CN110432136B - 一种灌排自动切换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌排自动切换装置，包括切换腔、进水口、排水口、灌排口和浮子；所述进水口在切换腔顶部，排水口在切换腔底部，灌排口在切换腔侧壁，浮子位于切换腔内部，浮子底部呈渐缩结构。当灌溉水从顶部进水口进入切换腔，在灌溉水向下压力作用下，浮子下沉，浮子底部封堵排水口，灌溉水自灌排口流向栽培系统；当停止灌水，切换腔内向下压力消失，浮子自动上浮，灌溉水从底部排水口自动排出。该装置将灌与排的管路合二为一，完全依靠物理原理实现灌水与排水的自动切换，无需人工操作和电子装置辅助，结构简单，经济实用，安全高效。

Description

一种灌排自动切换装置

技术领域

本发明涉及无土栽培技术及灌溉领域，具体是一种灌排自动切换装置。

背景技术

无土栽培技术因其不依赖土壤条件、培养环境可控、洁净无污染、病虫害少、高产优质高效，日益广泛用于植物栽培。因植物种类、发育阶段、生长要求，需要适时调整灌溉量，因此，精准灌溉是无土栽培最关键环节。

公开号CN201450981U的中国专利公开了一种灌排装置及灌排水管，其通过灌排水管管体沿其轴向中心截面分为上下两半，上半管体外壁上横向排列多道半圆形凹槽，凹槽内分布多个通孔，埋于土里，降雨时收集积水，实现从深层土壤直接向地面植物补充水分、土壤水分饱和后多余水从通孔回流的灌排目的。

公开号CN108617478A的中国专利公开了一种农田定量灌排控制装置，包括隔水蓄水装置，其上安装可旋转的排水灌水容器；排水灌水容器上设置一个灌水口一个溢出口。灌水时，旋转排水灌水容器使其溢出口与所需水位平齐，多余的进水从溢出口流出；排水时，旋转灌排水容器使其溢出口处于排水位置，进行排水。这种装置仍然需要人工切换灌排水作业。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动化程度高、不依靠电子装置且减少人力投入的物理灌排自动切换装置，可以自动切换灌水和排水。

本发明提供的灌排自动切换装置，包括切换腔、进水口、排水口、灌排口和浮子。

所述进水口在切换腔顶部，排水口在切换腔底部，灌排口在切换腔侧壁，浮子位于切换腔中央，浮子底部呈渐缩结构；当灌溉水从顶部进水口进入切换腔，在灌溉水向下压力作用下，浮子下沉，浮子底部封堵排水口，水流向栽培系统；当停止灌水，灌溉水向下压力消失，受浮力作用浮子自动上浮，浮子与排水孔之间形成缝隙，灌溉水从底部排水口自动排出。实现同一管路系统灌与排的自动切换。

可选或优选的，上述灌排自动切换装置，所述切换腔为纵向柱形或方形桶状空腔结构，内壁表面设有多段纵向导引筋，起到限位浮子上下运动不偏离，并形成导流间隙的作用。导引筋表面光洁，并与浮子侧壁表面之间有一定间隙，确保浮子上下移动不受阻。

可选或优选的，上述灌排自动切换装置，所述灌排口及灌排管、排水口及排水管内径大于进水口及进水管内径。有利于停止灌水后浮子上浮，排水顺畅，且灌水从灌排口排出时流速变缓。

可选或优选的，上述灌排自动切换装置，所述浮子为与切换腔内壁形状匹配的纵向柱形密封腔体，底部呈渐缩结构。

可选或优选的，上述灌排自动切换装置，所述浮子外径小于切换腔内径，浮子与切换腔内壁之间有一定空隙，灌溉水可充斥空隙中。当浮子向下运动堵塞排水口时，空隙使切换腔内的水能更流畅地进入灌排口外的管路系统中。

可选或优选的，上述灌排自动切换装置，所述浮子设有上下垂直的导引结构。优选在浮子顶部与底部设垂直不偏移的引导结构。引导结构的目的是为了使浮子的上下移动不会偏向一侧而堵不住排水口，引导结构优选为位于进水口与排水口位置具有固定浮子中轴芯的车毂形镂空结构，镂空结构利于水的通过，中轴芯与浮子为一体设置，固定浮子在所限空间内上下移动。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的灌排自动切换装置，能够实现水肥的自动灌与排，无需人工参与操作，完全依靠物理原理实现自动灌水与排水的自动切换。最为突出的创新点在于将灌与排的管路合二为一，即一套管路同时兼具灌与排的功能，简化灌溉管路系统，降低成本。

灌溉完成后的多余灌溉水还可以回流到储液池中，经过滤、消毒而循环使用，节约水肥资源，避免污染和浪费。

附图说明

图1为实施例1所示的灌排自动切换装置；

图2为实施例1灌排自动切换装置与液位控制室连接结构示意图；

图3为实施例2液位控制室结构示意图；

图4为实施例3液位控制室结构示意图；

图5为实施例4所示的灌排口管路连接栽培系统的结构示意图。

图中：

1、切换腔； 11、进水口； 12、排水口；

13、灌排口； 14、浮子； 2、液位控制室；

21、上流口； 22、限位腔； 23、溢流口；

24、限位部； 25、帽盖； 3、箱罩；

4、储液池； 5、水泵； 6、栽培容器。

具体实施方式

下面结合具体的优选实施例对本发明的发明构思进行详细解释和说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明并予以实施。

实施例1

请参考图1和图2，为一种灌排自动切换装置，包括纵向柱形空腔结构的切换腔1，切换腔1顶部开设进水口11，底部开设排水口12，切换腔1侧壁上设有灌排口13。灌排口13及灌排管、排水口12及排水管内径大于进水口11及进水管内径。

切换腔1内有浮子14，灌溉水从进水口11进入切换腔1，在灌溉水向下压力作用下，浮子14下沉，浮子14底部封堵排水口12，水通过灌排口13流向栽培系统；当停止灌水，水压消失，浮子14上浮，灌溉水从底部排水口12自动排出。

浮子14为与切换腔1内壁形状匹配的纵向柱形密封腔体结构，底部渐缩，浮子14外径小于切换腔1内径，与切换腔1内壁之间有一定空隙，利于灌溉水自空隙中流向栽培系统或从底部排出。切换腔1内壁上设有多道纵向导引筋，导引筋表面光洁并与浮子之间有微小间隙，起到限位浮子上下移动时不偏移、确保浮子上下移动不受阻，浮子与内壁之间的水流通道畅通的作用。

另外，浮子14顶部与底部还可以设有上下垂直不偏移的引导结构。引导结构优选为位于进水口11与排水口12位置具有固定浮子中轴芯的车毂形镂空结构，镂空结构利于水的通过，中轴芯与浮子为一体设置，固定浮子在所限空间内上下移动。

参见图2，灌排自动切换装置还连接有液位控制室2。液位控制室2包括上流口21、限位腔22、溢流口23和限位部24。限位腔侧壁设有开口，开口通过限位部24阻挡进行上限水位调节。限位腔22呈筒形结构，限位部24为套在限位腔22外周的套管，使得限位腔22和限位部24整体形成一个带“豁口”结构的筒。套管的数量为一个以上，套管可上下移动或增减套管圈来调节上限灌溉水位，在限位腔22顶部设有帽盖25，防止空气中的灰尘、病菌、昆虫进入。

基于“U形管原理”，限位部24设定的液位高度即是远端与其相连通的栽培系统终端的灌溉水位高度。

工作原理：

水泵启动时，水流从切换腔1顶部进水口11进入，浮子14受水泵的动力水压，底部的渐缩结构堵塞排水口12，水通过浮子14四周导流空间流向侧壁灌排口13及水位限位腔22，并与灌溉管路系统、栽培系统关联。水位达到限位腔22的限位部24上方经溢流口23溢出。限位部24的高度，即液位能达到的最大高度，起到限位作用。

水泵关闭时，切换腔1顶部的水压消失，浮子14由于自身浮力向上浮起，离开排水口12，则灌排口13及灌溉管路系统内的水分又可以回流通过排水口12流出，实现灌水在同一管路系统内的灌与排的自动切换。

实施例2

其余结构与实施例1相同，参考图3，不同之处在于液位控制室2的限位腔22呈箱体结构，限位部24为设在上流口21和溢流口23之间的闸板，闸板的数量为一个以上。另一种实施方案是：通过增高或降低闸板实现水位的调节。此时，限位腔24由围绕上流口21的箱体侧壁构成。

实施例3

其余结构与实施例1相同，参考图4，不同之处在于液位控制室2的限位腔22呈筒形结构，限位部24为套在限位腔22外周的套管，形成一个开有“豁口”的圆管，套管的数量为一个以上；限位腔22、限位部24和溢流口23外还设有箱罩3。

在箱罩3的底部设有两个圆管口，向下凸起，便于对接管件、管路，其中对接切换腔1灌排口13的是上流口21，对接排液管路的是溢流口23。

溢流口23插接限位腔22，限位腔22为竖直设置，限位腔22的管径等于或大于给上流口21的管径，在限位腔22筒壁上开长方形的开口，开口的底部为栽培容器6最低限位的液位高度，在开口外套一截割开的同径套管，该套管可上下移动，以升高或降低灌溉的液位。

实施例4

参考图5，为一种集灌排自动控制及液位控制于一体的灌溉系统，包括储液池4、储液池4通过管道连接切换腔1的进水口11并通过水泵5泵送水或营养液，切换腔1的排水口12通过管道连接至储液池4，切换腔1的灌排口13与液位控制室2的上流口21管道连接，液位控制室2的溢流口23也通过管道连接至储液池4。

连接灌排口13和上流口21的管道，同时连接至所有栽培容器6，所有的无土栽培容器6均布置在同一水平面上。

工作原理：

以供水为例，当水泵5启动注水时，水的压力将切换腔1内的浮子14向下压，自动堵塞切换腔1底部的排水口12，使水从侧面的灌排口13输出，经管路系统进入栽培系统的栽培槽中及每一个栽培容器6，栽培系统的所有栽培槽及栽培容器6应处于同一水平布置状态，通过液位控制室2内的闸板或套管的升高或降低来实现栽培槽或栽培容器6的灌溉水位调节。

一般冬春季节气温低，植株蒸腾少，需水量少，也不容易引起基质表面盐分积累，灌溉的上限水位可以设得底一些，将套管向下移动(或降低闸板)到所需的最低水位上(一般3-5厘米的灌溉水位)。而一旦进入夏秋季节，植株生长繁茂，蒸腾旺盛，需水量就比较大，而且基质中容易积累盐分，这时需要将灌溉的上限水位提高到与容器基质表面高度齐平的位线上，方法就是将液位控制室2的限位部24套管向上移动(或增高闸板)到所需位置即可。

水泵供水一段时间后，水肥营养通过管路系统的“U形管原理”进入到每一段栽培槽或每一个栽培容器6中，使栽培系统内的所有基质及植物根部处于同步、同水位的浸润灌溉状态，达到所需的灌溉水位并保持几分钟，使所有基质及作物充分吸水，在此期间，水泵依然在工作，但水或营养液是通过液位控制室2的溢流口23流出并回流至储液池4的，不会导致营养液从栽培区的任何一个栽培容器中溢出，这就是本发明控制液位的简便方式。

完成灌溉后水泵停止工作，这时切换腔1的上部进水口11压力消失，而切换腔1内充满水，水的浮力抬升切换腔1内的浮子14，切换腔1底部的排水口12就自然打开了，栽培系统及管路内的灌溉液迅速回流，经此排水口12经管路排出，流回到储液池4内。大约若干分钟后，栽培槽及栽培容器6内的灌溉液可以全部排尽，完成一次潮汐式的灌溉。灌溉的时间、间隔的时间可以人工设定，也可通过基质中的水分传感器、基质浓度传感器来智能化控制灌溉的时间及频率。

切换腔1的排水口12和液位控制室2的溢流口23，均通过管路连接至储液池4，实现对灌溉时“溢流液”和“排出液”的回收，完成灌溉液的循环利用。

本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种灌排自动切换装置，其特征在于，包括切换腔、进水口、排水口、灌排口和浮子；

所述进水口在切换腔顶部，排水口在切换腔底部，灌排口在切换腔侧壁，浮子位于切换腔中央，浮子底部呈渐缩结构；当灌溉水从顶部进水口进入切换腔，在灌溉水向下压力作用下，浮子下沉，浮子底部封堵排水口，水流向栽培系统；当停止灌水，灌溉水向下压力消失，浮子自动上浮，灌溉水从底部排水口自动排出；

所述切换腔为纵向柱形或方形桶状空腔结构，内壁表面设有多段纵向导引筋，起到限位浮子上下运动不偏离，并形成导流间隙的作用；

所述灌排自动切换装置还连接有液位控制室，液位控制室包括上流口、限位腔、溢流口和限位部，限位腔侧壁设有开口，开口通过限位部阻挡进行上限水位调节；限位腔呈筒形结构，限位部为套在限位腔外周的套管，使得限位腔和限位部整体形成一个带“豁口”结构的筒。

2.根据权利要求1所述的灌排自动切换装置，其特征在于，所述灌排口及灌排管、排水口及排水管内径大于进水口及进水管内径。

3.根据权利要求1所述的灌排自动切换装置，其特征在于，所述浮子为与切换腔内壁形状匹配的纵向柱形密封腔体，底部呈渐缩结构。

4.根据权利要求1所述的灌排自动切换装置，其特征在于，所述浮子外径小于切换腔内径，浮子与切换腔内壁之间有一定空隙，利于灌溉水自空隙中流向栽培系统或从底部排出。

5.根据权利要求1所述的灌排自动切换装置，其特征在于，所述浮子设有上下垂直的导引结构。

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