CN217470914U

CN217470914U - 一种y字形滴灌灌水器

Info

Publication number: CN217470914U
Application number: CN202221718569.8U
Authority: CN
Inventors: 李治勤; 杜沛森
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2022-07-06
Filing date: 2022-07-06
Publication date: 2022-09-23
Anticipated expiration: 2032-07-06

Abstract

本实用新型涉及一种Y字形滴灌灌水器，包括设置于两端的进水口和出水口，进水口和出水口之间设置迷宫流道，所述迷宫流道具有底部平面边壁和顶部平面边壁，所述迷宫流道包括串联在一起的若干个依次连通且相同的流道单元，任一流道单元内依次设置有一个正向固定的“Y”字形齿和一个反向固定的“Y”字形齿，在流道单元内形成正“Y”字形流道和倒“Y”字形流道。本实用新型与现有灌水器流道尺寸相同时，其水力性能与后者相比有大幅提高；或在现有灌水器水力性能的基础上，其流道宽度可提高50%左右，大大提高了灌水器的抗堵塞性能。本实用新型解决了迷宫流道灌水器追求水力性能与抗堵塞性能相矛盾的问题，使其同时具备良好的水力性能和抗堵塞性能。

Description

一种Y字形滴灌灌水器

技术领域

本实用新型属于节水灌溉技术领域，具体而言，是一种用于灌溉的“Y”字形滴灌灌水器。

背景技术

随着农业信息化、现代化发展进程，滴灌技术在农业领域得到有效应用。滴灌技术能够针对农作物实际需求，通过准确的水分输送，以满足农作物生长所需水分。因此，滴灌技术实现了更加精细化、精准化灌溉，对于高效节水起到重要作用。首先，滴灌技术的节水效果显著，能够在均匀、准确的灌水中满足农作物生长所需；其次，滴灌技术实现了精细化灌溉，能够针对农作物根部灌溉，而根部周边因为干燥减少了杂草等的生长，有助于提高农作物的肥料利用率；再次，在信息化农业生产中，滴灌技术的应用可以实现信息化控制，通过微灌自动化控制系统的建立，能够在更加精准化、信息化等的技术应用中提高农业生产质量。

迷宫式滴灌灌水器是目前国内外应用较广泛的灌水器形式，主要是利用水流紊动来实现消能减压的目的，工作机理为：在复杂、弯曲的流道结构作用下，流道内水流维持紊流状态运动，并伴有旋涡，会产生较大的局部水头损失，消除滴灌灌水器进口处多余工作压力，从而使得由灌水器工作压力产生变化而引起的灌水器出流量的变化较小，灌水均匀度较高，此类型灌水器，水力性能较为优良，且制造成本较低，因此应用比较广泛。

灌水器是整个滴灌工程的最为关键的部件，其性能的优劣极大地决定了整体工程效益的灌溉质量，通过增加流道断面尺寸，改变流道结构形式等，提高出水的均匀度，增强流道抗堵塞能力，保证灌水器在一定压力条件下具有好的工作性能以及提高灌水器的使用寿命是目前滴灌专家的研究热点。

参考现有应用较广泛的矩形迷宫流道灌水器流道单元高度为4mm，流道宽度1mm，深度1mm，流道总长300mm，为50个流道单元串联组成，其在5—10 m H₂O工作压力下出水量为1.95—2.90L/h。

基于此，需要一种即使在灌溉水含沙量大的使用条件下，灌水器也难以堵塞的流道结构，同时保证其一定的水力性能和出流量，来解决目前灌水器存在极易结垢堵塞，追求水力性能和抗堵塞性能相矛盾等问题。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种消能效果优良、出水均匀、不易堵塞且结构简单的“Y”字形滴灌灌水器。

为解决以上技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种Y字形滴灌灌水器，包括设置于两端的进水口和出水口，进水口和出水口之间设置迷宫流道，所述迷宫流道具有底部平面边壁和顶部平面边壁，所述迷宫流道包括串联在一起的若干个依次连通且相同的流道单元，任一流道单元内依次设置有一个正向固定的“Y”字形齿和一个反向固定的“Y”字形齿，在流道单元内形成正“Y”字形流道和倒“Y”字形流道；所述“Y”字形齿两侧对称形成扇形流道边壁和尖齿形流道侧边壁，“Y”字形齿前端向两侧对称形成两个弧形尖齿，弧形尖齿的内侧边壁为弧形面且两个弧形尖齿的内侧边壁之间形成V型槽；其中，正向固定的“Y”字形齿的根部固定设置在迷宫流道的底部平面边壁，反向固定的“Y”字形齿的根部固定设置在迷宫流道的顶部平面边壁。

进一步地，“Y”字形齿两侧形成的尖齿形流道侧边壁的半径为2.1-3.1mm。

进一步地，“Y”字形齿两侧形成的扇形流道边壁的半径为1-1.5mm。进一步地，两个弧形尖齿的内侧边壁的半径为1.2-1.7mm。

进一步地，正向固定的“Y”字形齿的弧形尖齿的尖端至迷宫流道的顶部平面边壁的竖直距离为1.7mm-2.6mm。

进一步地，反向固定的“Y”字形齿的弧形尖齿的尖端至迷宫流道的底部平面边壁的竖直距离为1.7mm-2.6mm。

进一步地，正向固定的“Y”字形齿的弧形尖齿的底端至顶部平面边壁的竖直距离为1mm-1.5mm。

进一步地，反向固定的“Y”字形齿的弧形尖齿的底端至底部平面边壁的竖直距离为1mm-1.5mm。

进一步地，所述进水口、出水口、迷宫流道的深度均为1mm。

本实用新型通过“Y”字形齿形成一种全新的流道结构形式，形成的两个扇形流道相连通，使水流方向在短距离内发生大角度的偏转，且之后衔接尖齿形流道，在尖齿位置处形成大强度的旋涡。弯折的流道结构以及旋涡的存在，消耗水流大量能量，提高了灌水器的水力性能，加上水流势能与动能的转换，达到降低灌水器内水流流速的目的。基于此，可大幅度的增加流道截面尺寸，且水力性能及设计流量与现有传统迷宫式灌水器一致，从而提高抗堵塞性能。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果在于：与传统灌水器尺寸参数一致的情况下，由于“Y”字形齿对水流的阻挡，使水流方向急速转变，并产生多个大小、强度不同的旋涡，极大地增加了水流能量的消耗，同时旋涡对流道边壁的持续冲刷，也使灌水器不易产生堵塞，且拥有优良的水力性能，出水均匀度明显提升。

与现有传统灌水器相比，在同样长度的流道范围下，流道截面尺寸可增大约50%左右，其水力性能与传统灌水器一致，但流道截面尺寸大幅增加，使抗堵塞性能有较大提升。

本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器，流道结构简单，对制作工艺要求低，生产成本低，具有良好的工作性能，适用范围广泛。

附图说明

此处的附图用来提供对本实用新型的进一步说明，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用来解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器的结构示意图。

图2是本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器的单个流道单元结构示意图。

图3是本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器的局部结构示意图。

图4是本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器的局部速度矢量图。

图5是本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器的流量—压力性能曲线图。

图中：1—进水口；2—出水口；3—迷宫流道；4—正“Y”字形流道；5—倒“Y”字形流道；6—正“Y”字形齿； 7—第一扇形流道；8—第一尖齿形流道；9—第二扇形流道；10—倒“Y”字形齿；11—第三扇形流道；12—第二尖齿形流道；13—第四扇形流道，14-底部平面边壁，15-顶部平面边壁，16-尖齿形流道侧边壁，17-扇形流道边壁，18-弧形尖齿，19-内侧边壁。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好的理解本实用新型，以下结合参考附图并结合实施例对本实用新型作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施方式及实施例中的特征可以相互组合。

本实用新型一种典型的实施例提供的Y字形滴灌灌水器，包括设置于两端的进水口1和出水口2，进水口1和出水口2之间设置迷宫流道3，所述迷宫流道3具有底部平面边壁14和顶部平面边壁15。

所述迷宫流道3包括串联在一起的若干个依次连通且相同的流道单元，任一流道单元内依次设置有一个正向固定的“Y”字形齿和一个反向固定的“Y”字形齿在流道单元内形成正“Y”字形流道4和倒“Y”字形流道5。

本实施例中，所述进水口是连通于所述迷宫流道的始端；所述出水口是连通于所述迷宫流道的末端，并向外蔓延滴灌。正向固定的“Y”字形齿表示为正“Y”字形齿6，反向固定的“Y”字形齿表示为倒“Y”字形齿10。正“Y”字形流道4和倒“Y”字形流道5均为不规则形状，正“Y”字形流道4包括依次连通的第一扇形流道7、第一尖齿形流道8和第二扇形流道9；倒“Y”字形流道5包括依次连通的第三扇形流道11、第二尖齿形流道12和第四扇形流道13。

所述“Y”字形齿两侧对称形成尖齿形流道侧边壁16和扇形流道边壁17，“Y”字形齿前端向两侧对称形成两个弧形尖齿18，弧形尖齿18的内侧边壁19为弧形面且两个弧形尖齿18的内侧边壁19之间形成V型槽；其中，正向固定的“Y”字形齿的根部固定设置在迷宫流道的底部平面边壁14，反向固定的“Y”字形齿的根部固定设置在迷宫流道的顶部平面边壁15。“Y”字形齿为类似英文大写字母“Y”的实体结构，其外侧的尖齿形流道侧边壁16、扇形流道边壁17和弧形尖齿18的内侧边壁19均为圆弧形。

根据以上实施方式，灌溉水经流道单元的正“Y”字形流道4，在第一扇形流道7的整个流道边缘处形成一个充分发展的长条状旋涡，消耗部分能量，同时改变水流方向。经第一扇形流道7流出的水流流入第一尖齿形流道8，在尖齿处形成一个大强度的旋涡，旋涡区约占尖齿形流道直径的1/4，尖齿处的流道截面尺寸先逐渐增大后又逐渐减小，流道内渐扩、渐缩的结构，也增加了对水流能量的耗散。之后水流流入第二扇形流道9，第二扇形流道9的结构设计，是为改变水流方向，使经第二扇形流道9流入第三扇形流道11内水流的主流区逐渐压缩，增加水流间的碰撞，同时产生一个与第一扇形流道7内一样的旋涡区。流入第二尖齿形流道12和第四扇形流道13内水流的能量耗散机制与第一尖齿形流道8和第二扇形流道9内的水流能量耗散机制一致，而后水流由第四扇形流道13流入下一流道单元，并重复上述过程。

在整个过程中，水流经过短距离大角度的偏转、对边壁的撞击、充分发展的旋涡等效应，实现对水流能量的消耗，尤其是在第一扇形流道7、第四扇形流道内13水流的压缩与旋涡的发展，以及第一尖齿形流道8和第二尖齿形流道12内充分发展的旋涡，由此改变或改善灌水器的性能，包括水力性能与抗堵塞性能，这也是本灌水器消能效果优良的主要因素。

如图1—图3所示，相对具体地，本实施例优选的具体尺寸如下。进水口1、出水口2、迷宫流道3整体深度为1mm，流道最小宽度为1.5mm。第一扇形流道7、第二扇形流道9、第三扇形流道11和第四扇形流道13为半径为1.5mm的1/4圆。正“Y”字形齿6和倒“Y”字形齿10最小宽度为0.2mm，正“Y”字形齿6的尖齿底端到顶部平面边壁15竖直方向高度为1.5mm，倒“Y”形齿10的尖齿底端到底部平面边壁14竖直方向高度为1.5mm。正“Y”字形齿6的尖齿尖端到顶部平面边壁15的竖直距离为2.6mm，倒“Y”字形齿10的尖齿尖端到底部平面边壁14的竖直距离为2.6mm，正“Y”字形齿6和倒“Y”字形齿10左右两侧尖齿形流道侧边壁16的半径为3.1mm，扇形内侧边壁17的半径为1.5mm。迷宫流道单元总高4.9mm，流道总长300.6mm。

水流经进水口1首先流入正“Y”字形流道4和倒“Y”字形流道5，经多个串联在一起的流道单元充分消能后，由出水口2流出并进行灌溉。正“Y”字形流道4分为第一扇形流道7、第一尖齿形流道8和第二扇形流道9三个流道部分，倒“Y”字形流道分为第三扇形流道11、第二尖齿形流道12和第四扇形流道13三个流道部分。水流经过第一扇形流道7和第三扇形流道11时，会在流道边缘处形成一个充分发展的长条状旋涡，消耗部分能量，同时改变水流方向。进入第一尖齿形流道8和第二尖齿形流道12时，由于齿尖结构的设置，流道先逐渐扩大又逐渐缩小，消耗水流能量的同时，又在尖齿处形成一个强度更大，发展更充分的旋涡，更加剧了水流的能量耗散。从第一尖齿形流道8和第二尖齿形流道12流出的水流又分别流入第二扇形流道9和第四扇形流道13，第二扇形流道9和第四扇形流道13的作用一是改变水流方向，二是使水流流入下一流道部分时，水流主流充分压缩，增加水流间的碰撞，从而增加水流的能量损耗。之后水流从第四扇形流道13流入下一流道单元，并重复上述过程。

如附图4所示，本实用新型采用和实际一致的数值模拟方法，对所述灌水器局部流道内流体速度分布进行了模拟仿真，通过观察附图4可知，水流在第一扇形流道7和第三扇形流道11的流道边壁处形成了长条状的旋涡，并占据了一部分流道面积，使主流区水流被压缩。水流在第一尖齿形流道8和第二尖齿形流道12的尖齿处形成了强度更大的旋涡，同时也占据了部分流道面积，压缩主流区。在第二扇形流道9和第四扇形流道13内，由于流道边壁的阻挡，水流方向改变，从而改变下一流道部分内的水流分布与能量耗散。水流对流道边壁的撞击、旋涡的发展以及紊乱的水流间的碰撞，极大消耗了水流的能量，是本灌水器性能较好的关键因素。

如附图5所示，本实用新型对所述灌水器通过数值模拟得到了流量—压力关系曲线图，附图5中的横坐标为进水口处的工作压力H（m H₂O），纵坐标为出水流量Q（L/h），可以得到流态指数为0.596，符合灌水器的水力性能要求，水力性能良好，流道单元的耗能作用明显。

如附图5所示，对本实施例灌水器通过数值模拟得到的流量—压力关系曲线图，其中，设进水口压力水头为5 m H₂O下，出水流量为1.87L/h；进水口压力水头为10 m H₂O下，出水流量为2.78L/h。对比传统灌水器5—10 m H₂O工作压力下，出水量为1.95—2.90L/h，本实施例在流道断面面积比传统灌水器扩大50%条件下，出水量并未增大，且流量—压力曲线斜率比传统灌水器仅增加1.34%（设计压力下）。如流道截面尺寸与传统灌水器一致时，本实用新型的流量—压力曲线斜率可比传统灌水器降低42.7%，灌水均匀度大幅提高。因此，本实用新型所述的一种“Y”字形滴灌灌水器具有比传统灌水器大幅度增强的水力性能或抗堵塞性能。

本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器的流道与现有迷宫流道相比，本实施例的出水均匀度提高，消能效果良好，且流道截面尺寸提升较大，抗堵塞性能提升明显。

应用本实用新型时，可根据灌溉区域的具体工作环境进行选择：

当本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器的迷宫流道截面尺寸参数与现有灌水器迷宫流道截面尺寸参数一致时，其水力性能明显提升，出水均匀度更高，适用于水质条件良好的地域，可更大限度的节约水资源，降低生产成本，提升农作物品质。

当本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器的迷宫流道截面尺寸与现有灌水器迷宫流道相比，增大50%左右时，其水力性能与现有灌水器近似一致，且流道截面尺寸增大，抗堵塞性能提升明显。适用于水质条件较差，流道易堵塞的地域，可延长灌水器的使用寿命，有利于灌溉工作的正常进行。

当本实用新型提供的“Y”字形滴灌灌水器的迷宫流道截面尺寸与现有灌水器迷宫流道截面尺寸相比，适量增大时，其水力性能和抗堵性能可同时有一定提升。

使用时可根据具体需求，增减流道断面尺寸、增减流道单元及流道长度，可更大限度的节约水资源，降低生产成本，提升农作物品质。

以上对本实用新型所提供的“Y”字形滴灌灌水器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims

1.一种Y字形滴灌灌水器，包括设置于两端的进水口和出水口，进水口和出水口之间设置迷宫流道，所述迷宫流道具有底部平面边壁和顶部平面边壁，其特征在于：所述迷宫流道包括串联在一起的若干个依次连通且相同的流道单元，任一流道单元内依次设置有一个正向固定的“Y”字形齿和一个反向固定的“Y”字形齿，在流道单元内形成正“Y”字形流道和倒“Y”字形流道；所述“Y”字形齿两侧对称形成尖齿形流道侧边壁和扇形流道边壁，“Y”字形齿前端向两侧对称形成两个弧形尖齿，弧形尖齿的内侧边壁为弧形面且两个弧形尖齿的内侧边壁之间形成V型槽；其中，正向固定的“Y”字形齿的根部固定设置在迷宫流道的底部平面边壁，反向固定的“Y”字形齿的根部固定设置在迷宫流道的顶部平面边壁。

2.根据权利要求1所述的Y字形滴灌灌水器，其特征在于：“Y”字形齿两侧形成的尖齿形流道侧边壁的半径为2.1-3.1mm。

3.根据权利要求2所述的Y字形滴灌灌水器，其特征在于：“Y”字形齿两侧形成的扇形流道边壁的半径为1-1.5mm。

4.根据权利要求3所述的Y字形滴灌灌水器，其特征在于：两个弧形尖齿的内侧边壁的半径为1.2-1.7mm。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的Y字形滴灌灌水器，其特征在于：正向固定的“Y”字形齿的弧形尖齿的尖端至迷宫流道的顶部平面边壁的竖直距离为1.7-2.6mm。

6.根据权利要求5所述的Y字形滴灌灌水器，其特征在于：反向固定的“Y”字形齿的弧形尖齿的尖端至迷宫流道的底部平面边壁的竖直距离为1.7-2.6mm。

7.根据权利要求6所述的Y字形滴灌灌水器，其特征在于：正向固定的“Y”字形齿的弧形尖齿的底端至顶部平面边壁的竖直距离为1-1.5mm。

8.根据权利要求7所述的Y字形滴灌灌水器，其特征在于：反向固定的“Y”字形齿的弧形尖齿的底端至底部平面边壁的竖直距离为1-1.5mm。

9.根据权利要求1或8所述的Y字形滴灌灌水器，其特征在于：所述进水口、出水口、迷宫流道的深度均为1mm。