专利名称：一种平板叠合结构的抗堵塞毛细滴灌器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种滴灌器，具体是一种平板叠合结构的抗堵塞毛细滴灌器，可以实现把水从容器内向外以缓慢速度向容器外运行，向目标植物进行节水灌溉的功能。
背景技术：
人类社会为了生产生活的需要，发明了各种水利灌溉工程，但由于水资源日益紧缺，迫使人们采用更节约的灌溉方式，以色列人斯迈哈.博拉斯父子更是发明了滴灌技术，为人类社会的节水灌溉作出了重大贡献。
滴灌是利用一套专门的设备，把有压力水(可由水泵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，水自滴头以点滴方式，一滴一滴直接缓慢地滴入作物根际耕作层土壤，水滴滴入土后，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土壤，所以，滴灌又称为局部灌水。
滴灌具有省水、灌溉均匀、节能、土壤和地形的适应性强、增产、省工、方便田间作业等优点。
但滴灌也有它的局限性，具体表现为: 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(砂和淤泥)、不溶解盐(主要是碳酸盐)、铁锈、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。
盐分积累在干旱地区采用含盐量较高的水灌溉时，盐分会在滴头湿润区域周边产生积累，这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。
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。
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，众多原因令有压滴灌的大面积推广受到极大限制。
水资源的日益紧缺，生态环境的逐渐恶化，迫使人们必须构建与推广更节约，更高效的水利工程与方法，解决缺水困局。
为此，如果能设计一套无需能源驱动，更符合植物生长规律，寿命超长的滴灌系统，无疑能为生态建设作出更大贡献。
参考文献《经济型喷微灌》奕永庆功会著丛书名:出版社:中国水利水电出版社 ISBN:9787508469683 出版时间:2009-11-01发明内容
首先，分析滴灌设备运行时的物理现象，我们可以将其归纳成水从水源流经过滤部件，加压部件，管道，最后由管道内微孔向管道外缓慢滴落，落到植物根系附近土壤的一个过程，产生堵塞的一个主要原因，就是因为人们为了追求缓慢的滴速，在管道上制作的微孔直径太小，水里面的沙土，无机盐，微生物等杂质在压力的作用下，卡在微孔中造成堵塞。
如何使水以人们所需要的缓慢速度从一个载体运行到目的地又不至于发生中断，可以说是滴灌技术的核心内容。
为克服滴灌滴头发生容易堵塞这一缺陷，本发明设计一种毛细滴灌器，其特征在于，至少一块“η “形光洁硬质平板材料，可在在平板表面制作细微的磨痕或凹糟，也可不作，另一块“η”形光洁硬质平板材料，可在在平板表面制作细微的磨痕或凹糟，也可不作，把平板叠合在一起并夹紧固定，平板材料之间形成狭窄缝隙，构成微输水装置，并使微输水装置跨骑在容器边沿，微输水装置的一端浸入容器内的水中，另一端对应放置于容器外的集水>j-U ρ α装直。
容器里的水在两块“η”形光洁硬质平板材料叠合处形成的狭窄缝隙内受毛细力的作用向上运行，并沿狭窄缝隙扩散至容器外一端，在重力的作用下，向下运行，此时在容器外一端的水受到重力与狭窄缝隙对它的表面张力作用，只要使狭窄缝隙里的水受到的重力大于表面张力，水就能突破狭窄缝隙的表面张力，滴落至容器外，可以实现水从容器内往容器外运行的目的。
在这种毛细滴灌器中，由于水从容器内往容器外运行的通道是狭窄缝隙而不是微孔，使水运动的动力是狭窄缝隙对水的毛细作用力而不是压力，而毛细作用力只对水起作用，对沙土等固体则不起作用，这样就有效地解决了水缓慢从容器内向容器外运行的发生中断现象。
在光洁平板材料表面制作细微磨痕或凹糟的作用是为了消除水在狭窄缝隙内毛细上升，扩散过程中形成的隔断气泡，并减小水 在下降过程受到的表面张力，可以使得微输水装置更为小型化，经济化。
但是，这样做出来的毛细滴灌器的运行水平会受硬质平板材料制造工艺，材料性质的影响，具体表现为制造出来的每套毛细滴灌器滴水速度误差较大，不利于统筹使用，水中的化学物质会与微输水装置发生化学反应影响毛细滴灌器效率与寿命。
为解决这一系列问题，提出一种改进型毛细滴灌器，其特征在于，
图1是微输水装置结构示意图，至少一块“η”形浮法平板玻璃(2)，在“η”形浮法平板玻璃(2)上制作细微的磨痕或凹糟，分别是毛细痕(3)，运行痕(4)，重力痕(5)，并与另一块“η”形浮法平板玻璃(I)叠合在一起并夹紧固定，并使毛细痕，运行痕，重力痕，置于平板材料之间形成的狭窄缝隙中，构成微输水装置(7)，图2是毛细滴灌器结构示意图，把微输水装置(7)跨骑在容器(6 )的边沿，使毛细痕一端浸入容器内的水中，重力痕一端对应放置于容器外的集水装置(10)。
为了能使毛细滴灌器扩展成为系统，我们还在容器底部或接近底部位置设置补水口(8)用以补水，容器与集水装置结合部上沿略低处设置最高水位线(11)用以参考工作水位。
它的工作过程如下:水从补水口(8)进入容器(6)，当水位上升浸入微输水装置的狭窄缝隙时，水在狭窄缝隙内受毛细力的作用向上运行，并沿狭窄缝隙扩散至重力痕一端，在重力的作用下，突破狭窄缝隙的表面张力，滴落入集水装置(10)，经由导管(9)对植物(12)进行滴灌，最高水位线(11)的是参考工作水位，它的位置比容器与漏斗糟结合部略低，只要保证水位低于最高工作水位线，就能避免水从漏斗糟溢出，造成浪费。
毛细痕，运行痕的作用是消除水在狭窄缝隙内毛细上升，扩散过程中形成的隔断气泡，重力痕的作用是减小水在下降过程受到的表面张力，可以使得微输水装置小型化，经济化。
改变毛细痕，运行痕，重力痕的数目，粗细，可以使微输水装置获得不同的水滴滴落速度，便于制作不同工作需要毛细滴灌器。
输水装置单位体积很小，所以可以将数个或数十个微输水装置同时放在同一个毛细滴灌器内，提高设备使用效率。
由于选择了质量规范，化学性质稳定的浮法平板玻璃制作微输水装置，如果使用钝化后化学性质稳定的铝合金制作毛细滴灌器的盛水容器，再配以盖子，让微输水装置处于与光隔绝的工作环境，使毛细滴灌器避免水份蒸发与微生物滋生，可以使每套毛细滴灌器的滴水速度均衡，便于统筹使用，寿命长逾百年，有效降低设备的年平均使用成本与重复建设成本。
单个滴灌器的作用是很小的，如果将众多的滴灌器组成系统，便能使滴灌器发挥更大的效用。为此，设计一种水位分配箱，图3是水位分配箱结构示意图，由箱体(13)，隔板(14)，保障箱(15)，分配箱(16)，浮球阀(17)，进水口(18)，配水口(19)，连通口(20)，限高水位线(21)组成。
图4是毛细滴灌系统结构示意图，用管道将第一级水位分配器(23)的进水口与水源(22)相连，连通口与位于同一水平线的众多毛细滴灌器(24)的补水口以连通管(25)相连，并使水位分配器的限高水位线与与各毛细滴灌器的最高水位线处于同一水平线，配水口与第二级水位分配器的进水口相连，第二级水位分配器的连通口与位于同一水平线的众多毛细滴灌器的补水口以连通管相连，就可以形成毛细滴灌系统。
毛细滴滴灌系统工作过程如下:由于第一级水位分配器的配水箱水位低，浮球阀处于打开状态，水从进水口经浮球阀进入保障箱，根据连通器原理，与其处于同一水平线上的众多毛细滴灌器得到等高的水位，开始 为植物进行滴灌，当保障箱水位继续上升，高于隔板时，水将从保障箱溢出，进入配水箱，再经配水口与管道进入第二级水位分配器，同理，第二级水位分配器的配水箱水位低，浮球阀处于打开状态，水从进水口经浮球阀进入保障箱，与其处于同一水平线上的众多毛细滴灌器得到等高的水位，开始为植物进行滴灌，当第二级水位分配箱水位到达限高水位线时，水的浮力使浮球阀关闭，停止进水，水位也停止上升，避免水从与其相连的毛细滴灌器满溢造成浪费，同时第一级水位分配器内，水位也逐渐上升，至限高水位线时，浮力使浮球阀关闭，停止进水，当为植物滴灌导致水位下降，浮球阀又再度打开，进行补水作业，如此反复，便完成了毛细滴灌系统的自动补水，自动滴灌功能。
根据连通器原理，毛细滴灌系统可以在水平方向不断扩展，而引入水位分配器又使其可以在重力方向不断扩展，即毛细滴灌系统的规模可大可小，也可以适应各种地形。
微输水装置的狭窄缝隙对水的毛细提升高度极其有限，只有几厘米左右，所以水位控制箱所使用的浮球阀必须能精确响应水位变化，但毛细滴灌系统若需要大规模扩展，又必将受到浮球阀补水速率影响，显然，常规的浮球阀是难以同时满足以上两点要求的。
为此，又提出一种浮球阀，图5是浮球阀处于打开状态时的结构示意图，它由基杆(26)，主动轴(27)，从动轴(28)，主动杆(29)，从动杆(30)，连杆(31)，浮杆(32)，浮球(33 )，调节螺母(34)，摇杆(35 )，阀杆(36 )，导向机构(37 )，阀芯(38 )，阀体(39 )组成。
在基杆上设置两个固定轴,分别为主动轴和从动轴,主动杆可绕主动轴转动,从动杆可绕从动轴转动，从动杆与主动杆之间用连杆铰链相连，在主动杆与连杆铰链相连处再铰链一根浮杆，浮杆另一端设有浮球，浮球用调节螺母固定在浮杆上，在连杆与从动杆铰链相连处则再铰链一根摇杆，阀杆则通过铰链连接在摇杆的另一端，并可沿导向机构作直线运动，阀杆的另一端则与阀芯固定在一起。
浮球阀的工作过程如下:水位上升时，浮球受浮力作用向上运行，带动主动杆绕主动轴顺时针方向旋转，连杆就会带动从动杆绕从动轴顺时针方向旋转，从而推动摇杆向左运动，再推动阀杆沿导向装置作直线运动，使阀芯逐渐压向进水口，关闭阀门，水位停止上升，由于基杆，主动杆，连杆，从动杆组成了四连杆机构，根据四连杆机构的固有特性，当水位上升使阀门关闭时，主动杆与连杆成一直线，四连杆机构由不稳定的四边形结构变为稳定的三角形结构，图6是浮球阀处于关闭状态时的结构示意图，此时无论从阀芯上施加多大的力矩，都不能使四连杆机构发生运动，因为此时力的作用线恰好通过主动轴，不能在主动轴上形成力矩，这就使得浮球阀获得了可靠的关闭密封效果；而当水位下降时，由于浮球浮力的下降，在浮球与浮杆的重力及进水对阀芯的压强作用下，四连杆机构则很容易从稳定的三角形结构转变成不稳定的四边形结构，只需很小的力矩就能打开阀门进行补水作业，同时，与传统长臂式浮球阀相比，由于这种浮球阀在关闭时，传动机构主要受压缩力矩的作用，弹性变形量很小，所以更能精确响应水位变化。
另外，由于在这种毛细滴灌系统中，上级水位分配器与下级水位分配器之间水位差很小，阀芯承受的压强也比较小，可以把阀芯面积做得比一般的小孔浮球阀的进水口要大得多，有效提高补水速率，这样就为毛细滴灌系统大规模扩展提供了有利条件。
在自然界，水受时间，空间，地理条件的影响，并不随人们的意愿而存在，水缺乏期会造成旱灾，水泛滥时却又会造成洪灾，因此，如何合理利用水资源，储备水资源，成为人们用水的重要问题。
为此，提出一种水利方法，图7是水利型毛细滴灌系统结构示意图，在地势较高的河道(40)旁设置滤网(41)，将经过滤的水通过管道经一个或多个液压水位控制阀(42)引至静压池(43)，在静压池 往下引出一段静压管(44)，在静压管下部连接水平敷设的输送管(45)，输送管敷设至远方，在远方地势较低的地方往下引出一段泄沙管(49)，在泄沙管末端设置泄沙阀(50)，泄沙阀下方对应设置沉积山塘(51)，在输送管接近末端的位置，向上引出一段输水管(46),在输水管末端设置输水阀(47),输水阀的水平位置低于静压池，输水阀对应位置设有蓄水山塘(48)，在水平敷设的输送管的任意位置向上引出管径较小的供水管(52)，逆止阀(53)继续向上引至由水位分配箱(23)与毛细滴灌器(24)组成的毛细滴灌系统，为毛细滴灌系统提供水源，毛细滴灌系统的第一级水位分配器与毛细滴灌器的水平位置低于输水阀，显然，可以在输送管上设置数目众多的供水管为数目众多的毛细滴灌系统提供水源。
这种水利方法有三种工作模式:在枯水期，河道流量很小，关闭泄沙阀与输水阀，河道里的水经滤网与液压水位控制阀进入静压池，在静压状态下，只经逆止阀供应毛细滴灌系统进行节水灌溉，此时，由于水平敷设的输送管内水流速度极缓，水流中的沙土将在输送管内沉积，而不会进入毛细滴灌系统，减少了毛细滴灌系统的维护量，同时由于设置了液压水位控制阀，当静压池水位满时，液压水位控制阀将关闭，停止进水，静压池水位下降时液压水位控制阀将打开补水，系统对河道的引水是有节制的，用多少取多少都是自动完成的，减少了对河道生态的影响。
在丰水期，河道流量增大，关闭泄沙阀，打开输水阀，河道里的水经滤网与液压水位控制阀进入静压池，在静压状态下，经输送管，输水管，；输水阀为蓄水山塘供水，为工业农业生产用水提供便利，同时，由于输水阀的水平位置高于毛细滴灌系统，所以毛细滴灌系统的工作并不受影响，在这一过程中，输送管内的水流速度虽有所增加，但仍低于管道积淤的启动速度，所以水中的沙土仍将继续在输送管内沉积。
在洪水期，河道流量骤然增大，洪水将远远超过河道的正常排水能力，对下游的生产生活造成极大危害，在这种情况下，泄洪成为首要任务，此时首先关闭输水阀，然后打开泄沙阀，输送管内的水在静压管内水的压力与泄沙管内水流下泄引起的负压力的双重作用下，高速流向沉积山塘，同时，逆止阀由于上部压力大于下部压力而关闭，静压管与输送管，泄沙管形成一条封闭管道，而且因为静压管与泄沙管的垂直落差，等于为静压池安装了一台强力抽水泵，静压池水位下降使得河道的洪水又经过液压水位控制阀补充到静压池，实现快速地对洪水进行异地转移，从而减少了河道下游的行洪压力，在这一过程中，由于输送管内水流速度远远大于管道内积淤的启动速度，所以在转移洪水的同时，管道内淤积的沙土也被转移到了沉积山塘，有效地解决管道积淤的问题。
显然，在同一河道可以设置多套相同的水利工程，可以将更多的洪水引离河道并进行蓄备，开发利用，更为高效地使洪水变害为利。
另外，沉积山塘可以梯级建设，扩大蓄洪能力，同时可发展湿地经济，由于淤泥的沉积，沉积山塘在使用很长时间后，将会变成适合耕作的良田，只要将输送管延长，并将泄沙管与泄沙阀设置在更远处，即可开辟新的沉积山塘，整套水利工程灵活便利，集合了节水灌溉，水资源输送，水资源蓄备，洪水疏导，管道清淤，地形重塑多项功能。
最佳实施方案 选择质量规范，化学性质稳定的浮法平板玻璃制作微输水装置，并在制作微输水装置的过程中控制毛细痕，运行痕，重力痕的粗细与数目，把微输水装置的滴水速度制作成3-4滴/分钟，每个滴灌口日供水量为IOOOml左右，更适合植物生长所需，并采用不间断滴灌制度，无需人工干预，更节省人工的投入。
有益效果 在毛细滴灌器中，由于水从容器内往容器外运行的通道是狭窄缝隙而不是微孔，使水运动的动力是狭窄缝隙对水的毛细作用力而不是压力，而毛细作用力只对水起作用，对沙土等固体则不起作用，同时采用不间断滴灌制度，使盐类物质不断被稀释避免盐份累积，再配以使微输水装置处于与光隔绝的工作环境，杜绝微生物滋生，这样就使得毛细滴灌器避免了沙土，盐类与微生物堵塞，减少系统维护并获得超长使用寿命，降低年使用成本。
由于毛细滴灌器的滴速极缓，水将以土壤毛细悬着水形式分布在植物根系附近，无地表径流，蒸发量极小，有利于水资源的高效利用，更省水，同时由于灌溉量极小，可以避免盐随水来所引起的土地次生盐碱化。
采用不间断滴灌制度，无需人工干预，更省人工，同时更符合植物生长对水的不间断需求这一生长规律，更有利于提高土地产出。
采用不间断滴灌制度，在植物蒸腾量少的夜晚，水在重力与毛细力作用下向更深层土壤扩散，引导根系向深处发育，避免风力拨根危害。
水运行的全过程都是借助自然固有力量，无需能源消耗，节能环保，对水质要求不高，无需精密过滤设备，更节省运行费用，在任何地区都可使用。
原理简明，结构简单可靠，使用者无需特殊培训即可熟练安装与使用设备。
由于在毛细滴灌系统中，水位分配器与毛细滴灌器之间的联系是通过连通器原理完成的，没有压力式滴灌系统的压力衰减限制，规模建设方面更具优势，同时由于连通管所需承受的水压极微小，可以使用更薄的管道与更便利的管道配件，更节约材料与施工成本。
毛细滴灌系统适应各种环境条件，寿命超长，可靠性更高，对沙漠化，荒漠化，石漠化地区的生态恢复更具实际意义。
由于不间断滴灌制度无需人工干预，特别适合城市楼顶绿化，以多年生长的果树，灌木替代传统隔热层，美观大方又环保，可降低楼宇夏季制冷能耗，有效解决城市绿地不足与空气净化问题。
可以灵活配套水利工程，配合河道水文变化，实现节水灌溉，水资源输送，水资源蓄备，洪水疏导，管道清淤，地形重塑多项功能，对水资源进行时间空间调节，有利于上下游地区水权益矛盾的妥善解决。
如采用浮法平板玻璃制作微输水装置，使用铝合金制作毛细滴灌器的盛水容器，可以使毛细滴灌器的寿命长逾百年，保障被灌溉植物完成至少一个生命周期，确保投资收益与生态收益，同时由于玻璃与铝合 金均为可回收循环再用物质，大大减少了环境污染。
权利要求
1.一种毛细滴灌器，其特征在于，至少一块“η”形光洁硬质平板材料与另一块“η”形光洁硬质平板材料叠合在一起并夹紧固定，平板材料之间形成狭窄缝隙，构成微输水装置，并使微输水装置跨骑在容器边沿，微输水装置的一端浸入容器内的水中，另一端对应放置于容器外的集水装置。
2.如权利要求1，一种毛细滴灌器，其特征在于，至少一块“η”形光洁硬质平板材料，可在在平板表面制作细微的磨痕，也可不作，另一块“η”形光洁硬质平板材料，可在在平板表面制作细微的磨痕，也可不作，把平板叠合在一起并夹紧固定，平板材料之间形成狭窄缝隙，构成微输水装置，并使微输水装置跨骑在容器边沿，微输水装置的一端浸入容器内的水中，另一端对应放置于容器外的集水装置。
3.如权利要求1，一种毛细滴灌器，其特征在于，至少一块“η”形光洁硬质平板材料，可在在平板表面制作细微的凹糟，也可不作，另一块“η”形光洁硬质平板材料，可在在平板表面制作细微的凹糟，也可不作，把平板叠合在一起并夹紧固定，平板材料之间形成狭窄缝隙，构成微输水装置，并使微输水装置跨骑在容器边沿，微输水装置的一端浸入容器内的水中，另一端对应放置于容器外的集水装置。
4.如权利要求1，至少一块“η”形浮法平板玻璃(2)，在“η”形浮法平板玻璃(2)上制作细微的磨痕或凹糟，分别是毛细痕(3)，运行痕(4)，重力痕(5)，并与另一块“η”形浮法平板玻璃(I)叠合在一起并夹紧固定，并使毛细痕，运行痕，重力痕，置于平板材料之间形成的狭窄缝隙中，构成微输水装置(7)，把微输水装置(7)跨骑在容器(6)的边沿，使毛细痕一端浸入容器内的水中，重力痕一端对应放置于容器外的集水装置(10 )。
5.如权利要求1，一个毛细滴灌器内可以置入一个或数目众多的微输水装置(7)。
6.如权利要求1，毛细滴灌器的容器有补水口(8)。
7.如权利要求 1，容器与集水装置结合部上沿略低处设置最高水位线(11)。
全文摘要
一种平板叠合结构的抗堵塞毛细滴灌器，根据狭窄缝隙中的水受毛细力作用上升这一物理现象，利用至少两块“n”形平板材料形成稳定的狭窄缝隙，使容器内的水向上运行，并沿狭窄缝隙扩散至容器外，再打破水的重力与狭窄缝隙对水的表面张力之间的平衡，以获得需求的滴灌速度，实现把水从容器内向外以缓慢速度向容器外运行，向目标植物进行节水灌溉的功能，而毛细作用力只对水起作用，对沙土等固体则不起作用，同时采用不间断滴灌制度，使盐类物质不断被稀释避免盐份累积，再配以使微输水装置处于与光隔绝的工作环境，杜绝微生物滋生，这样就使得毛细滴灌器避免了沙土，盐类与微生物堵塞，同时利用连通器原理可组建不受压力衰减限制的超大规模滴灌系统。
文档编号A01G25/00GK103141361SQ201310069270
公开日2013年6月12日 申请日期2013年3月5日 优先权日2013年3月5日
发明者谭朝晖 申请人:谭朝晖