CN114916409B - 一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器及制备和抗堵塞方法 - Google Patents
一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器及制备和抗堵塞方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器及制备和抗堵塞方法，对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器包括上顶盖，所述上顶盖内部开设有分水腔，所述分水腔顶部与进水口底部连通，所述分水腔底部与导水管顶部连通，所述导水管底部伸入到多孔渗水体的渗水腔内，所述渗水腔底部设有限压管；本发明解决了现有地下滴灌系统抗堵塞性能差、结构复杂和成本高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微灌灌水器设计领域，具体地指一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器及制备和抗堵塞方法。
背景技术
地下滴灌是一种节水效果较为显著的灌溉方式，可以将灌溉水流直接输送到作物根系区，具有较高的水分利用效率；同时，地下滴灌带埋置于地下，避免了人为破坏和紫外线辐射及昼夜温差变化导致的设施老化问题，延长了使用寿命，也便于田间管理。但是，地下滴灌也存在容易堵塞和维护困难的缺点。引起地下滴灌堵塞的原因较为复杂，除了地表滴灌中常见的物理、化学和生物堵塞外，当灌水停止后，毛管内产生的负压会使土壤颗粒进入灌水器流道内，造成堵塞；另一方面，植物根系的向水性生长使得植物的根系极易侵入灌水器流道，引起堵塞。由于地下滴灌设施埋入地下，使得地下滴灌堵塞故障排查困难，维修费用较高，进而对其推广应用产生一定不利影响。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器及制备和抗堵塞方法，解决现有地下滴灌系统抗堵塞性能差、结构复杂和成本高的问题。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器，包括上顶盖，所述上顶盖内部开设有分水腔，所述分水腔顶部与进水口底部连通，所述分水腔底部与导水管顶部连通，所述导水管底部伸入到多孔渗水体的渗水腔内，所述渗水腔底部设有限压管。
优选地，所述限压管内设有圆柱芯，所述限压管顶部与呈喇叭形的弹性套体外侧配合，所述弹性套体内侧套设于圆柱芯上侧，所述限压管底部开设有出水口。
优选地，所述圆柱芯底部与限压管底部的封板固定连接，封板表面开设出水口。
优选地，所述弹性套体外侧通过固定环安装于限压管顶部。
优选地，所述多孔渗水体为凹槽结构，其顶部与上顶盖配合，其底部穿设限压管，多孔渗水体顶部通过热熔胶与上顶盖下底面密封连接，限压管通过热熔胶与多孔渗水体底部密封连接。
优选地，所述多孔渗水体为长方体或圆柱体凹槽结构，所述上顶盖为T型板状结构，上顶盖边侧与多孔渗水体顶部配合，上顶盖中部开设分水腔。
优选地，所述多孔渗水体制备原料按质量百分比计分别为：活性炭2~10份，粉煤灰7~30份，黏土60~90份。
本发明还公开上述对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器的多孔渗水体的制备方法，它包括如下步骤：
步骤一：将活性炭、粉煤灰、黏土三种原料分别放入破碎机破碎并过60目筛，然后将原料按照已有配合比例混合均匀；
步骤二：加入原料总质量为15%的水混合搅拌均匀，将混合料在密闭容器中陈伏24h；
步骤三：将陈伏后的混合料装入模具中，在20~30MPa压力下干压成型；
步骤四：将成型后的坯体放入105℃环境下干燥4~5h；
步骤五：将坯体放入高温炉中进行焙烧，升温速率为6℃/min，试验烧成温度1060~1080℃，保温时间为1.5h，得到灌水器多孔渗水体。
本发明还公开一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器的抗堵塞方法，它包括如下步骤：
S1：当渗灌灌水器在正常工作灌水模式下，水流自进水口进入分水腔，再从导水管流入到多孔渗水体的渗水腔内，在灌水模式下，限压管顶部的弹性套体内侧紧贴圆柱芯，使得水流不会进入到限压管内，渗水腔内的水流在压力作用下从多孔渗水体的微孔渗出；
S2：随着灌水次数的增加，水源中的杂质颗粒会滞留在渗水腔内，且随着使用时间的增长，逐渐堵塞多孔渗水体的微孔；
S3：当多孔渗水体被堵塞导致流量明显下降时，通过增大灌溉系统首部压力，使得进水口处水压增大，当渗水腔压力达到灌水器冲洗额定压力时，灌水器进入冲洗模式，此时水流冲击弹性套体使得弹性套体内侧离开圆柱芯，水流进入到限压管并从出水口流出，此时进入灌水器的进水口水流流量瞬间增大，经过分水腔分流的高速水流从导水管流出，冲洗渗水腔底部和四周内壁，水流连同渗水腔内部颗粒堵塞物一起经限压管流出。
本发明的有益效果：
1、采用本发明提供的方法制备的对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器具有优异的灌水性能；通过改变活性炭和粉煤灰的比例及调节多孔渗水体坯体烧结温度，可有效控制微孔渗灌灌水器的开口孔隙率；由于制备对冲洗壁渗灌灌水器的主要原料为活性炭、工业废料粉煤灰和黏土，因此制造成本较常规灌水器低廉，同时有效降低大量粉煤灰堆存对环境造成的严重危害。
2、地下微孔渗灌灌水器极易发生堵塞，由于水流通道是灌水器材料的微孔结构，在灌水器内壁表面极易发生物理堵塞和生物堵塞，而地下灌水器由于深埋地下，所以很难对此类堵塞进行处理；本发明借助限压管在冲洗工况下打开水流冲洗通道，利用分水腔、导水管和限压管错位结构设计使灌水器内部产生对冲水流，实现自动冲洗灌水器内壁附着堵塞物的效果。当灌水器发生堵塞或流量下降时，通过增大首部供水压力，使灌水器内部压力达到灌水器冲洗压力，限压管冲洗通道打开，大量水流通过限压管排水口流出，灌水器内部水流在分水腔和导水管的引流下，对灌水器内壁和底面进行冲洗，冲洗脱落的堵塞物通过限压管排水口排出，达到自动冲洗的目的；多孔渗水体本身为微孔结构，可有效防止负压吸泥和根系入侵现象；因此，对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器可同时抵御内部和外部堵塞，具有很好的抗堵能力。
3、本发明的对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器结构简单，制备方便，造价低廉，便于大规模生产；灌水器可直接埋入地下，抗堵能力强，可长期使用，并根据作物需求调整灌水器流量。
附图说明
图1 为一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器的立体结构示意图；
图2为图1的剖面结构示意图；
图3为图1的半剖结构示意图；
图4为图3的分解结构示意图；
图5为弹性套体与限压管和圆柱芯连接的结构示意图；
图6为冲洗工况渗水腔纵向流速分布图；
图7为冲洗工况渗水腔横向流速分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1至5所示，一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器，包括上顶盖3，所述上顶盖3内部开设有分水腔2，所述分水腔2顶部与进水口1底部连通，所述分水腔2底部与导水管4顶部连通，所述导水管4底部伸入到多孔渗水体5的渗水腔6内，所述渗水腔6底部设有限压管7。优选地，本实施例中，分水腔2底部四角区域均与一个导水管4连通。
优选地，所述限压管7内设有圆柱芯9，所述限压管7顶部与呈喇叭形的弹性套体8外侧配合，所述弹性套体8内侧套设于圆柱芯9上侧，所述限压管7底部开设有出水口11。优选地，本实施例中的弹性套体8由高弹性橡胶材料制成，上顶盖3、导水管4、限压管7和圆柱芯9均采用聚乙烯材质。
优选地，所述圆柱芯9底部与限压管7底部的封板固定连接，封板表面开设出水口11。
优选地，所述弹性套体8外侧通过固定环10安装于限压管7顶部。
优选地，所述多孔渗水体5为凹槽结构，其顶部与上顶盖3配合，其底部穿设限压管7，多孔渗水体5顶部通过热熔胶与上顶盖3下底面密封连接，限压管7通过热熔胶与多孔渗水体5底部密封连接。
优选地，所述多孔渗水体5为长方体或圆柱体凹槽结构，所述上顶盖3为T型板状结构，上顶盖3边侧与多孔渗水体5顶部配合，上顶盖3中部开设分水腔2。
优选地，所述多孔渗水体5制备原料按质量百分比计分别为：活性炭2~10份，粉煤灰7~30份，黏土60~90份。
本发明还公开上述对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器的多孔渗水体的制备方法，它包括如下步骤：
步骤一：将活性炭、粉煤灰、黏土三种原料分别放入破碎机破碎并过60目筛，然后将原料按照已有配合比例混合均匀；
步骤二：加入原料总质量为15%的水混合搅拌均匀，将混合料在密闭容器中陈伏24h；
步骤三：将陈伏后的混合料装入模具中，在20~30MPa压力下干压成型；
步骤四：将成型后的坯体放入105℃环境下干燥4~5h；
步骤五：将坯体放入高温炉中进行焙烧，升温速率为6℃/min，试验烧成温度1060~1080℃，保温时间为1.5h，得到灌水器多孔渗水体5。
优选地，本实施例将活性炭、粉煤灰和黏土三种原料分别放入破碎机破碎并过60目筛，设置四种不同原料混合比例的灌水器渗水体样品，渗水体试样一：活性炭/粉煤灰/黏土=2.5/7.5/90；渗水体试样二：活性炭/粉煤灰/黏土=5/15/80；渗水体试样三：活性炭/粉煤灰/黏土=7.5/22.5/70；渗水体试样四：活性炭/粉煤灰/黏土=10/30/60。分别将不同比例原料按照选定混合比混合均匀；将四组试样加入原料总质量为15%的水混合搅拌均匀，将混合料在密闭容器中陈伏24 h；将陈伏后的混合料装入模具中，在30 MPa压力下干压成型；将成型后的坯体放入105 ℃环境下干燥5 h；将坯体放入高温炉中进行焙烧，升温速率为6℃/min，试验烧成温度1080℃，保温时间为1.5 h，得到四种不同原料混合比例的灌水器多孔渗水体。将灌水器渗水体冷却进行性能测试，测试结果如下：渗水体试样一密度为1911kg/m3，劈裂抗拉强度为10.97 MPa，渗透系数为0.076×10-5m/s，在5 m压力水头下，灌水器流量为2.2 L/h；渗水体试样二密度为1843 kg/m3，劈裂抗拉强度为9.7 MPa，渗透系数为0.136×10-5m/s，在5 m压力水头下，灌水器流量为4.0 L/h；渗水体试样三密度为1781 kg/m3，劈裂抗拉强度为8.46 MPa，渗透系数为0.26×10-5m/s，在5 m压力水头下，灌水器流量为7.6 L/h；渗水体试样四密度为1697 kg/m3，劈裂抗拉强度为7.32 MPa，渗透系数为0.41×10-5m/s，在5 m压力水头下，灌水器流量为12.0 L/h。
根据四组试样的测试结果可知，活性炭及粉煤灰含量增加，会使灌水器渗水体内部产生的孔洞增加，使灌水器渗水体的内部颗粒相互连接更加疏松，从而导致灌水器渗水体密度、劈裂抗拉强度减小，灌水器渗水体的渗透系数增大。
本发明还公开一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器的抗堵塞方法，它包括如下步骤：
S1：当渗灌灌水器在正常工作灌水模式下（此时灌水器流量变化范围为0.5～12L/h，灌水器的灌溉工作压力范围为0.2~5 m水头压力），水流自进水口1进入分水腔2，再从导水管4流入到多孔渗水体5的渗水腔6内，在灌水模式下，限压管7顶部的弹性套体8内侧紧贴圆柱芯9，使得水流不会进入到限压管7内，渗水腔6内的水流在压力作用下从多孔渗水体5的微孔渗出；
S2：随着灌水次数的增加，水源中的杂质颗粒会滞留在渗水腔6内，且随着使用时间的增长，逐渐堵塞多孔渗水体5的微孔；
S3：当多孔渗水体5被堵塞导致流量明显下降时，通过增大灌溉系统首部压力，使得进水口1处水压增大，当渗水腔6压力达到灌水器冲洗额定压力时（此时冲洗工作压力范围为15~30 m水头压力），灌水器进入冲洗模式，此时水流冲击弹性套体8使得弹性套体8内侧离开圆柱芯9，水流进入到限压管7并从出水口11流出，此时进入灌水器的进水口1水流流量瞬间增大，经过分水腔2分流的高速水流从导水管4流出，冲洗渗水腔6底部和四周内壁，水流连同渗水腔6内部颗粒堵塞物一起经限压管7流出。
如图6和7所示，从灌水器腔内流速分布图可看出，高速水流出现在灌水器渗水腔底部及边壁，这正是灌水器易堵部位；从灌水器腔内水流流线分布可看出，对冲结构的设计，使得灌水器内部水流紊动增强，水流剧烈扰动及旋涡有利于实现对灌水器内壁的清洗，满足抗堵塞要求。
本发明的对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器，通过调节原材料的配比和烧结温度可改变所述多孔渗水体的渗透系数，可以获得灌水器不同的设计流量。灌水器流量变化范围为0.5～12 L/h，灌水器的灌溉工作压力范围为0.2~5 m水头压力，冲洗工作压力范围为15~30 m水头压力。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器，包括上顶盖（3），其特征在于：所述上顶盖（3）内部开设有分水腔（2），所述分水腔（2）顶部与进水口（1）底部连通，所述分水腔（2）底部与导水管（4）顶部连通，所述导水管（4）底部伸入到多孔渗水体（5）的渗水腔（6）内，所述渗水腔（6）底部设有限压管（7）；所述限压管（7）内设有圆柱芯（9），所述限压管（7）顶部与呈喇叭形的弹性套体（8）外侧配合，所述弹性套体（8）内侧套设于圆柱芯（9）上侧，所述限压管（7）底部开设有出水口（11）；
所述多孔渗水体（5）为凹槽结构，其顶部与上顶盖（3）配合，其底部穿设限压管（7），多孔渗水体（5）顶部通过热熔胶与上顶盖（3）下底面密封连接，限压管（7）通过热熔胶与多孔渗水体（5）底部密封连接；
所述多孔渗水体（5）制备原料按质量百分比计分别为：活性炭2~10份，粉煤灰7~30份，黏土60~90份；
所述多孔渗水体（5）的制备方法包括如下步骤：
步骤一：将活性炭、粉煤灰、黏土三种原料分别放入破碎机破碎并过60目筛，然后将原料按照已有配合比例混合均匀；
步骤二：加入原料总质量为15%的水混合搅拌均匀，将混合料在密闭容器中陈伏24h；
步骤三：将陈伏后的混合料装入模具中，在20~30MPa压力下干压成型；
步骤四：将成型后的坯体放入105℃环境下干燥4~5h；
步骤五：将坯体放入高温炉中进行焙烧，升温速率为6℃/min，试验烧成温度1060~1080℃，保温时间为1.5h，得到灌水器多孔渗水体（5）。
2.根据权利要求1所述的一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器，其特征在于：所述圆柱芯（9）底部与限压管（7）底部的封板固定连接，封板表面开设出水口（11）。
3.根据权利要求1所述的一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器，其特征在于：所述弹性套体（8）外侧通过固定环（10）安装于限压管（7）顶部。
4.根据权利要求1所述的一种对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器，其特征在于：所述多孔渗水体（5）为长方体或圆柱体凹槽结构，所述上顶盖（3）为T型板状结构，上顶盖（3）边侧与多孔渗水体（5）顶部配合，上顶盖（3）中部开设分水腔（2）。
5.一种权利要求1所述对冲自洗抗堵塞渗灌灌水器的抗堵塞方法，其特征在于：它包括如下步骤：
S1：当渗灌灌水器在正常工作灌水模式下，水流自进水口（1）进入分水腔（2），再从导水管（4）流入到多孔渗水体（5）的渗水腔（6）内，在灌水模式下，限压管（7）顶部的弹性套体（8）内侧紧贴圆柱芯（9），使得水流不会进入到限压管（7）内，渗水腔（6）内的水流在压力作用下从多孔渗水体（5）的微孔渗出；
S2：随着灌水次数的增加，水源中的杂质颗粒会滞留在渗水腔（6）内，且随着使用时间的增长，逐渐堵塞多孔渗水体（5）的微孔；
S3：当多孔渗水体（5）被堵塞导致流量明显下降时，通过增大灌溉系统首部压力，使得进水口（1）处水压增大，当渗水腔（6）压力达到灌水器冲洗额定压力时，灌水器进入冲洗模式，此时水流冲击弹性套体（8）使得弹性套体（8）内侧离开圆柱芯（9），水流进入到限压管（7）并从出水口（11）流出，此时进入灌水器的进水口（1）水流流量瞬间增大，经过分水腔（2）分流的高速水流从导水管（4）流出，冲洗渗水腔（6）底部和四周内壁，水流连同渗水腔（6）内部颗粒堵塞物一起经限压管（7）流出。
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