渗灌头是植物管道渗灌系统中的一种灌水器。采用纤维物质在渗灌头中形成异形毛细管道体系来实现渗灌,自压供水。渗灌头的入水口置于毛管心部1/3-2/3处,防止毛管壁上滋生的污垢及沉积的瘀泥进入渗灌头。毛细管长度受限便于瘀泥流出。护网、外弧形支架片、开放性出水口的结构功能,防止负压物及根系浸入。采用护网的形式扩大渗灌的效果;在施灌间歇时渗灌头有自然生化除瘀的功能,发生堵塞时采用压力脉冲水透洗,5次左右的脉冲水透洗完成排堵。对水质一般视眼分辩不出(色差不限)水肥中有杂质应可。水肥质量差时对可粒、悬浮进行一般的沉淀、过滤处理应可。
1.一种植物管道渗灌系统中的渗灌头,其特征在于渗灌头由整形棉(1)、导毛管(2)、内弧形支架片(3)、外弧形支架片(4)、护网(5)组合而成,两根导毛管穿过毛管壁直达毛管心部1/3-2/3处导取自压水肥溶液进入整形棉(1)两纳水孔中,整形棉(1)经内弧形支架片(3)、外弧形支架片(4)压缩固形得到所需流量的异形毛细管道,整形棉(1)心部为压缩状、四周为自然状态。
2.根据权利要求1所述的渗灌头,其特征在于所述的整形棉采用刚性好、耐老化、耐水解、耐霉变、化学稳定性好的合成纤维、天然纤维或人造纤维。
3.根据权利要求1所述的渗灌头,其特征在于所述的导毛管(2)是一直通细空管,外圆柱体一端上有一台阶轴,另一端为小锥度销,台阶轴用于与内弧形支架片(3)突台孔紧固连接,小锥度销用于渗灌头与毛管连接。
4.根据权利要求3所述的渗灌头,其特征在于所述导毛管(2)的材质为硬度不低于HRC42、耐锈蚀的金属材料。
5.根据权利要求3所述的渗灌头,其特征在于所述导毛管(2)的材质为陶瓷或玻璃。
6.根据权利要求1所述的渗灌头,其特征在于所述内弧形支架片(3)、外弧形支架片(4)上有多个涌流包。
7.根据权利要求1所述的渗灌头,其特征在于所述的护网(5)为采用合成纤维围巾线在渗灌头组件装入毛管后再环绕于毛管形成的线圈管带,层数不低于3层。农、林、牧、园业植物管道微灌溉技术中,灌水器发生堵塞是一突出问题。由于水是很好的载体,各类有机、无机、沙粒、悬浮、微生物都会在水的运载下到达灌水器,堵塞现象是不可避免的。目前的灌溉技术要求的是水肥一体化,形成沉瘀而发生堵塞现象更是频发。对水质要求不高、防堵效果好、堵而不死、排堵快捷、寿命长、运行及制作成本低才是实用的灌水器。为什么把这一渗灌头称为《太极》渗灌头呢?是由于它的自然属性很强,它的设计是以血液遁环中血管、毛细血管功能为原理,以土壤、植物、水肥、微生物及自然物理现象等之间密相互关联为依托,故取名为《太极》渗灌头。太极渗灌头是管线渗灌(地下灌溉)系统中的一种灌水器。我们是搞机械专业的,对灌溉技术和目前该领域先进技术状态深知太浅,另该部分先进产品多为专利产品,很难查阅或深知其内容,所以对现有先进技术进行对比很困难。从常用的渗灌方法来看,如渗灌管法、纵向破口脉冲法及密宫渗水法等,它们都存在毛管壁污垢延伸的堵塞,负压倒流物的堵塞,砂粒和悬浮物的堵塞,化学衍生物的堵塞,根系的堵塞,微生物(细菌)的堵塞,故对灌溉系统及灌溉液的质量要求很高,特别是渗灌它的管线和灌水器埋在土壤中,一但发生堵塞不易查找和排堵。我们认为直接采用橡胶、塑料、聚乙稀等软质材料加工出来的灌水器通道,如小孔形、微孔形、纵向破口形、螺旋窄缝形、密宫窄缝形,它们形成的管壁质软,表面粗糙度不是很好,沾泥和滋生污垢很容易产生,也就很容易发生堵塞。从大量文献报道该微灌溉技术推广受限。太极渗灌头对上述几种堵塞现象都不回避,我们认为这是一种自然现象,怎样把堵塞放缓,怎样排堵快捷恢复功能是它设计的理念及思路。下面我们将从渗灌头工作原理作一一介绍。一、结构原理解述:从结构原理图(图1)中可知,渗灌头由渗灌头组件、护网二部分组成。而渗灌头组件(图2)由四个零件组成,其中件号1称为导毛管(双件),件号2称为合成纤维整形棉简称整形棉,件号3称为内弧形支架片,件号4称为外弧形支架片。两根导毛管穿过毛管壁直达毛管心部2/3处导取自压水肥溶液进入整形绵两纳水孔中。整形棉经内、外弧形支架片压缩固形得到所需流量的异形毛细管道,水肥溶液经压缩的整形棉毛细管道减压减流渗透到自然状态的整形棉中(未受压迫部分),自然状态整形棉中的水肥很自然的传导到护网中,护网将扩大与土壤毛细管体系的联系,将水肥渗入土壤中。它看似一过滤原理,但它有二点本质的不同,过滤时水的通道基本是垂直于纤维线的,它就是一密度很高的筛子。而太极渗灌头的水通道基本是顺从于纤维线的异形毛细管,过滤在运行过程中没有排泄杂物的功能,而太极渗灌头在运行过程中有排泄杂物的功能。所谓自然状态整形棉就是未被压缩的那一部分纤维棉。自然状态的整形棉与护网的组合,它们近似一种较为理想的海棉体。海棉体具有吸食、储存、失放水肥的良好功能。植物在土壤里生长过程中一直都在发生蒸腾效应,水肥不断的被吸收和蒸发,由于土壤内结构的差异不同使得各处的蒸腾效应也随之不同,蒸腾效应越强的地方,土壤越干燥,土壤毛细越发达和通畅。渗灌头硕大的海棉体结构会把水肥送到蒸腾越强的地方,大大的提高水肥灌溉的效果。在停止施灌后,海棉体内的饱和水肥溶液很快被土壤毛细管系吸走待干,它将变成一个湿度、空气、养份适度的微生物生长的温床。只需温度适度,有足够长间歇时间,微生物将会在渗灌头中迅猛生长,大量的有机、无机物所形成的瘀泥将被微生物吞噬,达到净化渗灌头的作用,在人工辅佐下效果更佳,这就是下面将会提到的生物自然清瘀的原理。二、零件功能设计讲述:1.导毛管渗灌头组件剖面图(图2)中件号1、零件图(图3)所示的零件称为导毛管,双件。它是一直通细空管,外元柱体一端上有一台阶轴,另一端为小锥度销,台阶轴用于与内弧形支架片突台孔紧固连接,小锥度销用于渗灌头与毛管连接,内孔直径为2左右,它是将水从毛管导入整型棉的通道。要求内孔粗糙度Ra0.4以上,材质要求:硬度高,抗腐蚀性强,一般采用3Cr13,并需热处理或涂层处理。陶瓷、玻璃材料更佳。导毛管的长度取决于毛管直径,因它取水肥于毛管心部2/3处,目的就是防止毛管壁污垢延伸至渗灌头入水口发生堵塞。让导水管壁光洁、高硬、耐腐蚀能起到不沾瘀泥和滋生污垢的作用。2.整形棉渗灌头组件剖面图(图2)中件号2、零件图(图4)所示的零件称为合成纤维维整形棉,简称整形棉。它是合成纤维棉,细度为0.02-0.04,平均长度在20以上,厚度在10左右、均匀性好、密度为0.04g/CM3,体态近似毛毡,剪裁成(如图3)的形状,故取名为整形棉。对合成纤维的材质要求:刚性好、耐老化、耐水解、耐霉变、化学稳定性好。聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等合成纤维都有很多品种可供选用。推荐一款(2.6一荼二甲酸2二酯纡维)。整形棉对称线上有两纳水通孔,孔径为3.5。整形棉在内、外弧形支架片紧压下经专用设备和工装进行焊接或铆接,形成对称于心部40*20大小面积、1.2左右厚度的压缩棉。整形棉将变成两种状态,其心部为压缩状、四周为自然状态。压缩状态部分将形成我们所需流量的毛细管体系,是渗灌头控制渗水量大小的核心要素。通过压缩量的变化可获得不同型号(流量)的渗灌头。整形棉压缩部位的面积是受限的,也就是毛细管的长度是受限的,一般控制在5-10之间。整形棉周边是自然状态的整形棉,它是出水口,也就是渗灌头的出水口为一海棉实体,故出水口是开放性的,它易出难堵(倒流物、根系堵塞)。3.内弧形支架片渗灌头组件剖面图(图2)中件号3、零件图(图5)所示的零件称为内弧形支架片。它与外弧形支架紧固形成对整形棉实施压缩,获得我们所需的毛细管体系,展开图为40*20的长方形。内弧形面与毛管外壁吻合,对称线上有两突台孔,为导毛管固定突台孔,其外弧面上有6个涌流包。涌流包就是在整形棉压缩部位内放几粒“石头”,它能使该部位的整形棉变得有松有紧,把短短长度的毛细管变成多种状态,好示平静的小溪甩进了一些石头,使得溪水波浪起突出现涌流,在脉冲清洗时形成的涌流能很好的将瘀泥透洗出渗灌头,在严重堵塞情况下能促进新的毛细管体系产生。间歇时有利于空气流通,便于微生物生长吞噬沉积物。内弧形支架片是整个渗灌头的基座,它紧贴毛管,是两根导毛管的生根物元件。材物料一般选用(12Cr18Ni9Si3)不锈钢冷扎板,厚为0.3。也可采用刚性、固形很好的有机合成材料压铸而成。4.外弧形支架片渗灌头组件剖面图(图2)中件号4、零件图(图6)所示的零件称为外弧形支架片。它与内弧形支架形成对偶,也有涌流包,它的另一功能就是阻止负压物及植物根系到达毛细管体系内和导毛管出水口。5.护网结构原理图(图1)中所示的护网,它是由合成纤维“围巾”线在渗灌头组件装入毛管后再绕制而成的线圈护网(不少于三层)。合成纤维围巾线就是人们常用来织围巾的一种较粗的棒线,该合成纤维围巾线是由筋线和横向短绒线铰制而成,筋线它具有很好的抗拉强度,横向短绒线它具有吸水性强、抗霉变、化学稳定性好。绕制时不易过紧基本近似自然状态。其功能在渗灌头原理展述中以说明,它的另一功能是环绕筋线能阻断须根长粗而破坏渗灌头,就是一根绳子可以系死树干的原理。三、施灌过程中流量与时间、流量与或次数之间的关系:无论是首次施灌或是在以后的重复施灌,水肥液将会使合成纤维整形棉逐渐发胀,外加沉积物杂质的增加都会使毛细管道变窄,特别是施灌前期这一现很明显,渗灌头流量速降至平稳状态,这段时间的流量称为假象流量,如流量与时间趋势图7所示,ab段为假象流量线。随着施灌时间的增长或施灌次数的增多,流量会逐渐下降,会缓慢向堵塞现象推进,这一现象我们称为自然堵塞现象,如流量与时间趋势图图7所示,c点为自然堵塞流量点。又如流量与施灌次数趋势图图8所示,a点为自然堵塞流量点。从流量与时间趋势图图7、流量与施灌次数趋势图图8中,可以看出自然堵塞现象是这款渗灌头的必然负面产物。渗灌头流量的变化不仅与时间、次数有关,而且与土壤类型、湿度及植物蒸腾效应强弱有关,故渗灌头的流量是动态变化的。如设计流量为2L/H的渗灌头其流量在2-0.3L/H范围内都为正常运行。正由于该灌水器在由运行流量是动态变化的,所以要引入一些新概念标准。四、标准设定:1、食用自来水作为测示用水。2、1.5m水柱为测试压力。3、首次实验室平台流量测试以2H时测定的流量为该渗灌头的实际工作流量。4、系统渗灌头平均流量小于0.3L/H时称为自然堵塞流量。5、实验室平台施灌次数测试时施灌时间为4H、间歇时间于不少于24H。6、土壤中施灌次数测试时施灌量为3L,间歇时间不少于96H。五、设计参数:1、渗灌头供水压力1.0-2.0m水柱2、设计流量1.5-3.0L/H。3、实验室平台连续测试发生自然堵塞时间应大于96H。4、实验室平台间歇测试时发生自然堵塞的施灌次数应大于或等于40次。5、土壤中施灌水肥时发生自然堵塞的施灌次数应大于或等于25次。6、使用寿命不低于3年。六、水肥溶液质量要求:1、可粒物大小、数量一般不限,只需10-30分钟沉淀(施灌池或罐内进行)。2、悬浮物、微生物不应有视眼能分辩出来的物质,存在时需用40目过滤网进行过滤。3、粘度应低于10C时泡和白糖溶液的粘度。4、土壤及肥料中应有的化学物质及量值不限。5、细菌数量不限。七、清瘀排堵:太极渗灌头在设计方面予以防堵作了很多的思考,如双大孔导水通道,开放性出水口,防负压倒流物及根系堵塞,所有用材都抗老化、抗腐蚀。在当今的灌溉领域中不完全是以灌水为目的,而是水肥一体化的灌溉作业,对施灌液质量要求过高,是必造成各方面成本也过高,外加没有不发生堵现象的渗灌头存在,所以我们应该把渗灌头的设计重点放在快捷有效清瘀排堵上,使渗灌头堵而不死,通过清瘀诽堵恢复其使用功能,同时把对施灌液的质量要求尽量放开。太极渗灌头将采取生物、脉冲清瘀排堵的方法来实现这一目标。所谓生物清瘀排堵法就是利用微生物把渗灌头内的大量瘀泥吞噬掉。在太极渗灌头的设计理念中我们予以它外部结构一硕的大海棉体,其中的一个主要功能就是形成培植生物细菌生成的温床。残留在渗灌头内的杂质其有机物含量很高,而且有机、无机物成均匀细微的絮状付于海棉体中,此时空气及湿度都很理想,生物细菌在此种环境中无处不在(工人施菌苗更好),只需温度适应,有足够长的间歇时间,就能生长大量的微生物,从而起到吞噬瘀泥的效果。大量的微生物生长过程中所产生的生物酶对无机颗粒物能起到软化(腐蚀)的作用,也将被吞噬或变小,利于排出。但同时也可能产生(很少见)不利清瘀排堵的细菌,如产生生物酶是粘稠液,大株菌苗等,出现此现象应采取药物灭菌。所谓脉冲水清瘀排堵法就是用高压(20-30m水柱)间歇水冲洗灌溉系统毛管及渗灌头部位的瘀泥。按照常归管道灌溉技术清诜顺序进行,在清洗毛管上游时必需先封闭毛管,不能将让上游的瘀泥冲入毛管中。毛管清洗完后将其首尾封闭,形成密闭容器,脉冲压力作用就会等效的传递到毛管每一处,实施对渗灌头透洗。脉冲清洗操作程序:给水持续5秒左右,间歇10秒左右,脉冲5次左右应清洗完毕。脉冲水清瘀排堵法主要用于灌溉系统产生自然堵塞时,或较长时间停止灌溉作业时。我们进入微灌溉技术领域只有一年半时间,行内的知识、状况、标准了解剩少,完全以旁观者的身份来看这一事务,也好这样我可以把问题看得简单化,才敢大胆去做各种实验,才有我们目前的题案。我们将太极渗灌头用于土壤中灌溉快一年了(阳台种植),种了一季丝瓜并插种了海椒,种了一轮芹菜,目前正种着冬旱菜,整个简易装置正常运行。同时我们又做了几轮花荟使用的复合肥(渣肥)溶水施灌,也就是对渗灌头作超强度抗堵塞实验。水肥液的配制:将500克的复合肥倒入16L水中充分X拌,用40目的过滤网过滤实施灌溉,通过5次循环施灌,末出现自然堵塞现象。附图说明:图1为渗灌头结构原理图。图2为渗灌头组件剖面图。图3为导毛管零件图。图4为整形棉零件图。图5为内弧形支架片零件图。图6为外弧形支架片零件图。图7为流量与时间趋势图,说明:L线为自然堵塞流量线,Ls线为设计流量线,ab段为假象计流量线,c点为自然堵塞流量点。图8为流量与次数趋势图,说明:L线为自然堵塞流量线,a点为自然堵塞流量点。