CN202285732U - 一种压力补偿式滴灌灌水装置 - Google Patents

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魏青松
陆恒
殷莉
黎安
王聪
芦刚
史玉升
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Abstract

本实用新型公开了一种压力补偿式滴灌灌水装置，其结构为：入水口与流道的一端相通，出水口与流道的另一端相通，锯齿端呈线性，均匀分布在流道内的两侧，弹性挡片间隔、等距离分布于锯齿端上，其宽度略小于锯齿厚度，防止其与流道摩擦，弹性挡片的偏斜方向沿水流方向；背部栅栏位于灌水装置的背部，并且与入水口相通。该灌水装置通过在传统的迷宫流道齿状结构端添加弹性挡片，达到将补偿片、流道进行一体设计的目的，从而减少了补偿片和流道之间的装配误差，减少了因装配带来的局部水头损失。这种新型流道不仅可以实现压力补偿，还可用于内镶式滴灌带生产中，可以解决滴灌带不宜实现压力补偿的问题。同时，本实用新型还具有自清洗，抗堵塞能力。

Description

一种压力补偿式滴灌灌水装置
技术领域
本实用新型属于农业节水灌溉与先进制造技术交叉领域，具体涉及一种变结构的压力补偿式滴灌灌水装置。
背景技术
节水灌溉是世界各国发展农业采取的主要措施，微灌作为节水灌溉中一种先进的高标准灌溉技术，已被世界上很多国家采用。其中滴灌最具节水、增产、高效等显著优势，可广泛应用于果树、蔬菜、花卉、药材等经济作物种植中。灌水器是滴灌***的核心部件，其性能好坏对整个滴灌***的推广应用和使用效果起着决定性的作用。
压力补偿式灌水器是上世纪70年代中期出现的滴灌产品，其出水流量受工作水压变化的影响很小，同时具有自冲洗、抗堵塞性能良好等优点。然而，压力补偿式灌水器的开发难度大，技术含量高，是衡量滴灌设备生产厂商技术水平高低的主要标志之一。国外对压力补偿灌水器的研究比较早，在这方面拥有近乎垄断的地位，推出了多种形式和特点的压力补偿式灌水器。国内对压力补偿式灌水器的研制起步较晚，在补偿式灌水器的生产方面基本处在引进、仿制阶段，产品的性能不够稳定，流道狭小迂回，容易发生堵塞，降低了灌水器的使用寿命。
目前，常用的压力补偿式灌水器主要有管上式和内镶式两种，其在压力补偿范围内都能保证较好的出水均匀度。但是，两种灌水器都存在一些缺陷，其中：管上式压力补偿灌水器在处于补偿状态时，弹性膜片下的水流为层流，流道变小，容易造成堵塞，而且压力补偿范围不大；在冲洗状态时，灌水器出水流量比补偿状态时的流量大很多，对水泵的运行不利。内镶式压力补偿灌水器中通过增加了一段迷宫流道来提高调节的精度和可靠性，但压力调节范围并没有增大，且内镶式灌水器装配结构复杂，制造成本较高。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有压力补偿灌水装置出水均匀度不高，易堵塞，结构复杂，制造成本高的缺点，提供一种压力补偿式滴灌灌水装置，该灌水装置流道简单，能实现灌水装置的压力补偿效果，并且有良好的出水均匀度和抗堵塞性能。
本实用新型提供的一种压力补偿式滴灌灌水装置，其特征在于，它包括入水口、流道、锯齿端、弹性挡片、出水口和背部栅栏；入水口与流道的一端相通，出水口与流道的另一端相通，锯齿端呈线性，均匀分布在流道内的两侧，弹性挡片间隔、等距离分布于锯齿端上，其宽度略小于锯齿厚度，防止其与流道摩擦，弹性挡片的偏斜方向沿水流方向；背部栅栏位于灌水装置的背部，并且与入水口相通。
本实用新型选择了与常规的压力补偿方法所不同的设计原理，设计成为成本较低的滴灌带，利用流道齿状端的弹性挡片发生弯曲，使水流流道结构变化，达到压力补偿的效果。该种压力补偿原理打破了目前弹片式的压力补偿形式，将补偿用的弹性结构与流道设计在一起，不需要另外再进行膜片的加工与制造，降低了产品的制造成本，能满足大田作物滴灌一次投入低的要求。同时，该型灌水装置在允许的最高和最低压力范围内，对压力的敏感度较低，基本保持了稳定的出水流量，对灌溉的均匀度非常有利，同时具有自清洗功能。
附图说明
图1是变结构压力补偿式滴灌灌水装置整体三视图，其中，图1.1为正视图，图1.2为后视图，图1.3为俯视图；
图2是灌水装置流道的剖视图；
图3是灌水装置立体示意图；
图4是灌水装置弹性挡片处流道的放大示意图；
图5是灌水装置工作时的示意图，其中，图5.1是灌水装置处于冲洗状态的示意图，图5.2是灌水装置处于补偿状态的示意图；
具体实施方式
该灌水装置为内镶式滴灌带，流道结构为锯齿状迷宫型。其中，锯齿结构呈线性、均匀分布，弹性挡片间隔，等距离分布在锯齿状结构上。弹性挡片的宽度略小于锯齿厚度，其倾斜方向和水流方向一致，弹性挡片在水压不同的情况下会发生不同程度的弯曲摆动，使流道内的过流横截面积随着压力的改变而改变，实现压力补偿效果。下面结合附图和实例对本实用新型的具体工作方式做进一步详细的阐述：
本实用新型要求灌水装置在一定的工作水头(压力)范围内，得到稳定的出水流量。如图1.1所示，本实用新型的灌水装置包括6个主要部分：入水口1，流道2，锯齿端3，弹性挡片4，出水口5，背部栅栏6。入水口1与流道2前半部分相通，出水口5与流道2后半部分相通。锯齿端3呈线性，均匀分布在流道2的两侧，弹性挡片4间隔，等距离分布与于锯齿端上，其宽度略小于锯齿厚度(两者差值最好在0.1mm-0.5mm之间)，防止其与流道摩擦，弹性挡片的偏斜方向沿水流方向。背部栅栏6位于灌水装置的背部，并且与入水口1相通。背部设计为栅栏结构是为了节省材料，减轻材料，同时栅栏结构能保证灌水装置的使用强度。整个灌水装置和水管通过热压之后粘贴在一起。
下面以实例为本实用新型作进一步详细说明：
一种实例，入水口1为狭长矩形槽，出水口5为宽大矩形槽，背部栅栏6与入水口1相通。流道2的宽度为0.63mm，深度为0.5mm，长度为9mm，锯齿端3的锯齿结构上下各10个，交替摆放，形成流道2，锯齿的齿尖夹角为30度，齿尖倒圆角处理，使水流有扰流性质。弹性挡片4交替分布于锯齿端上，一共5个，方向倾斜于水流方向一侧，弹性挡片的宽度为0.4mm，长0.5mm，厚度为0.1mm。
工作时，水流以一定的工作水头从背部栅栏6流入，经过入水口1流入灌水装置流道，入水口1是个截面(相对于流道的截面积)较大的矩形槽，所以水流在入水口1中会变得较为缓慢，不易形成湍急的漩涡。接着水流进入流道2，当水流绕过锯齿端3时，会对锯齿端上的弹性挡片4产生一定的压力，当工作水压小于一定程度时，弹性挡片将不发生变形，为冲洗状态(如图5.1)；当工作水压逐渐增大时，弹性挡片发生变形，使得流道的过流截面积逐渐减小，此状态为补偿状态(如图5.2)。水流绕过弹性挡片后，会绕过一个锯齿端，再次到达弹性挡片处，如此往复数次，水流到达出水口5时，水压近乎稳定，能保证在非常小的波动范围内。该弹性挡片的设计使得该种流道具有了压力调节的作用，从而实现灌水装置的压力补偿效果。最后，水流经过出水口5，流出水管壁，灌溉水管周围的作物。至此，灌水装置完成了从进水到出水的整个过程。
除此实例外，入水口1和流道2的宽度，锯齿端3、弹性挡片4和背部栅栏6的形式都是可以改变的。例如，入水口1的宽度可以在1-2倍流道宽度间变化。锯齿端3的具体形状、尺寸、个数都是可以改变的，例如，锯齿端可以是三角形、矩形、椭圆形等，我们也可以通过改变锯齿端的尺寸来改变流道的大小，锯齿端的个数也是可以改变的，对于梯形锯齿端，我们还可以改变其夹角的大小，10度～30度亦可，锯齿端应该是上下交错的。弹性挡片4的长度也是可以改变的，但是其长度不应超过最小流道宽度，其宽度也能改变，但不应超过流道厚度，其厚度则根据挡片的强度要求选择一个合适的值。背部栅栏6的形式并不局限于竖直平行栅栏状，也可以是水平栅栏状、交叉栅栏状、菱形栅栏状等。
以上阐述了灌水装置的结构特点和工作过程，下面主要说明灌水装置的工作原理。该灌水装置的主要特点是采用了与常规的压力补偿方法所不同的设计原理，产品的形式为滴灌带，相比于孔口式和圆柱式滴头，显著降低了制造成本。灌水装置利用流道锯齿端的弹性挡片在工作水头下发生弯曲，使水流流道截面变化，达到压力补偿的效果。本灌水装置的最大特点是不采用传统的弹片式压力补偿形式，而将补偿用的弹性结构与流道设计在一起，直接一次成形出流道结构，不需要另外再进行膜片的加工与制造，降低了产品的制造成本，能满足大田作物滴灌一次投入低的要求。
根据流量压力试验结果，可以计算出该型灌水装置的流态指数为0.008，流量系数为15.0。其中，流态指数χ表征了灌水装置的压力补偿特性，当χ值小于0.4时，一般认为该灌水装置为压力补偿灌水装置，χ越接近0，灌水装置的补偿特性就越好，理想的压力补偿灌水装置的流态指数等于0，而该型压力补偿式灌水装置的流态指数χ值为0.008，可见压力补偿作用非常明显。在工作水头下，灌水装置的流量系数在15.0上下小幅度的波动，可见，该型灌水装置在允许的最高和最低压力范围内，对压力的敏感度较低，基本保持了稳定的出水流量，对灌溉的均匀度非常有利。同时，该灌水装置在冲洗状态下还具有自清洗功能。
综上所述，该灌水装置创造性的引入了一种变过流截面压力补偿结构的新型流道，将具有压力补偿作用的弹性挡片与灌水装置流道设计为一体式结构，简化了压力补偿式灌水装置的结构设计，采用一体化成形技术降低了制造成本，体积小用料省。试验结果表明，等距、间隔分布弹性挡片，且挡片长度尺寸较大时，出水流量最小，并在4mH2O～12mH2O压力范围内具有很好的压力补偿效果。

Claims (1)

1.一种压力补偿式滴灌灌水装置，其特征在于：其特征在于，它包括入水口(1)、流道(2)、锯齿端(3)、弹性挡片(4)、出水口(5)和背部栅栏(6)；入水口(1)与流道(2)的一端相通，出水口(5)与流道(2)的另一端相通，锯齿端(3)呈线性，均匀分布在流道(2)内的两侧，弹性挡片(4)间隔、等距离分布于锯齿端(3)上，其宽度略小于锯齿厚度，防止其与流道摩擦，弹性挡片的偏斜方向沿水流方向；背部栅栏(6)位于灌水装置的背部，并且与入水口(1)相通。
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