一种流量可调的可拆卸螺旋式迷宫灌水器的制作方法

本发明涉及一种灌水器，特别涉及一种流量可调的可拆卸螺旋式迷宫灌水器，属于农业生产中节水灌溉器材技术领域。

背景技术：

迷宫式灌水器具有消能效果好，出水均匀、制造成本低、适应范围广等优点，被视为当前性能最优越的灌水器。通常为了得到稳定、均匀的低流量，迷宫流道灌水器的内部流道尺寸一般介于0.5～1.2mm，很容易发生堵塞。堵塞问题一直是国内外学者研究的重点和难题，灌水器内部流动状态对其水力性能有很大的影响，发生堵塞时，流道内部水流水力性能变差，灌水均匀度受到影响。实践经验表明，堵塞问题不可避免，常规情况下，田间灌水器平均两年左右就会出现不同程度的堵塞，即使是在水质良好、采用较为完善的过滤措施的条件下，灌水器仍有1/3的物理堵塞，堵塞轻者，影响灌水器的灌水均匀度，重者则需对灌水管、带进行更换，不仅增加了投资、维修费用，而且严重阻碍了迷宫式灌水器的推广和应用；国内常用迷宫式灌水器的流量一般为1～4l/h，每种灌水器只能实现单一流量灌溉，无法满足作物在不同生长周期内需水量变化需求，当灌水量大于作物需水量时，灌溉方式偏离节水灌溉的理念，加剧了农业用水的紧缺；灌水量小于作物需水量时，无法满足作物在生长周期内的正常需水。此外，目前国内最常用的迷宫式滴灌产品所用材料一般都为pe管，存在无法拆卸、不能重复使用等问题。因此，生产出抗堵塞性能良好、实现流量多级调节、可拆卸清洗并能重复使用的新型灌水器迫在眉睫。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种抗堵塞性能良好、流量可多级调节、可拆卸清洗并能重复使用的螺旋式迷宫灌水器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种流量可调的可拆卸螺旋式迷宫流道灌水器，其特征在于，该灌水器包括：

主体灌水器，所述主体灌水器的外壁上设有螺旋式迷宫流道和外螺纹；

出水环腔，所述出水环腔螺纹连接在所述主体灌水器外部；

毛管，两所述毛管螺纹连接在所述主体灌水器两端；

进水口，所述进水口开设在靠近所述主体灌水器一端的外壁上，且所述进水口连通所述主体灌水器的内腔和所述螺旋式迷宫流道；

出水口，所述出水口开设在所述出水环腔的外壁上，且所述出水口连通所述主体灌水器的所述螺旋式迷宫流道。

所述主体灌水器为中空圆柱体结构，且所述螺旋式迷宫流道与所述外螺纹沿所述主体灌水器的轴向交替设置。

在所述主体灌水器的两端分别一体设有螺管，两所述毛管通过所述螺管与所述主体灌水器形成管间组合式连接，且所述毛管的外径小于所述主体灌水器的外径。

所述出水环腔的中部外壁沿周向向外凸起形成中空圆环凸台，所述中空圆环凸台的横截面为上窄下宽的梯形状，所述出水环腔上位于所述中空圆环凸台两侧的内螺纹相隔至少两个螺距，所述出水口开设在所述中空圆环凸台上，且所述出水口连通其与所述进水口之间的所述螺旋式迷宫流道为有效迷宫流道。

所述进水口为一矩形长条口，在所述进水口内且沿其长度方向一体间隔设置多个过滤栅格，且多个所述过滤栅格的顶面低于所述螺旋式迷宫流道的底面。

所述毛管的两端内壁均设有与所述螺管配合的螺纹。

本发明采用以上技术方案，其具有如下优点：1、本发明通过在主体灌水器的外部螺纹连接出水环腔，在主体灌水器的外壁设置螺旋迷宫流道和外螺纹，在主体灌水器的一端外壁开设进水口，在出水环腔上开有出水口，主体灌水器和出水环腔能够方便的旋合或分离，实现出水口处的流量可调，方便主体灌水器清洗和检修，提高整个灌水器的抗堵塞性能和重复利用性。2、本发明毛管通过螺管密封连接在主体灌水器的两侧，毛管的外径小于主体灌水器的外径，实现主体灌水器和毛管的管间组合式连接，避免毛管与出水环腔之间的干涉，方便整个螺旋式迷宫灌水器的拆装和清洗，实现螺旋式迷宫灌水器的重复利用，降低投资维修成本，加快螺旋式迷宫灌水器的推广使用。3、本发明的出水环腔的中部外壁沿周向向外凸起形成中空圆环凸台，出水口设置在中空圆环凸台上，能够方便调节出水口的流量以适用于不同作物的需水量，同时对出水口的水流起到缓冲储存作用。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明主体灌水器和毛管的连接结构示意图；

图3是本发明主体灌水器的结构示意图；

图4是本发明出水环腔的剖面结构示意图；

图5是本发明毛管的剖面结构示意图；

图6是本发明的出水环腔的出水口的流量和螺旋式迷宫流道的旋转圈数的关系曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明提供了一种流量可调的可拆卸螺旋式迷宫灌水器，它包括中空圆柱体结构的主体灌水器1，螺纹连接在主体灌水器1外部的出水环腔2，以及螺纹连接在主体灌水器1两端的毛管3；在主体灌水器1的外壁上设有螺旋式迷宫流道11和外螺纹12，且螺旋式迷宫流道11与外螺纹12为沿主体灌水器1轴向交替设置；在靠近主体灌水器1的一端的外壁上开设有进水口13，进水口13连通主体灌水器1的内腔和螺旋式迷宫流道11；在出水环腔2的外壁上设有出水口22，出水口22连通主体灌水器1的螺旋式迷宫流道11。

进一步地，如图2所示，在主体灌水器1的两端分别一体设有螺管14，毛管3通过螺管14连接在主体灌水器1的两端，不同于常见的内镶式圆柱、片式灌水器，实现主体灌水器1和毛管3的管间组合式连接，当主体灌水器1发生堵塞时，能够方便的拆卸主体灌水器1，拧开主体灌水器1外部的出水环腔2，对主体灌水器1的堵塞处进行清洗，无需更换主体灌水器1，实现螺旋式迷宫灌水器的重复利用，能够降低投资和维修成本，加快螺旋式迷宫灌水器的推广使用，同时，保证毛管3与主体灌水器1的密封连接，防止漏水现象发生；毛管3的外径小于主体灌水器1的外径，防止毛管3与出水环腔2产生干涉，并避免毛管3外壁螺纹的布置，使毛管3的生产工艺简单化。

进一步地，如图4所示，出水环腔2的中部外壁沿周向向外凸起形成中空圆环凸台21，中空圆环凸台21的横截面为上窄下宽的梯形状，出水环腔2上位于中空圆环凸台21两侧的内螺纹相隔至少两个螺距，出水口22开设在中空圆环凸台21上，且出水口22连通其与进水口13之间的螺旋式迷宫流道11为有效迷宫流道；这样，出水环腔2可绕主体灌水器1轴线旋转改变有效迷宫流道以调整出水口22的出水量，适应于不同的作物需水量；同时，中空圆环凸台21对有效迷宫流道流出的灌溉水具有过渡缓冲作用。

进一步地，如图3所示，进水口13为一矩形长条口，在进水口13内且沿其长度方向一体间隔设置多个过滤栅格15，且多个过滤栅格15的顶面低于螺旋式迷宫流道11的底面，这样，能够使水流从主体灌水器1内腔经进水口13平稳流入螺旋式迷宫流道11内。

进一步地，如图5所示，毛管3的两端内壁均设有与螺管14配合的螺纹，能够方便毛管与主体灌水器1的串联组装。

如图6所示，给出了本发明流量可调的可拆卸螺旋式迷宫灌水器在入口压力水头为15m时流道出口流量(出水环腔2上的出水口22处的流量)与旋转圈数(有效迷宫流道)的关系曲线图。

本发明中流道为螺旋长迷宫流道，局部水头损失是流道耗能的主要形式，沿程损失相对于局部损失可以忽略不计，故假设迷宫流道消能全部为局部水头损失。同时，由于局部水头损失系数只与流道形状有关，对于相同流道结构按流道长度分布的局部水头损失而言，其水头损失是均匀分配在长度上的，符合线性叠加规律，因此对于螺旋式迷宫流道可将整个水头损失离散而均匀的分布在整个流道上，可借助darcy-weisbach公式求解螺旋迷宫流道中水流的平均速度v，darcy-weisbach公式如下：

式中，h为水头损失，m；v为水流平均速度，m/s；g为重力加速度，取9.81m/s²；f为摩阻系数；l为有效螺旋迷宫流道长度，m；r为螺旋迷宫流道水力半径，m。

其中，因为迷宫流道就是用来消能的，经过计算，水头损失非常接近入口压力水头，故水头损失h可近似取为入口压力水头。

摩阻系数f通过fluent软件模拟水流经过螺旋迷宫流道的过程，给定入口压力水头为15m，得到流道出口的流量，利用公式(4)得到水流平均速度，再利用公式(1)反推得到摩阻系数(平均值)，摩阻系数f约为0.597。

螺旋迷宫流道水力半径可采用矩形流道断面水力半径的公式计算，公式如下：

式中，w为螺旋迷宫流道宽度，mm；d为螺旋迷宫流道深度，mm。

将局部水头损失的水力学公式变形得到公式(3)求解水头损失综合叠加系数ξ，

式中，ξ为水头损失综合叠加系数。

流道出口流量q可采用以下公式计算：

q＝a×v(4)

式中，q为螺旋迷宫流道出口流量，即为出水环腔2的出水口22处的流量；l/h；a为螺旋迷宫流道横截面积，m²。

本发明的螺旋迷宫流道的尺寸参数如下表所示

表1流道尺寸参数表

利用公式(1)～(4)式计算，在入口压力水头为15m时，螺旋迷宫流道的不同旋转圈数(有效迷宫流道)有效迷宫流道的长度l、水流的平均流速v、水头损失综合叠加系数ξ和对应旋转圈数下的流道出口流量q，计算结果如下表所示：

表2水头损失h为入口压力水头15m时的计算结果表

根据表2所示的计算结果，发现螺旋迷宫流道的规格尺寸相同的情况下，流道长度越长，其水头损失综合叠加系数ξ越大，消能效果越好。

由表2计算结果绘制入口压力水头为15m时的流道出口流量与旋转圈数的关系曲线(如图6所示)。观察图6可以看出，圈数越大，即流道越长，流道出口流量q越小，因此可以通过旋转出水环腔2调节进水口13与出水口22之间的有效迷宫流道长度，即可实现流道出口流量大小的动态调节，即为出水口22处的流量大小。

对图6中的流道出口流量与旋转圈数的关系曲线进行数据拟合，得到入口压力水头15m时出口流量q与旋转圈数x的关系q＝4.5843x^-0.5，r²＝1，根据拟合结果公式得到的拟合曲线与图6中的实际曲线几近重合。

因此，当在不同入口压力水头下，可以得到不同水头情况下出口流量与旋转圈数的关系式，为本发明的系列化、标准化提供理论数据。

本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置及其连接都是可以有所变化的。在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进或等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。