用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统及方法，其中：水泵和布水管之间的输水管道上通过带有第一阀门的输气管道与空气压缩机相连通；输气管道和布水管之间的输水管道上并列连通有气水紊流混合器，气水紊流混合器两端安装有第二阀门和第三阀门；与气水紊流混合器并列连通的输水管道上安装有第四阀门和第五阀门。本发明的冲洗系统结合水洗和气洗，减少了水资源的浪费，并且滴灌毛管尾端的水力冲洗效果。高压气体和高速水流在气水紊流混合器中扰流混合，有利于将沉积于滴灌毛管底部的凝聚态泥沙颗粒冲击并与气?水混合流充分混合。
【专利说明】
用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统及方法
技术领域
[0001]本发明属于滴灌领域，涉及滴灌系统，具体涉及一种用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国是一个可用水资源严重缺乏的国家，虽然水资源总储量十分丰富，但人均水资源量却仅为世界平均水平的四分之一。同时，我国农业水资源利用领域仍存在水资源利用效率较低、浪费严重的突出问题。基于上述我国水资源现状以及农业水资源利用领域的存在的问题，推广发展高效节水的农业灌溉方式，提高农业用水利用率势在必行。滴灌作为近年来兴起的一种新型灌溉方式，相对传统灌溉方式具有节水、节能、高效的优点。所以，在我国西北干旱缺水地区推广和发展农田滴灌技术，可以在很大程度上提高农业用水利用率，缓解水资源的短缺危机。
[0003]我国西北内陆黄河灌区，传统的农业生产主要以黄河水作为灌溉水源。由于滴灌系统对滴灌水源水质要求较高，经过预处理的滴灌水源中仍有部分泥沙颗粒进入滴灌系统中，随着滴灌次数的增加泥沙颗粒沉积在滴灌系统中，会慢慢地造成管道过水面积减小，直至堵塞毛管和滴头，使得整个滴灌系统受到影响。因此，解决滴灌管道内的沉砂问题，及时地将泥沙颗粒排除出去，则可以有效地减少滴灌系统堵塞现象的发生。
[0004]对于沉积在滴灌系统中的泥沙颗粒，通常采用水力冲洗的方法进行处理。水力冲洗即在滴灌系统的一个滴灌工作周期结束后，将滴灌毛管尾端阀门开启，利用滴灌水栗通入滴灌水源，通过高速运动的水流将沉积在毛管底部的泥沙冲洗排出滴灌系统，达到清洗滴灌系统、排除泥沙的目的。但这种单纯采用水力冲洗的方法存在诸多缺点，如水资源浪费较为严重，每次冲洗过程所用的滴灌原水占到系统正常运行一个周期所需水量的10%，由于在滴灌毛管的末端没有采取必要的冲洗水收集措施，使得滴灌毛管末端的区域最后形成了近似传统漫灌方式的漫灌区域。此外这种单纯依靠水力冲洗的滴灌系统清洁方式的冲洗强度会随毛管内水流沿滴灌毛管的运动而使得冲洗水流的紊流强度逐渐减弱，而滴灌系统中毛管中沉积泥沙数量多表现为毛管末端沉积数量较多，而冲洗水流运动至毛管末端时由于水流紊流强度的减弱使得水力冲洗的效果出现较大程度的衰减。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统及方法，解决现有的单纯水冲洗过程中水资源浪费，滴灌毛管尾端的水力冲洗效果较差的技术问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现:
[0007]—种用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，包括水栗，水栗通过输水管道与滴灌带的布水管相连，所述的滴灌带包括多条滴灌毛管，所述的多条滴灌毛管的头端通过布水管相连，多条滴灌毛管的尾端通过冲洗排泥管相连；
[0008]水栗和布水管之间的输水管道上通过带有第一阀门的输气管道与空气压缩机相连通；
[0009]输气管道和布水管之间的输水管道上并列连通有气水紊流混合器，气水紊流混合器两端安装有第二阀门和第三阀门；与气水紊流混合器并列连通的输水管道上安装有第四阀门和第五阀门。
[0010]本发明还具有如下区别技术特征:
[0011 ]所述的气水紊流混合器包括筒体，筒体一端与入流端相连通，筒体另一端与出流端相连通，筒体内设置有多个紊流挡板。
[0012]所述的紊流挡板为半圆形挡板，多个紊流挡板沿着筒体的轴向依次错列式均匀设置。
[0013]所述的冲洗排泥管的一端与泥水收集池相连通，冲洗排泥管的另一端上设置有排气阀。
[0014]所述的多条抗堵塞滴灌毛管的尾端均通过冲洗排泥阀和连接弯管与冲洗排泥管连通。
[0015]所述的空气压缩机与输气管道之间还设置有稳压罐。
[0016]所述的水栗和空气压缩机均与控制终端相连。
[0017]—种用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗方法，其特征在于:该方法采用如上所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，在气水结合冲洗过程中输气管道中的压力大于输水管道中的压力。
[0018]本发明与现有技术相比，具有如下技术效果:
[0019]本发明的冲洗系统结合水洗和气洗，减少了水资源的浪费，并且滴灌毛管尾端的水力冲洗效果。高压气体和高速水流在气水紊流混合器中扰流混合，有利于将沉积于滴灌毛管底部的凝聚态泥沙颗粒冲击并与气-水混合流充分混合。
[0020]传统的单纯依靠水力冲洗的滴灌系统的清洁方法水流自身动能和水流的紊动情况随运动距离的增加衰减明显，而本发明中的气水混合流在对管道进行清洁时混合流的紊流强度随运动距离的增加并没有明显的衰减，从而显著提高了气水混合流对滴灌毛管内沉积泥沙的持续冲击强度，明显的提高了对滴灌系统内沉积泥沙的清洁效果。
【附图说明】
[0021]图1是本发明系统的整体结构示意图。
[0022]图2是气水紊流混合器的结构示意图。
[0023]图3是滴灌毛管尾端的连接关系示意图。
[0024]图4是冲洗状态下滴灌毛管内的气-水-沙的运动状态示意图。
[0025]图中各个标号的含义为:1-水栗，2-输水管道，3-滴灌带，4-输气管道，5-空气压缩机，6-气水紊流混合器，7-第一阀门，8-第二阀门，9_第三阀门，10-第四阀门，11-第五阀门，12-泥水收集池，13-稳压罐，14-控制终端，15-流动气体，16-泥水混合流，17-Y型过滤器，18-压力表，19-排气阀；
[0026](3-D-滴灌毛管，(3-2)-布水管，(3-3)-冲洗排泥管，(3-4)-冲洗排泥阀，(3-5)-连接弯管；
[0027](6-1)-筒体，(6-2)-入流端，(6-3)_出流端，(6-4)-紊流挡板。
[0028]以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
【具体实施方式】
[0029]以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
[0030]实施例1:
[0031]本实施例给出一种用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，如图1至图3所示，包括水栗I，水栗I通过输水管道2与滴灌带3的布水管3-2相连，所述的滴灌带3包括多条滴灌毛管3-1，所述的多条滴灌毛管3-1的头端通过布水管3-2相连，多条滴灌毛管3-1的尾端通过冲洗排泥管3-3相连；
[0032]水栗I和布水管3-2之间的输水管道2上通过带有第一阀门7的输气管道4与空气压缩机5相连通；
[0033]输气管道4和布水管3-2之间的输水管道2上并列连通有气水紊流混合器6，气水紊流混合器6两端安装有第二阀门8和第三阀门9;与气水紊流混合器6并列连通的输水管道2上安装有第四阀门1和第五阀门11。
[0034]气水紊流混合器6包括筒体6-1，筒体6-1—端与入流端6-2相连通，筒体6_1另一端与出流端6-3相连通，筒体6-1内设置有多个紊流挡板6-4。
[0035]紊流挡板6-4为半圆形挡板，多个紊流挡板6-4沿着筒体6-1的轴向一正一反依次错列式均匀设置。气水紊流混合器6通过内部的交错布置的紊流挡板6-4将气体和水流扰动，实现高压气体和高速水流的充分混合，紊流挡板6-4之间留有空隙，紊流挡板6-4均采用高强度钢制结构，提高对气体的剪切和扰动作用，从而使得气体和水流达到充分的紊流混合状态。气水紊流器正是基于混合流的紊流强度高、混合流紊流强度衰减小的优点在对于高含沙水滴灌系统运行后存在的系统内毛管沉积泥沙清洁方面明显优于传统的单纯依靠水流冲洗效果。
[0036]冲洗排泥管3-3的一端与泥水收集池12相连通，冲洗排泥管3-3的另一端上设置有排气阀19。避免滴灌毛管3-1末端的区域最后形成了近似传统漫灌方式的漫灌区域。
[0037]多条抗堵塞滴灌毛管3-1的尾端均通过冲洗排泥阀3-4和连接弯管3-5与冲洗排泥管3-3连通。
[0038]空气压缩机5与输气管道4之间还设置有稳压罐13。稳压罐13的作用是将冲洗用的气体以设定的压力送入滴灌管网，使系统内压力维持在满足冲洗压力维持在恒定的压力范围内，避免产生较大的压力波动，影响冲洗效果。
[0039]水栗I和空气压缩机5均与控制终端14相连，用于实现自动化控制。
[0040]本发明的装置的工作过程如下所述:
[0041 ]滴灌系统在正常工作时，首先由水I抽取所需的灌溉水，并通过输水管道2依次经过第四阀门10、Y型过滤器17、压力表18和第五阀门11后，通过布水管3-2进入滴灌带2中的滴灌毛管3-1中，通过滴灌毛管3-1上的滴头实现滴管布水，完成整个滴灌过程，此时空气压缩机5及其相连的空气反冲洗机构均不工作。
[0042]滴灌系统完成上述一个滴灌周期的灌水过程后进入气水冲洗阶段，首先通过控制终端14控制水栗I和空气压缩机5开启，开启系统中的第一阀门7、第二阀门8和第三阀门9，以及各条滴灌毛管3-1尾端的冲洗排泥阀3-4，同时关闭输水管道2上的第四阀门10和第五阀门11。
[0043]由于当滴灌毛管3-1内沉积泥沙的含水率和沉积泥沙含量不同时泥沙颗粒在冲洗过程中所需要的启动速度不同，因此要实现对不同条件下毛管沉积泥沙的有效冲洗应对冲洗过程中冲洗气体压力P、冲洗水头H分别设定。通过上述方法设定气-水结合冲洗滴灌系统的冲洗气体压力和冲洗水流水头等参数后，控制终端14根据上述参数，通过变频器调节水栗I的转速的方式控制水栗出水的压力水头，同时空气压缩机5和稳压罐13组成的供气系统可以为系统冲洗提供额定工作压力的气体。
[0044]上述经稳压罐13通过输气管道4输送的高压气体和经自水栗I输出经输水管道2输送的水流在第一阀门7后面交汇，第一阀门7具有防止水流倒流进入供气系统的作用。此后，上述空气和水流经过输水管道2的支管一侧的旁通管经过第二阀门后到达气水紊流混合器6，高压气体和冲洗水源在气水紊流混合器6中充分混合，水流和气体共同经过筒体6-1内的紊流挡板6-4，在紊流挡板6-4的作用下水流和高压气体发生不规则的扰动，增加了自身的紊动特性。同时，上述高压气体在发生紊动的过程中产生了更多的微小的气泡，微小气泡与被紊流挡板扰动的水流发生了更充分的结合，进一步的增强了气水混合流的紊动特性，可以更好的对沉积在滴管毛管3-1底部的泥沙颗粒的冲击和清洗。
[0045]上述经气水紊流混合器充分混合的气水两相流经第三阀门9后经过布水管3-2进入滴灌毛管3-1中，气水两相流在进入滴灌毛管3-1后在管内呈紊流状态运动，如图4所示，在滴灌毛管3-1中运动的两相流对沉积在滴灌毛管底部的泥沙颗粒的不规则冲刷作用，将沉积泥沙卷积、扬起并随气水两相流在滴灌毛管内输移最终形成气-水-沙三相混合流，上述三相流经滴灌毛管3-1尾端的冲洗排泥阀3-4后，汇聚进入冲洗排泥管3-3内。滴灌系统末端的冲洗排泥管3-3汇集经滴灌毛管3-1排出的气-水-沙三相混合流，冲洗排泥管3-3内泥沙和水流在排泥管底部以非满流的状态顺冲洗排泥管3-3的坡度流向滴灌系统末端的泥水收集池12内。与此同时，进入冲洗排泥管3-3的气体在在管内顶部与水流流向呈相反的方向运动，通过位于冲洗排泥管3-3首端的排气阀3-6排入大气中。而进入系统末端泥水收集池12内的含沙水则可以完成泥沙的浓缩和冲洗水的澄清，以备收集利用，而泥水收集池12内的浓缩泥沙则可以定期清理。
[0046]实施例2:
[0047]本实施例给出一种用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗方法，该方法采用如实施例1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，其中:在气水结合冲洗过程中输气管道(4)中的压力大于输水管道(2)中的压力。
[0048]上述冲洗的实施过程中需控制系统的冲洗时间T、冲洗过程中气体压力P、冲洗水头H三个具体参数，在设定的冲洗压力条件下运行规定的冲洗时间后则针对高浊水直接滴灌条件下的气水结合冲洗滴灌系统的一个完整的冲洗过程完成。
【主权项】
1.一种用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，包括水栗(I)，水栗(I)通过输水管道(2)与滴灌带(3)的布水管(3-2)相连，所述的滴灌带(3)包括多条滴灌毛管(3-1)，所述的多条滴灌毛管(3-1)的头端通过布水管(3-2)相连，其特征在于:多条滴灌毛管(3-1)的尾端通过冲洗排泥管(3-3)相连； 水栗(I)和布水管(3-2)之间的输水管道(2)上通过带有第一阀门(7)的输气管道(4)与空气压缩机(5)相连通； 输气管道(4)和布水管(3-2)之间的输水管道(2)上并列连通有气水紊流混合器(6)，气水紊流混合器(6)两端安装有第二阀门(8)和第三阀门(9);与气水紊流混合器(6)并列连通的输水管道(2)上安装有第四阀门(10)和第五阀门(11)。2.如权利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，其特征在于:所述的气水紊流混合器(6)包括筒体(6-1)，筒体(6-1)—端与入流端(6-2)相连通，筒体(6-1)另一端与出流端(6-3)相连通，筒体(6-1)内设置有多个紊流挡板(6-4)。3.如权利要求2所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，其特征在于:所述的紊流挡板(6-4)为半圆形挡板，多个紊流挡板(6-4)沿着筒体(6-1)的轴向依次错列式均匀设置。4.如权利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，其特征在于:冲洗排泥管(3-3)的一端与泥水收集池(12)相连通，冲洗排泥管(3-3)的另一端上设置有排气阀(19)。5.如权利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，其特征在于:所述的多条抗堵塞滴灌毛管(3-1)的尾端均通过冲洗排泥阀(3-4)和连接弯管(3-5)与冲洗排泥管(3-3)连通。6.如权利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，其特征在于:所述的空气压缩机(5)与输气管道(4)之间还设置有稳压罐(13)。7.如权利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，其特征在于:所述的水栗(I)和空气压缩机(5)均与控制终端(14)相连。8.—种用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗方法，其特征在于:该方法采用如权利要求1至7任一权利要求所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管气水结合冲洗系统，在气水结合冲洗过程中输气管道(4)中的压力大于输水管道(2)中的压力。
【文档编号】B08B9/032GK106076986SQ201610405525
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】于健, 卢金锁, 史吉刚
【申请人】内蒙古自治区水利科学研究院