CN114813082A - 一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，在吸肥回路中配置一台施肥泵，用于从供水主管道混合段后端吸入混合后的水肥混合液，实现试验测试时可以经文丘里施肥器从肥料桶中吸入液态肥，混合后从混合段前端注入主管道进行2次混合；施肥器工作压力通过供水泵进行调节，进出口压差则通过调节施肥泵流量实现，二者互不干涉。从而使文丘里施肥器性能试验时的工作状态与实际使用一致，试验效果更切合实际。

Description

一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法

技术领域

本发明属水肥一体化技术技术领域，尤其涉及一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法。

背景技术

水肥一体化技术是一种灌溉与施肥融为一体的农业新技术。它改变了传统的土壤施肥模式，通过抽水加压系统配合施肥桶进行水肥混合，再把水肥混合液输送给农作物，可控制灌溉水和施肥量，达到定时、定量施肥和节水节肥效果，其实现的设备称为水肥一体化灌溉设备。文丘里施肥器是其中关键部件之一，灌溉水通过文丘里施肥器产生的负压将液态肥吸入并混合均匀后对农作物进行灌溉与施肥，施肥器是水肥一体化灌溉设备的核心，其性能主要取决于文丘里结构参数和工作水流量、工作压力等运行参数。文丘里施肥器性能试验装置可以测量并计算分析文丘里施肥器工作流量、进口压力、出口压力、吸肥口压力和吸肥量、吸肥流量比、水头损失和吸肥效率等工作参数与性能指标，为文丘里施肥器优选/优化设计提供试验验证。

现有文丘里施肥器性能试验装置中，施肥器工作水由供水泵提供，试验时通过试验装置中的阀门组（调节阀1～调节阀5），同时调节施肥器的工作压力和工作流量，详见说明书附图1。众所周知，一台泵的工况点（流量、扬程）是相对固定的，试验要求同时随意调节流量和扬程（工作压力）是比较困难的，试验时操作不方便甚至有些点无法调节；同时，由于施肥器工作状态与实际工作场景不一致，可能因此产生试验偏差，影响到试验结果，直接影响到文丘里施肥器优选/优化设计工作。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，对现有文丘里施肥器性能试验装置的回路结构进行调整继而重建和优化了整个性能试验方法的设计，在吸肥回路中配置一台施肥泵，用于从供水主管道混合段后端吸入混合后的水肥混合液，同时简化和取消了现有装置中的绝大多数阀门设置，实现试验测试时可以经文丘里施肥器从肥料桶中吸入液态肥，混合后从混合段前端注入主管道进行2次混合。从而使文丘里施肥器性能试验时的工作状态与实际使用一致，试验效果更切合实际。

在本发明中，施肥器工作压力通过供水泵进行调节，而进出口压差则通过调节施肥泵流量（施肥器工作流量）来实现，二者互不干涉，试验调节与控制方便、精确。

本发明具体采用以下技术方案：

一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，其特征在于：在吸肥回路中配置一台施肥泵，用于从供水主管道混合段后端吸入混合后的水肥混合液，实现试验测试时可以经文丘里施肥器从肥料桶中吸入液态肥，混合后从混合段前端注入主管道进行2次混合；施肥器工作压力通过供水泵进行调节，进出口压差则通过调节施肥泵流量实现，二者互不干涉。

进一步地，供水泵为文丘里施肥器提供恒压工作水；文丘里施肥器工作压力通过供水泵和在出水端设置的第一调节阀进行调节；所述文丘里施肥器吸肥量为第一流量计测量流量减去第二流量计的测量流量，所述第一流量计和第二流量计分别安装在文丘里施肥器两侧的吸肥支管上；施肥器工作流量通过位于施肥泵旁侧的吸肥支管上设置的第二调节阀进行调节，从而实现可以测量施肥器在同一工作压力下，不同工作流量下的工作参数与性能指标。

进一步地，主管道的进水段设置有第三流量计；所述供水泵的两端、所述文丘里施肥器的三端、以及所述施肥泵的两端的管道上分别设置有压力传感器。

进一步地，文丘里施肥器工作压力分为10m、15m、20m、25m、30m 共5个水平；逐点调节施肥泵流量并保持文丘里施肥器工作压力在设定压力水平±0.1m，稳定后通过数据采集系统采集各流量计和压力传感器测量数据；观察文丘里施肥器出口透明管中水流状态，汽化出现并发展到施肥器各工作参数不能恢复稳定时，结束该压力点性能试验；重复上述过程直至所有压力点试验均正常完成，试验结束并生成性能试验数据记录表。

进一步地，数据分析处理具体包括以下步骤：

步骤S1：根据文丘里施肥器性能试验数据，计算文丘里施肥器进出口压差和吸肥量，绘制文丘里施肥器吸肥特性曲线；

步骤S2：根据文丘里施肥器吸肥特性曲线，计算得到文丘里施肥器在不同工作压力下的性能参数与指标，绘制文丘里施肥器性能曲线；

步骤S3：分析与研究文丘里施肥器吸肥特性曲线和性能曲线，验证文丘里施肥器数值模拟结果，指导文丘里施肥器优化设计。

进一步地，在步骤S1中，所述文丘里施肥器吸肥特性曲线包括吸肥量—进出口压差曲线和工作流量—进出口压差曲线。

进一步地，在步骤S2中，所述性能参数与指标包括：临界流量、临界压差、极值流量、极值压差、最大吸肥量、吸肥流量比、水头损失和吸肥效率；所述文丘里施肥器性能曲线包括：临界压差—工作压力曲线、极值压差—工作压力曲线、临界流量—工作压力曲线、极值流量—工作压力曲线、最大吸肥量—工作压力曲线、吸肥流量比—工作压力曲线和吸肥效率—工作压力曲线中的一种或多种。

进一步地，在步骤S3中，横向比较各文丘里施肥器的正常吸肥工作流量区域、最大吸肥量、吸肥流量比、水头损失和吸肥效率的参数与性能指标，指导文丘里施肥器优选设计工作。

相比于现有技术，本发明及其优选方案中，施肥器工作压力通过供水泵进行调节，而进出口压差则通过调节施肥泵流量（施肥器工作流量）来实现，二者互不干涉，试验调节与控制方便、精确。其对文丘里施肥器性能试验时的工作状态模拟更为准确，操作使用明显更为简便，且对于文丘里施肥器的优选设计的指导作用更为显著。

在文丘里施肥器性能试验装置的吸肥回路中配置施肥泵，用于调节施肥器工作流量；数据处理与分析方法上，从文丘里施肥器吸肥特性曲线入手，提出临界流量、极值流量、吸肥流量比和吸肥效率等性能参数与指标，绘制相应性能曲线，验证与评价文丘里施肥器性能，具有很高的实用价值和推广前景。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：

图1为现有技术没有施肥泵的文丘里施肥器性能试验装置示意图。

图中：101-供水泵；102-调节阀1；103-流量计1；104-压力传感器1；105-调节阀2；106-压力传感器2；107-调节阀3；108-流量计2；109-调节阀4；110-文丘里施肥器；111-肥料桶；112-流量计3；113-调节阀5。

图2为本发明实施例提供的基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验装置结构示意图。

图中：1-第一压力传感器；2-供水泵；3-过滤器；4-第二压力传感器；5-第三流量计；6-混合段；7-第一调节阀；8-第二流量计；9-第三压力传感器；10-第四压力传感器；11-肥料桶；12-文丘里施肥器；13-第五压力传感器；14-第六压力传感器；15-施肥泵；16-第七压力传感器；17-第一流量计；18-第二调节阀；19-数据采集系统。

图3为本发明实施例文丘里施肥器吸肥特性曲线示意图。

图4为本发明实施例临界压差、极值压差与工作压力关系曲线示意图。

图5为本发明实施例临界流量、极值流量、最大吸肥量与工作压力关系曲线示意图。

图6为本发明实施例吸肥流量比、吸肥效率性能曲线示意图。

具体实施方式

为让本专利的特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明如下：

如图1所示，现有技术提供的没有施肥泵的文丘里施肥器性能试验装置当中，包括相连通的主管道和吸肥支管。其包括供水泵101、调节阀1 102、流量计1 103、压力传感器1104、调节阀2 105、压力传感器2 106、调节阀3 107、流量计2 108、调节阀4 109、文丘里施肥器110、肥料桶111、流量计3 112、调节阀5 113等组件，试验时通过试验装置中的阀门组（调节阀1～调节阀5），同时调节施肥器的工作压力和工作流量。众所周知，一台泵的工况点（流量、扬程）是相对固定的，试验要求同时随意调节流量和扬程（工作压力）是比较困难的，试验时操作不方便甚至有些点无法调节；同时，由于施肥器工作状态与实际工作场景不一致，可能因此产生试验偏差，影响到试验结果，直接影响到文丘里施肥器优选/优化设计工作。

如图2所示，本实施例在以上结构的基础上进行了改进，其设计的核心目的在于，在吸肥回路中配置一台施肥泵15，从供水主管道混合段后端吸入混合后的水肥混合液，经文丘里施肥器从肥料桶中吸入液态肥，混合后从混合段前端注入主管道进行2次混合，从而使文丘里施肥器性能试验时的工作状态与实际使用一致，试验效果更切合实际；施肥器工作压力通过供水泵进行调节，而进出口压差则通过调节施肥泵流量（施肥器工作流量）来实现，二者互不干涉，试验调节与控制方便、精确。

具体地，本实施例提供的方案中：同样基于相连通的主管道和吸肥支管，试验装置主要由：供水泵2、过滤器3、混合段6、施肥泵15、文丘里施肥器12、肥料桶11、调节阀（包括第一调节阀7、第二调节阀18）、流量计（包括：第一流量计17、第二流量计8、第三流量计5）、压力传感器（包括：第一压力传感器1、第二压力传感器4、第三压力传感器9、第四压力传感器10、第五压力传感器13、第六压力传感器14、第七压力传感器16）和数据采集系统19等组成。

其中，供水泵1为变频恒压供水泵，为文丘里施肥器12提供恒压工作水；文丘里施肥器工作压力（进口压力）通过供水泵1和第一调节阀7进行调节；可以分为10m、15m、20m、25m、30m 共5个水平。

施肥泵15为小型多级离心式电泵，它的作用是从供水主管道混合段6后端吸入混合后的水肥混合液，经文丘里施肥器12从肥料桶11中吸入液态肥，混合后从混合段前端注入主管道进行2次混合，从而使文丘里施肥器工作状态与实际使用一致。且在该方案当中对调节阀的设置需求相对于现有技术大大减少，尤其不需要在主管道的混合段上设置调节阀。

在该方案中，文丘里施肥器吸肥量为第一流量计17测量流量减去第二流量计8的测量流量，从而能够被精确采集、计算和控制；施肥器工作流量则可以通过第二调节阀18进行调节，从而可以测量施肥器在同一工作压力下，不同工作流量下的工作参数与性能指标。

在本实施例中的数据采集系统19在硬件上可以直接采用现有技术当中的相应设备，如单片机-PC上位机构成的系统，通过测量系统中各流量计、压力传感器，测量并计算分析文丘里施肥器工作流量、进口压力、出口压力、吸肥口压力和吸肥量、吸肥流量比、水头损失和吸肥效率等参数与性能指标，完成文丘里施肥器性能试验。

基于以上设计，可以构建本实施例的基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法：

在性能试验中，通过数据采集模块，将文丘里施肥器工作压力设定为10、15、20、25、30m共5个压力水平，逐点调节施肥泵流量并保持文丘里施肥器工作压力在设定压力水平±0.1m，稳定后通过数据采集系统人机交互采集各流量计和压力传感器测量数据；观察文丘里施肥器出口透明管中水流状态，汽化出现并发展到施肥器各工作参数不能恢复稳定时，结束该压力点性能试验；重复上述过程直至所有压力点试验均正常完成，试验结束并生成性能试验数据记录表，其格式详见表1。

进一步地，通过数据处理与分析模块进行数据分析处理。

首先，根据文丘里施肥器性能试验数据（其格式详见表1），计算文丘里施肥器进出口压差和吸肥量，绘制文丘里施肥器吸肥特性曲线，即吸肥量—进出口压差、工作流量—进出口压差，详见图3；其次，根据文丘里施肥器吸肥特性曲线，经数据处理与分析计算，得到文丘里施肥器在不同工作压力下的临界流量、临界压差、极值流量、极值压差、最大吸肥量、吸肥流量比、水头损失和吸肥效率等性能参数与指标（其格式详见表2），绘制文丘里施肥器性能曲线，即临界压差—工作压力、极值压差—工作压力、临界流量—工作压力、极值流量—工作压力、最大吸肥量—工作压力、吸肥流量比—工作压力和吸肥效率—工作压力，详见图4、图5、图6；最后，分析与研究文丘里施肥器吸肥特性曲线和性能曲线，验证文丘里施肥器数值模拟结果，指导文丘里施肥器优化设计；横向比较各文丘里施肥器的正常吸肥工作流量区域、最大吸肥量、吸肥流量比、水头损失和吸肥效率等参数与性能指标，指导文丘里施肥器优选设计工作。

表1 文丘里施肥器性能试验原始数据记录表

表2 试验数据分析处理汇总表

综上，本实施例在文丘里施肥器性能试验装置的吸肥回路中配置施肥泵，用于调节施肥器工作流量；在数据处理与分析方法上，从文丘里施肥器吸肥特性曲线入手，提出临界流量、极值流量、吸肥流量比和吸肥效率等性能参数与指标，绘制相应性能曲线，验证与评价文丘里施肥器性能，指导文丘里施肥器优选设计工作。其克服了已有技术中的不足，提供了一种自动化程度较高、试验精度较高、操作使用简便、数据处理系统、专业的文丘里施肥器性能试验方法。

本专利不局限于上述最佳实施方式，任何人在本专利的启示下都可以得出其它各种形式的一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，其特征在于：在吸肥回路中配置一台施肥泵，用于从供水主管道混合段后端吸入混合后的水肥混合液，实现试验测试时可以经文丘里施肥器从肥料桶中吸入液态肥，混合后从混合段前端注入主管道进行2次混合；施肥器工作压力通过供水泵进行调节，进出口压差则通过调节施肥泵流量实现，二者互不干涉。

2.根据权利要求1所述的一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，其特征在于：供水泵为文丘里施肥器提供恒压工作水；文丘里施肥器工作压力通过供水泵和在出水端设置的第一调节阀进行调节；所述文丘里施肥器吸肥量为第一流量计测量流量减去第二流量计的测量流量，所述第一流量计和第二流量计分别安装在文丘里施肥器两侧的吸肥支管上；施肥器工作流量通过位于施肥泵旁侧的吸肥支管上设置的第二调节阀进行调节，从而实现可以测量施肥器在同一工作压力下，不同工作流量下的工作参数与性能指标。

3.根据权利要求2所述的一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，其特征在于：主管道的进水段设置有第三流量计；所述供水泵的两端、所述文丘里施肥器的三端、以及所述施肥泵的两端的管道上分别设置有压力传感器。

4.根据权利要求3所述的一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，其特征在于：文丘里施肥器工作压力分为10m、15m、20m、25m、30m 共5个水平；逐点调节施肥泵流量并保持文丘里施肥器工作压力在设定压力水平±0.1m，稳定后通过数据采集系统采集各流量计和压力传感器测量数据；观察文丘里施肥器出口透明管中水流状态，汽化出现并发展到施肥器各工作参数不能恢复稳定时，结束该压力点性能试验；重复上述过程直至所有压力点试验均正常完成，试验结束并生成性能试验数据记录表。

5.根据权利要求4所述的一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，其特征在于：数据分析处理具体包括以下步骤：

步骤S1：根据文丘里施肥器性能试验数据，计算文丘里施肥器进出口压差和吸肥量，绘制文丘里施肥器吸肥特性曲线；

步骤S2：根据文丘里施肥器吸肥特性曲线，计算得到文丘里施肥器在不同工作压力下的性能参数与指标，绘制文丘里施肥器性能曲线；

步骤S3：分析与研究文丘里施肥器吸肥特性曲线和性能曲线，验证文丘里施肥器数值模拟结果，指导文丘里施肥器优化设计。

6.根据权利要求5所述的一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，其特征在于：在步骤S1中，所述文丘里施肥器吸肥特性曲线包括吸肥量—进出口压差曲线和工作流量—进出口压差曲线。

7.根据权利要求6所述的一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，其特征在于：在步骤S2中，所述性能参数与指标包括：临界流量、临界压差、极值流量、极值压差、最大吸肥量、吸肥流量比、水头损失和吸肥效率；所述文丘里施肥器性能曲线包括：临界压差—工作压力曲线、极值压差—工作压力曲线、临界流量—工作压力曲线、极值流量—工作压力曲线、最大吸肥量—工作压力曲线、吸肥流量比—工作压力曲线和吸肥效率—工作压力曲线中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的一种基于施肥泵的文丘里施肥器性能试验方法，其特征在于：在步骤S3中，横向比较各文丘里施肥器的正常吸肥工作流量区域、最大吸肥量、吸肥流量比、水头损失和吸肥效率的参数与性能指标，指导文丘里施肥器优选设计工作。

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