专利名称：水力驱动活塞式施肥泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种农田灌溉设备，具体涉及一种在给作物灌溉的同时给作物施肥的水力驱动活塞式施肥泵。
背景技术：
随着微灌技术在灌溉中的广泛应用，施肥技术发生了重大革命，可溶性肥料以溶液的形式，通过专门的器具被送入输水管网(并在管网内被灌溉水稀释)，在给作物灌溉的同时给作物施肥。因此，施肥器具已经成为微灌系统不可缺少的组成部件。
现有的在微灌系统中所使用的施肥器具包括一施肥罐，该施肥罐与灌溉管道通过支管并联连接，施肥罐中装有溶液状态的肥料。从上游来的灌溉用水在灌溉管道中流动时，其中有一小部分通过支管流入施肥罐，流入的灌溉用水再与溶液肥料一起从另一支管中流出，进入微灌管网系统流入农田。现有施肥器具的缺点在于①能耗大，为使施肥罐中的水和肥能进入管网，需将灌溉管道的阀门关小，以形成阀门前后水的压力差，这就造成了水头损失，增加了能耗；②有肥料损失，因为随着水不断进入施肥罐以及肥料不断流入灌溉管道，使罐内肥料浓度逐渐降低(但不会降至零)；③由于施肥罐内有压力，需用罐盖和紧固装置将其盖严，这就给加肥操作带来麻烦，使用不便；④体积大，笨重。
发明内容
为了克服现有的施肥器具能耗大，有肥料损失，使用不便的不足，本发明提供一种水力驱动活塞式施肥泵，该施肥泵结构简单，使用方便，运行可靠，管网系统不会产生水头损失。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下
一种水力驱动活塞式施肥泵，它包括外壳、后盖、驱动活塞、换向活塞套、换向活塞、活动密封圈及换向活塞定位销，所述的驱动活塞安装在外壳内，该驱动活塞的一端向另一端呈径向阶梯式递减，形成大端、中端及小端，在驱动活塞大端的腔体内固定连接一换向活塞套，该驱动活塞与换向活塞套之间不产生相对运动；在该换向活塞套的腔体内装有一换向活塞，在驱动活塞的大端处所对应的换向活塞的活塞杆上装有一活动密封圈H，在换向活塞的另一端装有一换向活塞定位销；在驱动活塞大端处所对应的外壳一端装有后盖；在驱动活塞的大端和换向活塞套的同一位置及相对应的外壳表面均开有一径向通孔，该通孔为工作水进口，来自灌溉管路中的工作水由该孔进入外壳及驱动活塞与外壳和后盖之间的腔体内；在驱动活塞、换向活塞套及换向活塞上设有使驱动活塞及换向活塞往复移动的机构；在驱动活塞小端处所对应的外壳上，分别设有自肥料罐中吸肥的吸肥管道及注肥进入灌溉管路系统的注肥管道；在换向活塞外端的表面上开有弃水排出口P。
所述的使驱动活塞及换向活塞往复移动的机构为在外壳与驱动活塞的大端至小端之间设有A、B、C三个腔室，在换向活塞套上设置两组相对应的流道，一组为将工作水引入A腔的进水流道，另一组为从A腔将弃水排出的出水流道；在进水流道和出水流道位于驱动活塞大端靠近中端的一端分别开有进水孔I和出水孔O，进水孔I和出水孔O错位设置，不在同一径向平面上；在所述的换向活塞上设有两圈凸出于活塞杆的封水台，当换向活塞的封水台在换向活塞套内处于进水孔I位置处，使进水孔I关闭时，出水孔O打开，反之亦然。
在所述的注肥管道中装有单向阀Z，在所述的吸肥管道中装有单向阀X。
本发明以从管网系统进入的工作水为动力，通过所设有的使驱动活塞和换向活塞往复移动的机构推动活塞运动，当换向活塞运动至使封水台封住换向活塞套上的进水孔I时，使进水孔I关闭，出水孔O打开，工作水不能进入A腔，大端的A腔压力减小到接近于零，驱动活塞向大端移动，此时注肥单向阀Z关闭，C腔产生负压，吸肥单向阀X开启，将肥料吸入C腔，同时换向活塞与活动密封圈H发生挤压，推动换向活塞向相反方向移动，其封水台封住换向活塞套上的出水孔O，而将进水孔I打开，工作水流向A腔，A腔的压力增加，使驱动活塞向中端移动，注肥单向阀Z被打开，吸肥单向阀X关闭，将肥料注入灌溉管道，随同管网系统中的灌溉水一起施入农田里。
本发明的有益效果是1、无水头损失，不增加能耗本发明是以工作水为动力，利用A腔和C腔的压力变化，推动驱动活塞和换向活塞作往复运动，使吸肥和注肥管路交替打开，实现吸肥和注肥，因而不必靠管网系统中产生压力差来注肥，使灌溉管道中水的压力始终保持一致，无水头损失，从而不会增加能耗。
2、无肥料损失本发明中肥料单独注入管网系统，不和进入泵体的工作水混合，因而无肥料损失。
3、结构简单，使用方便本发明结构简单，体积小而轻便。由于肥料罐中的肥料是靠C腔的压力变化而注入的，本身没有压力，因而肥料罐可以敞口，使加肥容易，使用方便。
图1是本发明水力驱动活塞式施肥泵的纵向剖视示意2是图1中外壳的纵向剖视3是图1中驱动活塞的纵向剖视4是图1中换向活塞套的纵向剖视5是图1中换向活塞的纵向剖视6是本发明施肥泵的工作原理示意中，1.外壳 2.驱动活塞 3.后盖 4.活动密封圈H 5.换向活塞套 6.换向活塞 7.换向活塞定位销 8.工作水进口 9.进水孔I 10.出水孔O 11.弃水排出口P 12.进排气口 13.吸肥口 14.注肥口 15.大端 16.中端17.小端 18.大端密封圈槽 19.中端密封圈槽 20.小端密封圈槽 21.进水流道 22.出水流道 23.弃水入口 24.封水台 25.弃水流道 26.吸肥单向阀X 27.注肥单向阀Z 28.吸肥管道 29.注肥管道 30.A腔 31.B腔 32.C腔具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1所示为本发明水力驱动活塞式施肥泵的一个实施例，该施肥泵的外壳1内装有驱动活塞2，图1中驱动活塞2的直径自左端向右端呈阶梯式递减，形成大端15、中端16及小端17。在外壳1与驱动活塞2的大端15至小端17之间设有A腔30、B腔31及C腔32三个腔室。在驱动活塞2大端15的腔体内通过紧配合固定连接一换向活塞套5，该驱动活塞2与换向活塞套5之间不产生相对运动。在换向活塞套5的腔体内装有一换向活塞6。在驱动活塞的大端15处所对应的换向活塞6的活塞杆上装有一活动密封圈H4，在换向活塞6的另一端装有一换向活塞定位销7，以防止换向活塞在移动时脱出。在驱动活塞大端15处所对应的外壳1一端装有后盖3。在驱动活塞的大端15和换向活塞套5的同一位置及相对应的外壳1表面均开有一径向通孔，该通孔为工作水进口8，来自灌溉管路中的工作水由该孔进入外壳1及驱动活塞2与外壳1和后盖3之间的A腔30内。在驱动活塞3、换向活塞套5及换向活塞6上设有使驱动活塞2及换向活塞6往复移动的机构。该机构如图1、图3、图4、图5所示，为在换向活塞套5上设置两组相对应的流道，一组为将工作水引入A腔30的进水流道21，另一组为从A腔30将弃水排出的出水流道22；在进水流道21和出水流道22位于驱动活塞2大端靠近中端的一端分别开有进水孔I9和出水孔O10，进水孔I9和出水孔O10错位设置，不在同一径向平面上；在所述的换向活塞6上设有两圈凸出于活塞杆的封水台24，当换向活塞6的封水台24在换向活塞套5内处于进水孔I9位置处，使进水孔I9关闭时，出水孔O10打开，反之亦然。
在驱动活塞2小端处所对应的外壳1上，分别设有自肥料罐中吸肥的吸肥管道28及注肥进入灌溉管路系统的注肥管道29。在注肥管道29中装有注肥单向阀Z27，在吸肥管道中装有吸肥单向阀X26。
在换向活塞6的内腔设有弃水流道25，该弃水流道25的内端开有弃水入口23，位于另一端的外端表面开有弃水排出口P11。
换向活塞6和换向活塞套5是本发明施肥泵的核心部件，驱动活塞2的运动(包括运动方向和行程等)完全由换向活塞6控制。本发明关于换向活塞6及换向活塞套5的设计有如下特点1.换向活塞套5安装在驱动活塞2大端内侧，相互紧密结合，不产生相对运动。换向活塞套5上设置两组流道，分别把工作水流引入由外壳1和驱动活塞2围成的A腔30，或从A腔30将弃水(工作结束的水)排出，即进出A腔30的水流在各自的流道内是单向流动的，进水孔I9和出水孔O10也分别错位设置；2.换向活塞6与换向活塞套5配合，保证进水孔I9和出水孔O10在施肥泵驱动活塞2不运行时或在驱动活塞2的某一行程内，其中一个处于常闭状态时，另一个处于常开的状态；当驱动活塞2在该行程即将结束时，换向活塞6与换向活塞套5产生相对运动，使进水孔I9和出水孔O10中原来关闭的开启，原来开启的关闭，驱动活塞2也随之进入另一行程。设计时，图4中的进水孔I9外侧至出水孔O10外侧的距离L1大于图5中封水台24的宽度L2，从而保证工作水或流入A腔30，或将弃水从A腔30排出，确保施肥泵不会无法启动或中途停止运行。
3.进水孔I9和出水孔O10的关闭或开启是被动的，其动作完全由驱动活塞2的运动及活动密封圈H4共同作用发生，而进水孔I9和出水孔O10的关闭或开启则反过来控制驱动活塞2的运动方向和行程。
驱动活塞2是吸肥、注肥的工作部件。如图3所示，本发明中装在驱动活塞大端的大端密封圈槽18中和装在中端的中端密封圈槽19中的密封圈呈“[”字形，而且该两个密封圈相对而置，装在小端的小端密封圈槽20中的密封圈则设计成“工”字形，保证其在吸肥行程和注肥行程均能保持良好的密封，防止在吸肥行程时空气由B腔31进入C腔32，提高施肥泵的效率。
外壳1与驱动活塞2配合，围成三个腔室，其中C腔32和A腔30为工作腔。本发明中，外壳1设计有如下特点1.如图1、图2所示，在B腔31和C腔32的交界处靠B腔31一侧设立进排气孔12，保持B腔31内空气压力与外界大气压力一致。B腔31是没有液体交换的腔室，在吸肥行程和注肥行程，B腔31的容积变化较大，而又没有像C腔32、A腔30那样的进出水口，如果不设进排气孔，在吸肥行程和注肥行程均会产生一个与驱动活塞2运行方向相反的力，导致施肥泵效率下降。
2.如图2所示，在外壳的C腔32末端连接一与C腔32贯通的短管，当该短管的内径小于C腔内径时，短管与C腔为偏心设置，即短管中心线与C腔的中心线不同心，短管的上侧与C腔上侧处于同一水平线上；当短管的内径与C腔内径相同时，该短管即为C腔的延伸。这样做的目的是为了排尽C腔32内的空气，提高施肥泵的效率。
3.如图2所示，在所述的短管上设有吸肥口13与注肥口14，其中吸肥口13垂直向下，注肥口14垂直向上；吸肥口13与吸肥管道28相连，注肥口14与注肥管道29相连，以有利于单向阀的启闭和排除C腔内的空气。
本发明设计了活动密封圈H4。施肥泵对各部件之间的同心度要求极高，活动密封圈H4的设置，降低了对各部件间相互的同心度要求，而又保证应该密封的部位有良好的密封，可提高成品率，降低制造成本。
本发明施肥泵的工作原理和工作过程如图6所示。在施肥泵运行时，A腔30始终充满工作水，C腔32始终充满溶液肥料(工作水和溶液肥料的压力在周期性变化)，B腔31则与周围大气接通，始终通过进排气口12保持与周围大气同样的压力。
本发明施肥泵的运行分两个行程，完成吸肥和注肥过程。
1.吸肥行程当管网系统中有压水(或称工作水或驱动水)输入施肥泵时，若换向活塞6在换向活塞套5内正好处于进水孔I9关闭，出水孔O10打开的位置，则工作水流不能进入A腔30，水压力作用于驱动活塞2大端的右侧和中端的左侧，向左的水压力大于向右的水压力，故驱动活塞2向左运动，同时A腔30内的水在挤压力的作用下，经换向活塞套5上的出水流道22、出水孔O10，再经换向活塞6排出；在驱动活塞2左移的过程中，注肥单向阀Z27关闭，C腔32产生负压，吸肥单向阀X26开启，肥料被吸入C腔32。吸肥行程终了前，换向活塞6与活动密封圈H4发生挤压，与换向活塞套5产生相对运动，进水孔I9被打开，出水孔O10被关闭。
2.注肥行程进水孔I9被打开后，工作水流经换向活塞6、进水孔I9及换向活塞套5上的进水流道21流向A腔30，此时水压力作用于驱动活塞2大端的两侧，由于其左侧受水压作用面积大于右侧受水压作用面积与驱动活塞小端受水压作用面积之和，因此驱动活塞2右行。此时注肥单向阀Z27被打开，吸肥单向阀X26被关闭，C腔32内的肥料被注入输水管路。在注肥行程即将结束时，换向活塞6左端的弃水排出口P11逐渐进入活动密封圈H4，换向活塞6内的水不能顺畅排出，产生一个向左的推力(而此时驱动活塞2仍在右行)，换向活塞6与换向活塞套5产生相对运动，使进水孔I9关闭，出水孔O10打开，施肥泵又进入吸肥行程。如此循环，本发明施肥泵以步进的形式将肥料源源不断地从肥料罐注入管网系统。
权利要求
1.一种水力驱动活塞式施肥泵，其特征在于它包括外壳、后盖、驱动活塞、换向活塞套、换向活塞、活动密封圈及换向活塞定位销，所述的驱动活塞安装在外壳内，该驱动活塞的一端向另一端呈径向阶梯式递减，形成大端、中端及小端，在驱动活塞大端的腔体内固定连接一换向活塞套，该驱动活塞与换向活塞套之间不产生相对运动；在该换向活塞套的腔体内装有一换向活塞，在驱动活塞的大端处所对应的换向活塞的活塞杆上装有一活动密封圈H，在换向活塞的另一端装有一换向活塞定位销；在驱动活塞大端处所对应的外壳一端装有后盖；在驱动活塞的大端和换向活塞套的同一位置及相对应的外壳表面均开有一径向通孔，该通孔为工作水进口，来自灌溉管路中的工作水由该孔进入外壳及驱动活塞与外壳和后盖之间的腔体内；在驱动活塞、换向活塞套及换向活塞上设有使驱动活塞及换向活塞往复移动的机构；在驱动活塞小端处所对应的外壳上，分别设有自肥料罐中吸肥的吸肥管道及注肥进入灌溉管路系统的注肥管道；在换向活塞外端的表面上开有弃水排出口P。
2.根据权利要求1所述的水力驱动活塞式施肥泵，其特征在于所述的使驱动活塞及换向活塞往复移动的机构为在外壳与驱动活塞的大端至小端之间设有A、B、C三个腔室，在换向活塞套上设置两组相对应的流道，一组为将工作水引入A腔的进水流道，另一组为从A腔将弃水排出的出水流道；在进水流道和出水流道位于驱动活塞大端靠近中端的一端分别开有进水孔I和出水孔O，进水孔I和出水孔O错位设置，不在同一径向平面上；在所述的换向活塞上设有两圈凸出于活塞杆的封水台，当换向活塞的封水台在换向活塞套内处于进水孔I位置处，使进水孔I关闭时，出水孔O打开，反之亦然。
3.根据权利要求2所述的水力驱动活塞式施肥泵，其特征在于所述的进水孔I外侧至出水孔O外侧的距离L1大于封水台的宽度L2。
4.根据权利要求1所述的水力驱动活塞式施肥泵，其特征在于所述的驱动活塞大端和中端所装有的密封圈呈“[”字形，而且这两个密封圈相对而置；在小端所装有的密封圈呈“工”字形。
5.根据权利要求2所述的水力驱动活塞式施肥泵，其特征在于在所述的B腔和C腔的交界处靠B腔一侧的外壳上开有进排气孔。
6.根据权利要求2所述的水力驱动活塞式施肥泵，其特征在于在外壳的C腔末端连接一与C腔贯通的短管，当该短管的内径小于C腔内径时，短管与C腔为偏心设置，即短管中心线与C腔的中心线不同心，短管的上侧与C腔上侧处于同一水平线上；当短管的内径与C腔内径相同时，该短管即为C腔的延伸。
7.根据权利要求6所述的水力驱动活塞式施肥泵，其特征在于在所述的短管上设有吸肥口与注肥口，其中一个垂直向下，另一个垂直向上；吸肥口与吸肥管道相连，注肥口与注肥管道相连。
8.根据权利要求1所述的水力驱动活塞式施肥泵，其特征在于在所述的注肥管道中装有单向阀Z，在所述的吸肥管道中装有单向阀X。
全文摘要
一种水力驱动活塞式施肥泵，在其外壳内装有驱动活塞，驱动活塞内腔固定一换向活塞套，在换向活塞套内装有换向活塞。换向活塞杆上装有活动密封圈。本发明设有使驱动活塞和换向活塞往复移动的机构，以工作水为动力，通过外壳与驱动活塞之间形成的各腔体之间的压力变化，推动驱动活塞和换向活塞作往复运动，使吸肥管路和注肥管路交替打开，实现吸肥和注肥。本发明结构简单，使用方便，无水头损失，不增加能耗，并且无肥料损失。
文档编号A01C23/04GK1545832SQ20031011689
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月3日 优先权日2003年12月3日
发明者徐茂云, 龚时宏, 杨继富, 高本虎, 谢时友 申请人:中国水利水电科学研究院, 宁海县润茵节水喷灌设备有限公司