利要求1所述的一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，其特征在于，所述排渣器(7)包括底部开孔的倒椎型排渣斗(7-1)，以及固定在排渣斗(7-1)底端的排渣管(7-2)，排渣管(7-2)与排渣斗(7-1)内腔相通，排渣管(7-2)上设有大口径阀门(7-3)。

4.根据权利要求1所述的一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，其特征在于，还包括肥料溶解盒(19)，所述肥料溶解盒(19)为外壁面有通孔的立方体空腔，所述肥料溶解盒(19)悬吊于混合罐(4)顶部中间位置用以溶解固态肥料。

5.根据权利要求1所述的一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，其特征在于，所述进水管(8)、进肥管(9)、出液管(10)上均布置有电磁流量计(11)，所述进气管(5)上布置有空气阀门(14)。

6.根据权利要求1所述的一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，其特征在于，所述混合罐(4)侧壁上还布置有温度传感器、液位传感器、pH传感器，其分别监控温度、液面位置、pH值数据。

7.根据权利要求1所述的一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，其特征在于，还包括支撑座(18)，所述支撑座(18)包括空心支撑圆柱(18-2)，所述空心支撑圆柱(18-2)上部与混合罐(4)、排渣器(7)的圆形横截面相通，三者通过法兰螺丝固定在一起，所述空心支撑圆柱(18-2)下部固定在底板(18-1)上，四周侧壁布置有三角形侧支板(18-3)，用于装置工作时的整体稳定性。

8.根据权利要求7所述的一种气升式肥料溶解、混合及排渣设备，其特征在于，所述三角形侧支板(18-3)为4块。

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