一种陶瓷根灌与微喷灌互补的灌水装置的制作方法

本发明属于旱区农业节水灌溉技术领域，特别涉及一种陶瓷根灌与微喷灌互补的灌水装置，利用上部雾化喷头进行微喷灌，根部利用陶瓷管进行根灌作业。

背景技术：

随着多年现代节水灌溉的发展以来，人们逐渐意识到地上灌溉(如喷灌和微灌)与地下灌溉技术是最节省水资源的技术。但是由于地上灌溉存在投资高、受风影响较大、能耗大的缺点严重阻碍了喷灌的发展；而地下灌溉容易堵塞、堵塞后难发现、难检修，而且在播种期和苗期无法湿润种子和浅根，同样限制了地下灌溉的发展。

技术实现要素：

针对现有技术中两种灌溉方式各自存在的问题，本发明提供了一种陶瓷根灌与微喷灌互补的灌水装置，通过微喷灌与根灌相互结合，扬长避短，以有效解决两种灌溉方式在作物不同生长时期存在的问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种陶瓷根灌与微喷灌互补的灌水装置，包括：

管状的外壳以及采用滑动密封的方式装配在外壳中的活动管，活动管与外壳之间存在间隙，活动管的上端伸出外壳并安装有雾化喷头；

所述外壳的侧壁上通过旁通管连接有灌水器；

所述的灌水器与旁通管连接处置有第一流量调节阀，所述的活动管下端设置有第二流量调节阀；第一流量调节阀、第二流量调节阀均通过水流压力调节开度。

进一步地，所述的水流自外壳下端进入外壳，当水流压力在0～p之间时，第一流量调节阀打开，水流自活动管和外壳之间的间隙通过旁通管、第一流量调节阀进入灌水器中以进行根灌；当水流压力大于p时，第一流量调节阀关闭，第二流量调节阀打开，水流进入活动管中，最终从雾化喷头喷出以进行微喷灌。

进一步地，所述的第一流量调节阀包括设置于灌水器进水口处的接头管，接头管内部设置有沿靠近灌水器方向内径逐渐增大的进水腔，进水腔与所述的进水口同轴连通，所述的第一调节球位于进水腔中；

所述的旁通管的端部设置有用于和接头管连接的连接槽，所述的进水腔与旁通管内的通道连通，第一调节球的直径大于旁通管内通道的直径。

进一步地，所述的第二流量调节阀包括设置在活动管下端内的球槽，球槽与活动管内的通道之间通过直径小于球槽的通孔连通；

位于活动管下部设置有下接头，下接头上贯穿开设有流量孔；所述的第二调节球位于球槽中，第二调节球的直径大于流量孔的直径，在第二调节球与球槽上端之间设置有调位弹簧。

进一步地，所述的外壳的下端通过导水台贯连有进水管，导水台上开设有锥形面，锥形面底部开设有与进水管内的通道连通的连接孔；

所述的下接头外部加工有外六方，当进水管未通水时，外六方与所述的锥形面接触。

进一步地，所述的活动管上套装有复位弹簧，复位弹簧的下端与外壳下端固定，复位弹簧上端与活动管外壁固定。

进一步地，所述的外壳上端外壁上固定有螺纹套环，以及与螺纹套环配合的套筒，其中螺纹套环外壁上设置有外螺纹，套筒内壁上设置有外螺纹；

所述的活动管上套装有密封套，密封套与活动管之间设置有密封圈，通过套筒将密封套与所述的螺纹套环相固定。

进一步地，所述的套筒上端、密封套下端均设置有一圈环形板。

进一步地，所述的外壳、灌水器的轴向均垂直于水平面，灌水器的位置高于旁通管。

本发明具有以下技术特点：

1.本发明采用组合式结构，将喷灌与根灌结合在同一个灌溉设备上，内设压力补偿结构，其陶瓷根灌与微喷灌结合的灌水方式可以适用于不同作物的灌溉，根据作物根部在土壤中的生长深度，可通过调节陶瓷根灌灌水器埋于土壤的深度，来保证水分全部进入作物根部。

2.本发明装置可通过水泵调节水压，从而改变陶瓷根灌灌水器灌水流量，以满足不同时期的作物灌溉需水量要求，灌溉水利用效率高，结构简单，水力性能良好，流道抗堵性能好。

3.在干旱时期，作物需水量增加时，根部陶瓷根灌灌水器由于地形条件问题，灌溉流量受到限制，此时通过水泵增大水压，灌水器停止入渗，避免压水压过大破坏灌水器；由于进水口的压力补偿器作用，水流通过活动管进行喷灌，解决了根灌渗水流量小，灌溉不及时的问题；灌溉结束后，活动管在复位弹簧的作用下回到土壤中，避免了灌溉设备暴露在地面，使用寿命大大提高。

附图说明

图1为本发明装置的整体结构示意图；

图2为第一流量调节阀部分的结构分解示意图；

图3为第二流量调节阀部分的结构分解示意图；

图4为第二流量调节阀部分的透视结构示意图；

图5为滑动密封装置的结构示意图；

图6为滑动密封装置的结构分解示意图；

图7为根灌流量与压力关系图；

图8为喷灌流量与压力关系图；

图9为根灌流量、喷灌流量与压力关系图。

图中标号代表：1雾化喷头，2复位弹簧，3活动管，301通道，4灌水器，41腔体，5第一流量调节阀，51进水腔，6旁通管，61连接槽，62通道，7间隙，8进水管，81锥形面，82连接孔，9外壳，10第二流量调节阀，101通孔，102球槽，103调位弹簧，104第二调节球，105流量孔，11接头管，12第一调节球，13下接头，14套筒，15密封圈，16螺纹套环，17密封套，18外螺纹，19内螺纹。

具体实施方式

本发明公开了一种陶瓷根灌与微喷灌互补的灌水装置，包括：

管状的外壳9以及采用滑动密封的方式装配在外壳9中的活动管3，活动管3与外壳9之间存在间隙7，活动管3的上端伸出外壳9并安装有雾化喷头1；

所述外壳9的侧壁上通过旁通管6连接有灌水器4；

所述的灌水器4与旁通管6连接处置有第一流量调节阀5，所述的活动管3下端设置有第二流量调节阀10；第一流量调节阀5、第二流量调节阀10均通过水流压力调节开度。

本发明的灌水装置采用组合式结构，将根灌与微喷灌结合起来，通过水流压力实现两种灌溉方式的调节。本发明的主体结构包括管状的外壳9以及装配在外壳9中的活动管3，本实施例中外壳9、活动管3均为圆形空心管，活动管3的长度大于外壳9，将活动管3放入外壳9中后，活动管3的上端伸出外壳9。活动管3与外壳9之间存在用于水流通过的间隙7，然而在外壳9的上端部设置有滑动密封装置，使活动管3与外壳9之间为滑动密封的配合方式。当活动管3相对于外壳9沿轴向滑动时，由于滑动密封装置的作用，所述间隙7中的水不能从外壳9的上端逸出。活动管3的上端设置有雾化喷头1，为了保证微喷灌效果，雾化喷头1可设置多个，采用螺纹配合的方式可拆卸地安装在活动管3上端；活动管3上端封闭，仅开设用于安装雾化喷头1的螺纹孔。水流自活动管3下端进入活动管3中后，从雾化喷头1喷出。

外壳9侧壁上利用旁通管6连接有灌水器4，进入外壳9间隙7中的水流，通过旁通管6进入到灌水器4中。本方案中，灌水器4采用陶瓷根灌灌水器4(申请号201310479770.4)，灌水器4内部具有一个腔体5，水流进入到腔体5中后，再从灌水器4侧壁上的微孔渗出，以进行根灌。本装置在使用时，埋置于地面以下，仅留壳体上端位于地面之上，并使灌水器4靠近植物根部。

本方案中，灌水器4的进水口处、活动管3下端分别安装第一流量调节阀5、第二流量调节阀10，分别用于调节进入灌水器4内水流的流量和进入活动管3内水流的流量；而两个流量调节阀的开度均通过水流压力来进行调节，即水流压力变化时，将影响两个流量调节阀的开度，从而实现在不同压力下对微喷灌和根灌的调节。

优选地，所述的水流自外壳9下端进入外壳9，当水流压力在0～p之间时，第一流量调节阀5打开，水流自活动管3和外壳9之间的间隙7通过旁通管6、第一流量调节阀5进入灌水器4中以进行根灌；此时，水流压力不足以开启第二流量调节阀10，水流进入壳体中后，最终只能进入到灌水器4中。

当水流压力大于p时，该水流压力促使第一流量调节阀5关闭，并使第二流量调节阀10打开，水流进入活动管3中，最终从雾化喷头1喷出以进行微喷灌；而由于第一流量调节阀5关闭，灌水器4将停止根灌过程。

通过上述的结构设置，使得在水流压力较小的情况下，可进行根灌；如需喷灌，则增大水流压力即可，从而简单方便地满足不同时期作物的灌溉需水量要求。

本方案中，活动管3内的通道301、旁通管6内的通道62、进水管8内的通道，分别是指活动管3、旁通管6、进水管8内本身具有的沿轴向开设的孔道。

如图2所示，本实施例中，所述的第一流量调节阀5包括设置于灌水器4进水口处的接头管11，接头管11内部设置有沿靠近灌水器4方向内径逐渐增大的进水腔51，进水腔51与所述的进水口同轴连通，所述的第一调节球12位于进水腔51中。所述的接头管11为固定在灌水器4进水口处的圆形管，其内部开设了轴向截面呈“八”字形结构的进水腔51，用于和第一调节球12配合调节流量；进水腔51上端的内径小于第一调节球12的直径，进水腔51的下端的内径以及轴向长度均大于第一调节球12直径。

所述的旁通管6的端部设置有用于和接头管11连接的连接槽61，连接槽61为圆形槽，其内壁与所述的接头管11外壁之间采用螺纹配合的连接方式，以便于拆卸更换灌水器4。当灌水器4和旁通管6连接后，所述的进水腔51与旁通管6内的通道62连通，第一调节球12的直径大于旁通管6内通道62的直径，这样在旁通管6内未通水时，第一调节球12位于旁通管6内通道62的上部；当旁通管6内通水后，在水流作用下，第一调节球12将被冲起，水流进入进水腔51后，从第一调节球12和进水腔51内壁之间进入到灌水器4中。当水流压力不断增大至p时，较大的水流压力将第一调节球12推至贴附于进水腔51上端，此时进水腔51上端被封堵，水流不能继续进入到灌水器4中，此时通过第一流量调节阀5的水流量为0。为保证封堵效果，本方案中第一调节球12为弹性球，例如可为橡胶球。

如图3所示，本实施例中，所述的第二流量调节阀10包括设置在活动管3下端内的球槽102，该球槽102为圆柱形槽，球槽102与活动管3内的通道301之间通过直径小于球槽102的通孔101连通，通孔101直径小于第二调节球104直径；

位于活动管3下部设置有下接头13，下接头13上贯穿开设有流量孔105；所述的第二调节球104位于球槽102中，球槽102的轴向长度大于第二调节球104直径，第二调节球104的直径大于流量孔105的直径，在第二调节球104与球槽102上端之间设置有调位弹簧103。所述的下接头13与活动管3之间采用螺纹配合的连接方式，以便于第二流量调节阀10的装配和检修。调位弹簧103的作用是给第二调节球104施加弹力，使第二调节球104在弹力作用下贴紧流量孔105，以对流量孔105进行封堵。第二流量调节阀10的工作原理是：

外壳9采用竖直的安装方式，当外壳9下端未通水时，活动管3的下端位于外壳9内的最下端。外壳9下端开始通水时，水流向上流动过程中，部分进入外壳9与活动管3之间的间隙7，继而进入到旁通管6中，其余部分将冲击在活动管3的下端部的下接头13上。当水流压力较小时，水流压力不足以克服调位弹簧103的弹力，使得第二调节球104保持对流量孔105的封堵，活动管3内不能进入水流。随着水流不断增大至大于p时，一方面水流压力可克服调位弹簧103的弹力，将第二调节球104推离流量孔105，此时水流从第二调节球104和流量孔105之间进入到活动管3中，最终从雾化喷头1喷出；另一方面，由于水流压力较大，水流冲击在下接头13端面，将促使活动管3向上运动，从而使得雾化喷头1相对于地面的位置得以升高。这样的结构设计，使得不进行喷灌时，活动管3大部分位于外壳9内部，避免了暴晒和外部环境的侵蚀，提升了装置的使用寿命。

如图3和图4所示，为了使进入到外壳9内的水流能便于进入到外壳9与活动管3之间的间隙7，本实施例中，所述的外壳9的下端通过导水台贯连有进水管8，导水台上开设有锥形面81，锥形面81底部开设有与进水管8内的通道连通的连接孔82；所述的下接头13外部加工有外六方，当进水管8未通水时，外六方与所述的锥形面81接触。

导水台和锥形面81共同构成碗状结构，进水管8不通水时，活动管3的下端位于外壳9内的下部，此时下接头13上的外六方与所述的锥形面81接触；外六方结构，使得下接头13与锥形面81之间存在空隙，水自进水管8进入后，通过连接孔82，部分冲击在活动管3下端面上，其余部分从下接头13和锥形面81之间的空隙进入到外壳9与活动管3之间的间隙7中。

如图1所示，所述的活动管3上套装有复位弹簧2，复位弹簧2的下端与外壳9下端固定，复位弹簧2上端与活动管3外壁固定。复位弹簧2的作用是，当水压较大时，活动管3竖直向上运动，使雾化喷头1升起，此时复位弹簧2拉伸；停止喷灌或水压减小后，在复位弹簧2的作用下，辅助活动管3复位，使不进行微喷灌时活动管3收回到外壳9中以得到保护。

图5和图6展示出了一种滑动密封装置的结构，所述的外壳9上端外壁上固定有螺纹套环16，以及与螺纹套环16配合的套筒14，其中螺纹套环16外壁上设置有外螺纹18，套筒14内壁上设置有外螺纹18；所述的套筒14上端、密封套17下端均设置有一圈环形板；所述的活动管3上套装有密封套17，密封套17与活动管3之间设置有密封圈15，通过套筒14将密封套17与所述的螺纹套环16相固定。

螺纹套环16固定在外壳9上，套筒14内壁有内螺纹19，与螺纹套环16上的外螺纹18配合；密封套17为圆形套，下边缘设置一圈环形板，将密封套17套在活动管3上；再从活动管3上端套入套筒14，然后将套筒14拧在螺纹套环16上，这个过程中，套筒14上边缘的一圈环形板将密封套17与所述的螺纹套环16相固定。当活动管3运动时，密封圈15和密封套17起到滑动密封作用，避免外壳9与活动管3间隙7中的水流逸出。采用上述的可拆卸式结构，一方面便于装置的组装，另一方面可便于对密封套17和密封圈15的检修和更换。

本装置在使用时，优选地，所述的外壳9、灌水器4的轴向均垂直于水平面，灌水器4的位置高于旁通管6，以便于第一流量调节阀5、第二流量调节阀10更好的工作。

本实施例中，装置的总长度为500.0mm，活动管的长度为420.0mm，外径为20mm，壁厚为4mm，材质选用不锈钢。第一调节球、第二调节球采用橡胶球，可选直径有15mm，18mm，20mm；外壳的内径为42.0mm，壁厚为3.0mm，该外壳的材料经过多次严格试验筛选，最终确定采用低密度聚乙烯制成。复位弹簧的可选规格有：1.5×300×26mm，1.8×300×26mm，2.0×300×26mm，2.5×300×26mm(线径*外径*自由长度)，材质选用最常用的具有较强抗腐蚀性的304h型号弹簧，剪切模量为7300gpa，弹性模量为200gpa；调位弹簧的规格为：0.6×6×15mm(线径×外径×自由长度)。本实施例中，进水管中水流压力在0～600kpa之间时，第一流量调节阀打开，当水流压力大于600kpa时，第一流量调节阀关闭，第二流量调节阀打开。对于不同规格的装置，其水流压力值p可通过试验确定。在该实施例条件下，对本装置进行单相流分析计算，试验地点为西北农林科技大学水力大厅，得到在不同压力下的流量，并拟合其根灌压力流量关系曲线如图7所示，微喷灌压力流量示意图如图8所示，图9则为灌溉时微喷灌与根灌两者的压力流量变化曲线；试验结果表明本装置水力性能良好，能很好地满足实际使用需求。