CN113405613B - 曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，包括储水罐、第一管路、第二管路、第三管路和第四管路，储水罐与曝气设备连通，曝气设备与第二控制阀连通；第一管路的两端与第二管路的两端均分别连通在第二控制阀和第四控制阀上，第一管路上设有第一三通和第一单向阀，第二管路上设置有第二三通和第二单向阀；第三管路的两端分别连通在第一三通和储水罐上，第三管路上设置有水泵和第一控制阀；第四管路的两端分别连通在第四控制阀和体积流量计上，体积流量计与田间管网连通；第三控制阀与排水管的一端连通，排水管的另一端延伸至储水罐中，排水管设置有第三控制阀；曝气设备、水泵、体积流量计均与控制器电连接。
Description
技术领域
本发明涉及滴灌***技术领域，具体涉及曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置及测量方法。
背景技术
随着节水灌溉农业的发展，曝气滴灌作为一种新型的高效节水的灌溉方式引起了广泛关注，成为节水灌溉的一个重要发展方向。由于气体质量难以测量，因此体积流量是曝气滴灌***衡量气液两相流的亟需的运行指标之一，但由于气液两相流体的不均匀性、气体极易逃逸以及大量微纳米气泡的存在等原因，针对曝气条件下气液两相流的体积流量测量一直是研究中的难点，极大地限制了曝气滴灌的应用和发展。
通常气液两相流体的流量主要通过两种方法间接获得。第一种：主要通过同时测量水相的质量流量和气水比的方法求得，水相的质量流量通过称重法测得，气水比的通过排水法测得。利用两相流气水比和水相质量流量，通过公式计算获得两相流体积流量。第二种：通过分离单位时间内一定体积的气液两相流的气相和液相，分别测量气相和液相的体积，加和计算后获得气液两相流的体积流量。但是，由于曝气产生的巨量微小气泡在水体中能稳定存在较长时间，要想比较准确地分离气相和液相、或者通过排水法获得气水比，需要等待较长的时间，且水体中的微气泡是否全部分离出来也无法判断。因此，这两种方法都无法实时测量两相流体积流量值，且存在较大误差。另外，气液两相流的气水比也可以利用经验公式反推。但根据前人经验公式反推气体体积时，经验系数的选取需要操作人员有丰富的试验经验，同时也存在一定的误差，再进行体积流量的推求时，误差将被放大。
由此可知现有的方法是间接测量和操作繁琐，导致测量结果误差较大。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置及测量方法，其目的是解决现有测量方式间接测量和操作繁琐，导致测量结果误差较大的问题。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其包括储水罐、第一管路、第二管路、第三管路和第四管路，储水罐与曝气设备连通，曝气设备与第二控制阀连通；第一管路的两端分别连通在第二控制阀和第四控制阀上，第一管路上设置有第一三通和第一单向阀；第二管路的两端分别连通在第二控制阀与第四控制阀上，第二管路上依次设置有第二三通和第二单向阀；第三管路的两端分别连通在第一三通和储水罐上，第三管路上设置有水泵和第一控制阀；第四管路的两端分别连通在第四控制阀和体积流量计上，体积流量计与田间管网连通；第三控制阀与排水管的一端连通，排水管的另一端延伸至储水罐中，排水管设置有第三控制阀；第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀、第四控制阀、曝气设备、水泵、体积流量计均与控制器电连接。
本发明的有益效果为：在本方案中，与背景技术中提到的第一种和第二种测量方式相比，本测量装置不需要将气液分开，通过先在第四管路上充满不含气体的水，之后进入第四管路气液两相液体排出第四管路内的水，通过对排出的水的流量的测量以实现对气液两相液体的测量，达到直接测得气、水两相的总体积流量值；与背景技术中提到的通过计算公式的测量方式相比，本测量装置不需要分别测量出气水比、水相质量流量等参数进行推求，可直接测得气、水两相的总体积流量值；由此可得，测量装置可以直接测量出曝气设备产生的气液两相流的体积流量值；测量装置结构简单，操作也简单。
进一步，第一控制阀、第二控制阀、第三控制阀和第四控制阀均为电磁阀。
进一步，储水罐与曝气设备、水泵之间的管道上安装有过滤装置；
过滤装置包括用于装载滤芯的滤芯载体和安装在滤芯载体两端的端盖；
端盖包括第一壳体、设置在第一壳体侧面上的流体管口和设置在第一壳体内壁上的第一槽；
滤芯载体包括第二壳体、与第二壳体同轴线设置的中心柱、设置在中心柱与第二壳体之间的隔板和设置在第二壳体侧面上且与第一槽配合的第二槽；
第一槽与第二槽之间填充有密封垫；滤芯填充在隔板与第二壳体内壁形成的空腔中；第二壳体侧面设有压盖，压盖上设有通孔。
进一步，第一壳体与第二壳体的横截面为圆形；第一壳体的内径与第二壳体的外径相等。
进一步，第一槽的槽深小于第二槽的槽深。
进一步，端盖与滤芯载体通过螺栓连接。
进一步，隔板的数量为四个，四个隔板与第二壳体形成四个空腔，四个空腔中均填充有滤芯。
进一步，滤芯为多层折叠的过滤薄膜。
曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置的测量方法，其包括以下测量步骤：
S1、启动曝气设备，打开第三控制阀，曝气设备产生的气液两相经过排水管流回到储水罐中；
S2、打开第一控制阀，启动水泵，直到经过体积流量计的水测量值先变化后稳定后；
停止水泵、关闭第一控制阀；
曝气设备接通第一管路，经过体积流量计的水测量值先变化后稳定后，记录体积流量计的流量值，为曝气设备产生的气液两相流量体积之和。
S3、测量结束完，曝气设备接通第二管路，关闭第三控制阀，***正常工作。
进一步，在S2中，判断经过体积流量计的水测量值先变化后稳定的方式为：体积流量计每隔1秒向控制器返回一个流量值，当连续3次出现前一秒的流量值与后一秒的流量值之差小于1％时，此时体积流量计测量稳定。
除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本发明提供所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在具体实施方式中作出进一步详细的说明。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明中曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置的连接示意图。
图2为过滤装置的结构示意图。
图3为过滤装置的剖视图。
图4为图3中A的放大图。
图5为滤芯载体的主视图。
图6为滤芯载体的俯视图。
图7为端盖的主视图。
其中：1、曝气设备；2、储水罐；3、水泵；4、第一控制阀；5、第二控制阀；6、第三控制阀；7、第一单向阀；8、第四控制阀；9、第二单向阀；10、体积流量计；11、第一三通；12、第二三通；13、排水管；14、田间管网；15、过滤装置；16、端盖；161、第一壳体；162、流体管口；163、第一槽；17、滤芯载体；171、第二壳体；172、隔板；173、第二槽；174、中心柱；18、密封垫；19、压盖。
具体实施方式
为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，均属于本发明保护的范围。
请参考图1-7，本发明提供曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其包括储水罐2、第一管路、第二管路、第三管路和第四管路，储水罐2与曝气设备1连通，曝气设备1与第二控制阀5连通；第一管路的两端分别连通在第二控制阀5和第四控制阀8上，第一管路上设置有第一三通11和第一单向阀7；第二管路的两端分别连通在第二控制阀5与第四控制阀8上，第二管路上依次设置有第二三通12和第二单向阀9；第三管路的两端分别连通在第一三通11和储水罐2上，第三管路上设置有水泵3和第一控制阀4；第四管路的两端分别连通在第四控制阀8和体积流量计10上，体积流量计10与田间管网14连通；第三控制阀6与排水管13的一端连通，排水管13的另一端延伸至储水罐2中，排水管13设置有第三控制阀6；曝气设备1、水泵3、体积流量计10均与控制器电连接。
本方案与背景技术中提到的第和第二种测量方式相比，本测量装置不需要将气液分开，可直接测得气、水两相的总体积流量值；与背景技术中提到的通过计算公式的测量方式相比，本测量装置不需要分别测量出气水比、水相质量流量等参数进行推求，可直接测得气、水两相的总体积流量值；由此可得，测量装置可以直接测量出曝气设备1产生的气液两相流的体积流量值；测量装置结构简单，操作也简单。
上述方案的具体连接关系为：
储水罐2的第一出口与曝气设备1的进口连接，曝气设备1的出口与第二控制阀5的进口连通；储水罐2的第二出口与水泵3的进口连通，水泵3的出口与第一控制阀4的第一接口接通，第一控制阀4的第二接口与第一三通11的第一接口连通，第一三通11的第二接口与第二控制阀5的第一出口连通，第一三通11的第三接口与第一单向阀7的进口连通，第一单向阀7的出口与第四控制阀8的第一进口连通，第四控制阀8的出口与体积流量计10的进口连通，第四控制阀8的第二进口与第二单向阀9的出口连通，第二单向阀9的进口与第二三通12的第一接口连通，第二三通12的第二接口与第二控制阀5的第二出口连通，第二三通12的第三接口与第三控制阀6的第一接口连通，第三控制阀6的第二接口与排水管13的一端连通，排水管13的另一端位于储水罐2中，体积流量计10的出口连接田间管网14。
进一步，第一控制阀4、第二控制阀5、第三控制阀6和第四控制阀8均为电磁阀。
在本方案中，第一管路和第二管路的管径与管长相同，第一管路和第二管路上位置对称安装的部件型号一致。为了保证测量结果准确，第四管路为细长管或长管或细管，第四管路优选为细长管(管径较小、长度较长的水管)；通过《节水灌溉设备水利基本参数测试方法》中，规定管道的水流流速≤2.5m/s，根据计算可得，在实际中第四管路的长度≤20m，符合规定，也满足本装置。在测量气液两相流的流量体积时，细长管中存储的水比较多，即便工作人员存在操作控制器的时间，也能保证细长管中的水能满足测量。
储水罐与曝气设备、水泵之间的管道上安装有过滤装置。
参考图2-7，过滤装置包括用于装载滤芯的滤芯载体17和安装在滤芯载体17两端的端盖16；端盖16包括第一壳体161、设置在第一壳体161侧面上的流体管口162和设置在第一壳体161内壁上的第一槽163；滤芯载体17包括第二壳体171、与第二壳体171同轴线设置的中心柱174、设置在中心柱174与第二壳体171之间的隔板172和设置在第二壳体171侧面上且与第一槽163配合的第二槽173；第一槽163与第二槽173之间填充有密封垫18；滤芯填充在隔板172与第二壳体171内壁形成的空腔中；第二壳体171侧面设有压盖19，压盖19上设有通孔。
参考图3和4，第一壳体161与第二壳体171的横截面为圆形；第一壳体161的内径与第二壳体171的外径相等；便于第二壳体171镶嵌在第一壳体161内壁上，避免第一壳体161与第二壳体171之间漏水。
第一槽163的槽深小于第二槽173的槽深；在第二槽173与第二槽173之间形成空隙；密封垫18优选橡胶密封垫18，密封垫18厚度略大于第二槽173深，在安装时，用手按压端盖16，使密封垫18挤压到空隙中，增强了密封性。
参考图4，端盖16与滤芯载体17通过螺栓连接，便于拆卸。
隔板172的数量为四个，四个隔板172与第二壳体171形成四个空腔，四个空腔中均填充有滤芯；滤芯为多层折叠的过滤薄膜。
本方案中隔板172有两种安装方式，第一种，可以参考图6，隔板172垂直的安装在第二壳体171内壁与中心柱174上；第二种，隔板172倾斜的安装在第二壳体171内壁与中心柱174上，具体的可以是，盖板的一侧板面固定在第二壳体171一侧的水平位置，也就是如图6中的水平位置，盖板的另一侧板面固定在第二壳体171另一侧的竖直位置，也就是如图6中的竖直位置，使四个空腔形成均等的曲面空腔，这样的好处是，在填充滤芯后，水与滤芯的接触增大，相对第一种增强了水的过滤能力。
过滤装置在安装时，将滤芯安装在空腔中；将压板固定在第二壳体171两侧，堵住滤芯；在第二槽173中放置环形的密封垫18，将第一壳体161镶嵌在第二壳体171上，第一槽163也镶嵌在第二槽173中，通过挤压端盖16，使密封垫18填满第一槽163与第二槽173形成的空间，通过螺栓将第一壳体161固定在第二壳体171上，最后将流体管口162接在管道中。
需要说明的是，第一槽163环绕一周设置在第一壳体161的内壁上，第二槽173环绕一周设置在第二壳体171的内壁上，这样通过第一槽163、密封垫18和第二槽173，才能起到密封第一壳体161与第二壳体171交界处。压盖19的主要作用是防止滤芯从空腔中随水冲走；压盖19可以是圆饼，其半径略小于第二槽173的内径，可以在中心柱174与压盖19的中部开设螺纹孔，通过螺栓将压盖19固定在中心柱174上；压盖19上开设有多个通孔，便于水通过压盖19进入或流出滤芯载体17。流体管口162为流体入口或出口。隔板172可以焊接在第二壳体171内壁与中心柱174上。
本过滤装置15有以下的优点：
在使用滤纸或滤网作为过滤时，滤纸或滤网受到破损后，不但起不到过滤的作用，还会漏水；本过滤装置15的滤芯磨损后，虽然起不到过滤作用，但是能保证连接处不漏水；因此，本过滤装置15相对滤纸或滤网好。
现有过滤器的进出口在安装相反以后起不到过滤的作用，本过滤装置15没有进出口的区分，本过滤装置15可以避免安装错误带来的危害。
端盖16与滤芯载体17之间的密封性是通过第一槽163、第二槽173和密封垫18实现的，在安装时通过挤压端盖16与滤芯载体17，使密封垫18紧贴在第一槽163和第二槽173所形成的空腔中，这样就避免了水从第一槽163和第二槽173中流出。
多层折叠的过滤薄膜填充在隔板172与第二壳体171形成的空腔中，通过压盖19的水经过多层折叠的过滤薄膜，使过滤薄膜与水的接触面积最大，这样就很好的吸附掉水中的杂质。
设置的中心柱174，便于安装隔板172和压盖19，还便于更换滤芯。
综上可得，设置的过滤装置15可以滤除进入水泵3和曝气设备1水中的杂质，从而延长曝气设备1和水泵3的使用寿命，同时避免了因水质问题而带来的测量误差，使本方案测量的流量体积更加准确。
本方案的测量装置的工作原理为：当需要测量第二管路内中气液两相流的体积流量时，通过控制器开始测流程序，测流程序结束后，控制器或体积流量计10上显示的数值为气液两相流的体积流量值；曝气滴灌***恢复正常运行。其中测流程序为测量方法中的S1和S2。
综上可得，本测量装置操作便捷，设置的控制器和电磁阀，工作人员通过控制器控制电磁阀实现自动化测量气液两相流的体积值，使测量结果更加准确。控制器可以是PLC控制器。体积流量计10优选电磁体积流量计10。
本方案还提供曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置的测量方法，其包括以下测量步骤：
S1、启动曝气设备1，打开第三控制阀6，曝气设备1产生的气液两相经过排水管13流回到储水罐2中。在S1中，打开第二控制阀5的第二进口和第四控制阀8的第一进口，这样使曝气设备1产生的气液两相流只能排入到蓄水槽中。
S2、打开第一控制阀4，启动水泵3，直到经过体积流量计10的水测量值先变化后稳定后；停止水泵3、关闭第一控制阀4。
此时，曝气设备1接通第一管路，经过体积流量计10的水测量值先变化后稳定后，记录体积流量计10的流量值，此时体积流量计10的体积流量值等同于曝气设备1产生气液两相流的体积流量值。
S3、测量结束完，曝气设备1接通第二管路，关闭第三控制阀6，***正常工作。
具体的，在S2中，判断经过体积流量计10的水测量值先变化后稳定的方式为：体积流量计10每隔1秒向控制器返回一个流量值，当连续3次出现前一秒的流量值与后一秒的流量值之差小于1％时，此时表示体积流量计10是恒定测量。
在本方案中，田间管网14、曝气设备1、水泵3、电磁阀、体积流量计10和控制器均为现有技术，本领域技术人员可以直接查到并使用到本方案中。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其特征在于，包括储水罐(2)、第一管路、第二管路、第三管路和第四管路，
所述储水罐(2)与曝气设备(1)通过管道连通，所述曝气设备(1)与第二控制阀(5)通过管道连通；
所述第一管路和第二管路的两端均分别连通在所述第二控制阀(5)和第四控制阀(8)上，所述第一管路上设置有第一三通(11)和第一单向阀(7)，所述第二管路上设置有第二三通(12)和第二单向阀(9)；
所述第三管路的两端分别连通在所述第一三通(11)和储水罐(2)上，所述第三管路上设置有水泵(3)和第一控制阀(4)；
所述第四管路的两端分别连通在所述第四控制阀(8)和体积流量计(10)上，所述体积流量计(10)与田间管网(14)连通；
第三控制阀(6)与排水管(13)的一端连通，所述排水管(13)的另一端延伸至所述储水罐(2)中，所述排水管(13)设置有第三控制阀(6)；
所述第一控制阀(4)、第二控制阀(5)、第三控制阀(6)、第四控制阀(8)、曝气设备(1)、水泵(3)和体积流量计(10)均与控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其特征在于，所述第一控制阀(4)、第二控制阀(5)、第三控制阀(6)和第四控制阀(8)均为电磁阀。
3.根据权利要求1所述的曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其特征在于，所述储水罐(2)与曝气设备(1)、水泵(3)之间的管道上均安装有过滤装置(15)；
所述过滤装置包括用于装载滤芯的滤芯载体(17)和安装在滤芯载体(17)两端的端盖(16)；
所述端盖(16)包括第一壳体(161)、设置在第一壳体(161)侧面上的流体管口(162)和设置在第一壳体(161)内壁上的第一槽(63)；
所述滤芯载体(17)包括第二壳体(171)、与第二壳体(171)同轴设置的中心柱(174)、设置在中心柱(174)与第二壳体(171)之间的隔板(172)和设置在第二壳体(171)侧面上且与第一槽(163)配合的第二槽(173)；
所述第一槽(163)与第二槽(173)之间形成的腔体内填充有密封垫(18)；所述滤芯填充在所述隔板(172)与第二壳体(171)内壁形成的空腔中；所述第二壳体(171)侧面设有压盖(19)，所述压盖(19)上设有通孔。
4.根据权利要求3所述的曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其特征在于，所述第一壳体(161)与第二壳体(171)的横截面均为圆形；所述第一壳体(161)的内径与第二壳体(171)的外径相等。
5.根据权利要求3所述的曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其特征在于，所述第一槽(163)的槽深小于第二槽(173)的槽深。
6.根据权利要求3所述的曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其特征在于，所述端盖(16)与滤芯载体(17)通过螺栓连接。
7.根据权利要求3所述的曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其特征在于，所述隔板(172)的数量为四个，四个所述隔板(172)与第二壳体(171)形成四个空腔，四个所述空腔中均填充有滤芯。
8.根据权利要求7所述的曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置，其特征在于，所述滤芯为多层折叠的过滤薄膜。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置的测量方法，其特征在于，包括以下测量步骤：
S1、启动曝气设备(1)，打开第三控制阀(6)，曝气设备(1)产生的气液两相经过排水管(13)流回到储水罐(2)中；
S2、打开第一控制阀(4)，启动水泵(3)，直到经过体积流量计(10)的水测量值先变化后稳定后；
停止水泵(3)、关闭第一控制阀(4)；
曝气设备(1)接通第一管路，经过体积流量计(10)的水测量值先变化后稳定后，记录体积流量计(10)的流量值；
S3、测量结束完，曝气设备(1)接通第二管路，关闭第三控制阀(6)，***正常工作。
10.根据权利要求9所述的曝气滴灌***气液两相流体积流量值测量装置的测量方法，其特征在于，在S2中，判断经过体积流量计(10)的水测量值先变化后稳定的方式为：体积流量计(10)每隔1秒向控制器返回一个流量值，当连续3次出现前一秒的流量值与后一秒的流量值之差小于1％时，此时体积流量计(10)测量稳定。
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