利用位差壓強(qiáng)與液體表面張力控制流速的灌水器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及一種灌水器，具體是一種利用位差壓強(qiáng)與液體表面張力控制流速 的灌水器，在向目標(biāo)植物進(jìn)行灌概時(shí)能實(shí)現(xiàn)滴灌，小流量灌概，及灌水器流道沖洗功能。
【背景技術(shù)】
[0002] 人類社會(huì)為了生產(chǎn)生活的需要，發(fā)明了各種水利灌概工程，但由于水資源日益緊 缺，迫使人們采用更節(jié)約的灌概方式，W色列人斯邁哈.博拉斯父子更是發(fā)明了滴灌技術(shù)， 為人類社會(huì)的節(jié)水灌概作出了重大貢獻(xiàn)。
[0003] 滴灌是利用一套專口的設(shè)備，把有壓力水(可由水累加壓或利用地形落差所產(chǎn)生 的壓力），經(jīng)過(guò)過(guò)濾后，通過(guò)各級(jí)輸水管網(wǎng)到滴頭，水自滴頭W點(diǎn)滴方式，一滴一滴直接緩慢 地滴入作物根際耕作層±壤，水滴滴入±后，借助重力入滲，在滴頭下方形成很小的飽和 區(qū).并向四周逐漸擴(kuò)散至作物根系發(fā)達(dá)區(qū)的灌水方法稱為滴灌，因滴灌是用少量的水，而且 是濕潤(rùn)作物根部活動(dòng)層的±壤，所W，滴灌又稱為局部灌水。
[0004] 滴灌具有省水、灌概均勻、節(jié)能、±壤和地形的適應(yīng)性強(qiáng)、增產(chǎn)、省工、方便田間作 業(yè)等優(yōu)點(diǎn)。
[0005] 但滴灌也有它的局限性，具體表現(xiàn)為：
[0006] 1.滴頭堵塞使用過(guò)程中極易引起滴頭的堵塞，主要是由懸浮物(砂和渺泥）、不溶 解鹽(主要是碳酸鹽）、鐵誘、其他氧化物和有機(jī)物引起，滴頭堵塞主要影響灌水的均勻性， 嚴(yán)重時(shí)可能使整個(gè)系統(tǒng)報(bào)廢。
[0007] 2.鹽分積累在干旱地區(qū)采用含鹽量較高的水灌概時(shí)，鹽分會(huì)在滴頭濕潤(rùn)區(qū)域周 邊產(chǎn)生積累，運(yùn)些鹽分易于被淋洗到作物根系區(qū)域，當(dāng)種子在高濃度鹽分區(qū)域發(fā)芽時(shí)，會(huì)帶 來(lái)不良后果。
[000引3.影響根物的根系分布對(duì)于多年生果樹來(lái)說(shuō)，滴頭位置附近根系密度增加，而非 濕潤(rùn)區(qū)根系因得不到充足的水分供應(yīng)其生長(zhǎng)會(huì)受到影響，尤其是在干旱半干旱地區(qū)，根系 的分布與滴頭位置有很大關(guān)系，少灌勤灌的灌水方式會(huì)導(dǎo)致樹木根系分布變淺，在風(fēng)力較 大的地區(qū)可能產(chǎn)生拔根危害。
[0009] 4.投資成本高，管理技術(shù)要求高，要有動(dòng)力能源要求，水壓力的衰減效應(yīng)使得有效 工作面積小，同時(shí)滴灌孔容易堵塞的難題至今未能攻克，使得滴灌設(shè)備壽命縮短，運(yùn)行與維 護(hù)成本劇漲，眾多原因令傳統(tǒng)滴灌的大面積推廣受到極大限制。
[0010] 參考文獻(xiàn)《經(jīng)濟(jì)型噴微灌》奕永慶著
[0011] 出版社：中國(guó)水利水電出版社
[0012] I S B N :9787508469683出版時(shí)間：2009-11-01
[0013] 最接近的技術(shù)方案
[0014] 發(fā)明人譚朝辟于2013年12月10日向中華人民共和國(guó)國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局申請(qǐng)了一項(xiàng) 《具有漸寬狹縫輸水裝置可調(diào)滴速的分子能滴灌器》發(fā)明，專利號(hào)：ZL201310658336.2,授 權(quán)公告號(hào)CN 103609395 B，授權(quán)公告日2015.06.10,記載并公開了一種具有漸寬狹縫輸水 裝置可調(diào)滴速的分子能滴灌器，其特征在于，把厚度在ο. 01mm~2mm范圍內(nèi)的支撐物8夾在一 塊拱形平板狀材料7與另一塊拱形平板材料9之間，使兩塊拱形平板材料之間形成一側(cè)緊 貝占，另一側(cè)間距稍大的漸寬狹縫，W彈性材料夾緊或W粘合物固定，構(gòu)成輸水裝置17,使輸 水裝置17跨騎于容器14邊沿，并使狹縫較窄的一側(cè)置于容器內(nèi)，狹縫較寬大的一側(cè)置于容 器外對(duì)應(yīng)的集水裝置12內(nèi)。
[0015] 在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)用過(guò)程中，也遇到了一些不理想的問(wèn)題，具體表現(xiàn)為:根據(jù)權(quán)利要求 1制成的分子能滴灌器，由于其工作原理是將容器內(nèi)的水利用狹縫的毛細(xì)作用提升〇-3cm， 再通過(guò)水在漸寬狹縫的一系列分子力層遞作用于完成水從容器內(nèi)向容器外運(yùn)行的滴灌效 果，其滴速由毛細(xì)水頭控制，運(yùn)樣，要對(duì)滴灌滴速要求統(tǒng)一的場(chǎng)合，在安裝時(shí)要求分子能滴 灌器安裝在同一水平線上，正負(fù)誤差只允許〇-3cm，過(guò)高會(huì)造成毛細(xì)上升高度不足引起斷 流，過(guò)低則水從容器滿溢浪費(fèi)，而在實(shí)際工程中，要想達(dá)到運(yùn)一要求是很困難的，所W會(huì)出 現(xiàn)同一分子能滴灌系統(tǒng)內(nèi)，各個(gè)滴灌器會(huì)出現(xiàn)滴速不均勻的現(xiàn)象，各個(gè)調(diào)整又費(fèi)工費(fèi)時(shí)，此 夕h由于分子能滴灌長(zhǎng)期處于極低流速工作狀態(tài)，每個(gè)滴頭供水量從285ml/天到3800ml/ 天，沒有辦法實(shí)現(xiàn)整體沖洗功能，由于水中細(xì)菌等微生物滋生，其生物膜與各種雜質(zhì)結(jié)合， 在狹縫兩壁形成黏附，由于各個(gè)滴灌器吸附雜質(zhì)的程度不一，引發(fā)的滴速變慢，各滴灌器灌 概均勻度下降，不利于作物品質(zhì)及生產(chǎn)效益提升，運(yùn)時(shí)，就必須人工遂一對(duì)滴灌器進(jìn)行拆 洗，工作量大，清洗效率低下，再有，分子能滴灌滴速調(diào)節(jié)范圍較窄，在施肥時(shí)，可能會(huì)由于 肥液稀釋不充分不及時(shí)，引發(fā)作物燒根事故，影響作物生長(zhǎng)。
[0016] 參考文件《中國(guó)農(nóng)村水利水電》2009年第四期《滴頭堵塞誘發(fā)過(guò)程及其可控方法的 研究進(jìn)展》作者：罔大壯，劉杰，楊培玲，文章編號(hào)：1007-2284(2009)04003903。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 為解決傳統(tǒng)滴滴容易堵塞，能源消耗較大，分子能滴灌清洗效率低，滴速調(diào)節(jié)范圍 窄的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種利用位差壓強(qiáng)與液體表面張力控制流速的灌水器，其特征 在于：
[0018] -塊帶轉(zhuǎn)角形狀的硬質(zhì)平板材料1，至少具有相互平行的直線邊2與直線邊3,另一 側(cè)具有斜邊4;
[0019] 將兩塊相同形狀的硬質(zhì)平板材料1疊合，并使兩平板的直線邊2對(duì)齊，在兩平板間 的直線邊3位置加入厚度為0.01-0.2mm的薄片支撐物5，使兩平板間形成具有一側(cè)緊貼，另 一側(cè)較寬的漸寬狹縫6;
[0020] 將緊貼狹縫一側(cè)插入彈性管體7,利用過(guò)盈配合使疊合平板與管體緊密結(jié)合，構(gòu)成 灌水器8。
[0021] 圖1是帶轉(zhuǎn)角形狀的硬質(zhì)平板材料的示意圖，圖2是玻璃疊合結(jié)構(gòu)的分解示意圖， 圖3是玻璃疊合結(jié)構(gòu)的軸測(cè)圖，圖4是管體的軸測(cè)圖，圖5是灌水器的結(jié)構(gòu)軸測(cè)圖，圖6是灌水 器的剖視圖。
[0022] 分析灌水器的工作原理，圖7是一個(gè)基本灌水器單元的原理示意圖，水從水源9沿 管道經(jīng)總閥10，浮球閥11進(jìn)入控壓水箱12，經(jīng)滴灌閥13流入灌水器，由于此時(shí)沖洗閥14處于 關(guān)閉狀態(tài)，只有控壓水箱12的位差壓強(qiáng)
[00剖 p=pgh
[0024] 在驅(qū)動(dòng)水從控壓水箱向傾斜一定角度安裝的灌水器運(yùn)行，式中，p:位差壓強(qiáng)，p:液 體密度，g:重力加速度，h位差高度，圖8是灌水器8在剛啟動(dòng)時(shí)漸寬狹縫內(nèi)水動(dòng)力分析圖，在 管體狹縫區(qū)域的水會(huì)受到較窄狹縫的粘滯力15作用，方向與驅(qū)動(dòng)水流的位差壓強(qiáng)16相反， 起到一個(gè)削減位差壓強(qiáng)的作用，然后水繼續(xù)向上運(yùn)行，由于水，氣界面的表面張力作用，會(huì) 在狹縫外沿形成凸起液面，此液面的表面張力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)附加壓強(qiáng)，方向指向狹縫水體內(nèi) 部，，也會(huì)產(chǎn)生削減位差壓強(qiáng)的作用，同時(shí)使水不會(huì)從狹縫流出，至狹縫轉(zhuǎn)角處，由于狹縫漸 寬，水在受削減后的剩余位差壓強(qiáng)17,水體自身重力18的作用下，形成向下的推動(dòng)合力19， 使得原本受狹縫表面張力作用的固，液，氣界面的下部，形成一個(gè)凸出點(diǎn)，在狹縫兩壁分子 吸引力，水分子表面張力，推動(dòng)合力的作用下，沿狹縫下沿往較寬狹縫處運(yùn)行，將水體橫向 推往更寬的狹縫，在運(yùn)一過(guò)程中，狹縫內(nèi)水體與氣體接觸界面面積同時(shí)增加，其表面張力又 再產(chǎn)生一個(gè)附加壓強(qiáng)，對(duì)位差壓強(qiáng)再進(jìn)一步削弱，圖9是滴灌模式漸寬狹縫內(nèi)水動(dòng)力分析 圖，在表面張力作用形成的最狹窄水體20位置，位差壓強(qiáng)已經(jīng)與附加壓強(qiáng)基本相抵，使水體 繼續(xù)沿狹縫下沿向較寬狹縫運(yùn)行的主要驅(qū)動(dòng)力為水體自身重力，然后，在較寬狹縫的最下 端21，水體在表面張力的作用下，無(wú)法繼續(xù)橫移，在此處累積，當(dāng)其自重大于表面張力約束 時(shí)，形成水滴在重力作用下往下滴落，滴落的水滴由于水分子粘滯力作用，會(huì)從狹縫內(nèi)拉出 部分水體，狹縫表面張力又大于狹縫最下端水體重力，形成斷流，直至水體重新累積至重力 大于表面張力，再次滴落，如此往復(fù)，形成滴灌效果。
[0025] 由上述分析，可W看出，灌水器在滴灌工作狀態(tài)時(shí)，其滴速主要取決于位差壓強(qiáng) 閨I尸惦h
[0027] 由于P，g均為常數(shù)，所W只要改變控壓水箱12與灌水器8之間的相對(duì)高度差，使位 差壓強(qiáng)大于附加壓強(qiáng)，就可W使狹縫內(nèi)水體運(yùn)行加速，從而對(duì)灌水器滴速進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0028] 圖10是基本灌水器單元的沖洗工作狀態(tài)原理示意圖，水從水源9沿管道經(jīng)總閥10， 沖洗閥14流入灌水器，由于此時(shí)滴灌閥13處于關(guān)閉狀態(tài)，水源的高位位差壓強(qiáng)直接作用于 灌水器的漸寬狹縫，位差壓強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于附加壓強(qiáng)，在狹縫內(nèi)形成高速流動(dòng)的水流，可W把吸 附于狹縫兩壁的粘附物沖出流道，避免流道堵塞，形成沖洗效果，同時(shí)，沖洗過(guò)程中所形成 的連續(xù)水流，仍然用于灌概作物，形成小管出流的灌概效果，既不浪費(fèi)水資源，同時(shí)還能使 作物根部附近短時(shí)間內(nèi)形成重力上壤水，引導(dǎo)作物根系向深層發(fā)育，避免風(fēng)力撥根危害，很 明顯，運(yùn)是分子能滴灌無(wú)法做到的技術(shù)效果。
[0029] 圖11是沖洗模式漸寬狹縫內(nèi)水動(dòng)力分析圖，由于位差壓強(qiáng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于附加壓強(qiáng)，表 面張力作用形成的最狹窄水體20比滴灌模式時(shí)粗大許多，相當(dāng)于在狹縫內(nèi)有一根彈性非常 靈活的彈性管道，能夠及時(shí)響應(yīng)漸寬狹縫內(nèi)水體流量變化，但沒有無(wú)常規(guī)彈性管道的超壓 破裂風(fēng)險(xiǎn)與低壓時(shí)不能充盈的難題，運(yùn)樣，就為灌水器實(shí)現(xiàn)廣泛的流速調(diào)節(jié)范圍提供了優(yōu) 秀的物理基礎(chǔ)，使得灌水器既有滴灌節(jié)水高效的優(yōu)點(diǎn)，又擁有小管出流灌概的抗堵塞性能， 從根本上解決了傳統(tǒng)滴灌技術(shù)的容易堵塞難題。
[0030] 由于灌水器漸寬狹縫所產(chǎn)生的附加壓強(qiáng)非常小，在消能減壓的過(guò)程中消耗的能量 也非常小，具有寬廣的流道調(diào)速范圍，每個(gè)滴頭在零至一米位差壓強(qiáng)作用下，可W實(shí)現(xiàn) 0.02kl0L/小時(shí)的流速變化，能夠適應(yīng)多種作物不同時(shí)期需水量的灌概要求。
[0031] 單個(gè)灌水器的作用是很小的，如果將眾多的灌水器組成系統(tǒng)，便能使灌水器發(fā)揮 更大的效用，為更多的植物提供灌概，用連通管道將多個(gè)灌水器利用連通器原理進(jìn)行連接， 就可W組建灌概系統(tǒng)，為便于論述，同時(shí)因狹縫水體表面張力所