CN118202938B - 一种西瓜栽培滴灌设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种西瓜栽培滴灌设备，其包括分别输送液体和气体的骨干管线，所述骨干管线上设置有位于地下且正对西瓜植根系的滴灌单元，每个滴灌单元包括一个圆环循环管，骨干管线通过进液管及出液管及至少一个进气管连接到所述圆环循环管，并向其输送液体和气体；所述圆环循环管上表面连通设置有至少一个第一类液气输送结构，所述第一类液气输送结构具有内腔，并从地下向上延伸到接近地表的深度，并在圆环循环管中流体压力的作用下使其内腔中充满液体或气泡状的气体；所述第一类液气输送结构上设置有输送头，其在内腔压力作用下向土壤中释放气体和液。本申请起到了节水和随机出水，防止积水的效果。

Description

一种西瓜栽培滴灌设备

技术领域

本申请涉及农作物灌溉技术装备领域，具体涉及一种西瓜栽培滴灌设备。

背景技术

西瓜是常见的农作物，在种植过程中已经广泛采用滴灌的灌溉方法。滴灌是指将管线埋入土壤中或接近植物根部的位置，采用小水量滴水的方式进行给水，有节水效果明显，控制精准等优点。西瓜的习性是，结果期需水量大，但根系不耐涝，根部耗氧量大，土壤需要透气。而现有技术中的滴灌装置尽管有湿度传感器等控制土壤含水量的手段，但因为滴灌的出水位点一般比较固定，灌溉水经常积聚，并激发根系的趋水性向着水源生长，使幼根易腐烂。并且湿度较大时土壤难以保证根部的氧气需求。

发明内容

(一)技术问题

1.传统滴灌装置向下供水使大量水流渗入地下不能很好地利用；

2.传统的滴灌装置出水位置固定，出水量也是基本固定的，容易在出水口周围积聚过量的水，并引发根系向水生长，造成料根；

3.西瓜栽培过程中需要减涝和增加土壤供氧目前还缺乏针对性的滴灌装置。

(二)技术方案

一种西瓜栽培滴灌设备，其包括分别输送液体和气体的骨干管线，所述骨干管线上设置有位于地下且正对西瓜植根系的滴灌单元，每个滴灌单元包括一个圆环循环管，骨干管线通过进液管及出液管及至少一个进气管连接到所述圆环循环管，并向其输送液体和气体。

所述圆环循环管上表面连通设置有至少一个第一类液气输送结构，所述第一类液气输送结构具有内腔，并从地下向上延伸到接近地表的深度，并在圆环循环管中流体压力的作用下使其内腔中充满液体或气泡状的气体；所述第一类液气输送结构上设置有输送头，其在内腔压力作用下向土壤中释放气体和液体。

所述圆环循环管内圈还设置有第二类液气输送结构，其向圆环循环管的圆心方向延伸，并通过其上设置的挤出嘴向外输送液体或气体。

进一步地，所述第一类液气输送结构的数量为三个或六个，并在圆环循环管上均布设置；所述第二类液气输送结构的数量为三个或六个，并在圆环循环管上均布设置；所述进液管的直径小于圆环循环管的内径并大于所述出液管的直径。

进一步地，所述第一类液气输送结构包括两个大体上竖立并向圆环循环管中心倾斜的立管，两所述立管一端分别与所述圆环循环管连通，另一端通过一个进一步向圆环循环管中心倾斜的“∏”形连接管连通，所述立管和“∏”形连接管上位置随机地设置多个输送头，所述输送头包括向上倾斜并且内径逐渐减小的输送枝，所述输送枝上设置有开口向上的气嘴和开口向下的液嘴，在一定的压力下，气体从气嘴排出，液体从液嘴排出。

进一步地，所述进液管和出液管平行设置并位于圆环循环管一侧；所述进气管有三个并使进气气流方向与圆环循环管内液体流动方向一致或成锐角，所述三个进气管均布于圆环循环管外周，所述进气管间隔地注入一定压力的气体。

进一步地，所述气体为空气或氧气含量大于空气的混合气体。

进一步地，所述气嘴和液嘴为压力开启的单向阀。

进一步地，所述第二类液气输送结构为向上方倾斜的圆柱形管，其末端设置有可排出气体或液体的挤出嘴，所述挤出嘴在圆环循环管内压力大于阈值时排出液体而在管内压力正常时排出气体；所述第二类液气输送结构有6个，并在圆环循环管环内径均布设置。

进一步地，所述第一类输送装置内设置有在其内腔中随着水流漂动的循环堵头，其在漂动的过程中紧贴不同位置的输送枝的内壁孔以使其暂时堵塞。

所述循环堵头为环形的连接线，其上固定有不均布的多个配重珠和浮堵，所述浮堵为直径小于立柱内径的圆柱形，高度略大于输送枝的内壁孔直径，所述配重珠使浮动堵头的密度接近骨干管线中液体的密度；所述连接线依次穿过组成第一类液气输送结构的第一个立管、“∏”形连接管、第二个立管及两个立管与环形连接的管段，并使浮堵在上述路径中随水流循环漂动。

(三)有益效果

本装置首先实现了“立体”的供水，出水处直接滴向各深度的根系而不是向下渗透，提高了水的利用率；其次通过打入气体，提高了土壤氧含量，并结合循环堵头的设置，使出水的输送枝是否出水和出水时间都不确定，达到了随机出水的效果，彻底解决了传统滴灌水积聚的问题。

附图说明

图1为使用本申请前和施工了本申请的滴灌装置的使用示意图；

图2为本申请的滴灌装置的整体示意图；

图3为另一角度观察的本申请整体示意图；

图4为本申请的俯视图及物料供应示意图，其中标注“气”“液”的箭头为物料供给方向，倾斜的箭头为为装置底部圆环管内液体循环方向示意图；

图5为本装置侧面示意图；

图6为剖切了一部分管道后展示的内部结构示意图；

图7为图6中A处局部放大图；

图8为图7中分离装配结构示意图；

图9为本装置中的浮塞工作原理示意图。

附图标记：I、西瓜株叶；II、西瓜根系；1、滴灌单元；2、圆环循环管；3、进液管；4、出液管；5、进气管；51、第一进气管；52、第二进气管；53、第三进气管；6、第一类液气输送结构；61、立管；62、“∏”形连接管；63、输送枝；64、液嘴；65、气嘴；66、枝端；7、输送头；8、第二类液气输送结构；81、挤出嘴；9、循环堵头；91、连接线；92、配重珠；93、浮堵。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，左侧是普通水浇地种植西瓜的示意图，其中I是西瓜株叶，II是其根系，有文献显示，西瓜的根系根据其品种不同可达1.2-1.4米的深度范围，并在一般深度上向四周扩散。右侧是加装了本申请的滴灌装置的根系效果示意图。在这里附图中的相对位置关系仅为示意。

如图2-5所示，根据本申请的一种西瓜栽培滴灌设备，其包括分别输送液体和气体的骨干管线，所述骨干管线上设置有位于地下且正对西瓜植根系的滴灌单元1，每个滴灌单元包括一个圆环循环管2，骨干管线通过进液管3及出液管4及至少一个进气管5连接到所述圆环循环管，并向其输送液体和气体。

所述圆环循环管上表面连通设置有至少一个第一类液气输送结构6，所述第一类液气输送结构具有内腔，并从地下向上延伸到接近地表的深度，并在圆环循环管中流体压力的作用下使其内腔中充满液体或气泡状的气体；所述第一类液气输送结构上设置有输送头7，其在内腔压力作用下向土壤中释放气体和液体。

所述圆环循环管内圈还设置有第二类液气输送结构8，其向圆环循环管的圆心方向延伸，并通过其上设置的挤出嘴向外输送液体或气体。

进一步地，所述第一类液气输送结构的数量为三个或六个，并在圆环循环管上均布设置；所述第二类液气输送结构的数量为三个或六个，并在圆环循环管上均布设置；所述进液管的直径小于圆环循环管的内径并大于所述出液管的直径。

本方案初步的工作原理是，通过加压的骨干管线，向圆环循环管中加注液体和气体，并通过第一、二类液气输送结构向作物根系输送。

为方便理解，可以先考虑只有进水管和出水管的情况，容易控制或通过管道口径使进水管的压力大于出水管的压力，使注满水的圆环循环管内有一定压力，并借助水压向上注满第一类液气输送结构，第一类液气输送结构上的输送头有这样的特征：在足够的压力下，水滴可以从输送头上挤出。

现代灌溉系统中往往叠加了给肥系统，可以在水池处加入水肥一体机，将配好的可溶性肥料加入水中，一同泵送。

再考虑气体的输送，埋入地下的灌溉装置的优势就是可以用同一套的管线(当然输送液体和输送气体的管线是分开的，并且共同构成骨干管线)在给水的同时进行气体(空气或氧气)的输送，根据特定西瓜品种的习性和不同生长期的氧气需求，间隔性地向滴灌单元内泵入气体，这样操作首先是维持系统内的压力，因为本装置是向上供液(再由液体向下渗透到不同位置的根须)的，因此圆环循环管内的压力非常重要，而用水压在骨干管线上接多很多滴灌装置的时候是难以准确的维持的，但充气的方式维持装置内压非常容易，并且即使产生泄漏也没有负面效果。

充气的另一方面的原因就是上面分析提到的，根系的需氧。因为圆环循环管有进液管和出液管，其中的流体是一个快速流动的状态，而充气是间隔，因此除少量溶解入液体中之外，其大部分是以气泡的形式存在于滴灌单元内腔中，并在上浮进入第一类输送结构后从输送头排出，起到土壤透气增氧的功能。

因为第一类输送结构向上延伸到西瓜植株开始生根的位置，并且是圆周对称的，其实际上如图1中笼出了根系发育的空间范围，并且下面进一步的实施例中，多个输送头位置随机地分布在第一类输送结构的各个高度位置上，其出水时可以为不同位置的根系供水。

在传统的滴灌装置中，水流从上到下(因为如果水嘴不向下，其很容易被泥土等堵住)，灌溉水一直向下流仅有一小部分被植物吸收，其余大部分流入了地下水，产生了较大的浪费。

为使上面的工作过程有更好的实际效果，在一个具体的实施例中：(参见附图7-8)

进一步地，所述第一类液气输送结构包括两个大体上竖立并向圆环循环管中心倾斜的立管61，两所述立管61一端分别与所述圆环循环管连通，另一端通过一个进一步向圆环循环管中心倾斜的“∏”形连接管62连通，所述立管和“∏”形连接管上位置随机地设置多个输送头7，所述输送头7包括向上倾斜并且内径逐渐减小的输送枝63，所述输送枝63上设置有开口向上的气嘴65和开口向下的液嘴64，在一定的压力下，气体从气嘴排出，液体从液嘴排出。

可以看出，三到六组液气输送结构实际上限定出如图1右侧的包笼空间，与根系的生长范围重合，根据西瓜的品种，容易知道其根系的生长范围并定制相应的输送结构的长度和倾斜度等。这样，分布在第一类输送结构上随机位置的气嘴向上排气，最理想的情况从最底部向上排；液嘴向下排水，最理想的情况是每一级向下滴落，为相应位置的根系供水。

从图1中可见，因为本申请是“立体”的出水系统，避免了传统装置那样不断向地下的渗入，大大节省了水资源。

水嘴位置是随机分布的，减少了积聚的可能，更重要的是，因为间隔充入的气体，使内腔中分布着大小和位置随机的气泡，这些气泡会占据某些输送枝的内腔使这些输送枝的液嘴暂时地不能出液，也即是达到了不同输送枝随时出液的效果。

在一定压力下才会排出气体也保证了气泡不会很快消失，而是“堵住”出液通道一段不确定的时间之后才会重新注满液体，这保证“随机出液”这一效果，在加大根系供氧的同时避免了给水位置的重复，是本申请针对其技术问题的技术手段之一。

同时，为使圆环循环管内有足够的压力和气泡，并且其中的流体可以在圆环中循环流动(除去排出装置的部分)：

进一步地，所述进液管和出液管平行设置并位于圆环循环管一侧；所述进气管有三个并使进气气流方向与圆环循环管内液体流动方向一致或成锐角，所述三个进气管均布于圆环循环管外周，所述进气管间隔地注入一定压力的气体。

参考图4，首先细于循环管的进液管和出液管，平行设置，使管中的液体可以循环流动，保证一定的水压；之所以要循环流动，是因为需要液体中的气泡不断在循环中向输送结构输送，而不是通过出液管排出，也即整个滴灌单元的内腔，无论是圆环循环管，还是各输送结构，都是液体-气泡-液体-气泡的夹混状态，并随着圆环循环管内流体的循环而不断分割、补充、融合；而设置均布的三个进气管，是因为输送结构可以最多达到六个，防止只有一个进气位点时，各输送结构的气液占比差异过大。

在进液管注液、进气管间隔性充气的情况下，水压和顺水流的气体使管内流体呈液体和气泡的混合状态并在圆环循环管中不断循环流动，气泡和受压的水升入输送结构中排出。

进一步地，所述气嘴和液嘴为压力开启的单向阀。

在另一个具体实施方式中，所述液嘴为细孔，所述液嘴的直径使骨干管线输送的液体可以从中流出；所述气嘴为细孔，所述气嘴直径小于所述液嘴的直径，并且在系统压力下骨干管线输送的液体因为表面张力不能从气嘴中流出。

在不大的压力下，必须足够大的孔才可以排出液体，这是因为液体的表面张力使其不能容易地通过小孔。当然不考虑成本的话，采用压力单向阀是更准确的解决方法。

进一步地，所述第二类液气输送结构为向上方倾斜的圆柱形管，其末端设置有可排出气体或液体的挤出嘴，所述挤出嘴在圆环循环管内压力大于阈值时排出液体而在管内压力正常时排出气体；所述第二类液气输送结构有6个，并在圆环循环管环内径均布设置。

容易理解，所述第二类液气输送结构因为可以排出气液两种流体的特性，其首先更常用用于排气，而由于其位于整个装置的最低位置，其排出的气体在上升过程中可以利于整个根系的呼吸作用，而又由于其可以根据压力出液，其实际上起泄压阀的功能，防止装置内压力过大。

进一步地，所述第一类输送装置内设置有在其内腔中随着水流漂动的循环堵头，其在漂动的过程中紧贴不同位置的输送枝的内壁孔以使其堵塞。

在一个具体实施方式中，所述循环堵头为环形的连接线，其上固定有不均布的多个配重珠和浮堵，所述浮堵为直径小于立柱内径的圆柱形，高度略大于输送枝的内壁孔直径，所述配重珠使浮动堵头的密度接近骨干管线中液体的密度；所述连接线依次穿过组成第一类液气输送结构的第一个立管、“∏”形连接管、第二个立管及两个立管与环形连接的管段，并使浮堵在上述路径中随水流循环漂动。

上述具体结构可以参见附图7-8。

设置循环堵头首先是为了防止一种情况，就是注入的气体在第一输送结构中快速地融合成为一个大空泡，或者充满水，但因为某些时候压力不合适而仅注满第一输送结构而不向外排出。因此，更优的实施例是使循环堵头在第一类输送结构中来回漂动，首先防止气泡融合，其次，因为正在排水的输送枝与外界连通，其内的压力是小于圆环循环管内的，使浮动堵头被水压压在孔壁上(这一原理见附图9)，使这一输送枝基本被堵住而不再出水。

但参见附图7，因为浮动堵头还有在圆环循环管中的部分，其在圆环循环管时也会被液流推动，而使整个循环堵头(形式上像一圈项链)为循环“流动”状态，在流动的过程中使第一类气液输送结构内的流体也循环，并防止气泡融合，浮堵在经过输送枝的内壁孔时被暂时地吸住，堵住该孔一小段时间之后，又脱离继续浮动，这就造成实际出水的情况更加随机，防止根部过涝。

配重珠的设置，使循环堵头整体密度与液体接近，漂动不受浮力的干扰。

本申请通过上述工作原理的设置，实现了输送枝出水与否和出水时间都是随机的，彻底解决了滴灌装置出水积聚的问题。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (2)

1.一种西瓜栽培滴灌设备，其包括分别输送液体和气体的骨干管线，所述骨干管线上设置有位于地下且正对西瓜植根系的滴灌单元，每个滴灌单元包括一个圆环循环管，骨干管线通过进液管及出液管及至少一个进气管连接到所述圆环循环管，并向其输送液体和气体；

所述圆环循环管上表面连通设置有至少一个第一类液气输送结构，所述第一类液气输送结构具有内腔，并从地下向上延伸到接近地表的深度，并在圆环循环管中流体压力的作用下使其内腔中充满液体或气泡状的气体；所述第一类液气输送结构上设置有输送头，其在内腔压力作用下向土壤中释放气体和液体；

所述圆环循环管内圈还设置有第二类液气输送结构，其向圆环循环管的环形的圆心方向延伸，并通过其上设置的挤出嘴向外输送液体或气体；

所述第一类液气输送结构的数量为三个或六个，并在圆环循环管上均布设置；所述第二类液气输送结构的数量为三个或六个，并在圆环循环管上均布设置；所述进液管的直径小于圆环循环管的内径并大于所述出液管的直径；

所述第一类液气输送结构包括两个大体上竖立并向圆环循环管中心倾斜的立管，两个所述立管一端分别与所述圆环循环管连通，另一端通过一个进一步向圆环循环管中心倾斜的“∏”形连接管连通，所述立管和“∏”形连接管上位置随机地设置多个输送头，所述输送头包括向上倾斜并且内径逐渐减小的输送枝，所述输送枝上设置有开口向上的气嘴和开口向下的液嘴，在一定的压力下，气体从气嘴排出，液体从液嘴排出；

所述进液管和出液管平行设置并位于圆环循环管一侧；所述进气管有三个并使进气气流方向与圆环循环管内液体流动方向一致或成锐角，所述三个进气管均布于圆环循环管外周，所述进气管间隔地注入一定压力的气体；

所述第二类液气输送结构为向上方倾斜的圆柱形管，其末端设置有可排出气体或液体的挤出嘴，所述挤出嘴在圆环循环管内压力大于阈值时排出液体而在管内压力正常时排出气体；

所述第一类液气输送结构内设置有在其内腔中随着水流漂动的循环堵头，其在漂动的过程中紧贴不同位置的输送枝的内壁孔以使其暂时堵塞；

所述循环堵头包括环形的连接线，其上固定有不均布的多个配重珠和浮堵。

2.根据权利要求1所述的一种西瓜栽培滴灌设备，其特征在于：所述浮堵为直径小于立柱内径的圆柱形，高度略大于输送枝的内壁孔直径，所述配重珠使浮动堵头的密度接近骨干管线中液体的密度；所述连接线依次穿过组成第一类液气输送结构的第一个立管、“∏”形连接管、第二个立管及两个立管与环形连接的管段，并使浮堵在上面各管段中随液流循环漂动。