CN110419310B - 一种低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器，包括进水口段、轴对称收缩段、喉管段、轴对称扩大段和出水口段；沿着水流方向依次设置进水口段、轴对称收缩段、喉管段、轴对称扩大段和出水口段；喉管段对称设置有个吸肥管，改变经典文丘里吸肥器工作的水流状态，使喉部内负压区分布更均匀，肥液流向和水流向更能快速混合一致，有利于稳定吸肥和提高吸肥比例；喉部的吸肥管将喉管段骤缩形成的负压区均匀分布在整个吸肥管与喉管段相接的环切面上，使负压区更稳定更集中，进一步降低了文丘里管前端工作压力；本发明缩小整体尺寸，合理优化各部分结构参数，降低临界吸肥压力，增强了水利性能，极大地满足低压灌溉系统中水肥一体化的需求。

Description

一种低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器

技术领域

本发明属于农业水肥一体化技术领域，涉及低压灌溉系统配套的小型吸肥器，特别涉及一种低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器。

背景技术

低压灌溉技术是在常压灌溉系统下，利用能量优化的方式降低灌溉系统对前端高供压能级需求。水肥一体化是在灌溉中途随水配肥，达到水肥一次性同步灌溉，节约水肥资源、灌溉均匀、提高水肥利用效率、降低劳动成本。两种方式结合的低压水肥一体化灌溉，充分发挥两者优势，降低能耗的同时实现水肥同步灌溉，进一步提高农作物长势。

灌溉系统中的随水配肥是在输水管道上加装施肥设备，包括压差式施肥器、比例式施肥器、施肥泵和文丘里施肥器等。压差式施肥器需要前后端配套阀门调整开度形成压力差形成吸肥效果，但压差精度难以控制，施肥均匀性差。比例式施肥器利用主水路动力驱动内部活塞运动实现吸肥功能，可调节比例旋钮控制吸肥量，但该装置成本较高，难以在我国普及。施肥器工作性能稳定，但需要独立动力源(泵)，整体装置结构复杂、体积庞大，难以在小型用户农田区域应用。文丘里施肥器结构简单，利用水流动力和自身结构产生压力差，喉部的负压区为外部大气压通过吸肥口将肥液输送进文丘里施肥器提供条件，装置成本低廉。

文丘里施肥器的吸肥性能与自身结构有很大关系，设计不合理会出现吸肥管倒流现象。目前所用的文丘里施肥器普遍存在吸肥起始压力过大，只适用于常压灌溉系统，且单吸肥口在喉部会对整体流域均匀性分布产生影响，喉部断面处最小负压将趋向于吸肥口对侧壁面周围，主管路水流惯性力小并且集中，很难稳定性吸肥。因此，对现有文丘里吸肥器结构改进是申请人关注的方向。

发明内容

本发明提供一种低压双吸肥口文丘里施肥器，针对目前低压灌溉系统的现实条件，提高配套文丘里施肥器的使用性能，降低临界吸肥压力，增大吸肥量，同时减小喉部最小负压区的集中区域，提高均匀分布范围，提高吸肥性能和稳定性。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：一种低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器，包括进水口段、轴对称收缩段、喉管段、轴对称扩大段和出水口段；其中，沿着水流方向依次设置进水口段、轴对称收缩段、喉管段、轴对称扩大段和出水口段；喉管段对称设置有个吸肥管，吸肥管的轴线与文丘里管主管轴线有一夹角α，吸肥管与喉管段连通。

吸肥管的入口端设置有单向阀。

吸肥管连通肥液灌。

吸肥管的入口端设置过滤器。

吸肥管轴线偏向进水口段的夹角α为50°-80°。

轴对称收缩段的收缩角γ为18°～26°，轴对称扩大段的扩大角β为5°～9°。

轴对称收缩段和轴对称扩大段的长度比为0.178～0.486。

夹角α为50°，轴对称收缩段的收缩角γ为24°，轴对称扩大段的扩大角β为6°。

进水口段和出水口段的内径相同。

轴对称收缩段、喉管段、轴对称扩大段和吸肥管外壁设置有加强筋，加强筋将轴对称收缩段、喉管段、轴对称扩大段和吸肥管连接为一个整体。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：根据水力学-伯努利原理，对文丘里管喉部的设置两个吸肥管并与文丘里管主轴线方向成50°-80°夹角，改变了经典文丘里吸肥器工作下的水流状态，使喉部内负压区分布更均匀，肥液流向和水流向更能快速混合一致，有利于稳定吸肥和提高吸肥比例，吸肥比例可达到30％；喉部的吸肥管将喉管段骤缩形成的负压区均匀分布在整个吸肥管与喉管段相接的环切面上，使负压区更稳定更集中，进一步降低了文丘里管前端工作压力；本发明缩小整体尺寸，合理优化各部分结构参数，降低临界吸肥压力，启动压力可低至0.008MPa，满足低压灌溉压力条件；本发明结构简单紧凑，改变现有经典文丘里吸肥器的吸肥结构布局，不添加外部配件，不需要额外动力源。

进一步的，吸肥管末端设置单向阀可防止在启停阶段压力未达到工作压力下，水流经吸肥管进入肥液内造成污染，影响水肥精量配比。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部剖面图；

图3为本发明所述施肥器的进口压力-吸肥量关系曲线图；

图4为本发明所述施肥器的进口压力-吸肥浓度关系曲线图；

图5为本发明所述施肥器实施例的压力矢量图；

图6为本发明所述施肥器实施例的速度矢量图和流动迹线图。

图中标记分别表示：1、进水口段，2、轴对称收缩段，3、喉管段，4、轴对称扩大段，5、出水口段，6、吸肥管，7、加强筋，8、单向阀。

具体实施方式

下面结合附图以及实施例对本发明做进一步说明。

根据文丘里管的工作原理和流体学相关知识，对于同一管路中的流体，其流速与过流断面的当量面积成反比关系，即管路断面当量面积发生变化时流体流速也会发生相应的变化。因此，文丘里管结构中的喉管段断面面积相对进水口端断面面积骤缩，喉管段流体流速达到最大值，同时喉管段管壁四周出现真空，相对于喉管段为负压，在喉部增加与大气压连通管路即可通过该压差输送液体进入文丘里管内部，这就是文丘里吸肥器的原理。单吸肥口的设置打乱了喉部内负压的均匀性分布，并且其肥液流动方向与主管水流方向垂直，造成混合不均匀、吸肥波动不稳定、较大的吸肥工作临界压力、轴对称扩大段处存在较大的回流，整体影响文丘里施肥器在低压灌溉系统的应用。

参见图1和图2，本实施例给出低压双吸肥口文丘里施肥器，包括进水口段1、轴对称收缩段2、喉管段3、轴对称扩大段4和出水口段5；其中，沿着水流方向依次设置进水口段1、轴对称收缩段2、喉管段3、轴对称扩大段4和出水口段5；所述文丘里管的进水口段1和出水口段5的内径相同；喉管段3对称设置有2个吸肥管6，吸肥管6的轴线与文丘里管主管轴线有一夹角α，α为50°-80°；吸肥管6与喉管段3连通；吸肥管6的入口端设置有单向阀8；轴对称收缩段2的收缩角为γ，γ为18°～26°；轴对称扩大段4的扩大角为β，β为5°～9°。

吸肥管6连通肥液灌；吸肥管6的入口端设置过滤器，所述过滤器设置在单向阀8的进水口与肥液灌的出口之间。

轴对称收缩段2和轴对称扩大段4的长度比为0.178～0.486。

遵循以上技术方案，本发明实施一种低压双吸肥口文丘里施肥器，包括进水口段1和出水口段5、轴对称收缩段2、喉管段3、轴对称扩大段4；进水口段1和出水口段5的内径相同，在喉管段3对称设置有2个吸肥管6，吸肥管6与文丘里管主轴线流速方向成50°夹角α，在吸肥管6末端连接单向阀8；吸肥管6偏向进水口段1并与经典文丘里管轴线夹角α为50°。进水口段1和出水口段5的外径为18mm、内径为16mm以及长度为16mm。轴对称收缩段2的收缩角γ为24°，轴对称扩大段4的扩大角β为6°；喉管段3的外径为5.2mm、内径为3.2mm以及长度为6.4mm；吸肥管6的外径为5.2mm、内径为3.2mm以及长度34～38mm；轴对称收缩段2、喉管段3、轴对称扩大段4和吸肥管6外侧壁上设置厚度为2mm的加强筋7，加强筋7将轴对称收缩段2、喉管段3、轴对称扩大段4和吸肥管6连接为一个整体；用来增加吸肥管结构强度，如图2所示。

参见图3和图4，本实施例实验测试工作性能，得到文丘里施肥器不同压力下的吸肥流量和吸肥浓度，并拟合得到本发明所述施肥器的压力-吸肥流量关系曲线、压力-吸肥浓度关系曲线。

中间截面的压力矢量图如图5所示，速度矢量图和流动迹线如图6所示，本实施例在CFD分析软件FLUENT中进行水利性能模拟，观察中间截面的压力矢量图、速度矢量图和流动迹线图，利用结构尺寸和角度，降低回流区域，均匀负压分布，减小能耗损失，提高吸肥稳定性和均匀性。

低压双吸肥口文丘里施肥器具体使用如下：

根据灌溉系统水流方向，将低压多吸肥口文丘里施肥器按照进水口段1在前出水口段5在后的方向并联接入灌溉系统首部主水管路上。

在低压双吸肥口文丘里施肥器单向阀8前端通过软管安装小型过滤器，防止肥液中的杂质颗粒进入后端系统；

吸肥管6下方设置肥液灌，肥液灌底部距离低压双吸肥口文丘里施肥器主轴线控制在1m以内，肥液灌内装入充足的液体肥料；当灌溉系统供水水源开启后，带有压力的水流快速进入系统管道内，水流压力大小根据系统需求设计供压装置能级，从低压双吸肥口文丘里施肥器进水口段1进入文丘里管，经过轴对称收缩段2进入喉管段3，然后经过轴对称扩大段4，最后通过出水口段5进入灌溉管网；

进水口段1和出水口段5内径，设置为16mm，减小过流水量初步降低工作压力；同时，在喉部对称布置两个与文丘里管主轴线流速方向成50°夹角的吸肥管6，吸肥管6将喉管段骤缩形成的负压区均匀分布在整个吸肥管6与喉管段3相接的环切面上，使负压区更稳定更集中，进一步降低了文丘里管前端工作压力。

吸肥管6的夹角α降低了肥液与水混合时的能耗损失，流动方向能快速保持一致，提高了水肥混合均匀性，消除了轴对称扩大段4水肥混合液的回流，保证了灌溉系统的能量稳定。整体降低了工作压力，满足低压灌溉系统需求，提高了吸肥的稳定性和混肥的均匀性；

吸肥管6端自带的单向阀，只允许肥液单向输送，防止启停短暂工作阶段，文丘里管内的液体倒流进入肥液内，造成肥液污染。

总之，本发明通过改变吸肥管的数量和布置结构，有效地降低了吸肥作业临界压力，改善了吸肥性能。

Claims (5)

1.一种低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器，其特征在于，包括进水口段(1)、轴对称收缩段(2)、喉管段(3)、轴对称扩大段(4)和出水口段(5)；其中，沿着水流方向依次设置进水口段(1)、轴对称收缩段(2)、喉管段(3)、轴对称扩大段(4)和出水口段(5)；喉管段(3)对称设置有2个吸肥管(6)，吸肥管(6)的轴线与文丘里管主管轴线有一夹角α，吸肥管(6)与喉管段(3)连通；吸肥管(6)的入口端设置有单向阀(8)；吸肥管(6)轴线偏向进水口段(1)的夹角α为50°；轴对称收缩段(2)的收缩角γ为24°，轴对称扩大段(4)的扩大角β为6°；轴对称收缩段(2)和轴对称扩大段(4)的长度比为0.178～0.486；吸肥管(6)将喉管段骤缩形成的负压区均匀分布在整个吸肥管(6)与喉管段(3)相接的环切面上。

2.根据权利要求1所述的低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器，其特征在于，吸肥管(6)连通肥液灌。

3.根据权利要求1所述的低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器，其特征在于，吸肥管(6)的入口端设置过滤器。

4.根据权利要求1所述的低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器，其特征在于，进水口段(1)和出水口段(5)的内径相同。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的低压灌溉双吸肥口文丘里施肥器，其特征在于，轴对称收缩段(2)、喉管段(3)、轴对称扩大段(4)和吸肥管(6)外壁设置有加强筋(7)，加强筋(7)将轴对称收缩段(2)、喉管段(3)、轴对称扩大段(4)和吸肥管(6)连接为一个整体。

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