利用位差压强与液体表面张力控制流速的灌水器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型设及一种灌水器，具体是一种利用位差压强与液体表面张力控制流速 的灌水器，在向目标植物进行灌概时能实现滴灌，小流量灌概，及灌水器流道冲洗功能。
【背景技术】
[0002] 人类社会为了生产生活的需要，发明了各种水利灌概工程，但由于水资源日益紧 缺，迫使人们采用更节约的灌概方式，W色列人斯迈哈.博拉斯父子更是发明了滴灌技术， 为人类社会的节水灌概作出了重大贡献。
[0003] 滴灌是利用一套专口的设备，把有压力水(可由水累加压或利用地形落差所产生 的压力），经过过滤后，通过各级输水管网到滴头，水自滴头W点滴方式，一滴一滴直接缓慢 地滴入作物根际耕作层±壤，水滴滴入±后，借助重力入渗，在滴头下方形成很小的饱和 区.并向四周逐渐扩散至作物根系发达区的灌水方法称为滴灌，因滴灌是用少量的水，而且 是湿润作物根部活动层的±壤，所W，滴灌又称为局部灌水。
[0004] 滴灌具有省水、灌概均匀、节能、±壤和地形的适应性强、增产、省工、方便田间作 业等优点。
[0005] 但滴灌也有它的局限性，具体表现为：
[0006] 1.滴头堵塞使用过程中极易引起滴头的堵塞，主要是由悬浮物(砂和渺泥）、不溶 解盐(主要是碳酸盐）、铁诱、其他氧化物和有机物引起，滴头堵塞主要影响灌水的均匀性， 严重时可能使整个系统报废。
[0007] 2.盐分积累在干旱地区采用含盐量较高的水灌概时，盐分会在滴头湿润区域周 边产生积累，运些盐分易于被淋洗到作物根系区域，当种子在高浓度盐分区域发芽时，会带 来不良后果。
[000引3.影响根物的根系分布对于多年生果树来说，滴头位置附近根系密度增加，而非 湿润区根系因得不到充足的水分供应其生长会受到影响，尤其是在干旱半干旱地区，根系 的分布与滴头位置有很大关系，少灌勤灌的灌水方式会导致树木根系分布变浅，在风力较 大的地区可能产生拔根危害。
[0009] 4.投资成本高，管理技术要求高，要有动力能源要求，水压力的衰减效应使得有效 工作面积小，同时滴灌孔容易堵塞的难题至今未能攻克，使得滴灌设备寿命缩短，运行与维 护成本剧涨，众多原因令传统滴灌的大面积推广受到极大限制。
[0010] 参考文献《经济型喷微灌》奕永庆著
[0011] 出版社：中国水利水电出版社
[0012] I S B N :9787508469683出版时间：2009-11-01
[0013] 最接近的技术方案
[0014] 发明人谭朝辟于2013年12月10日向中华人民共和国国家知识产权局申请了一项 《具有渐宽狭缝输水装置可调滴速的分子能滴灌器》发明，专利号：ZL201310658336.2,授 权公告号CN 103609395 B，授权公告日2015.06.10,记载并公开了一种具有渐宽狭缝输水 装置可调滴速的分子能滴灌器，其特征在于，把厚度在ο. 01mm~2mm范围内的支撑物8夹在一 块拱形平板状材料7与另一块拱形平板材料9之间，使两块拱形平板材料之间形成一侧紧 贝占，另一侧间距稍大的渐宽狭缝，W弹性材料夹紧或W粘合物固定，构成输水装置17,使输 水装置17跨骑于容器14边沿，并使狭缝较窄的一侧置于容器内，狭缝较宽大的一侧置于容 器外对应的集水装置12内。
[0015] 在实际生产运用过程中，也遇到了一些不理想的问题，具体表现为:根据权利要求 1制成的分子能滴灌器，由于其工作原理是将容器内的水利用狭缝的毛细作用提升〇-3cm， 再通过水在渐宽狭缝的一系列分子力层递作用于完成水从容器内向容器外运行的滴灌效 果，其滴速由毛细水头控制，运样，要对滴灌滴速要求统一的场合，在安装时要求分子能滴 灌器安装在同一水平线上，正负误差只允许〇-3cm，过高会造成毛细上升高度不足引起断 流，过低则水从容器满溢浪费，而在实际工程中，要想达到运一要求是很困难的，所W会出 现同一分子能滴灌系统内，各个滴灌器会出现滴速不均匀的现象，各个调整又费工费时，此 夕h由于分子能滴灌长期处于极低流速工作状态，每个滴头供水量从285ml/天到3800ml/ 天，没有办法实现整体冲洗功能，由于水中细菌等微生物滋生，其生物膜与各种杂质结合， 在狭缝两壁形成黏附，由于各个滴灌器吸附杂质的程度不一，引发的滴速变慢，各滴灌器灌 概均匀度下降，不利于作物品质及生产效益提升，运时，就必须人工遂一对滴灌器进行拆 洗，工作量大，清洗效率低下，再有，分子能滴灌滴速调节范围较窄，在施肥时，可能会由于 肥液稀释不充分不及时，引发作物烧根事故，影响作物生长。
[0016] 参考文件《中国农村水利水电》2009年第四期《滴头堵塞诱发过程及其可控方法的 研究进展》作者：罔大壮，刘杰，杨培玲，文章编号：1007-2284(2009)04003903。
【发明内容】
[0017] 为解决传统滴滴容易堵塞，能源消耗较大，分子能滴灌清洗效率低，滴速调节范围 窄的技术问题，本发明设计一种利用位差压强与液体表面张力控制流速的灌水器，其特征 在于：
[0018] -块带转角形状的硬质平板材料1，至少具有相互平行的直线边2与直线边3,另一 侧具有斜边4;
[0019] 将两块相同形状的硬质平板材料1叠合，并使两平板的直线边2对齐，在两平板间 的直线边3位置加入厚度为0.01-0.2mm的薄片支撑物5，使两平板间形成具有一侧紧贴，另 一侧较宽的渐宽狭缝6;
[0020] 将紧贴狭缝一侧插入弹性管体7,利用过盈配合使叠合平板与管体紧密结合，构成 灌水器8。
[0021] 图1是带转角形状的硬质平板材料的示意图，图2是玻璃叠合结构的分解示意图， 图3是玻璃叠合结构的轴测图，图4是管体的轴测图，图5是灌水器的结构轴测图，图6是灌水 器的剖视图。
[0022] 分析灌水器的工作原理，图7是一个基本灌水器单元的原理示意图，水从水源9沿 管道经总阀10，浮球阀11进入控压水箱12，经滴灌阀13流入灌水器，由于此时冲洗阀14处于 关闭状态，只有控压水箱12的位差压强
[00剖 p=pgh
[0024] 在驱动水从控压水箱向倾斜一定角度安装的灌水器运行，式中，p:位差压强，p:液 体密度，g:重力加速度，h位差高度，图8是灌水器8在刚启动时渐宽狭缝内水动力分析图，在 管体狭缝区域的水会受到较窄狭缝的粘滞力15作用，方向与驱动水流的位差压强16相反， 起到一个削减位差压强的作用，然后水继续向上运行，由于水，气界面的表面张力作用，会 在狭缝外沿形成凸起液面，此液面的表面张力会产生一个附加压强，方向指向狭缝水体内 部，，也会产生削减位差压强的作用，同时使水不会从狭缝流出，至狭缝转角处，由于狭缝渐 宽，水在受削减后的剩余位差压强17,水体自身重力18的作用下，形成向下的推动合力19， 使得原本受狭缝表面张力作用的固，液，气界面的下部，形成一个凸出点，在狭缝两壁分子 吸引力，水分子表面张力，推动合力的作用下，沿狭缝下沿往较宽狭缝处运行，将水体横向 推往更宽的狭缝，在运一过程中，狭缝内水体与气体接触界面面积同时增加，其表面张力又 再产生一个附加压强，对位差压强再进一步削弱，图9是滴灌模式渐宽狭缝内水动力分析 图，在表面张力作用形成的最狭窄水体20位置，位差压强已经与附加压强基本相抵，使水体 继续沿狭缝下沿向较宽狭缝运行的主要驱动力为水体自身重力，然后，在较宽狭缝的最下 端21，水体在表面张力的作用下，无法继续横移，在此处累积，当其自重大于表面张力约束 时，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滞力作用，会从狭缝内拉出 部分水体，狭缝表面张力又大于狭缝最下端水体重力，形成断流，直至水体重新累积至重力 大于表面张力，再次滴落，如此往复，形成滴灌效果。
[0025] 由上述分析，可W看出，灌水器在滴灌工作状态时，其滴速主要取决于位差压强 闺I尸惦h
[0027] 由于P，g均为常数，所W只要改变控压水箱12与灌水器8之间的相对高度差，使位 差压强大于附加压强，就可W使狭缝内水体运行加速，从而对灌水器滴速进行调节。
[0028] 图10是基本灌水器单元的冲洗工作状态原理示意图，水从水源9沿管道经总阀10， 冲洗阀14流入灌水器，由于此时滴灌阀13处于关闭状态，水源的高位位差压强直接作用于 灌水器的渐宽狭缝，位差压强远远大于附加压强，在狭缝内形成高速流动的水流，可W把吸 附于狭缝两壁的粘附物冲出流道，避免流道堵塞，形成冲洗效果，同时，冲洗过程中所形成 的连续水流，仍然用于灌概作物，形成小管出流的灌概效果，既不浪费水资源，同时还能使 作物根部附近短时间内形成重力上壤水，引导作物根系向深层发育，避免风力拨根危害，很 明显，运是分子能滴灌无法做到的技术效果。
[0029] 图11是冲洗模式渐宽狭缝内水动力分析图，由于位差压强远远大于附加压强，表 面张力作用形成的最狭窄水体20比滴灌模式时粗大许多，相当于在狭缝内有一根弹性非常 灵活的弹性管道，能够及时响应渐宽狭缝内水体流量变化，但没有无常规弹性管道的超压 破裂风险与低压时不能充盈的难题，运样，就为灌水器实现广泛的流速调节范围提供了优 秀的物理基础，使得灌水器既有滴灌节水高效的优点，又拥有小管出流灌概的抗堵塞性能， 从根本上解决了传统滴灌技术的容易堵塞难题。
[0030] 由于灌水器渐宽狭缝所产生的附加压强非常小，在消能减压的过程中消耗的能量 也非常小，具有宽广的流道调速范围，每个滴头在零至一米位差压强作用下，可W实现 0.02kl0L/小时的流速变化，能够适应多种作物不同时期需水量的灌概要求。
[0031] 单个灌水器的作用是很小的，如果将众多的灌水器组成系统，便能使灌水器发挥 更大的效用，为更多的植物提供灌概，用连通管道将多个灌水器利用连通器原理进行连接， 就可W组建灌概系统，为便于论述，同时因狭缝水体表面张力所