专利名称：弯头旁通式注肥装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及到一种用于微灌等管网输水灌溉系统的注肥装置及其控制方法，尤其是一种利用弯头内外侧具有压差的水力学特性，将液体肥料均匀混入到灌溉水中，进行施肥灌溉的弯头旁通式注肥装置及其控制方法。
背景技术：
将化肥农药混入灌溉水中进行施肥灌溉是微灌这种现代灌溉技术的主要优点之一，其中注肥装置是实现施肥灌溉的关键设备。
目前，公知的注肥装置主要有动力注肥泵、水动活塞式注肥泵、文丘里注肥装置和压差式注肥装置等，下面对各公知注肥装置进行具体分析1、动力注肥泵是采用外加的动力驱动水泵，将液体肥料注射到输水干管中。公知的动力注肥泵虽然注肥流量均匀，可以通过定时控制器或计算机自控系统对其注肥时间进行准确控制，不造成明显的局部水头损失等。但是其需要外加动力，要求采用抗腐蚀很强的水泵(因为肥液有很强的腐蚀性)，干管流量变化时水中的肥料浓度发生变化(肥液注射流量不与干管流量变化互动)。
2、水动活塞式注肥泵是通过管网中的有压水流推动塑料或橡胶活塞运动，把肥液从肥料罐中吸入泵内，与水混合后注射到干管中。公知的水动活塞式注肥泵不需要外加动力，灌溉水中肥料的浓度均匀(肥料注射浓度与管网中的水流流量变化互动)，耐腐蚀性强，肥料注射流量容易调节等。但存在需要较高的工作压力，水头损失大，价格高的缺陷。
3、文丘里注肥装置是利用管路局部突然收缩，将压力水头转换成速度水头，在断面最小处产生负压，把肥液从肥料罐中吸入，与水混合后注射到灌溉水中。公知的文丘里注肥装置虽具有水动活塞式注肥泵的优点，价格比水动活塞式注肥泵低，而且由于没有机械运动部分，不容易出故障。但是文丘里注肥装置仍然存在水头损失大，而且当流量较小时(如日光温室滴灌系统)，难以产生负压，不能正常工作的缺陷。
4、压差式肥料罐通过调节肥料罐进水口和出水口之间的压差，使干管中的部分水流流经肥料罐，将可溶性肥料溶解后输送到干管中。该类型注肥系统的结构简单，不容易出故障，价格便宜。但因注肥浓度随时间减少而注肥不均匀，造成较大的水头损失。另外，对于一般用户，难以掌握压差调节阀门的开启程度，易造成灌水器堵塞。
上述公知的注肥装置具有各自的特点，但是由于其存在的不足，无法满足人们希望注肥装置价格低，同时注肥均匀、水头损失小、便于控制的要求。
有鉴于此，本发明人藉其多年从事相关领域的经验，研制出一种能确实符合使用需要的弯头旁通式注肥装置及其控制方法，以改善公知结构中未尽理想之处。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种注肥装置，尤其是一种利用弯头内外侧具有压差的水力学特性，克服了现有注肥装置不足的弯头旁通式注肥装置及其控制方法。
本发明的技术解决方案是一种弯头旁通式注肥装置，具有一清水输入管路，一肥水输送管路，该清水输入管路与肥水输送管路间具有一连接弯头；一肥料罐，为可控制肥料输出量的肥料罐，其包括一肥料容置腔和一肥料控制腔；一肥液输送管的第一端连接肥料罐的肥料容置腔，第二端与弯头内侧旁通相连接；一输水管的第一端连接弯头的外侧旁通，第二端与肥料罐的肥料控制腔相连接。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述肥液输送管的第一端与肥料罐的肥料容置腔之间连接有肥料容置腔内容置肥液指示装置。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述肥液指示装置包括一转子流量计，以及设置在该转子流量计的入口前部的注肥流量控制器。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述肥料罐内设有一柔性液体肥料室，该柔性液体肥料室构成肥料容置腔，所述柔性液体肥料室与肥料罐间构成肥料控制腔。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述肥料罐内设有一可伸缩水室，该可伸缩水室构成肥料控制腔，所述可伸缩水室与肥料罐间构成肥料容置腔，其中，上述一输水管的第二端与该伸缩水室的一端相连接，伸缩水室的另一端连接肥料推动板。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述可伸缩水室由柔性材料构成室壁，其外壁面上平行地环设有固定圈，所述固定圈及推动板的两对应边均与上述肥料罐间为可滑动地连接。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述肥料罐两对应的内壁面上分别设有导轨/槽，上述固定圈及推动板的对应边上设有可沿该导轨/槽滑动的滚轮；所述肥料罐的顶部设有一进排气阀，其底部设有一排水口。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述的肥料罐的控制腔上设有一检查口，控制腔底部设有一排水口。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述转子流量计与肥液输送管第一端连接处高于肥料罐内可能达到的最高液面，且该转子流量计的顶部设有一真空排气阀。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述输水管上设有一肥料罐控制腔进水控制阀，一排水管与该输水管相连接，并位于该进水控制阀与肥料罐之间。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述排水管上设有排水控制阀门，且该排水管的排水口为水平设置。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述肥料罐的肥料容置腔和转子流量计间与肥料贮存罐相连接。
如上所述的弯头旁通式注肥装置，所述的肥料贮存罐的底部高于肥料罐，一肥液添加管的第一端藉由一三通与肥料罐的肥料容置腔和注肥流量控制器的入口端相连接，其第二端与肥料贮存罐的下部相连接。
本发明进一步提供一种如上所述弯头旁通式注肥装置的控制方法，包括A、开启排水管上的排水控制阀，然后开启设置在肥液添加管上的控制阀，向肥料罐容置腔内添加肥液；B、当排水管停止排水时，关闭肥液添加管上的控制阀，开启设置在肥料罐控制腔与输水管第二端之间的肥料罐控制腔进水阀及转子流量计的入口前部设置的注肥流量控制器，并向清水输入管路供水；C、清水经由清水输入管路与肥液输送管路之间的弯头外侧旁通进入输水管、肥料罐控制腔，在清水压力作用下，肥料容置腔内的液体肥料经由转子流量计进入肥液输送管，从上述弯头内侧的旁通进入弯头内与其中的清水混合形成肥水经肥水输送管输送到灌溉系统。
所述液体肥料的输出量可根据转子流量计上转子的高度和刻度线，并通过调节注肥流量控制器进行控制；当所述转子流量计的转子下降至零位时，即肥料容置腔内的液体肥料已用尽，则重复上述步骤A-C。当需要停止注肥时，则关闭设置在肥料罐外桶体与输水管第二端之间的肥料罐进水阀，注肥自动停止。
大量的水力学和流体力学研究证明，弯头内外侧存在压差，该压差与弯头流量的平方近似为直线关系，如果在弯头的外侧和内侧分别做一旁通，用塑料软管连接起来，水便从弯头外侧的旁通经软管流到内侧的旁通，然后进入弯头中。而且弯头水力学的研究还证明，经过旁通和软管循环的流量与弯头流量基本表现为线形关系。本发明就是利用弯头的这种水力学原理，结合可控制肥料输出量的肥料罐而研制出的一种用于灌溉系统的注肥装置，该装置特别适用于微灌系统。
本发明相对于现有技术的优点和效果如下1、注肥流量随弯头中流量的变化互动，水头损失小，注肥均匀且注肥浓度、速度可调；2、液体肥料贮存罐与注肥装置肥料室连接，当肥料室内液体肥料用完后，利用重力向肥料室添加液体肥料；3、具有注肥装置肥料室液体肥料用完和肥料室添加已满的指示装置，直观、方便；4、稳定性好，操作简单，成本低。
图1是本发明弯头旁通式注肥装置第一实施例的结构示意图；图2是本发明弯头旁通式注肥装置第二实施例的结构示意图。
具体实施例方式
结合附图对本发明的结构和工作原理详细说明如下。
实施例1参照图1，本发明提出的弯头旁通式注肥装置，具有一清水输入管路1，一肥水输送管路3，该清水输入管路1与肥水输送管路3间具有一连接弯头2，一可控制肥料输出量的肥料罐6，包括一肥料容置腔641和一肥料控制腔61，并可藉由支架64支撑固定；一肥液输送管5的第一端与肥料容置腔641相连接，第二端与弯头2内侧旁通22相连接；一输水管4的第一端连接弯头2的外侧旁通21，第二端与肥料罐的肥料控制腔61相连接；其中，所述肥液输送管5的第一端与肥料容置腔之间连接有肥液指示装置，可指示肥料容置腔641内液体肥料是否用完和从肥料容置腔流出的液体肥料流量。该指示装置包括转子流量计8，及一注肥流量控制器67，其设置在转子流量计8的入口端(其出口端与转子流量计的入口端连接)，可为一调节阀门，该调节阀门67用于调节从肥料容置腔流出的液体肥料流量，从而达到控制注肥浓度的目的，其流量的大小可以在转子流量计上观察；该转子流量计8的顶部设有一真空排气阀81。
上述肥料罐6内设有一柔性液体肥料室60，该柔性液体肥料室60与肥料罐6之间为密封设置，即肥料罐控制腔61内的水进入不到柔性液体肥料室。上述柔性液体肥料室60构成肥料容置腔641，柔性液体肥料室与肥料罐之间构成肥料控制腔61，该柔性液体肥料室60至少有一个肥料进出口642藉由管路与调节阀门67、转子流量计8相连接；一肥液添加管71的第一端藉由一三通66与肥料罐的柔性液体肥料室60和注肥流量控制器67的入口端相连接，其第二端与肥料贮存罐7的下部相连接，所述的肥料贮存罐7的底部高于肥料罐。上述液体肥料贮存罐7藉由支架74固定设置，该液体肥料贮存罐上设有一肥料添加口70，其下端设有排污口及排污阀门73。所述肥料添加口70上可加设盖子，该盖子不密封，以保证在打开肥料添加阀门72向柔性肥料室内添加肥料的过程中贮存罐7内不产生负压。
一检查口62设置在所述的肥料罐上，且与肥料控制腔相连通，该肥料控制腔的底部设有一排水口及排水阀门65，该检查口62上设置一具有真空排气阀的肥料罐检查口盖63。在本实施例中，该检查口62设置在肥料罐6的顶部，排水阀门65设置在肥料罐6的底部。
所述输水管4上设有一肥料罐控制腔进水控制阀41，一排水管43与该输水管41相连接，并位于该进水控制阀41与肥料罐控制腔61之间，所述排水管43的排水口为水平设置，以保证在排水过程中不发生虹吸现象。且该排水管43上设有排水控制阀门42。
所述转子流量计8上部与肥液输送管5第一端连接处高于肥料罐内可能达到的最高液面，通常可比肥料罐6的检查口63略高，其顶部设置的真空排气阀81可避免当注肥弯头2的输水管路1中水流停止后发生虹吸现象造成柔性肥料室内的肥料流失，同时可排出肥液输送管路5和转子流量计8中的空气。
上述输水管路4及肥液输送管路5均可为软管也可为硬管。
本发明提出的弯头旁通式注肥装置，在第一次运行时，需要首先关闭肥料罐6肥料控制腔61的进水阀门41、注肥流量调节阀门67、液体肥料贮存罐7的排污阀门73和肥液添加阀门72，然后将已配制好的液体肥料由肥料添加口70加入到液体肥料贮存罐7中，液体肥料贮存罐中的肥液准备工作完毕。
打开设置在肥料罐6上的检查口盖子63，将柔性肥料室60安装到肥料进出口642上(在安装过程中，注意排出柔性肥料室60内的空气)，然后从检查口62往肥料罐内注满清水，盖上肥料罐检查口62的盖子63，此时柔性肥料室60内没有液体肥料，体积最小。打开排水阀门42，然后慢慢打开肥料添加阀门72，液体肥料便从贮存罐7中流经肥料添加管71和肥料添加和注肥三通66，从肥料进出口642进入柔性肥料室内，柔性肥料室开始慢慢增大，肥料罐6与柔性肥料室间的肥料控制腔61中的清水被挤压，从排水管43中排出，等到排水管43中排水停止，说明柔性肥料室60已满，关闭肥料添加阀门72和排水阀门42，注肥装置便可以开始工作。如果更换柔性肥料室，除了需要首先打开肥料罐排水口65排完肥料罐控制腔61中的积水外，其它过程完全相同。
启动安装在清水输送管1上游的水泵或阀门，清水便沿箭头A方向开始在注肥弯头2内流动，此时在注肥弯头2的内外侧便形成一个压差，外侧旁通21上的压力比内侧旁通22上的压力高。打开肥料罐进口阀门41，再慢慢打开注肥浓度调节阀门67，清水不断经输水管4进入肥料控制腔61，该肥料罐控制腔61内的清水便施加压力到柔性肥料室60的外壁上，柔性肥料室60内的液体肥料便经由肥料进出口642、肥料添加和注肥三通66、注肥流量调节阀门67、转子流量计8和肥液输送管5，从弯头内侧的旁通22进入弯头2内，与弯头2内的清水混合形成肥水，经由肥水输送管3沿箭头B方向输送到下游的微灌系统中。根据注肥浓度的需要，调节注肥流量调节阀门67，观察转子流量计8上转子的高度和刻度线，就可将注肥流量调节到预定值。随着液体肥料的排出，柔性肥料室60的体积慢慢减小并在外壁上出现了褶皱。需要停止注肥，关闭进水阀门41，注肥便自动停止。如果注肥中途灌溉结束，下一次不需要注肥时则需要关闭进水阀门41和注肥流量调节阀门67，若下一次需要接着注肥时，则进水阀门41和注肥流量调节阀门67可以关闭，也可以不关闭。
一但肥料室60内的液体肥料用完，转子流量计8内的转子就落到流量为零的位置，此时柔性肥料室60的体积被肥料罐6的肥料控制腔61中的清水挤压到最小，根据该转子流量计的指示，则知道需要向肥料室60内添加液体肥料。添加液体肥料时，首先关闭进水阀门41和注肥流量调节阀门67，打开排水阀门42，然后慢慢打开肥料添加阀门72，液体肥料便由液体肥料贮存罐7中经由管路71、肥料添加阀门72和肥料添加和注肥三通66，从肥料进出口642进入柔性肥料室60中，此时柔性肥料室60表面的褶皱慢慢舒展，体积慢慢增大，肥料控制腔61内的水被挤压从排水管43中排出，当排水管43中没有水排出时，说明液体肥料室60内肥料添加已满，关闭排水阀门42和肥料添加阀门72。打开进水阀门41，再慢慢打开注肥流量调节阀门67直到转子流量计的转子上升到预定的位置(注肥流量)，下一次注肥过程开始。
利用弯头内外侧存在压差的原理配合一可控制肥料输出量的肥料罐6，发明的上述弯头旁通式注肥装置，克服了公知技术的缺陷，其注肥流量随弯头中流量的变化互动，水头损失小，注肥均匀且注肥浓度、流量可调；液体肥料贮存罐与注肥装置肥料容置腔641连接，当肥料室内液体肥料用完后，利用重力向肥料室添加液体肥料；具有注肥装置肥料容置腔内液体肥料用完和添加已满的指示装置，直观、方便；稳定性好，操作简单，成本低。
实施例2在本实施例中所述的肥料罐6’内设有一可伸缩水室601，该可伸缩水室601构成肥料控制腔61，所述可伸缩水室601由柔性材料构成室壁，其外壁面上平行地环设有固定圈604，该伸缩水室的前端连接一肥料推动板603，上述一输水管4的第二端与该伸缩水室601的另一端相连接。所述肥料罐6’两对应的内壁面上分别设有导轨/槽，上述固定圈604及推动板603的对应边上设有可沿该导轨/槽滑动的滚轮；所述肥料罐6’的顶部设有一进排气阀63’，其底部设有一排水口及排水阀门65。在本实施例中以肥料灌6’内壁上下方向各有一条轨道，且固定圈604和肥料推动板603上下各有一小轮卡在轨道上运动为最佳。所述可伸缩水室601的其余部位不与肥料罐内壁接触，所述可伸缩水室601与肥料罐之间构成肥料容置腔641。本实施例中的肥料罐6’的一端为可开启端，以便于安装维修，且为防止液体泄漏，该开启端为密封连接。通常该开启端设置在可伸缩水室601与输水管4的连接端，上述进排气阀63’设置在肥料容置腔641一端。其余结构、部件均与实施例1相同。
上述肥料罐6’当需要注肥灌溉时，在伸缩水室601的肥料控制腔61内清水的控制下肥料推动板603向右移动，将肥料容置腔641内的液体肥料经肥液输送管5、肥水输送管3输送到下游的灌溉系统中。当肥料推动板603移动至肥料罐的右端，肥料容置腔641内的液体肥料用完时，则通过肥料贮存罐7向肥料容置腔内添加肥料，在液体肥料的作用下，上述肥料推动板603向左侧移动，将肥料控制腔61内的清水由排水管43排出。该可伸缩水室运动灵活，可控制注肥流量均匀，结构简单。
本实施例的注肥装置的工作原理、控制方法、具体结构及有益效果均与实施例相同，在此不再赘述。
唯上所述者，仅为本发明的具体实施例而已，当不能以之限定本发明实施的范围，故其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利权利要求书的涵盖之范畴。
权利要求
1.一种弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述的注肥装置具有，一清水输入管路，一肥水输送管路，该清水输入管路与肥水输送管路间具有一连接弯头；一肥料罐，为可控制肥料输出量的肥料罐，其包括一肥料容置腔和一肥料控制腔；一肥液输送管的第一端连接肥料罐的肥料容置腔，第二端与弯头内侧旁通相连接；一输水管的第一端连接弯头的外侧旁通，第二端与肥料罐的肥料控制腔相连接。
2.如权利要求1所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述肥液输送管的第一端与肥料罐的肥料容置腔之间连接有肥料容置腔内容置肥液指示装置。
3.如权利要求2所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述肥液指示装置包括一转子流量计，以及设置在该转子流量计的入口前部的注肥流量控制器。
4.如权利要求1所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述肥料罐内设有一柔性液体肥料室，该柔性液体肥料室构成肥料容置腔，所述柔性液体肥料室与肥料罐间构成肥料控制腔。
5如权利要求1所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述肥料罐内设有一可伸缩水室，该可伸缩水室构成肥料控制腔，所述可伸缩水室与肥料罐间构成肥料容置腔，其中，上述一输水管的第二端与该伸缩水室的一端相连接，伸缩水室的另一端连接肥料推动板。
6.如权利要求5所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述可伸缩水室由柔性材料构成室壁，其外壁面上平行地环设有固定圈，所述固定圈及推动板的两对应边均与上述肥料罐间为可滑动地连接。
7.如权利要求5或6所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述肥料罐两对应的内壁面上分别设有导轨/槽，上述固定圈及推动板的对应边上设有可沿该导轨/槽滑动的滚轮；所述肥料罐的顶部设有一进排气阀，其底部设有一排水口。
8.如权利要求1至4任一项所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述的肥料罐的控制腔上设有一检查口，控制腔底部设有一排水口。
9.如权利要求2或3所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述转子流量计与肥液输送管第一端连接处高于肥料罐内可能达到的最高液面，且该转子流量计的顶部设有一真空排气阀。
10.如权利要求1至6任一项所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述输水管上设有一肥料罐控制腔进水控制阀，一排水管与该输水管相连接，并位于该进水控制阀与肥料罐之间。
11.如权利要求10所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述排水管上设有排水控制阀门，且该排水管的排水口为水平设置。
12.如权利要求1至6任一项所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述肥料罐的肥料容置腔和转子流量计间与肥料贮存罐相连接。
13.如权利要求12所述的弯头旁通式注肥装置，其特征在于所述的肥料贮存罐的底部高于肥料罐，一肥液添加管的第一端藉由一三通与肥料罐的肥料容置腔和注肥流量控制器的入口端相连接，其第二端与肥料贮存罐的下部相连接。
14.一种如权利要求1所述弯头旁通式注肥装置的控制方法，包括A、开启排水管上的排水控制阀，然后开启设置在肥液添加管上的控制阀，向肥料罐容置腔内添加肥液；B、当排水管停止排水时，关闭肥液添加管上的控制阀，开启设置在肥料罐控制腔与输水管第二端之间的肥料罐控制腔进水阀及转子流量计的入口前部设置的注肥流量控制器，并向清水输入管路供水；C、清水经由清水输入管路与肥液输送管路之间的弯头外侧旁通进入输水管、肥料罐控制腔，在清水压力作用下，肥料容置腔内的液体肥料经由转子流量计进入肥液输送管，从上述弯头内侧的旁通进入弯头内与其中的清水混合形成肥水经肥水输送管输送到灌溉系统。
15.如权利要求14所述的弯头旁通式注肥装置的控制方法，其特征在于所述液体肥料的输出量可根据转子流量计上转子的高度和刻度线，并通过调节注肥流量控制器进行控制。
16.如权利要求14或15所述的弯头旁通式注肥装置的控制方法，其特征在于当所述转子流量计的转子下降至零位时，即肥料容置腔内的液体肥料已用尽，则重复上述步骤A-C。
17.如权利要求14所述的弯头旁通式注肥装置的控制方法，其特征在于当需要停止注肥时，则关闭设置在肥料罐外桶体与输水管第二端之间的肥料罐进水阀，注肥自动停止。
全文摘要
一种弯头旁通式注肥装置及其控制方法，其中所述的注肥装置具有一清水输入管路，一肥水输送管路，该清水输入管路与肥水输送管路间具有一连接弯头；一肥料罐，为可控制肥料输出量的肥料罐，其包括一肥料容置腔和一肥料控制腔；一肥液输送管的第一端连接肥料罐的肥料容置腔，第二端与弯头内侧旁通相连接；一输水管的第一端连接弯头的外侧旁通，第二端与肥料罐的肥料控制腔相连接。本发明克服了公知技术的缺点，其注肥流量随弯头中流量的变化互动，水头损失小，注肥均匀且注肥浓度、速度可调；液体肥料贮存罐与注肥装置肥料室连接，当肥料室内液体肥料用完后，利用重力向肥料室添加液体肥料；且其稳定性好，操作简单，成本低。
文档编号A01C23/00GK1524406SQ03104909
公开日2004年9月1日 申请日期2003年2月28日 优先权日2003年2月28日
发明者康跃虎, 刘士平, 尹凤琴 申请人:中国科学院地理科学与资源研究所, 北京奥特思达科技有限公司