一種新型文丘裡吸肥器的製作方法

2023-04-26 15:20:51

專利名稱：一種新型文丘裡吸肥器的製作方法
技術領域：
本發明屬於農業節水灌溉技術領域，涉及滴灌技術及裝備行業為滴灌系統配套的小型吸肥器，特別涉及一種新型文丘裡吸肥器。
背景技術：
滴灌是一種通過輸水管道將灌溉水輸送到田間作物根區附近，採用專門的小流量灌水器，一滴一滴對作物的生長區域進行局部灌溉的方法，可以實現灌溉時間和灌溉水量的準確控制，從而大幅度減少了灌溉水的無效損耗，提高了灌溉水的利用效率，所以滴灌屬於一種先進的現代節水灌溉技術。由於滴灌是將水直接輸送到了作物的根區附近，減少了輸水過程中的蒸發滲漏損失，所以使得施肥可以與灌溉能夠得到很好的結合。一個完整的滴灌系統通常由首部樞紐、輸配水管網和田間灌水設備組成。首部樞紐包括抽水和加壓設 備、動力設備、監測控制設備、施肥器和水質過濾設備。灌溉與施肥同步實施是滴灌技術的一個重要特點，與其它灌水技術相比，滴灌技術不僅適用面廣、灌水均勻、節水效果顯著，而且可以實現隨水施肥，提高水肥的利用效率，達到節省勞力，增產增收的目的，因此在社會經濟快速發展，水資源面臨嚴重供需不足，勞動力成本大幅度提高的情況下，滴灌技術具有十分廣闊的應用發展前景。滴灌過程中的施肥是通過在滴灌系統的輸水管道上外加一個施肥器(罐)，利用系統本身的動力或外動力將液體肥料(如果是固體顆粒肥料必須先加水溶解)加注到輸水管道中，為了避免未溶解的肥料顆粒進入系統，施肥器的位置一般設置在過濾器的前面。目前主要的幾種施肥器有壓差式施肥器、文丘裡施肥器、比例施肥器(利用輸水動力)和外帶動力泵的施肥器(泵)四種。這幾種施肥器各有利弊，外帶動力泵的施肥器(泵)由於需要獨立配置動力泵，成本相對較高，且不便於系統的運行與管理，近年來很少有用。壓差式施肥器是利用配套的閥門(或施肥閥)，在閥門前後形成壓力差，閥門前後兩端分別與肥料罐的兩個接口相連，通過壓力差將肥料罐中的肥料液體壓入。由於原理簡單，運行相對可靠，是目前滴灌系統中最常用的施肥裝置，但施肥均勻度較差，施肥比例不易控制。比例施肥器是近年來研發的一種精準施肥裝置，運行主要是利用水流動力驅動，可以按照需求和設計按比例供給肥力，但是目前由於設備成本較高，制約了其廣泛應用，在我國還未大量使用。丘裡施肥器是一種利用文丘裡管的原理開發的一種施肥器，對於有壓恆定流管道，當斷面收縮後流速會增大，在慣性作用下流場斷面變小，特別是斷面的漸變段不連續，出現突變(先收縮，後放大)，在緊隨突變斷面的附近極小的範圍內會產生負壓區，負壓值的大小和區域大小主要決定於文丘裡管喉段的前後壓差和喉段的結構設計。利用喉部的負壓將液體肥料吸入管道中，這種吸肥器(也可叫施肥器)結構簡單，設備成本低廉。利用管道斷面和水流流速的變化所產生的負壓一般較小，其吸肥能力和吸肥量十分有限，為了控制施肥濃度，文丘裡施肥器主要用於較小管徑，適用於蔬菜大棚和日光溫室等設施農業所配套的小型滴灌系統的施肥。但是如果系統設計不合理，則文丘裡施肥器的喉部很難產生負壓吸肥，有時出現倒流，水從吸肥管中流出的現象。目前所用的文丘裡施肥器普遍是根據文丘裡量水器的結構開發而得，喉部收縮段均為四周向中心對稱收縮，這種結構設計的結果是水流通過喉部時，水流從四周向中心擠壓過來，在慣性力的作用下，流場斷面會有一定收縮，在最小斷面周圍出現一定的負壓區，而後，在反作用力和壓力的作用，水流會迅速向四周擴散，釋放壓力，管內流體壓力重新分布，達到基本均勻平很。由於負壓區在喉部的後面沿管周均勻分布，所以每個部位處的負壓區就很小，不利於吸肥口的布設和吸肥，如果喉部水流流速較小，慣性力就小，水流通過喉部後自然擴散，在喉部最小斷面後面很難形成負壓區，從而也就達不到吸肥的目的。因此，對文丘裡吸肥器改進是申請人所關注的。

發明內容
針對目前小型滴灌系統所配套的文丘裡施肥器使用條件嚴格，吸肥口負壓區間小，吸肥效果不理想等問題，本發明的目的在於，提出一種新型的文丘裡吸肥器結構，以提高吸肥器的吸肥性能與可靠性。為了實現上述任務，本發明採取如下的技術解決方案 —種新型文丘裡吸肥器，包括文丘裡管，該文丘裡管具有相同直徑的進水段和出流段，其特徵在於，在進水段之後有偏心的收縮段，該收縮段從進水段末端延伸至喉部，在喉部之後有偏心的擴大段，該擴大段延伸至出流段，在擴大段的起始端後下方設置有吸肥口，在吸肥口連接有吸肥管和吸肥量控制閥。本發明的新型文丘裡吸肥器，與現有技術相比，帶來以下技術效果I、結構簡單僅改變常規文丘裡管的斷面收縮和放大段的布局結構形式，無其他附加構造和配件。2、改進吸肥環境根據水力學原理，對文丘裡管的斷面收縮段和擴大段採用偏心向上收縮和放大，改變了常規文丘裡管在工作條件下的水流狀態，使得文丘裡管喉部後面的真空區和負壓區集中分布，在同樣的真空度或負壓條件下，具有較大的真空區和負壓區，有利於吸肥管的設置。3、提高吸肥效果由於在同樣的真空度或負壓條件下，具有較大的真空區和負壓區，所以不僅可有效地避免回流水對吸肥量和吸肥濃度的影響，而且可避免文丘裡管中的水流入肥料罐。


圖I是本發明的新型文丘裡吸肥器結構示意圖(主視圖)；圖2為圖I中的I —I向視圖(仰視圖)；圖3為圖I中的縱向中心(即(II 一 II))剖面流線示意圖(說明準確的流線圖應該是光滑曲線)；圖4吸肥器喉部斷面(III一III)處壓力分布區域示意圖。圖中的標記分別表示1、進水口，2、出流口，3、收縮段，4、喉部，5、擴大段，6、文丘裡吸肥口，7、吸肥管，8、吸肥控制閥，9、孔斷面處的真空區，10、孔斷面處的壓力區。以下結合附圖和原理以及實施例對本發明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式申請人:根據文丘裡管的原理和相關流體學原理，對於恆定流，流體的流速與過流斷面的面積成反比，當流道斷面發生變化時，流體的流速會發生相應的變化。當斷面面積變小，流速增大；斷面變大，流速減小。對於文丘裡管，流體的流速理論上在喉部(斷面面積最小)位置速度達到最大，但當流體為壓力流且流速較大時，由於壓力和流速慣性(具有射流的特點)的共同作用，流體的流速最大值出現在文丘裡管喉部的後面，且在喉部(文丘裡管的喉部為中心對稱)後面管壁四周出現真空，相對於壓力流體和大氣壓而言就為負壓，利用管內的負壓就可以不用再增加外動力向管內輸送流體，這就是文丘裡吸肥器的原理。當通過管道的流體流量、管道的管徑和管內的壓力相同時，在文丘裡管喉部後面流體的斷面收縮和流速基本相同，而且產生的負壓大小及空間體積也基本相同，為了擴大文丘裡施肥器吸肥口處的負壓空間，避免周圍回流影響，提高以文丘裡吸肥器的吸肥性能與可靠性，本發明的設計思路是將文丘裡管的收縮段採取非完全對稱結構布局，即文丘裡管道的收縮段最上部採取平直過渡，與管道收縮前和放大後在一個水平線上，下部及周邊向上向裡收縮，
使文丘裡管的喉部位置上移到一側。採用這種結構，其性能特徵在於當水流進入文丘裡管後，頂部處的水流的流線除過流速大小會沿流程發生變化外，其餘基本保持原來的特點不變，沿直線方向向前流動，通過喉部後不產生向下運動的分速度，所以不會向下傳遞壓力，壓制水流迅速向下擴散。而頂部以下至底部及兩側的水流流線受斷面收縮的影響，不僅流速大小發生變化，而且流線方向也順著管道的漸變段發生較大的變化，特別是中下部處的水流在通過喉部後，受過流斷面收縮的影響，水流的流線會向喉部集中，由於喉部後面管道斷面突然逐漸放大，在壓力和流速慣性的作用下，水流最小過流斷面位置出現在喉部後面且緊貼頂部管道，從而在下部會形成一個真空區和負壓區，這個真空區和負壓區主要集中在文丘裡管喉部後面的下部(吸肥口通常設置在該處)及左右周邊，不同於常規文丘裡管喉部後面形成的環狀分布。如前所述，當通過管道的流體流量、管道的管徑和管內的壓力相同時，在文丘裡管喉部後面流體的流速和斷面收縮基本相同，而且產生的負壓大小和空間體積也基本相同，但集中的真空區和負壓區空間尺度相對較大，吸肥口受擴散水流的幹擾較小，將更有利於吸肥，最大限度的避免水流從吸肥口倒流。參見圖I、圖2、圖3和圖4，本實施例給出一種新型文丘裡吸肥器結構圖，包括文丘裡管，該文丘裡管具有相同直徑的進水段I和出流段2，在進水段I之後有偏心的收縮段3，該收縮段3從進水段I末端延伸至喉部4，在喉部4之後有偏心的擴大段5，該擴大段5延伸至出流段2，在擴大段5的起始端後下方設置有吸肥口 6，在吸肥口 6連接有吸肥管7和吸肥量控制閥8。使用本發明的新型文丘裡吸肥器時，首先，根據滴灌系統水流方向，將文丘裡吸肥器按照進水段I和出水段2的方向接入滴灌系統首部，同時關閉吸肥管7上的吸肥量控制閥8，防止水流從吸肥口 6回流，該新型文丘裡吸肥器一般安裝在過濾器的前面，以保證灌溉水中無較大顆粒雜質進入系統。其次在吸肥管7的下端設置大小適宜的肥料罐，肥料罐的底部距離文丘裡吸肥器的吸肥口 6的距離控制在Im以內，然後在肥料罐中加入足量的液體肥料或肥料溶液。當滴灌供水系統開啟後，壓力水流(壓力大小決定於系統需要和設計)快速向系統的管內充水，水流從文丘裡吸肥器的進水段I進入文丘裡管，然後經過文丘裡吸肥器的收縮段3進入喉部4，通過喉部4後進入文丘裡管的擴大段5，最後通過出水段2進入灌溉輸配水管網。由於本文丘裡吸肥器的收縮段3和擴大段5不是採用常規的中心軸對稱收縮和放大，而採用的是偏心向上收縮和放大，這樣，當水流進入文丘裡吸肥器的收縮段3後，由於流體本身的特性一般都會產生擴散，但頂部的水流未受到管徑變化的影響，水流不會向下擴散，頂部處的水流的流線除了流速大小會沿流程發生變化外，其餘基本保持原來的特點不變，沿直線方向向前流動(如圖3所示)。但收縮段3內中下部及兩側的水流卻不同，受收縮段3的影響，不僅流速大小發生變化，而且流線方向也順著管道的漸變段發生較大的變化，水流的流線會向喉部4集中(如圖3所示)，當文丘裡吸肥器喉部4兩端的壓差較大，過流流速較大時，在流速慣性的作用下，水流通過喉部4後，下部的水流會沿著收縮段3下部的傾角繼續前進，以最小的水流過收縮段3，即壓力區10的位置會出現在喉部4的後面(如圖4所示)，且水流緊貼頂部管道前行，之後由於水流失去管道約束，開始在擴大段5內向下及周圍擴散，從而在喉部4的後面局部形成一個真空區9和負壓區10，真空區9和負壓區10空間的大小和真空度的大小與通過喉部4時的水流流速有直接關係，這個真空區9和負壓區10主要集中在文丘裡吸肥器喉部4的後面、文丘裡管的擴大段5的前端下部(吸肥口通常設置在該處)及左右周邊，這不同於常規中心軸對稱收縮和放大結構條件下，真空區9和負壓區10在喉部4後面形成的環狀分布。當通過文丘裡吸肥器的流量、管道直徑和管 內壓力相同時，在文丘裡吸肥器喉部4後面流體的流速和斷面面積基本相同時，其產生的負壓大小和空間體積也基本相同，但本文丘裡吸肥器集中的真空區9和負壓區10空間尺度相對較大，吸肥口 6受擴散水流的幹擾更小，將有利於吸肥。當灌溉系統水流狀態穩定後，再打開吸肥閥8，就可實施灌溉施肥。總之，該發明通過改變文丘裡管的斷面收縮段和擴大段的結構形式，可以有效的提高文丘裡吸肥器的工作環境和吸肥效果。
權利要求
1.一種新型文丘裡吸肥器，包括文丘裡管，該文丘裡管具有相同直徑的進水段(I)和出流段(2)，其特徵在於，在進水段(I)之後有偏心的收縮段(3)，該收縮段(3)從進水段(I)末端延伸至喉部(4)，在喉部(4)之後有偏心的擴大段(5)，該擴大段(5)延伸至出流段(2)，在擴大段(5)的起始端之後設置有吸肥口(6)，在吸肥口(6)連接有吸肥管(7)和吸肥量控制閥(8)。
全文摘要
本發明公開了一種新型文丘裡吸肥器，包括文丘裡管，該文丘裡管具有相同直徑的進水段和出流段，在進水段之後有偏心的收縮段，該收縮段從進水段末端延伸至喉部，在喉部之後有偏心的擴大段，該擴大段延伸至出流段，在擴大段的起始端之後設置有吸肥口，在吸肥口連接有吸肥管和吸肥量控制閥。可以有效的避免會流水流入吸肥管，提高文丘裡吸肥器的吸肥效果。
文檔編號A01C23/04GK102696330SQ201210149369
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月5日 優先權日2012年5月5日
發明者吳普特, 孔令陽, 孫豔琦, 牛文全, 範興科 申請人:中國科學院水利部水土保持研究所, 國家節水灌溉楊凌工程技術研究中心, 西北農林科技大學