CN209314284U - 一种具有水肥耦合功能的滴灌系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，罐体的顶部设置有入料口，罐体的两侧设置流体入口和流体出口，肥料在灌腔内与流进液体进行耦合，耦合后的液体从流体出口流出，通过设置在管道上的滴孔进行滴灌；所设置的过滤环对从流体入口进入的液体进行过滤，过滤后的液体在灌腔内与肥料耦合，减少了因为水中杂质而导致滴灌系统堵塞的现象；所设置的半球缺阻流体，其引流面朝向流体入口，阻流面朝向流体出口，利用流体在半球缺阻流体群之间的迂回阻力产生的复杂旋涡实现水肥的高效混合；在灌筒上设置的活塞机构通过可调式曲柄运动机构连接动力装置，实现了活塞在灌筒内的上下往复运动，为滴灌系统的正常工作提供动力。

Description

一种具有水肥耦合功能的滴灌系统

技术领域

本实用新型属于流体机械技术以及机械设计技术领域，具体涉及一种具有水肥耦合功能的滴灌系统。

背景技术

目前市场上滴灌技术产品种类繁多，例如适合果园、大田、草坪等的大田滴灌系统，适合温室大棚、设施农业的温室滴灌系统，初步能够满足用户的基本灌溉需求。而随着农业用地的减少，室内化栽培已成为必然趋势，因而开发适合家庭等小型区域使用的滴灌施肥技术和装置迫在眉睫；而市场上的滴灌设备大都为实现灌溉大面积田地而设计，而专门针对温室、家庭、实验室新品种开发、高经济价值作物、无土栽培等培植方式而设计的滴灌施肥系统几乎没有，这些场所大都用大型的滴灌系统，这样不仅造成了此类滴灌设备的“大材小用”，而且此类设备结构复杂，成本较高，很多滴灌系统不具备有水肥耦合的功能，因此此类滴管系统还需要人工施肥，耗费劳力。

现有滴灌系统中的重要结构为滴头，因其结构复杂性，所以滴头在使用中易堵塞且不易清理。滴头堵塞会导致作物的灌溉均匀度降低，从而影响作物生长。而滴灌堵塞轻则使整个系统无法正常工作，重则导致整个系统报废。因此，这也是滴灌系统施工过程中面临的比较棘手的问题。

现有滴灌系统的运行成本是由多个因素共同影响的。如滴头、滴灌带等因其制造工艺复杂，需要借助专用模具加工成型，其造价达到了滴灌工程造价的20％左右，因而滴头管件价格昂贵；同时，还存在系统工作压力高能耗大、滴灌管材成本高用量大、管材老化损耗现象严重等问题。这些因素的共同作用导致滴灌技术一度被称为“昂贵技术”。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有滴灌技术的不足，滴灌技术存在的缺陷，提供一种具有水肥耦合功能的滴灌系统。

为了实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，包括罐体，罐体上设置有可拆卸的灌盖，灌盖上设置有用于置入肥料的入料口，灌盖与罐体之间密封设置，形成灌腔；罐体的侧壁设置有流体入口和流体出口，其中流体入口连通水源，流体出口连接有流体管道，流体管道上设置有若干滴孔；

所述流体入口与流体出口之间设置有过滤环，过滤环包括隔离设置的过滤腔与流出腔；过滤腔与流体入口连通，过滤腔上设置有若干个过滤孔；流出腔分别与流体出口和灌腔连通；

所述灌盖上设置有与灌腔导通的盖筒，盖筒内设置有活塞机构，活塞机构通过可调式曲柄运动机构连接动力装置。

进一步的，所述过滤环包括圆形设置的侧壁，侧壁的上端面和下端面与罐腔内壁相接形成所述过滤腔和所述流出腔，且连接处密封；所述过滤孔设置在过滤腔的底部；所述流出腔的两侧分别设置有实体延伸部，通过两个实体延伸部将流出腔与过滤腔隔离；流出腔的下端面设置有与灌腔连通的第一通孔，流出腔的侧壁设置有与流体出口连通的第二通孔。

进一步的，所述入料口的纵截面为锥形，且锥尖朝向灌腔设置。

进一步的，灌腔的底部设置有若干个半球缺阻流体，半球缺阻流体的引流面朝向流体入口，阻流面朝向流体出口；所述半球缺阻流体的纵截面为扇形，扇形的角弧度为90°，其中扇形的弧形面为引流面，垂直面为阻流面。

进一步的，所述流体入口和流体出口正对设置；流体入口和流体出口均为锥形口，且流体入口的宽口朝向灌腔，流体出口的窄口朝向灌腔。

进一步的，所述流体管道设置有弯曲部，弯曲部的前端和后端均为水平设置；所述滴孔设置在弯曲部的后端，滴孔的孔径渐变设置，且沿流体的流出方向逐渐变大。

进一步的，所述活塞机构包括活塞及活塞杆，活塞圆形设置，且活塞与盖筒的内壁周向接触；活塞杆安装在活塞上，活塞杆的顶部穿过端盖的中心孔连接可调式曲柄机构。

进一步的，所述活塞与盖筒的内壁之间设置有密封圈；所述盖筒的端口处设置有导向套，导向套中心开孔，用于穿过活塞杆；所述端盖的中心孔与活塞杆之间设置有防尘圈。

进一步的，所述可调式曲柄运动机构包括连杆和可调式曲柄，连杆的一端铰接在活塞杆的顶部，另一端铰接至可调式曲柄的一个端部；可调式曲柄的另一个端部轴连接动力装置的输出端。

进一步的，所述可调式曲柄上间隔设置有多个曲柄通孔；设置在连杆端部的螺杆伸入不同的曲柄通孔内，实现对可调式曲柄长度的调整。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：

本实用新型一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，罐体的顶部设置有入料口，通过入料口可以置入肥料，罐体的两侧设置流体入口和流体出口，进入到灌腔内的肥料与从流体入口进入的液体进行耦合，耦合后的液体从流体出口流出，通过设置在管道上的滴孔进行滴灌；所设置的过滤环对从流体入口进入的液体进行过滤，过滤后的液体再通过过滤孔进入到灌腔内与肥料耦合，这样便有效减少了因为流体中杂质而导致滴灌系统尤其是滴头堵塞的现象；在盖筒上设置的活塞机构通过可调式曲柄运动机构连接动力装置，实现了活塞在盖筒内的上下往复运动，当活塞向下运动时，灌腔内部压强增大，灌内部的流体同时经过流体入口和流体出口向灌体外部流出，流体出口对流体的流动阻力小于流体入口的阻力，使得大量液体经过阻流后还是经过流体出口流出，并经过管道上的滴孔进行滴灌作业；当活塞向上运动时，灌腔内部压强减小，在外界大气压的作用下流体同时经过流体入口与流体出口流进灌腔内部，但由于流体入口对流体的流动阻力小于流体出口的阻力，因而从流体入口流入的液体多于从流体出口流入的液体，完成对灌腔内液体的补充，通过曲柄运动机构带动活塞运动实现滴灌系统的正常工作。

进一步的，过滤环上设置的过滤环包括一段环形侧壁，侧壁上的上端面和下端面向过滤环侧壁外延并和灌体围成过滤腔和流出腔，当流体向该灌体流入时首先经过该过滤腔进行过滤，然后通过过滤孔再进入灌腔内；过滤孔设置在过滤腔的底部，可以保证过滤效果并且防止过多的流体流回过滤腔；流出腔两侧设置的实体延伸部将过滤腔和流出腔隔离；流出腔的侧壁设置第二通孔可以连通流体出口，流出腔底部的第一通孔连通灌腔，通过这样的设置将从流体入口进入的液体进行过滤，过滤后且与肥料耦合后的液体通过第一通孔进入流体出口，这样保证了从流体出口流出的液体是经过耦合的肥水，达到了过滤效果同时也不影响肥水耦合后的液体的流出，也避免了在液体回流时，流出灌腔外的流体不与未经过滤的流体混合。

进一步的，入料口采用锥形设置，且锥尖朝下，这样方便了肥料的流入。

进一步的，所设置的半球缺阻流体，采用1/4圆的设置方式，将弧形面朝向流体入口形成引流面，将垂直面朝向流体出口设置形成阻流面，这样半球缺阻流体能够使流体产生正、反向阻力不相等回流阻力，当半球缺阻流体的数目越多时，形成的正反向阻力差越大，越能提高该滴灌的性能，利用流体在半球缺阻流体群之间的迂回阻力产生的复杂旋涡实现水肥的高效混合；通过这样物料结构的设置完成了水肥的融合，不需要再单独为水肥的融合提供动力，环保且高效。

进一步的，流体入口和流体出口均采用锥形设置，这样方便了液体的流入和流出；将流体入口和流体出口正对设置，可以保证外界液体的正常进入和灌腔内液体的正常流出。

进一步的，在流体管道上设置一个弯曲部，可以避免灌腔与大气直接相通，从而保证了灌腔内部的密封性能；滴孔沿流体的流出方向采用逐渐变大的设置，可以保证滴灌作业的均匀性。

进一步的，所设置的活塞机构为灌腔内液体的流入和流出提供了动力，保证了滴灌系统的正常工作；盖筒上方设置的导向套，为活塞运动限定了运动方向，可以保证活塞能够按照指定的轨迹运动；所设置的密封圈可以活塞与盖筒之间的密封性；所设置的防尘圈可以防尘，避免灰尘进入到盖筒内，同时也降低活塞杆的磨损。

进一步的，在曲柄上设置多个曲柄通孔，连杆端部的螺杆可以深入不同的曲柄通孔内，实现对曲柄长度的调节，这样便可以根据需要调节曲柄的长度，实现对灌腔内压力的控制，满足不同工况的滴灌需求。

附图说明

图1为本实用新型的俯视结构示意图；

图2为图1中沿A-A方向的剖视图；

图3为图1中过滤环的俯视图；

图4为图3中沿B-B方向的剖视图；

图5是图4中过滤孔的局部放大图；

图6为图2中流体管道上的滴孔示意图；

图7为图2中连杆、可调式曲柄、活塞杆连接关系图；

图8为本实用新型的三维侧视图；

图中：1、灌体，101、流体入口，102、流体出口，103、流体入口管道配合口，104、流体出口管道配合口，105、搭接台，2、灌盖，201、盖筒，2001、气孔，3、入料口，301、入料口活塞，4、过滤环，401、侧壁，402、上端面，403、下端面，404、实体延伸部，405、第二通孔，406、第一通孔，407、过滤腔，408、过滤孔，409、流出腔，5、流体管道，501、滴孔，6、半球缺阻流体，7、通孔活塞，8、通孔，9、密封圈，10、活塞，11、端盖，12、导向套，13、防尘圈，14、活塞杆，15、连杆，1501、连杆头端部通孔，1502、连杆尾部通孔，16、可调式曲柄，1601、曲柄通孔，17、电机，18、电机架。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型进行进一步的描述。

本实用新型一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，主要包括灌体1，灌盖2，入料口3，过滤环4，活塞10，活塞杆14，可调式曲柄16，电机17。

如图2和图1所示，灌体1为槽状，本实施例中灌体的截面形状为圆形，其包含一部分圆柱体状的槽体，灌体1上方有灌盖2与之相配合；为保证灌腔密封性，配有密封圈9密封，其嵌于灌盖底部的外侧表面并与灌体内表面密封接触。灌体1与灌盖2采用螺栓连接，这两者构成了灌腔，槽型的灌体侧壁上设置有流体入口101和流体出口102；当该滴灌工作时流体经流体入口101流入并经流体出口102流出；灌盖2上方设置有圆锥型入料口3，便于投放肥料，该入料口3配有入料口封塞301，保证了入料口3的密封性能；在盖筒201的顶部设置有气孔 2001，保证活塞10的上下往复运动的流畅性；电机19驱动可调式曲柄连杆机构运动带动活塞在盖筒201内部的往复运动，可调式曲柄16、活塞杆14、连杆15之间的连接方式非固定式连接。

在本实用新型的优选实施例中，流体入口101和流体出口102正对设置，以保证滴灌的吸排流体的性能；

为保证滴灌在吸排流体过程中的工作性能，本实用新型在流体出口102与流体入口101 之间的灌腔内设置有过滤环4，罐腔内设置有搭接台105，用于支撑过滤环4，过滤环4与灌体1之间为非固定连接结构，可以拆卸和更换，并且在过滤环4设置有过滤孔，当流体经过过滤孔408时，杂质被过滤掉。

作为一种实施方式，过滤环4的形状可以采用一种放在搭接台105上的环形结构，活塞 10在上下往复运动的过程中，流体经过流体入口101流入后，经过过滤环4过滤后，然后在从流体出口102流出。

如图4、图3所示，本实用新型中的过滤环4包括一段环形侧壁401，侧壁上的上端面402 和下端面403向过滤环侧壁外延并和灌体1围成过滤腔407，当流体向该灌体流入时首先经过该过滤腔407进行过滤，然后通过过滤孔408再进入灌腔内；为保证过滤效果并且防止过多的流体流回过滤腔407，本实用新型只在过滤环4的下端面设置过滤孔408。

如图2所示，活塞10及活塞杆14等结构位于盖筒201内部，为保证活塞10与盖筒201之间密封性能，在活塞10上设置有密封圈9，为保证活塞杆14的运动方向，盖筒201上方设置导向套12保证其导向性。带有螺纹的端盖11直接套在带有螺纹的盖筒201上，从而保证密封性。端盖11与活塞杆14之间采用防尘圈13进行防尘，同时也为了降低活塞杆14的磨损。

过滤环4不仅有过滤作用，当活塞10向下运动的过程中，流体经过流体出口102流出腔外，只有很少一部分液体经过第二通孔405回流，从而减轻了回流液体与流入液体冲击力，增加了过滤效率。

如图5所示，过滤孔408的结构为锥形口，且其窄口端朝向灌体内部；如过滤孔408剖面图所示，锥形口斜面的夹角为θ，在本实用新型的优选实施例中，0＜θ≤20°。

当向灌盖2上的入料口3投放肥料时，这时液体与肥料在灌体1底部的半球缺阻流体6 间形成迂回，依靠液体在半球缺阻流体群之间形成的迂回力，从而进行水肥耦合，此外，此入料口3也可以作为清洗口，可以向此口通高压液体进行清洗灌腔，清洗后的流体可以通过通孔 8流出；通孔8设置有内螺纹，在通孔8处设置有通孔活塞7，通孔活塞7设置有外螺纹，正常使用时，将通孔活塞7拧紧在通孔8内，实现对通孔8处的密封。

在本实用新型的优选实施例中，流体入口101与流体出口102的锥形角要小于等于23°。

半球缺阻流体6能够使流体产生正、反向阻力不相等回流阻力，当半球缺阻流体6的数目越多时，形成的正反向阻力差越大，越能提高该滴灌的性能，且形成的半球缺阻流体群产生的复杂旋涡实现水肥的高效混合。

当滴灌系统工作时，电机17运转，将会使活塞10在盖筒201内形成上下往复运动，当活塞10向下运动时，灌腔容积减小，其灌腔内部压强增大，灌内部的流体同时经过流体入口101 和流体出口102向灌体外部流出，流体出口102对流体的流动阻力小于流体入口101的阻力，半球缺阻流体6的圆弧面为迎流面，垂直面为阻流面，当腔内压强减小时，流体会通过流体入口101和流体出口102向外流动，但是由于半球缺阻流体6的存在，其迎流面面向入口，阻流面面向出口，使得大量液体经过阻流后还是经过流体出口102流出，因而大量液体从流体出口 102流出的液体多。当活塞10向上运动时，灌腔的容积增大，灌腔内部压强减小，在外界大气压的作用下流体同时经过流体入口101与流体出口102流进灌腔内部，但由于流体入口101 对流体的流动阻力小于流体出口102的阻力，因而从流体入口101流入的液体多于从流体出口 102流入的液体。

流体进入到过滤腔407后，经过过滤环4进行过滤后，流进灌腔内部，流体流过阻流体6 后会产生旋涡，此时向灌腔内投放肥料，借助迂回曲折的旋涡运动实现水肥的高度混合；随着流进的液体增多，水肥已实现高度耦合，当液面超过第一通孔406的高度时，经过第二通孔 405，流体经过流体出口102流出，进而进入流体管道5进行灌溉。

考虑到活塞10向上运动过程中，会有一部分流体经过流体出口102回流，为保证流出灌腔外的流体不与未经过滤的流体混合，本次实用新型，在过滤环4流体出口的相接处包括一段由侧壁到流体出口的实体延伸部404，流体出口102位于实体延伸部404处，即第一通孔406 经实体延伸部404向下与过滤环4和灌腔相通，第二通孔405经过实体延伸部向流体出口102 延伸，与流体出口102相通，且第一通孔406与第二通孔405连通。

与传统的滴灌系统不同之处在于，本实用新型依靠位于灌体1底部的半球缺阻流体群的引流和阻流作用实现流体泵送，且利用流体在半球缺阻流体群之间的迂回阻力产生的复杂旋涡实现水肥的高效混合。

入料口3的形状为圆锥型，并用入料口活塞301进行密封，其形状也是配合活塞10的往复运动而设计。当活塞10向下运动，灌腔内部压力增大时，由于入料口活塞301底部面积小，使其所承受的压力小，从而保证灌腔的密封性能。

为便于流体管道5的放置与连接，在灌体1的流体入口101处与流体出口102处分别设置流体入口管道配合口103、流体入口管道配合口104；为避免流体从流体出口102流出时产生额外的阻力，要求管道内径与流体出口直径一致；为保证灌腔内部的密封性能，防止流体从流体出口102回流灌腔，从而使灌腔与大气相通，流体管道5经水平放置后然后向上弯曲，然后再水平延伸；为保证滴灌灌溉时的均匀性，流体管道上设置大小不一的滴孔501，其通孔大小从左到右逐渐增大，参见图6。

如图7所示，可调式曲柄16上有曲柄通孔1601，其目的在于使可调式曲柄16的长度可调，曲柄通孔1601套在连杆头端部，因此可调式曲柄16可以绕连杆15的端部转动。此部分螺栓仅仅固定在连杆头端部通孔1501内，即螺栓连接只是套在连杆15这一个零件上，并不是紧固可调可调式曲柄16和连杆15。另外连杆15与活塞杆14端部连接依然采用此种结构，即在该部分螺栓连接仅仅固定在连杆尾部通孔1502内，从而使连杆15通过此种连接与活塞杆 14产生相对转动。

在本实用新型中，曲柄运动机构的动力装置为电机17，可调式曲柄16的另一端与电机17 的输出轴连接，这样通过电机17带动曲柄运动机构工作；如图8所示，电机17安装在电机架 18上，其中电机架18为一个两端固定在罐体1上的倒U型架，倒U型架的两个伸出端固定在与流体入口101和流体出口102的连通的管道上，以此实现对电机17的固定。在本实用新型中，为了适应小型化的滴管系统，电机17采用轻便型的小型电机。

最后说明：本文中所描述的具体实施例仅仅对本实用新型作说明，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想，本实用新型所属技术领域的技术人员可在不脱离本实用新型原理的前提下，可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，包括罐体(1)，罐体(1)上设置有可拆卸的灌盖(2)，灌盖(2)上设置有用于置入肥料的入料口(3)，灌盖(2)与罐体(1)之间密封设置，形成灌腔；罐体(1)的侧壁设置有流体入口(101)和流体出口(102)，其中流体入口(101)连通水源，流体出口(102)连接有流体管道(5)，流体管道(5)上设置有若干滴孔(501)；

所述流体入口(101)与流体出口(102)之间设置有过滤环(4)，过滤环(4)包括隔离设置的过滤腔(407)与流出腔(409)；过滤腔(407)与流体入口(101)连通，过滤腔(407)上设置有若干个过滤孔(408)；流出腔(409)分别与流体出口(102)和灌腔连通；

所述灌盖(2)上设置有与灌腔导通的盖筒(201)，盖筒(201)内设置有活塞机构，活塞机构通过可调式曲柄运动机构连接动力装置。

2.如权利要求1所述的一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，所述过滤环(4)包括圆形设置的侧壁(401)，侧壁(401)的上端面(402)和下端面(403)与罐腔内壁相接形成所述过滤腔(407)和所述流出腔(409)，且连接处密封；所述过滤孔(408)设置在过滤腔(407)的底部；所述流出腔(409)的两侧分别设置有实体延伸部(404)，通过两个实体延伸部将流出腔(409)与过滤腔(407)隔离；流出腔(409)的下端面(403)设置有与灌腔连通的第一通孔(406)，流出腔(409)的侧壁设置有与流体出口(102)连通的第二通孔(405)。

3.如权利要求1所述的一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，所述入料口(3)的纵截面为锥形，且锥尖朝向灌腔设置。

4.如权利要求1所述的一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，灌腔的底部设置有若干个半球缺阻流体(6)，半球缺阻流体(6)的引流面朝向流体入口(101)，阻流面朝向流体出口(102)；所述半球缺阻流体(6)的纵截面为扇形，扇形的角弧度为90°，其中扇形的弧形面为引流面，垂直面为阻流面。

5.如权利要求1所述的一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，所述流体入口(101)和流体出口(102)正对设置；流体入口(101)和流体出口(102)均为锥形口，且流体入口(101)的宽口朝向灌腔，流体出口(102)的窄口朝向灌腔。

6.如权利要求1所述的一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，所述流体管道(5)设置有弯曲部，弯曲部的前端和后端均为水平设置；所述滴孔(501)设置在弯曲部的后端，滴孔(501)的孔径渐变设置，且沿流体的流出方向逐渐变大。

7.如权利要求1所述的一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，所述活塞机构包括活塞(10)及活塞杆(14)，活塞(10)圆形设置，且活塞(10)与盖筒(201)的内壁周向接触；活塞杆(14)安装在活塞(10)上，活塞杆(14)的顶部穿过端盖(11)的中心孔连接可调式曲柄机构。

8.如权利要求7所述的一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，所述活塞(10)与盖筒(201)的内壁之间设置有密封圈(9)；所述盖筒(201)的端口处设置有导向套(12)，导向套(12)中心开孔，用于穿过活塞杆(14)；所述端盖(11)的中心孔与活塞杆(14)之间设置有防尘圈(13)。

9.如权利要求1所述的一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，所述可调式曲柄运动机构包括连杆(15)和可调式曲柄(16)，连杆(15)的一端铰接在活塞杆(14)的顶部，另一端铰接至可调式曲柄(16)的一个端部；可调式曲柄(16)的另一个端部轴连接动力装置的输出端。

10.如权利要求9所述的一种具有水肥耦合功能的滴灌系统，其特征在于，所述可调式曲柄(16)上间隔设置有多个曲柄通孔(1601)；设置在连杆(15)端部的螺杆伸入不同的曲柄通孔(1601)内，实现对可调式曲柄(16)长度的调整。