一种一泵多用的方法及装置与流程

本发明涉及农田灌溉技术领域，尤其涉及水肥一体化领域，具体地说是一种一泵多用的方法及装置。

背景技术：

水肥一体化技术是指根据作物生长发育规律，把灌溉和施肥有机结合，既能节约灌溉用水，又能实现精准施肥的目标，是一项可以提升水肥利用效率，实现农业智能化发展的技术。实现水肥一体化技术的核心部件是精准的施肥设备，目前常用的施肥器包括文丘里、比例施肥器和压差式施肥罐等简易水动力施肥器，主要与设施内微灌系统配套使用，大田生产主要采用喷灌节水灌溉方式，喷灌被认为是灌溉现代化的重要标志，借助水泵和管道系统或利用自然水头落差，将有压水通过管道输送到灌溉田块，通过喷头喷到空中，散成小水滴，均匀降落到作物和地面上的灌溉方式，是模拟人工降雨的全面灌溉方式，2015年我国喷灌面积已达到373万hm2，世界排名第三(cncid，2016)。而与喷灌相配套的施肥机却较为欠缺，在应用喷灌等高效灌溉系统的地区，人工撒肥占75％以上，机器追肥不到20％，水肥一体化所占比例不足5％。

在大田喷灌系统中，附加动力的泵注式施肥泵是其主要施肥装置之一，目前生产中的施肥(施肥机、施肥装置)系统包括两部分，肥料溶解系统和注肥系统，两套系统需要两套动力装置(泵)来实现肥料溶解和注肥，该种结构形式带来两个问题：一是需要的连接管线比较多，操作复杂；二是两套动力系统增加了成本。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种一泵多用的方法及装置，该方法及装置仅通过一个泵和一个施肥桶便能够实现加水、肥料溶解和注肥的全部操作，降低了成本，操作更加简便。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：

一方面，本发明提供了一种一泵多用的方法，包括：

将泵的入水口连通施肥桶的出水口；

在泵的出水口设置三通，三通的三个接口分别通过管路连通泵的出水口、施肥桶的入水口和水路主管道，三通与水路主管道之间设置阀门i，三通与施肥桶之间设置阀门ii；

施肥桶中加入肥料，阀门i和阀门ii均打开，泵关闭，水路主管道向施肥桶注水；

注水完毕后，阀门i关闭，阀门ii和泵打开，水肥混合液在泵和施肥桶之间的闭路循环管道内循环流动，使得水肥在施肥桶内充分混合；

水肥混合均匀后，阀门ii关闭，阀门i和泵打开，在泵的压力下，水肥混合液注入水路主管道，完成注肥。

进一步的，在向施肥桶中加入肥料之前，通过所述水路主管道灌溉清水20～40min。

进一步的，注肥完毕后，继续通过水路主管道灌溉清水30min以上。

进一步的，所述泵、阀门i和阀门ii均通过pid控制器进行控制。

另一方面，本发明还提供了一种实现上述一泵多用的方法的装置，包括一个泵和一个施肥桶，所述泵的入水口连通施肥桶的出水口，所述泵的出水口设置三通，三通的三个接口分别通过管路连通泵的出水口、施肥桶的入水口和水路主管道，三通与水路主管道之间设置阀门i，三通与施肥桶之间设置阀门ii；所述泵的出水口与所述三通之间设置有止回阀。

进一步的，所述泵、阀门i和阀门ii均连接至pid控制器上。

进一步的，所述pid控制器配置有控制面板，所述控制面板上设置有电源指示灯、注肥按钮、循环按钮、加水按钮和停止按钮。

进一步的，所述水路主管道连通水源和喷灌管路，在水路主管道和泵的连接点靠近水源的一侧设置止回阀。

进一步的，与所述水路主管道相连的管路末端设置有快速活接头。

进一步的，所述泵为离心喷射泵，所述阀门i和阀门ii均为电动阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明示例的一泵多用的方法，通过阀门i和阀门ii的合理布置，实现了一泵多用，通过一个泵即可实现施肥桶加水、水肥混匀和注肥的功能，将目前喷灌施肥装置的至少两个泵减少为仅需一个泵，降低成本和接线的复杂程度、便于操作。

2、本发明示例的一泵多用的方法，通过内循环实现水肥混合，且保证了肥料的充分溶解和水肥混合的均匀性，与现有技术相比，省略了施肥桶内的搅拌装置，进而节省了搅拌装置相对应的动力系统，整个装置结构更加简单紧凑，节省了能源、降低了成本。

3、本发明示例的一泵多用的方法，在向施肥桶中加入肥料之前，优选先灌溉清水20～40min左右，提高肥料利用效率；待肥液注入完毕后，继续灌溉清水30min以上，冲洗输水管道和作物叶片上的肥液，避免肥液倒流造成地下水污染或残留在叶片造成烧苗，使用效果好。

4、本发明示例的一泵多用的方法，泵、阀门i和阀门ii均通过pid控制器进行控制，提高自动化程度，节省人力。

5、本发明示例的一泵多用的装置，能够实现本发明示例的一泵多用的方法，结构简单紧凑，节省能源、降低成本、操作方便。

6、本发明示例的一泵多用的装置，泵、阀门i和阀门ii均连接至pid控制器上，pid控制器配置有控制面板，智能化程度高，便于使用者的操作，减少使用者的工作量。

7、本发明示例的一泵多用的装置，在水路主管道和泵的连接点靠近水源的一侧设置止回阀，既能保证顺利的注水，又能避免在注肥时水肥混合液倒灌入水源处对水源造成污染，使用性能可靠。

8、本发明示例的一泵多用的装置，与水路主管道相连的管路末端设置有快速活接头，与水路主管道连接方便，提高使用的便捷性。

9、本发明示例的一泵多用的装置，泵采用离心喷射泵，离心喷射泵具有深吸程、高扬程、自吸时间短，运行平稳的特点，避免出现注肥困难的问题，且比起柱塞泵，成本进一步降低；阀门i和阀门ii均采用电动阀，开关没有延时，控制精准，避免水肥混合液溢出肥桶，同时，电动阀体积小，便于泵及管线的布置。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明实施例一中一泵多用装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一中一泵多用装置的田间管路图。

图中：1泵，2施肥桶，3阀门i，4阀门ii，5水路主管道，6止回阀，7快速活接头，8控制器，9控制面板，10水源，11流量调节器，12过滤器，13自动反冲洗叠片组合，14田间喷灌管路，15三通。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

实施例一：

如图1所示，本实施例提供了提供了一种一泵多用的方法，包括：

将泵1的入水口连通施肥桶2的出水口；

在泵1的出水口设置三通15，三通15的三个接口分别通过管路连通泵1的出水口、施肥桶2的入水口和水路主管道5，三通15与水路主管道5之间设置阀门i3，三通15与施肥桶2之间设置阀门ii4；

施肥桶2中加入肥料，阀门i3和阀门ii4均打开，泵1关闭，水路主管道5向施肥桶2注水；此时，水流方向如图1中虚线箭头所示；

注水完毕后，阀门i3关闭，阀门ii4和泵1打开，水肥混合液在泵1和施肥桶2之间的闭路循环管道内循环流动，使得水肥在施肥桶2内充分混合；此时，水流方向如图1中空心箭头所示；

水肥混合均匀后，阀门ii4关闭，阀门i3和泵1打开，在泵1的压力下，水肥混合液注入水路主管道5，完成注肥；此时，水流方向如图1中实线箭头所示。

在向施肥桶中加入肥料之前，通过所述水路主管道5灌溉清水20～40min。一般选择灌溉清水30min左右，使灌溉设备工作正常，喷水均匀，同时提高肥料利用效率；待肥液注入完毕后，继续灌溉清水30min以上，冲洗输水管道和作物叶片上的肥液，避免肥液倒流造成地下水污染或残留在叶片造成烧苗。

另一方面，本实施例还提供了实现上述一泵多用的方法的装置，包括一个泵1和一个施肥桶2，所述泵1的入水口连通施肥桶2的出水口，所述泵1的出水口设置三通15，三通15的三个接口分别通过管路连通泵1的出水口、施肥桶2的入水口和水路主管道5，三通15与水路主管道5之间设置阀门i3，三通15与施肥桶2之间设置阀门ii4；所述泵1的出水口与三通15之间设置有止回阀6，以保证水流按照设定方向流动，避免发生回流倒灌。泵1和施肥桶2之间形成了闭路循环管道，阀门ii4位于所述闭路循环管道上。

如图2所示，图2中箭头方向为水流方向，水路主管道5连通水源10和喷灌管路，在水路主管道5和水泵3的连接点靠近水源的一侧设置止回阀6，既能够保证顺利注水，又能避免在注肥时水肥混合液倒灌入水源10处对水源造成污染。本实施例中，水源10为机井。

为便于本实施例的装置与水路主管道5的连接，与水路主管道5相连的管路末端设置有快速活接头7。本实施例的快速活接头7为标准件，止回阀6为现有技术中的常用阀门，其具体结构在此不再赘述。

本实施例中，泵1采用xkj-804s离心喷射泵，xkj-804s离心喷射泵采用离心式叶轮-径向导叶-喷射器的独特结构，其工作原理是是压力水先经过喷嘴造成真空，然后将低压水位液体吸入到泵进口，经泵增压后排出，泵体、泵盖和泵轴均采用不锈钢材料，电动机为异步电动机，具有深吸程、高扬程、自吸时间短，运行平稳的特点，经试验没有出现注肥困难的问题。

在阀门的选择上，对比了电动阀和电磁阀的特性以及在实际应用情况。电磁阀是利用电磁线圈产生的电磁场吸力(与弹簧配合)来控制阀门的启闭，因此开启到闭合需要一定的延时，现场实测值为15s。当肥料溶解均匀后需要注肥时，阀门ii从开到完全关闭存在15s的延时，此过程中水泵仍处于内循环状态，水路主管道的水在压力下进入施肥桶，导致水肥混合液溢出施肥桶。而电动阀的工作原理是利用电动执行器控制阀门，能顺时实现开和关，满足逻辑关系的要求，同时电动阀的体积要小于电磁阀体积，便于注肥泵及管线布置。因此本实施例的阀门i3和阀门ii4均采用快速/胶粘的电动阀(dn25/dc24v)，型号为qq93103-25。

本发明示例的方法及装置，仅采用一个泵和一个施肥桶，通过阀门的配合，实现注水、水肥混合和注肥等功能，装置构成部件少，结构紧凑，且无需搅拌装置，节省能源。

实施例二：

本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于：如图2所示，本实施例的一泵多用的装置中，为保证灌溉用水的水质，水路主管道5上安装过滤器12和自动反冲洗叠片组合13，过滤器12可采用离心过滤器，自动反冲洗叠片组合13为多个自动反冲洗叠片过滤器串联构成，可靠过滤掉水源中的杂质。为保证使用效果，闭路循环管道与水路主管道5连通的位置设在自动反冲洗叠片组合13靠近过滤器12的一侧。

为便于调整注肥时的流量，在泵1与水路主管道5连通的管路上设置有流量调节器11，流量调节器11采用目前市面上的流量调节器即可。

实施例三：

本实施例与前述实施例相同的特征不再赘述，本实施例与前述实施例不同的特征在于：本实施例的一泵多用的装置中，泵1、施肥桶2和与泵1及施肥桶2直接相连的管路集成在一底座上，所述底座的底部设置有行走轮，底座上设置有把手。

将本实施例的装置集成在底座上，底座上设置行走轮和把手，便于移动，可以比较省力的移动到需要施肥的地块，且将各部件整合以后，无需再现场进行人工组装拆卸，提高使用的便利性。

实施例四：

本实施例与前述实施例相同的特征不再赘述，本实施例与前述实施例不同的特征在于：

如图2所示，本实施例的一泵多用的方法中，所述泵1、阀门i3和阀门ii4均通过pid控制器8进行控制。

本实施例的一泵多用的装置中，泵1、阀门i3和阀门ii4均连接至pid控制器8上。

pid控制器8将plc控制理论和pid智能调节相结合，配置有控制面板9。

控制面板9上设置有电源指示灯、注肥按钮、循环按钮、加水按钮和停止按钮。电源指示灯、注肥按钮、循环按钮、加水按钮和停止按钮分别与pid控制器8相连接，pid控制器8与泵1、阀门i3和阀门ii4分别通过信号线连接。

为了便于与电源连接，该装置配置有电源插座，所述电源插座与泵1、阀门i3、阀门ii4、pid控制器8和控制面板9分别电性连接。具体实施时，电源插座也可替换为电源插头等其他便于与电源连接的部件。

控制面板上，加水按钮控制水路主管道5向施肥桶2内加水，循环按钮控制水肥混合液在泵1和施肥桶2之间的闭路循环管道内进行循环，注肥按钮控制水肥混合液注入到水路主管道5，停止按钮为将装置关停。各个阶段实现一键操作，十分方便。

将本发明示例的一泵多用的方法及装置在京郊进行试验，2016年以来，共在京郊配备98套一泵多用的喷灌施肥系统，试验面积近6.9万亩次，喷灌施肥试验田小麦平均亩产较常规对照田增产6.8％，平均亩灌水减少10.6％，养分生产效率提高10.5％。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。