一种流量可调抗堵灌水器及滴灌和冲洗方法

1.本发明涉及灌水器制造设计技术领域，具体地指一种流量可调抗堵灌水器及滴灌和冲洗方法。


背景技术：

2.干旱半干旱地区灌溉用水日趋紧张，采用含沙率较高的地表水源作为滴灌水源，成为缓解这一问题的有效途径之一，微灌可实现对作物根部进行定时适量的灌溉,有效减少地面水分的蒸发,极大提高灌溉水的利用效率。灌水器是微灌系统最为关键的部件,灌水器的结构、水力性能以及质量好坏直接影响到微灌系统的灌水均匀度和可靠性。近几年,人们在现代农业节水技术的快速发展中发现,滴灌是微灌中最节水的灌溉技术,而作为滴灌系统的核心部件,灌水器（灌水器）已成为各国对滴管技术研究的重点之一。
3.目前，大部分的灌水器对灌溉水质都有较高的要求，需要对灌溉水进行过滤后才能使用。随着水资源紧缺问题日益严峻，高含沙水、再生水、微咸水等通常会作为灌溉水源，这些灌溉水源中含有大量悬浮物、有机质、微生物等。这些物质都将加剧灌水器堵塞的风险，降低灌水器的使用寿命；另外目前对于灌水器内水流流量的调节过程仅限于灌水器本身设计流道结构的长短或复杂度，由于灌水器本身消能参数已经固定，所以需要选择合适消能参数的灌水器，以获得相应流量的灌水水流，然而在实际灌水过程中，所需要的灌水水流流量情况较多，因此准备对应不同水流流量的灌水器则会导致灌水器的使用过程变得复杂，人们需要去不断拆装不同消能参数的灌水器，以刚好试出能够对应相应水流流量的合适灌水器。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种流量可调抗堵灌水器及滴灌和冲洗方法，能够自由地控制滴灌水流流量的大小，同时也能够对堵塞的灌水器进行冲洗过程。
5.本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种流量可调抗堵灌水器，包括主管路，所述主管路上并联连接有灌溉管路和冲洗管路，所述灌溉管路和冲洗管路之间设有多个滴灌灌水器，所述滴灌灌水器包括进水口和冲洗口，所述进水口和冲洗口之间设有消能流道，所述消能流道设有多个出水口。
6.优选地，所述出水口与出水接头或闭水接头配合。
7.优选地，所述出水口外表面设有螺纹接头，出水口与出水接头或闭水接头螺纹配合。
8.优选地，所述消能流道包括中心主流道，所述中心主流道侧部与多个分叉迂回流道两端连通。
9.优选地，所述分叉迂回流道包括直线段和圆弧段。
10.优选地，壳体为实体结构，其内部开设消能流道。
11.优选地，壳体为空腔结构，其内部设置消能流道的管道结构。
12.优选地，所述主管路上设有水泵，所述灌溉管路一端设有第一首部阀门，另一端设有第一尾部阀门，所述冲洗管路一端设有第二首部阀门，另一端设有第二尾部阀门。
13.另外，本发明公开上述流量可调抗堵灌水器的滴灌方法，它包括如下步骤：s1：将第一尾部阀门、第二首部阀门和第二尾部阀门关闭，其他阀门打开，打开主管路上的水泵；s2：水流通过灌溉管路，并从进水口进入到滴灌灌水器内，并通过消能流道，s3：在水流通过消能流道的过程中，水流分为多股，一股从中心主流道流过，另外多股从分叉迂回流道流过，从分叉迂回流道出口流出的高速射流在交汇处与中心主流道流过的水流发生冲击，产生涡流，减缓水流流速，起到消能作用；s4：经过消能流道的消能过程后，从出水口喷出进行滴灌过程；s5：在滴灌过程中，每个出水口在同种水压下有不同的流量，根据灌溉作物需水量选取相应的出水口，并将出水接头与选定的出水口连接，其他的出水口与闭水接头连接，进而调整滴灌的流量大小。
14.另外，本发明公开上述流量可调抗堵灌水器的冲洗方法，它包括如下步骤：s1：当滴灌灌水器内发生堵塞时，将第一首部阀门和第二尾部阀门关闭，其他阀门打开，将滴灌灌水器的每个出水口与闭水接头连接；s2：打开主管路上的水泵，水流通过冲洗管路，并从冲洗口进入到滴灌灌水器内，反向流过消能流道；s3：在水流反向消能流道的过程中，水流分为多股，一股从中心主流道流过，另外多股从分叉迂回流道流过，从分叉迂回流道进口流出的高速射流在交汇处与中心主流道流过的水流方向一致，从而加速内部水流的流速，管道内水流流速增大，将残留的堵塞物冲出；s4：水流和堵塞物从进水口流出，并从灌溉管路尾部排出。
15.本发明的有益效果：本发明提供的灌水器在滴灌过程中，每个出水口在同种水压下有不同的流量，根据灌溉作物需水量选取相应的出水口，并将出水接头与选定的出水口连接，其他的出水口与闭水接头连接，进而控制调整滴灌的流量大小，在同种压力条件下，每个出口流量不同，可以解决植物混栽灌溉问题，也可以解决长距离灌溉不均匀问题；另外当灌水器使用一段时间后，可以进行有效的内部冲洗堵塞物，提高了灌水器抗堵性能，保证灌水器的稳定出流；本发明的灌水器结构简单，制备方便，造价低廉，便于大规模生产，更加适用于大面积、长距离的滴灌作业。
附图说明
16.图1为本发明的滴灌灌水器整体三维视图；图2为本发明的滴灌灌水器内部结构三维视图;图3为图2内的消能流道三维视图;图4为本发明的滴灌灌水器安装完成后的平面示意图；图5为本发明的滴灌灌水器安装完成后的三维视图；图6为本发明实施例灌溉工况下的消能流道流速分布图；
图7为本发明实施例冲洗工况下的消能流道流速分布图；图8为本发明实施例灌溉工况下各出水口压力-流量关系曲线图；图9为本发明实施例灌溉工况下的泥沙颗粒运动轨迹图；图10为本发明实施例冲洗工况下的泥沙颗粒运动轨迹图。
具体实施方式
17.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
18.如图1至5所示，一种流量可调抗堵灌水器，包括主管路1，所述主管路1上并联连接有灌溉管路2和冲洗管路3，所述灌溉管路2和冲洗管路3之间设有多个滴灌灌水器4，所述滴灌灌水器4包括进水口4.1和冲洗口4.2，所述进水口4.1和冲洗口4.2之间设有消能流道4.3，所述消能流道4.3设有多个出水口4.4。
19.优选地，所述出水口4.4与出水接头4.5或闭水接头4.6配合。这样设计是因为：在滴灌过程中，每个出水口4.4在同种水压下有不同的流量，根据灌溉作物需水量选取相应的出水口4.4，并将出水接头4.5与选定的出水口4.4连接，其他的出水口4.4与闭水接头4.6连接，进而可调整滴灌的流量大小。
20.优选地，所述出水口4.4外表面设有螺纹接头10，出水口4.4与出水接头4.5或闭水接头4.6螺纹配合。通过这种螺纹配合的方式，可以方便其拆卸和安装过程。
21.优选地，所述消能流道4.3包括中心主流道4.3.1，所述中心主流道4.3.1侧部与多个分叉迂回流道4.3.2两端连通。如图所示，流道横截面为矩形，其宽度为1mm，高度为1mm。
22.优选地，所述分叉迂回流道4.3.2包括直线段4.3.2.1和圆弧段4.3.2.2。在本实施例中，直线段4.3.2.1与中心主流道4.3.1夹角为32.5
°
，圆弧段4.3.2.2半径为1.72mm。
23.优选地，壳体4.7为实体结构，其内部开设消能流道4.3。此实施例即为壳体4.7内一体成型制作消能流道，实际制造过程中，可以将壳体4.7一分为二，分别在两个端面开设半流道，合为一体后密封而形成相应的流道。
24.优选地，壳体4.7为空腔结构，其内部设置消能流道4.3的管道结构。此实施例是直接将壳体4.7作为保护壳体，其内部增设相应的管道结构，该管道结构即为消能流道。
25.优选地，所述主管路1上设有水泵5，所述灌溉管路2一端设有第一首部阀门6，另一端设有第一尾部阀门7，所述冲洗管路3一端设有第二首部阀门8，另一端设有第二尾部阀门9。
26.另外，本发明公开上述流量可调抗堵灌水器的滴灌方法，它包括如下步骤：s1：将第一尾部阀门7、第二首部阀门8和第二尾部阀门9关闭，其他阀门打开，打开主管路1上的水泵5；s2：水流通过灌溉管路2，并从进水口4.1进入到滴灌灌水器4内，并通过消能流道4.3，s3：在水流通过消能流道4.3的过程中，水流分为多股，一股从中心主流道4.3.1流过，另外多股从分叉迂回流道4.3.2流过，从分叉迂回流道4.3.2出口流出的高速射流在交汇处与中心主流道4.3.1流过的水流发生冲击，产生涡流，减缓水流流速，起到消能作用；s4：经过消能流道4.3的消能过程后，从出水口4.4喷出进行滴灌过程；s5：在滴灌过程中，每个出水口4.4在同种水压下有不同的流量，根据灌溉作物需
水量选取相应的出水口4.4，并将出水接头4.5与选定的出水口4.4连接，其他的出水口4.4与闭水接头4.6连接，进而调整滴灌的流量大小。
27.另外，本发明公开上述流量可调抗堵灌水器的冲洗方法，它包括如下步骤：s1：当滴灌灌水器4内发生堵塞时，将第一首部阀门6和第二尾部阀门9关闭，其他阀门打开，将滴灌灌水器4的每个出水口4.4与闭水接头4.6连接；s2：打开主管路1上的水泵5，水流通过冲洗管路3，并从冲洗口4.2进入到滴灌灌水器4内，反向流过消能流道4.3；s3：在水流反向消能流道4.3的过程中，水流分为多股，一股从中心主流道4.3.1流过，另外多股从分叉迂回流道4.3.2流过，从分叉迂回流道4.3.2进口流出的高速射流在交汇处与中心主流道4.3.1流过的水流方向一致，从而加速内部水流的流速，管道内水流流速增大，将残留的堵塞物冲出；s4：水流和堵塞物从进水口4.1流出，并从灌溉管路2尾部排出。
28.本实施例通过数值模拟灌水器在灌溉、冲洗工况下的消能流道4.3内部水流流动特性；如图6和图7所示，灌水器在灌溉工况下，水流自消能流道4.3入口进入流道，然后分成三股水流，中间的中心主流道4.3.1内水流为主水流，上下两侧的分叉迂回流道4.3.2内水流为支流，从分叉迂回流道4.3.2出口流出的高速射流在交汇处与中心主流道4.3.1流过的水流发生冲击，产生涡流，减缓水流流速，从而达到滴灌灌水器消能的目的。消能流道4.3布置有多组分叉迂回流道4.3.2，多组分叉迂回流道4.3.2中间布置有三个出水口4.4，每个出水口4.4在同种水压下有不同的流量，可根据灌溉作物需水量选取。随着灌水次数的增加，水源中的部分细小杂质颗粒会滞留在灌水器流道内，且随着使用时间的增长，颗粒堆积堵塞灌水器。当检测到灌水器被堵塞流量明显下降时，通过关闭第一首部阀门6和第二尾部阀门9关闭，其他阀门打开，水流从冲洗口4.2进入流到消能流道4.3内。
29.从灌水器灌溉工况下消能流道4.3流速分布图可看出，分叉迂回流道4.3.2出口处的水流冲击中心主流道4.3.1水流，对中心主流道4.3.1水流有阻碍作用；从灌水器冲洗工况下消能流道4.3流速分布图可看出，水流分成三股，从分叉迂回流道4.3.2进口流出的高速射流在交汇处与中心主流道4.3.1流过的水流方向一致，加速灌水器内部水流的流速，有利于实现对灌水器流道的冲洗，满足抗堵塞要求。
30.在实验室中进行灌水器水力性能试验，得到新型流量可调抗堵灌水器在不同压力下的流量，如图8所示，在同种压力条件下，出水口流量大小排序为21》22》23（沿着进水口4.1朝向冲洗口4.2方向排列的三个出水口），同时灌水器流态指数为0.4178-0.4384，具有良好的压力补偿性能，能适应较大压力范围。
31.如图9和图10所示，在fluent软件中进行浑水水力性能模拟，得到泥沙颗粒在流道中的运动路线图，观察得到灌溉工况泥沙颗粒主要经过分叉迂回流道4.3.2靠近外边壁处和靠近内边壁处，靠近外边壁处的水流流速较小，泥沙颗粒易沉积堵塞流道，并且主要发生在流道前段。优化流道泥沙轨迹主要在中心主流道4.3.1以及第一单元分叉迂回流道4.3.2，抗堵塞性能有所提升。冲洗工况下泥沙颗粒主要经过中心主流道4.3.1，结合图7，冲洗工况的水流出现在中心主流道4.3.1和分叉迂回流道4.3.2，因此冲洗工况水流可以对流道易堵塞部位进行有效冲洗，并且中心主流道4.3.1水流流速高，冲洗工况下泥沙不易堆积堵塞流道。
32.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种流量可调抗堵灌水器，包括主管路（1），所述主管路（1）上并联连接有灌溉管路（2）和冲洗管路（3），其特征在于：所述灌溉管路（2）和冲洗管路（3）之间设有多个滴灌灌水器（4），所述滴灌灌水器（4）包括进水口（4.1）和冲洗口（4.2），所述进水口（4.1）和冲洗口（4.2）之间设有消能流道（4.3），所述消能流道（4.3）设有多个出水口（4.4）。2.根据权利要求1所述的一种流量可调抗堵灌水器，其特征在于：所述出水口（4.4）与出水接头（4.5）或闭水接头（4.6）配合。3.根据权利要求2所述的一种流量可调抗堵灌水器，其特征在于：所述出水口（4.4）外表面设有螺纹接头（10），出水口（4.4）与出水接头（4.5）或闭水接头（4.6）螺纹配合。4.根据权利要求1所述的一种流量可调抗堵灌水器，其特征在于：所述消能流道（4.3）包括中心主流道（4.3.1），所述中心主流道（4.3.1）侧部与多个分叉迂回流道（4.3.2）两端连通。5.根据权利要求4所述的一种流量可调抗堵灌水器，其特征在于：所述分叉迂回流道（4.3.2）包括直线段（4.3.2.1）和圆弧段（4.3.2.2）。6.根据权利要求1所述的一种流量可调抗堵灌水器，其特征在于：壳体（4.7）为实体结构，其内部开设消能流道（4.3）。7.根据权利要求1所述的一种流量可调抗堵灌水器，其特征在于：壳体（4.7）为空腔结构，其内部设置消能流道（4.3）的管道结构。8.根据权利要求1所述的一种流量可调抗堵灌水器，其特征在于：所述主管路（1）上设有水泵（5），所述灌溉管路（2）一端设有第一首部阀门（6），另一端设有第一尾部阀门（7），所述冲洗管路（3）一端设有第二首部阀门（8），另一端设有第二尾部阀门（9）。9.一种权利要求1至8任一项所述流量可调抗堵灌水器的滴灌方法，其特征在于：它包括如下步骤：s1：将第一尾部阀门（7）、第二首部阀门（8）和第二尾部阀门（9）关闭，其他阀门打开，打开主管路（1）上的水泵（5）；s2：水流通过灌溉管路（2），并从进水口（4.1）进入到滴灌灌水器（4）内，并通过消能流道（4.3），s3：在水流通过消能流道（4.3）的过程中，水流分为多股，一股从中心主流道（4.3.1）流过，另外多股从分叉迂回流道（4.3.2）流过，从分叉迂回流道（4.3.2）出口流出的高速射流在交汇处与中心主流道（4.3.1）流过的水流发生冲击，产生涡流，减缓水流流速，起到消能作用；s4：经过消能流道（4.3）的消能过程后，从出水口（4.4）喷出进行滴灌过程；s5：在滴灌过程中，每个出水口（4.4）在同种水压下有不同的流量，根据灌溉作物需水量选取相应的出水口（4.4），并将出水接头（4.5）与选定的出水口（4.4）连接，其他的出水口（4.4）与闭水接头（4.6）连接，进而调整滴灌的流量大小。10.一种权利要求1至8任一项所述流量可调抗堵灌水器的冲洗方法，其特征在于：它包括如下步骤：s1：当滴灌灌水器（4）内发生堵塞时，将第一首部阀门（6）和第二尾部阀门（9）关闭，其他阀门打开，将滴灌灌水器（4）的每个出水口（4.4）与闭水接头（4.6）连接；s2：打开主管路（1）上的水泵（5），水流通过冲洗管路（3），并从冲洗口（4.2）进入到滴灌
灌水器（4）内，反向流过消能流道（4.3）；s3：在水流反向消能流道（4.3）的过程中，水流分为多股，一股从中心主流道（4.3.1）流过，另外多股从分叉迂回流道（4.3.2）流过，从分叉迂回流道（4.3.2）进口流出的高速射流在交汇处与中心主流道（4.3.1）流过的水流方向一致，从而加速内部水流的流速，管道内水流流速增大，将残留的堵塞物冲出；s4：水流和堵塞物从进水口（4.1）流出，并从灌溉管路（2）尾部排出。

技术总结
本发明公开一种流量可调抗堵灌水器及滴灌和冲洗方法，包括主管路，所述主管路上并联连接有灌溉管路和冲洗管路，所述灌溉管路和冲洗管路之间设有多个滴灌灌水器，所述滴灌灌水器包括进水口和冲洗口，所述进水口和冲洗口之间设有消能流道，所述消能流道设有多个出水口；本发明能够自由地控制滴灌水流流量的大小，同时也能够对堵塞的灌水器进行冲洗过程。同时也能够对堵塞的灌水器进行冲洗过程。同时也能够对堵塞的灌水器进行冲洗过程。


技术研发人员：王亚林 李聪 符剑平 朱士江 燕乔 杨忠勇
受保护的技术使用者：三峡大学
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/11