CN116076335A - 一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器及使用方法，包括灌水器壳体，所述灌水器壳体上端设有进水管，下端设有出水管，所述灌水器壳体内设有消能器，所述消能器内设有迷宫流道，迷宫流道的流道进水口与压力补偿块顶部开设的导流槽配合，导流槽与灌水器壳体内的上内腔连通，迷宫流道的流道出水口与灌水器壳体内的下内腔连通；本发明既能够进行滴灌过程，又能在水中杂质堵塞灌水器时，能够清理杂质、恢复灌水器的性能。
Description
技术领域
本发明涉及滴灌灌水器设计领域，具体地指一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器及使用方法。
背景技术
节水灌溉是现代农业尤其是旱区农业采用的主要灌溉方法，微灌作为一种先进的节水灌溉技术，已在旱区作物的灌溉中广泛采用。通过合理的系统设计和高效的田间管理，微灌可实现对作物根部进行定时适量的灌溉，有效减少地面水分的蒸发，极大提高灌溉水的利用效率。灌水器是微灌系统最为关键的部件，灌水器的结构、水力性能以及质量好坏直接影响到微灌系统的灌水均匀度和可靠性。近几年，人们在现代农业节水技术的快速发展中发现，滴灌是微灌中最节水的灌溉技术，而作为滴灌系统的核心部件，灌水器（灌水器）已成为各国对滴管技术研究的重点之一。
目前，大部分的灌水器对灌溉水质都有较高的要求，需要对灌溉水进行过滤后才能使用。随着水资源紧缺问题日益严峻，高含沙水、再生水、微咸水等通常会作为灌溉水源，这些灌溉水源中含有大量悬浮物、有机质、微生物等，这些物质都将加剧灌水器堵塞的风险，降低灌水器的使用寿命。基于此，急需开发一种既能够滴灌的灌水器，又能当水中杂质堵塞灌水器时能够清理杂质、恢复灌水器性能的双模式灌水器。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器及使用方法，既能够进行滴灌过程，又能在水中杂质堵塞灌水器时，能够清理杂质、恢复灌水器的性能。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器，包括灌水器壳体，所述灌水器壳体上端设有进水管，下端设有出水管，所述灌水器壳体内设有消能器，所述消能器内设有迷宫流道，迷宫流道的流道进水口与压力补偿块顶部开设的导流槽配合，导流槽与灌水器壳体内的上内腔连通，迷宫流道的流道出水口与灌水器壳体内的下内腔连通。
优选地，所述压力补偿块底部与弹性膜片顶面接触，弹性膜片侧部与消能器底部固定连接，所述上内腔与进水管连通，所述下内腔与出水管连通。
优选地，所述灌水器壳体为圆柱体空腔结构，所述消能器外壁为与灌水器壳体内壁匹配的圆柱面形状，所述压力补偿块为与消能器外壁滑动配合的弧面板状结构，压力补偿块外壁与灌水器壳体内壁配合。
优选地，所述迷宫流道包括环形槽，所述环形槽内侧和外侧均设有导流块，所述导流块两侧设有分叉流道，所述环形槽中心位置开设下内腔。
优选地，所述导流块呈环形阵列分布于环形槽内侧和外侧。
另外，本发明公开上述可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器进行灌溉的使用方法，它包括如下步骤：
S1：先将进水管与输水管出水端对接，水流从进水管进入到灌水器壳体内的上内腔内，然后从压力补偿块的导流槽进入到消能器的流道进水口内；
S2：水流通过消能器的迷宫流道消能过程后，流速迅速降低；
S3：经过消能后的水流从消能器的流道出水口出来后进入到灌水器壳体的下内腔，最终从出水管流出，实现滴灌过程。
进一步地，所述S2中，消能过程具体如下：
S2.1：水流从导流槽进入到消能器的流道进水口内，然后进入到环形槽内；
S2.2：水流在通过环形槽时，部分水流会进入到分叉流道，然后反方向冲击环形槽内流动的水，从而产生涡流，流速迅速降低，实现消能过程。
进一步地，所述S1中，若从进水管进入到灌水器壳体内的上内腔内的流速增大时，使得压力补偿块压动弹性膜片产生形变，压力补偿块相对于消能器外壁向下滑动，使得导流槽与流道进水口产生错位，流道进水口的有效过流断面面积减小，水流水头损失增大，从而降低迷宫流道内流速，保证滴灌过程的稳定性。
本发明还公开一种对上述可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器进行冲洗的方法，它包括如下步骤：
步骤1）：先将整个灌水器倒置过来后，将其出水管与输水管出水端对接，水流从出水管进入到灌水器壳体的下内腔内，然后从流道出水口反向进入到消能器的迷宫流道；
步骤2）：水流在通过环形槽时，部分水流会进入到分叉流道，然后顺方向冲击环形槽内流动的水，从而加速内部水流的流速，冲洗迷宫流道内部堵塞的杂质颗粒，从而达到冲洗管道内部的作用；
步骤3）：冲洗的水流从流道进水口进入到导流槽，并最终通过上内腔及进水管排出。
本发明的有益效果：本发明既能够进行滴灌过程，又能在水中杂质堵塞灌水器时，能够清理杂质、恢复灌水器的性能，即本发明的灌水器可以在灌溉和冲洗模式自由切换，在灌水器堵塞的情况下，切换进水管和出水管的位置后，可以对灌水器内部的堵塞物进行有效地冲洗，提高了灌水器抗堵性能，保证灌水器的稳定出流，而且可以根据不同的作物，不同的水流流速更换合适的消能板，而且灌水器结构简单，制备方便，造价低廉，便于大规模生产，更加适用于大面积、长距离的滴灌作业。
附图说明
图1 为一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器的结构示意图；
图2为图1中灌水器壳体半剖后的内部结构示意图；
图3为图2另一视角的结构示意图；
图4为图2中消能器去掉顶部后的内部结构示意图；
图5为图4的俯视结构示意图；
图6为图4中压力补偿块及弹性膜片的连接结构示意图；
图7为灌溉模式下的迷宫流道流速分布图；
图8为图7的局部流道流速分布图；
图9为冲洗模式下的迷宫流道流速分布图；
图10为图9的局部流道流速分布图；
图11为灌溉模式下压力-流量关系曲线图；
图12为灌溉模式下的泥沙颗粒运动轨迹图；
图13为冲洗模式下的泥沙颗粒运动轨迹图。
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6所示，一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器，包括灌水器壳体1，所述灌水器壳体1上端设有进水管2，下端设有出水管3，所述灌水器壳体1内设有消能器4，所述消能器4内设有迷宫流道4.1，迷宫流道4.1的流道进水口4.2与压力补偿块5顶部开设的导流槽5.1配合，导流槽5.1与灌水器壳体1内的上内腔1.1连通，迷宫流道4.1的流道出水口4.3与灌水器壳体1内的下内腔1.2连通。
优选地，所述压力补偿块5底部与弹性膜片6顶面接触，弹性膜片6侧部与消能器4底部固定连接，所述上内腔1.1与进水管2连通，所述下内腔1.2与出水管3连通。在本实施例中，弹性膜片6可采用橡胶片或硅胶片等结构，若输水管出水端流速过快时，从进水管2进入到灌水器壳体1内的上内腔1.1内的流速会增大，压力补偿块5受到的压力增大，从而会压动弹性膜片6发生形变，使得压力补偿块5相对于消能器4外壁下移，这样导流槽5.1与流道进水口4.2形成错位，可以使得流道进水口4.2的有效过流断面面积减小，水流水头损失增大，从而有效降低迷宫流道4.1内流速，保证滴灌过程流速的稳定性。
优选地，所述灌水器壳体1为圆柱体空腔结构，所述消能器4外壁为与灌水器壳体1内壁匹配的圆柱面形状，所述压力补偿块5为与消能器4外壁滑动配合的弧面板状结构，压力补偿块5外壁与灌水器壳体1内壁配合。
优选地，所述迷宫流道4.1包括环形槽4.1.1，所述环形槽4.1.1内侧和外侧均设有导流块4.1.3，所述导流块4.1.3两侧设有分叉流道4.1.2，所述环形槽4.1.1中心位置开设下内腔1.2。如图所示，迷宫流道4.1内环形槽4.1.1的水如果正向流动时，部分水流经过分叉流道4.1.2后，会反向冲击环形槽4.1.1的水，实现消能降速过程；而如果迷宫流道4.1内环形槽4.1.1的水反向流动时，部分水流经过分叉流道4.1.2后，会顺方向冲击环形槽4.1.1的水，起到增加流速的作用。
优选地，所述导流块4.1.3呈环形阵列分布于环形槽4.1.1内侧和外侧。
另外，本发明公开上述可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器进行灌溉的使用方法，它包括如下步骤：
S1：先将进水管2与输水管出水端对接，水流从进水管2进入到灌水器壳体1内的上内腔1.1内，然后从压力补偿块5的导流槽5.1进入到消能器4的流道进水口4.2内；
S2：水流通过消能器4的迷宫流道4.1消能过程后，流速迅速降低；
S3：经过消能后的水流从消能器4的流道出水口4.3出来后进入到灌水器壳体1的下内腔1.2，最终从出水管3流出，实现滴灌过程。
进一步地，所述S2中，消能过程具体如下：
S2.1：水流从导流槽5.1进入到消能器4的流道进水口4.2内，然后进入到环形槽4.1.1内；
S2.2：水流在通过环形槽4.1.1时，部分水流会进入到分叉流道4.1.2，然后反方向冲击环形槽4.1.1内流动的水，从而产生涡流，流速迅速降低，实现消能过程。
进一步地，所述S1中，若从进水管2进入到灌水器壳体1内的上内腔1.1内的流速增大时，使得压力补偿块5压动弹性膜片6产生形变，压力补偿块5相对于消能器4外壁向下滑动，使得导流槽5.1与流道进水口4.2产生错位，流道进水口4.2的有效过流断面面积减小，水流水头损失增大，从而降低迷宫流道4.1内流速，保证滴灌过程的稳定性。
本发明还公开一种对上述可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器进行冲洗的方法，它包括如下步骤：
步骤1：先将整个灌水器倒置过来后，将其出水管3与输水管出水端对接，水流从出水管3进入到灌水器壳体1的下内腔1.2内，然后从流道出水口4.3反向进入到消能器4的迷宫流道4.1；
步骤2：水流在通过环形槽4.1.1时，部分水流会进入到分叉流道4.1.2，然后顺方向冲击环形槽4.1.1内流动的水，从而加速内部水流的流速，冲洗迷宫流道4.1内部堵塞的杂质颗粒，从而达到冲洗管道内部的作用；
步骤3：冲洗的水流从流道进水口4.2进入到导流槽5.1，并最终通过上内腔1.1及进水管2排出。
如图7和8所示，从灌水器灌溉模式下迷宫流道4.1流速分布图可看出，分叉流道4.1.2出口处的水流冲击环形槽4.1.1水流，对作为主流道的环形槽4.1.1水流有阻碍作用；如图9和10所示，从灌水器冲洗模式下迷宫流道4.1流速分布图可看出，分叉流道4.1.2出口处的水流与环形槽4.1.1水流汇流，水流方向一致，加速了灌水器内部水流的流速，有利于实现对灌水器流道的冲洗，满足抗堵塞要求。
在实验室中进行灌水器水力性能试验，得到可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器在不同压力下的流量，如图11所示，可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器的起调压力为2m，灌水器流量为1.1L/h，压力补偿区间为2-20m，灌水器具有良好的压力补偿性能，能适应较大压力范围。
如图12和图13所示，在Fluent软件中进行浑水水力性能模拟，得到泥沙颗粒在流道中的运动路线图，观察得到灌溉模式泥沙颗粒主要经过分叉流道4.1.2靠近外边壁处和分叉流道4.1.2靠近内边壁处，靠近外边壁处的水流流速较小，泥沙颗粒易沉积堵塞流道，冲洗模式泥沙颗粒主要经过环形槽4.1.1，结合图9，得到当倒置后进行冲洗时，冲洗模式的高速水流出现在环形槽4.1.1和分叉流道4.1.2靠近外边壁的部位，因此冲洗模式水流可以对流道灌溉模式易堵塞部位进行有效冲洗，并且环形槽4.1.1水流流速高，冲洗模式泥沙不易堆积堵塞环形槽4.1.1。
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 (9)
1.一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器，包括灌水器壳体（1），所述灌水器壳体（1）上端设有进水管（2），下端设有出水管（3），其特征在于：所述灌水器壳体（1）内设有消能器（4），所述消能器（4）内设有迷宫流道（4.1），迷宫流道（4.1）的流道进水口（4.2）与压力补偿块（5）顶部开设的导流槽（5.1）配合，导流槽（5.1）与灌水器壳体（1）内的上内腔（1.1）连通，迷宫流道（4.1）的流道出水口（4.3）与灌水器壳体（1）内的下内腔（1.2）连通。
2.根据权利要求1所述的一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器，其特征在于：所述压力补偿块（5）底部与弹性膜片（6）顶面接触，弹性膜片（6）侧部与消能器（4）底部固定连接，所述上内腔（1.1）与进水管（2）连通，所述下内腔（1.2）与出水管（3）连通。
3.根据权利要求1所述的一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器，其特征在于：所述灌水器壳体（1）为圆柱体空腔结构，所述消能器（4）外壁为与灌水器壳体（1）内壁匹配的圆柱面形状，所述压力补偿块（5）为与消能器（4）外壁滑动配合的弧面板状结构，压力补偿块（5）外壁与灌水器壳体（1）内壁配合。
4.根据权利要求3所述的一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器，其特征在于：所述迷宫流道（4.1）包括环形槽（4.1.1），所述环形槽（4.1.1）内侧和外侧均设有导流块（4.1.3），所述导流块（4.1.3）两侧设有分叉流道（4.1.2），所述环形槽（4.1.1）中心位置开设下内腔（1.2）。
5.根据权利要求4所述的一种可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器，其特征在于：所述导流块（4.1.3）呈环形阵列分布于环形槽（4.1.1）内侧和外侧。
6.一种利用权利要求1至5任一项所述可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器进行灌溉的使用方法，其特征在于：它包括如下步骤：
S1：先将进水管（2）与输水管出水端对接，水流从进水管（2）进入到灌水器壳体（1）内的上内腔（1.1）内，然后从压力补偿块（5）的导流槽（5.1）进入到消能器（4）的流道进水口（4.2）内；
S2：水流通过消能器（4）的迷宫流道（4.1）消能过程后，流速迅速降低；
S3：经过消能后的水流从消能器（4）的流道出水口（4.3）出来后进入到灌水器壳体（1）的下内腔（1.2），最终从出水管（3）流出，实现滴灌过程。
7.根据权利要求6所述可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器进行灌溉的使用方法，其特征在于：所述S2中，消能过程具体如下：
S2.1：水流从导流槽（5.1）进入到消能器（4）的流道进水口（4.2）内，然后进入到环形槽（4.1.1）内；
S2.2：水流在通过环形槽（4.1.1）时，部分水流会进入到分叉流道（4.1.2），然后反方向冲击环形槽（4.1.1）内流动的水，从而产生涡流，流速迅速降低，实现消能过程。
8.根据权利要求6所述可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器进行灌溉的使用方法，其特征在于：所述S1中，若从进水管（2）进入到灌水器壳体（1）内的上内腔（1.1）内的流速增大时，使得压力补偿块（5）压动弹性膜片（6）产生形变，压力补偿块（5）相对于消能器（4）外壁向下滑动，使得导流槽（5.1）与流道进水口（4.2）产生错位，流道进水口（4.2）的有效过流断面面积减小，水流水头损失增大，从而降低迷宫流道（4.1）内流速，保证滴灌过程的稳定性。
9.一种对权利要求1至5任一项所述可冲洗双向分叉迷宫流道抗堵灌水器进行冲洗的方法，其特征在于：它包括如下步骤：
步骤1）：先将整个灌水器倒置过来后，将其出水管（3）与输水管出水端对接，水流从出水管（3）进入到灌水器壳体（1）的下内腔（1.2）内，然后从流道出水口（4.3）反向进入到消能器（4）的迷宫流道（4.1）；
步骤2）：水流在通过环形槽（4.1.1）时，部分水流会进入到分叉流道（4.1.2），然后顺方向冲击环形槽（4.1.1）内流动的水，从而加速内部水流的流速，冲洗迷宫流道（4.1）内部堵塞的杂质颗粒，从而达到冲洗管道内部的作用；
步骤3）：冲洗的水流从流道进水口（4.2）进入到导流槽（5.1），并最终通过上内腔（1.1）及进水管（2）排出。
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2022
- 2022-12-21 CN CN202211646983.7A patent/CN116076335B/zh active Active
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