CN111066439A - 一种水肥气热一体化灌溉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及灌溉系统技术领域，具体涉及一种水肥气热一体化灌溉系统，包括：设于田间灌溉管网和灌溉水箱之间的施肥罐，所述施肥罐中设有进水管、投料口和搅拌机构，所述搅拌机构设于所述进水管的上方，所述进水管上开设有多个允许内部的加气后的灌溉水输出的开孔，所述开孔的内径小于所述加气后的灌溉水中的气泡的直径。本发明提供了一种加气均匀，气体溶解量大，灌溉效果好的水肥气热一体化灌溉系统。

Description

一种水肥气热一体化灌溉系统
技术领域
本发明涉及灌溉系统技术领域，具体涉及一种水肥气热一体化灌溉系统。
背景技术
作物生长必不可少的五大因素是水、肥、气、热、光，这五大因素缺一不可，农业生产中容易忽略气和热的影响，导致植株生长受到抑制，从而影响作物的产量和品质。西北地区由于水资源不足原因，覆膜种植普遍，一方面覆膜对于土壤增温、保温有一定的效果，另一方面覆膜使得土壤与空气的接触面积变少，加剧了作物根区缺氧的现象。实际农业生产中，土壤中水气是相互制约的矛盾体，传统灌溉过程中，灌溉在满足作物水分需要的同时，排除了土壤中的空气，导致土壤中氧气含量降低。虽然现在已有一些在灌溉水中加气的灌溉方式，但是仍存在加气不均匀，气体溶解量小，影响灌溉效果的问题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的灌溉系统中灌溉水加气不均匀，气体溶解量小，影响灌溉效果的缺陷，从而提供一种加气均匀，气体溶解量大，灌溉效果好的水肥气热一体化灌溉系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水肥气热一体化灌溉系统，包括：
设于田间灌溉管网和灌溉水箱之间的施肥罐，所述施肥罐中设有进水管、投料口和搅拌机构，所述搅拌机构设于所述进水管的上方，所述进水管上开设有多个允许内部的加气后的灌溉水输出的开孔，所述开孔的内径小于所述加气后的灌溉水中的气泡的直径。
所述的水肥气热一体化灌溉系统，所述施肥罐中还设有相互垂直设置的第一过滤网和第二过滤网，所述第一过滤网和所述第二过滤网将所述施肥罐内部分为投料区、水肥气混合区和水肥输出区，所述进水管和所述搅拌机构均设于所述水肥混合区中，所述投料区的肥料经所述第二过滤网进入所述水肥混合区与所述加气后的灌溉水搅拌混合后经所述第一过滤网进入所述水肥输出区输出。
所述的水肥气热一体化灌溉系统，所述灌溉水箱与所述施肥罐之间设置有加气机构，所述加气机构包括并联设置的文丘里管、回流管和灌溉水输送管，所述文丘里管和所述灌溉水输送管不同时开启。
所述的水肥气热一体化灌溉系统，在所述文丘里管的进口和出口分别设置有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器通过控制器与所述回流管信号连接。
所述的水肥气热一体化灌溉系统，在所述文丘里管的进口还设置有恒温阀和与所述恒温阀连接的注水管，所述恒温阀与所述控制器信号连接。
所述的水肥气热一体化灌溉系统，还包括与所述灌溉水箱的进口连接的保温水箱和水源热泵，所述保温水箱和所述水源热泵连接。
所述的水肥气热一体化灌溉系统，所述保温水箱还连接有太阳能光伏机构。
所述的水肥气热一体化灌溉系统，所述太阳能光伏机构通过蓄电池组与所述控制器连接。
所述的水肥气热一体化灌溉系统，在所述保温水箱中设置有第一水位传感器和第一水温传感器，在所述灌溉水箱中设置有第二水位传感器和第二水温传感器，所述第一水位传感器、第一水温传感器、第二水位传感器和第二水温传感器均与所述控制器信号连接。
所述的水肥气热一体化灌溉系统，在所述田间灌溉管网中设有与所述控制器连接的土壤温度传感器。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的水肥气热一体化灌溉系统，加气后的灌溉水经进水管的开孔输出，开孔的内径小于加气后的灌溉水中的气泡的直径，这样使得灌溉水中未溶解的大气泡被一次打碎为小气泡，并在上升过程中在搅拌机构的作用下二次打碎，从而使得气体在灌溉水中充分溶解，保证了加气的均匀性；且充分溶解气体的灌溉水与肥料在搅拌机构的作用下混合，使得输出的水肥气热混合液的肥效更好，提高了灌溉效果。
2.本发明提供的水肥气热一体化灌溉系统，文丘里管进口和出口第一压力传感器和第二压力传感器的设置，使得文丘里管两端压力始终维持恒定，保证加气的正常进行。
3.本发明提供的水肥气热一体化灌溉系统，恒温阀和注水管、保温水箱和水源热泵的设置保证了灌溉水温度的恒定，满足了灌溉要求。
4.本发明提供的水肥气热一体化灌溉系统，第一水位传感器、第一水温传感器、第二水位传感器、第二水温传感器和土壤温度传感器的设置，使得灌溉系统能够根据实际需求及时调整水温及水量，满足作物对水热气的需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的水肥气热一体化灌溉系统的示意图；
图2为图1中施肥罐的示意图。
附图标记说明：
1、保温水箱；2、过滤器；3、循环泵；4、太阳能光伏机构；5、第一电磁阀；6、第二电磁阀；7、蓄电池组；8、控制器；9、第一水位传感器；10、第一水温传感器；11、第三电磁阀；12、水源热泵；13、灌溉水箱；14、第二水温传感器；15、第二水位传感器；16、水泵；17、恒温阀；18、注水管；19、第四电磁阀；20、文丘里管；21、第五电磁阀；22、三通；23、第六电磁阀；24、回流管；25、施肥罐；26、电动马达；27、搅拌杆；28、第一过滤网；29、搅拌桨；30、进水管；31、开孔；32、投料口；33、第二过滤网；34、开关口；35、废料阀门；36、土壤温度传感器；37、第一压力传感器；38、第二压力传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1－2所示的水肥气热一体化灌溉系统的一种具体实施方式，包括与田间灌溉管网依次连接的施肥罐25、加气机构、灌溉水箱13、保温水箱1、水源热泵12、太阳能光伏机构4和控制器8。所述施肥罐25中设有进水管30、投料口32和搅拌机构，所述搅拌机构设于所述进水管30的上方，搅拌机构包括电动马达26、与电动马达26连接的搅拌杆27和设于搅拌杆27另一端的搅拌桨29。所述进水管30上开设有多个允许内部的加气后的灌溉水输出的圆形开孔31，圆形开孔31的内径小于所述加气后的灌溉水中的气泡的直径，以将未溶解的大气泡打碎为小气泡。
所述施肥罐25中还设有相互垂直设置的第一过滤网28和第二过滤网33，所述第一过滤网28和所述第二过滤网33将所述施肥罐25内部分为投料区、水肥气混合区和水肥输出区。所述进水管30和所述搅拌机构均设于所述水肥混合区中，肥料经开关口34和投料口32进入所述投料区，再经所述第二过滤网33进入所述水肥混合区与所述加气后的灌溉水搅拌混合后经所述第一过滤网28进入所述水肥输出区输出。施肥罐的下部设置有废料阀门35，用于清除肥料残渣。
所述加气机构包括并联设置的文丘里管20、回流管24和灌溉水输送管，文丘里管20和回流管24通过三通22连接，所述文丘里管20和所述灌溉水输送管不同时开启。文丘里管20的进口通过第四电磁阀19与灌溉水箱13中的水泵16连接，以向灌溉水箱13中加气。在所述文丘里管20的进口和出口分别设置有第一压力传感器37和第二压力传感器38，所述第一压力传感器37和第二压力传感器38通过控制器8与所述回流管24信号连接。当灌溉进行一定时间后，由于滴灌带周围水分增多，滴灌带内外压差减小，导致滴灌带流量减少，文丘里管20出水端压力增大，文丘里管20内部水流流速降低，此时第二压力传感器38将压力变化信息传递至控制器8，控制器8打开回流管24上的第六电磁阀23，通过控制第六电磁阀23流量保证文丘里管20两端压力始终维持恒定，保证加气正常进行。加气过程中灌溉水输送管上的第五电磁阀21关闭。
在所述文丘里管20的进口还设置有恒温阀17和与所述恒温阀17连接的注水管18，恒温阀17的温度设置为30°，所述恒温阀17与所述控制器8信号连接，通孔控制器8控制注水管18的开闭。
灌溉水箱13入水口和出水口分别设置在上部和下部，在所述灌溉水箱13中设置有与控制器8信号连接的第二水位传感器15和第二水温传感器14。
所述灌溉水箱13的进口同时连接有保温水箱1和水源热泵12，所述保温水箱1和所述水源热泵12连接。保温水箱1与灌溉水箱13内部材料采用保温性好的硬质聚氨酯泡沫。保温水箱1位于灌溉水箱13上方，保温水箱1入水口和出水口分别设置在上部和下部，保温水箱1入水口外接注水口，第二电磁阀6位于此管道，保温水箱1出水口通过管道与灌溉水箱13入水口连接，第一电磁阀5位于此管道。保温水箱1内设置有过滤器2、第一水位传感器9和第一水温传感器10。水源热泵12的入水端口通过管道与保温水箱1下部出水口连通，第三电磁阀11位于此管道，水源热泵12的出水端口与灌溉水箱13上部入水口连接。
太阳能光伏机构4通过循环泵3与保温水箱1连接，以在非灌溉时期为保温水箱1中的水加热，并将产生的电能储存在蓄电池组7中。所述太阳能光伏机构4通过蓄电池组7与所述控制器8连接。
在所述田间灌溉管网中设有与所述控制器8连接的土壤温度传感器36，以将土壤温度实时发送至控制器8进行灌溉水的调节。土壤温度传感器36埋于作物区土壤，深度15cm，滴灌带埋深15cm。
灌溉时期打开控制器8，土壤温度传感器36将作物根区土壤温度T1反馈至控制器8，第一水温传感器10将保温水箱1温度T2反馈至控制器8。通过施肥罐25开关口34，打开施肥罐25投料口32，将肥料加入，关闭投料口32以及开关口34。若30℃≤T1≤T2，此时保温水箱1中水温高于灌溉水温要求，控制器8打开第一电磁阀5，当灌溉水箱13水位达到一定高度时，第二水位传感器15将信息反馈至控制器8，控制器8关闭第一电磁阀5，打开第二电磁阀6为保温水箱1注水，当保温水箱1水位达到一定高度时，第一水位传感器9将信息反馈至控制器8，控制器8关闭第二电磁阀6，太阳能光伏机构4继续工作。同时，控制器8打开水泵16、第四电磁阀19、电动马达26，灌溉水箱13中的水经过恒温阀17，通过恒温阀17的自动调节达到30℃水温，即通过注水管18注水。若30℃＞T1＞T2，此时保温水箱1的水温不满足灌溉水温要求，控制器8打开第三电磁阀11以及水源热泵12，此时水源热泵12对保温水箱1的水进行加热，并将加热水送至灌溉水箱13，水源热泵12加热温度设置为25℃，当灌溉水箱13水位达到一定高度时，第二水位传感器15将信息反馈至控制器8，控制器8关闭第三电磁阀11以及水源热泵12，打开第二电磁阀6为保温水箱1注水，当保温水箱1水位达到一定高度时，第一水位传感器9将信息反馈至控制器8，控制器8关闭第二电磁阀6，太阳能光伏机构4继续工作。同时，控制器8打开水泵16、第四电磁阀19、电动马达26，灌溉水箱13水经过恒温阀17，此时恒温阀17不进行温度调节，水温恒定在25℃。
研究表明过量加气对作物生长有负面影响，因此当加气过程运行2－3小时以后，控制器8关闭第四电磁阀19、第六电磁阀23，同时打开第五电磁阀21，此时加气停止，灌溉水由第五电磁阀21所在的灌溉管道进入施肥罐25，并与肥料充分搅拌后输送至田间灌溉管网。
当灌溉水箱13水位低于一定高度时，第二水位传感器15将信息反馈至控制器8，控制器8关闭水泵16、电动马达26，此时系统停止运行，打开施肥罐25底部废料阀门35，将肥料残渣清除。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，包括：
设于田间灌溉管网和灌溉水箱之间的施肥罐，所述施肥罐中设有进水管、投料口和搅拌机构，所述搅拌机构设于所述进水管的上方，所述进水管上开设有多个允许内部的加气后的灌溉水输出的开孔，所述开孔的内径小于所述加气后的灌溉水中的气泡的直径。
2.根据权利要求1所述的水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，所述施肥罐中还设有相互垂直设置的第一过滤网和第二过滤网，所述第一过滤网和所述第二过滤网将所述施肥罐内部分为投料区、水肥气混合区和水肥输出区，所述进水管和所述搅拌机构均设于所述水肥混合区中，所述投料区的肥料经所述第二过滤网进入所述水肥混合区与所述加气后的灌溉水搅拌混合后经所述第一过滤网进入所述水肥输出区输出。
3.根据权利要求1或2所述的水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，所述灌溉水箱与所述施肥罐之间设置有加气机构，所述加气机构包括并联设置的文丘里管、回流管和灌溉水输送管，所述文丘里管和所述灌溉水输送管不同时开启。
4.根据权利要求3所述的水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，在所述文丘里管的进口和出口分别设置有第一压力传感器和第二压力传感器，所述第一压力传感器和第二压力传感器通过控制器与所述回流管信号连接。
5.根据权利要求4所述的水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，在所述文丘里管的进口还设置有恒温阀和与所述恒温阀连接的注水管，所述恒温阀与所述控制器信号连接。
6.根据权利要求4所述的水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，还包括与所述灌溉水箱的进口连接的保温水箱和水源热泵，所述保温水箱和所述水源热泵连接。
7.根据权利要求6所述的水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，所述保温水箱还连接有太阳能光伏机构。
8.根据权利要求7所述的水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，所述太阳能光伏机构通过蓄电池组与所述控制器连接。
9.根据权利要求6所述的水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，在所述保温水箱中设置有第一水位传感器和第一水温传感器，在所述灌溉水箱中设置有第二水位传感器和第二水温传感器，所述第一水位传感器、第一水温传感器、第二水位传感器和第二水温传感器均与所述控制器信号连接。
10.根据权利要求4－9任一项所述的水肥气热一体化灌溉系统，其特征在于，在所述田间灌溉管网中设有与所述控制器连接的土壤温度传感器。
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