一种灌溉转换阀以及智能灌溉系统的制作方法

1.本实用新型涉及农业灌溉技术领域，尤其涉及一种灌溉转换阀以及智能灌溉系统。


背景技术：

2.现代信息技术促进了现代农业的高速发展，在现代农业发展高度发达的国家和地区，一家几口人管理几千亩的农田已很常见，我国农业人口众多且社会老龄化趋势日显，如何提高农村劳动生产率已成为社会与各级政府关心的重要问题。农业发展的首要问题在于水利，将现代信息技术嫁接改造传统农业亦是重点的内容。现代物联网加自动灌溉技术的开发与应用是我国农业发展与产业升级的方向与必需。
3.自改革开放以来，利用科技创新改变传统农业发生的巨大变化有目共睹，各种节水先进设备的推出令人目不暇接，节水灌溉普及率明显提高，农业的商品经济发展红火，但仍有很多地区与农户在灌溉操作模式上使用着老模式——人工操作模式：首先需要手工打开总开关，再用人工关掉大部分阀门并留下一次需灌溉面积的阀门，等灌溉时间到了后再依次打开其它需灌溉的阀门并把已灌溉完毕的阀门关闭，操作费工费时费力。市场上需要一种能被广大农户接受的新颖易用的灌溉替代方式。
4.电磁控制自动灌溉系统早已在我国农业发展上出现与应用，虽然已取得了很大成效，但其本身从出现就固有的特点限制了其发展。如：一次性安装与维护成本高，一般农户承受不起；机构复杂，安装维护难度大；可靠性不高，寿命短；哪里需要灌溉，强电线就要布放在哪里，安全性要求高；服务技术人员必须经过专业长时间培训才能完全担负起安装维护工作；后期维护难度大，维护成本高昂，可使用寿命不长。有的地区甚至因为系统故障出现漏电伤人事故。电磁控制自动灌溉系统主要应用于现代农业企业，专业型农户，一般农户较少涉及。
5.专利200920166747.9，农田灌溉用定时转换控制阀，其能够通过纯机械结构实现定时转换出水口，实现定时、定量的远程灌溉。其工作方式是通过，浮体阀芯的腔体为空时，打开水源，在水源流向转换阀内时，增加阀腔的大气压强，将浮体阀芯浮起，使第一出水口打开，第二出水口关闭，水流仅通过第一出水口流出；经过一段时间，浮体阀芯内渗入一定量的水，浮体阀芯具有一定的重量，暂时关闭水源，在重力的作用下，浮体阀芯下沉至阀腔的底部，使第二出水口打开，第一出水口关闭，再次打开水源，水流仅通过第二出水口流出。
6.上述结构存在比较多的弊端，其转换出水口的结构(浮体阀芯)不稳定，具体包括且不限于以下的情况：
7.1、若整体转换阀摆放位置倾斜，会增加浮体阀芯与阀腔之间的摩擦力，存在在水源流向转换阀内时，增加阀腔的大气压强，也不能使浮体阀芯浮起的情况，导致第一出水口不能被打开，以及存在在暂时关闭水源时，浮体阀芯的重力不能克服摩擦力，浮体阀芯不能下沉，导致第二出水口不能被打开；
8.2、若水路过长或地势较高，在水源流向转换阀内时，水流的动能不足，对转换阀内
加压效果较弱，同样存在不能使浮体阀芯浮起的情况，导致第一出水口不能被打开；
9.3、由于浮体阀芯的上下开孔的存在，水流从第二出水口流出时，也有部分水经过浮体阀芯从第一出水口流出，并且释放一定压力，导致两个出水口的出水量不均匀，并且从第二出水口流出的水流的动能比从第一出水口的水流的动能要小；
10.4、由于从第二出水口流出的水被释放了一定压力，如果将多个转换阀多级串联，流向后面的转换阀的水压比前面的转换阀的水压要小，并且流向越后面的转换阀的水压越小，水流对后面的转换阀内加压效果较弱，存在后面的转换阀内不能使浮体阀芯浮起的情况，并且，在通过后面的转换阀灌溉农田时，前面的转换阀的第一出水口也有水流出，不能定量的控制灌溉水量，再结合上述第2点，采用该转换阀不能实现多个转换阀多级串联；
11.5、若水流中的废料或其它物质产生沉淀物，可能会将浮体阀芯的上下开孔进行堵塞，导致浮体阀芯不能正常工作，进而导致整体转换阀不能正常工作。
12.因此，要实现现代物联网加自动灌溉技术的开发与应用，对现有的纯机械转换阀进行升级是非常有必要的。


技术实现要素：

13.本实用新型的目的就在提供一种灌溉转换阀以及智能灌溉系统，能够定时、定量的远程遥控全方位精准灌溉，灌溉现场的灌溉转换阀纯机械结构，不需要用电，也不需要用网络信号，灌溉转换阀可单独使用，也可多级串联，实现多路灌溉。
14.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
15.一种灌溉转换阀，包括转换室，所述转换室设置有进水口、第一出水口和第二出水口；
16.所述转换室内设置有阀腔和阀芯，所述阀芯为挡板结构，所述阀芯设置在所述阀腔内，并且能够在所述阀腔内上下移动，所述阀腔设置有上限位和下限位，所述阀芯位于所述阀腔的上限位时，所述阀腔的上端被封闭，所述阀芯位于所述阀腔的下限位时，所述阀腔的下端被封闭；
17.所述进水口位于所述阀腔的侧面，所述第一出水口位于所述阀腔的下方，所述第二出水口位于所述阀腔的上方；
18.还包括浮阀室，所述浮阀室设置在所述转换室的上方，所述转换室与所述浮阀室之间连接有第一管道和第二管道，所述第一管道设置有第一单向阀，所述第一单向阀使所述转换室向所述浮阀室连通，所述第二管道连接在所述浮阀室的底部，所述第二管道设置有第二单向阀，所述第二单向阀使所述浮阀室向所述转换室连通，所述第二单向阀的单位流量小于所述第一单向阀的单位流量，所述浮阀室设置有排气孔；
19.所述阀芯的顶面连接有第一永磁体，所述浮阀室内设置有第二永磁体，所述第二永磁体的顶面连接有浮球，所述第二永磁体位于所述浮阀室的底部时，所述第二永磁体能够与所述第一永磁体相吸。
20.进一步的，所述转换室与所述浮阀室之间还连接有第三管道，所述第三管道连接在所述浮阀室的上部分，所述第三管道设置有第三单向阀，所述第三单向阀使所述浮阀室向所述转换室连通。
21.进一步的，所述进水口设置有第一排气阀，所述第一出水口设置有第二排气阀，所
述第二出水口设置有第三排气阀。
22.进一步的，所述进水口设置有第四单向阀，所述第四单向阀使所述转换室外向所述转换室内连通，所述第一出水口设置有第五单向阀，所述第五单向阀使所述转换室内向所述转换室外连通，所述第二出水口设置有第六单向阀，所述第六单向阀使所述转换室内向所述转换室外连通。
23.进一步的，所述进水口设置有过滤网，所述过滤网设置有第三永磁体。
24.进一步的，所述转换室设置有排水阀。
25.进一步的，所述浮阀室的内壁两侧设置有滑道，所述浮球的两侧连接有滑块，所述滑块设置在滑道上，所述滑块设置有第四永磁体。
26.进一步的，所述浮阀室的顶部设置有可拆卸的顶盖，拆卸所述顶盖可打开所述浮阀室。
27.一种智能灌溉系统，包括主水泵和灌溉转换阀，所述灌溉转换阀采用上述任意一种灌溉转换阀；
28.所述灌溉转换阀设置有多个，根据划分的灌溉区的数量设置所述灌溉转换阀的数量，n个灌溉区设置(n-1)个灌溉转换阀；
29.多个所述灌溉转换阀进行串联，所述主水泵连接到第一级的灌溉转换阀的进水口，当前级的灌溉转换阀的第二出水口连接到下一级的灌溉转换阀的进水口，当前级的灌溉转换阀的第一出水口连接到当前级的灌溉区，并且最后一级的灌溉转换阀的第二出水口连接到最后一级的灌溉区；
30.所述主水泵设置有控制模块，所述控制模块用于控制所述主水泵的动作。
31.进一步的，所述控制模块能够通过现场操作控制、物联网控制、定时控制中的一种或多种方式控制所述主水泵的动作。
32.本实用新型的有益效果是：
33.通过采用上述技术方案，本实用新型的灌溉转换阀以及智能灌溉系统利用磁力将水路控制在一定导通模式，利用浮力将磁力暂时脱离工作范围，再利用水的压力保持在原有的导通模式，利用暂停水路输入，打破原有的动态平衡，再利用重力使水流方向发生改变，在次基础上实现自动转换的叠加，达到定时自动轮灌的目的，能够完美实现了一次一进二出的定时灌溉转换；可实现灌溉分块联动，定时灌溉，自动轮灌，远程控制，实现农田精准定时、定位、定量灌溉。只需在主水泵附近设置电源，在电源电箱旁安装一套远程终端控制器和一个信号源，灌溉转换阀只需要安装在主水管道就可以，不需要用电，也不需要用网络信号。灌溉转换阀自动转换设备可单独使用，也可多级串联，一个转换器可控制两个片区，两个可控制三个片区。
附图说明
34.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
35.图1是本实用新型的灌溉转换阀的第一种状态结构示意图；
36.图2是本实用新型的灌溉转换阀的第二种状态结构示意图；
37.图3是本实用新型的灌溉转换阀的第三种状态结构示意图；
38.图4是本实用新型的灌溉转换阀的第四种状态结构示意图；
39.图5是本实用新型的灌溉转换阀的第五种状态结构示意图；
40.图6是本实用新型的智能灌溉系统的结构示意图。
41.附图标记：1、转换室；11、进水口；111、第一排气阀；112、第四单向阀；12、第一出水口；121、第二排气阀；122、第五单向阀；13、第二出水口；131、第三排气阀；132、第六单向阀；14、阀腔；141、上限位；142、下限位；15、阀芯；16、第一永磁体；17、过滤网；18、排水阀；2、浮阀室；21、第一管道；22、第二管道；23、排气孔；24、第二永磁体；25、浮球；26、第三管道；27、滑道；28、滑块；29、顶盖；7、主水泵；71、控制模块；8、灌溉转换阀；9、灌溉区。
具体实施方式
42.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
43.如图1-5所示，一种灌溉转换阀，包括转换室1，转换室1设置有进水口11、第一出水口12和第二出水口13；
44.转换室1内设置有阀腔14和阀芯15，阀芯15为挡板结构，阀芯15设置在阀腔14内，并且能够在阀腔14内上下移动，阀腔14设置有上限位141和下限位142，阀芯15位于阀腔14的上限位141时，阀腔14的上端被封闭，阀芯15位于阀腔14的下限位142时，阀腔14的下端被封闭；
45.进水口11位于阀腔14的侧面，第一出水口12位于阀腔14的下方，第二出水口13位于阀腔14的上方；
46.还包括浮阀室2，浮阀室2设置在转换室1的上方，转换室1与浮阀室2之间连接有第一管道21和第二管道22，第一管道21设置有第一单向阀，第一单向阀使转换室1向浮阀室2连通，第二管道22连接在浮阀室2的底部，第二管道22设置有第二单向阀，第二单向阀使浮阀室2向转换室1连通，第二单向阀的单位流量小于第一单向阀的单位流量，浮阀室2设置有排气孔23；
47.阀芯15的顶面连接有第一永磁体16，浮阀室2内设置有第二永磁体24，第二永磁体24的顶面连接有浮球25，第二永磁体24位于浮阀室2的底部时，第二永磁体24能够与第一永磁体16相吸。
48.本方案的灌溉转换阀工作流程如下。
49.图1为本方案的灌溉转换阀的初始状态，灌溉转换阀的出水口为第一出水口12的状态。
50.由于重力的作用第二永磁体24位于浮阀室2的底部，第一永磁体16被第二永磁体24所吸引，与第一永磁体16连接的阀芯15位于阀腔14的上限位141，此时阀腔14的上端被封闭，转换室1中进水口11仅与第一出水口12连通，而第二出水口13关闭。
51.图2为本方案的灌溉转换阀的第二阶段状态，水从进水口11流向第一出水口12初期的状态。图3为本方案的灌溉转换阀的第三阶段状态，水从进水口11流向第一出水口12一段时间后的状态。
52.灌溉系统启动，水从第一出水口12进入转换室1，转换室1中充满了有压力的水，同
时水也从转换室1中通过第一管道21进入浮阀室2。并由于第二单向阀的单位流量小于第一单向阀的单位流量，浮阀室2中从第二管道22流出的水小于第一管道21进入的水，浮阀室2的水整体随着时间增加。排气孔23平衡浮阀室2内的压力。浮阀室2内增加水造成浮球25上浮，浮球25带动第二永磁体24上升，第二永磁体24到达一定高度后，第二永磁体24与第一永磁体16之间超过了能够互相吸引的距离。但是，如图3灌溉转换阀的状态，由于此时转换室1内的水是流动的，由于水压的作用，阀芯15依然保持位于阀腔14的上限位141，不会受到重力作用影响而掉落，整体依然保持着阀腔14的上端被封闭，转换室1中进水口11仅与第一出水口12连通，而第二出水口13关闭。水从进水口11流入，从第一出水口12流出。
53.其中，可以通过调节第一单向阀和第二单向阀的流量大小，调节流入浮阀室2的水的速率和流出浮阀室2的水的速率，从而调节净流入浮阀室2的水的速率。
54.此外，为了避免浮阀室2内的水满溢前连接第一出水口12的灌溉区还未浇灌完成，在转换室1与浮阀室2之间还连接有第三管道26，第三管道26连接在浮阀室2的上部分，第三管道26设置有第三单向阀，第三单向阀使浮阀室2向转换室1连通，浮阀室2内的水位上升至第三管道26的入口时，从第三管道26回流到转换室1内。
55.图4为本方案的灌溉转换阀的第四阶段状态，灌溉转换阀的出水口转换为第二出水口13的状态。
56.在连接第一出水口12的灌溉区浇灌完成后，暂时关闭灌溉系统，暂时停止向灌溉转换阀提供水量。此时，转换室1内的压力消失，并由于此时第二永磁体24与第一永磁体16不能互相吸引，阀芯15受到重力的作用，从阀腔14的上限位141分离，并掉落到阀腔14的下限位142处。此时阀腔14的下端被封闭，转换室1中进水口11仅与第二出水口13连通，而第一出水口12关闭。
57.图5为本方案的灌溉转换阀的第五阶段状态，水从进水口11流向第二出水口13的状态。
58.在一定间隔后，灌溉系统重新启动，水从第一出水口12进入转换室1，转换室1中充满了有压力的水，转换室1中水的继续通过第一管道21进入浮阀室2，保持浮阀室2内存在水，保持浮球25和第二永磁体24位于高处。并且由于水压的作用，阀芯15依然保持位于阀腔14的下限位142，整体依然保持着阀腔14的下端被封闭，转换室1中进水口11仅与第二出水口13连通，而第一出水口12关闭。水从进水口11流入，从第二出水口13流出。
59.本方案的灌溉转换阀的核心思路是，利用磁力将水路控制在一定导通模式，利用浮力将磁力暂时脱离工作范围，再利用水的压力保持在原有的导通模式，利用暂停水路输入，打破原有的动态平衡，再利用重力使水流方向发生改变，在次基础上实现自动转换的叠加，达到定时自动轮灌的目的。能够完美实现了一次一进二出的定时灌溉转换。
60.在所有灌溉区浇灌完成后，停止灌溉，关闭灌溉系统。此时，转换室1没有新的水量提供，浮阀室2内存在的水只从第二管道22流出，并在长时间后全部流出，第二永磁体24重新回落到浮阀室2的底部，并且由于转换室1内压力消失，第一永磁体16重新被第二永磁体24所吸引，灌溉转换阀复原到如图1的初始状态。
61.上述方案的灌溉转换阀为基础常用方案，常用方案适合于平原地区，对于丘陵地域。对于不同地域系统有不同应用方案，当然有一套全面的应用方案完全可以应对不同的地域使用。针对高低不同地势造成的压力差影响系统的正常运行，隔离地势造成的额外压
力的不利影响，为灌溉转换阀制造一个正常运行、稳定的小环境。在基础常用方案中，增设以下方案。
62.进一步的方案，进水口11设置有第一排气阀111，第一出水口12设置有第二排气阀121，第二出水口13设置有第三排气阀131。通过增加第一排气阀111、第二排气阀121和第三排气阀131排除水路中的干扰转换器的正常工作的干扰气体。
63.进一步的方案，进水口11设置有第四单向阀112，第四单向阀112使转换室1外向转换室1内连通，第一出水口12设置有第五单向阀122，第五单向阀122使转换室1内向转换室1外连通，第二出水口13设置有第六单向阀132，第六单向阀132使转换室1内向转换室1外连通。通过增加第四单向阀112、第五单向阀122和第六单向阀132去除由地势的高低造成的多余压力。
64.进一步的方案，进水口11设置有过滤网17，过滤网17设置有第三永磁体。通过过滤网17吸附过滤水中的有害铁质与其他有害物质，避免铁质其他有害物质和被第一永磁体16和第二永磁体24吸附，降低第一永磁体16和第二永磁体24的磁力。
65.进一步的方案，转换室1设置有排水阀18。可以打开排水阀18，排除影响转换器每次正常运作的积水。
66.灌溉系统对特殊灌溉区的处理，对于特殊灌溉区的处理可以采用手动方式进行，可以通过对灌溉转换阀手动操作设置来实现。通过对阀芯15的相关结构进行手动设置，使其不按正常自动次序工作即可。在基础常用方案中，增设以下方案。
67.进一步的方案，浮阀室2的内壁两侧设置有滑道27，浮球25的两侧连接有滑块28，滑块28设置在滑道27上，滑块28设置有第四永磁体。
68.进一步的方案，浮阀室2的顶部设置有可拆卸的顶盖29，拆卸顶盖29可打开浮阀室2。
69.当需要保持第一出水口12打开，第二出水口13关闭的状态时，直接关闭第一管道21的第一单向阀，使转换室1的水不能进入浮阀室2，使第二永磁体24与第一永磁体16之间保持互相吸引，即可实现保持第一出水口12打开，第二出水口13关闭的状态。
70.当需要保持第二出水口13打开，第一出水口12关闭的状态时，将第二永磁体24保持在高处，使第二永磁体24与第一永磁体16之间不能互相吸引，即可实现保持第二出水口13打开，第一出水口12关闭的状态。第一种方法，通过在浮阀室2外侧使用磁石吸引滑块28，通过移动滑块28拖拽浮球25，随后将磁石进行定位，使浮球25和第二永磁体24保持在高处；第二种方法，关闭第二管道22的第二单向阀，使浮阀室2的水不能流出，通过拆卸顶盖29打开浮阀室2，向浮阀室2加入一定水量，使浮球25和第二永磁体24保持在高处。
71.其中，滑块28和滑道27还能用于保证浮球25和第二永磁体24不偏移，保持在避免水的流动改变第二永磁体24的位置，保证第二永磁体24和第一永磁体16位于同一直线上。
72.此外，上述第一永磁体16、第二永磁体24、第三永磁体和第四永磁体通常采用稀土永磁体，稀土永磁体不容易被水体腐蚀，使用寿命长。
73.如图6所示，一种智能灌溉系统，包括主水泵7和灌溉转换阀8，其中灌溉转换阀8采用上述方案的灌溉转换阀；
74.灌溉转换阀8设置有多个，根据划分的灌溉区9的数量设置灌溉转换阀8的数量，n个灌溉区9设置n-1个灌溉转换阀8；
75.多个灌溉转换阀8进行串联，主水泵7连接到第一级的灌溉转换阀8的进水口11，当前级的灌溉转换阀8的第二出水口13连接到下一级的灌溉转换阀8的进水口11，当前级的灌溉转换阀8的第一出水口12连接到当前级的灌溉区9，并且最后一级的灌溉转换阀8的第二出水口13连接到最后一级的灌溉区9；
76.主水泵7设置有控制模块71，控制模块71用于控制主水泵7的动作。
77.本方案的智能灌溉系统采用多级灌溉转换阀8串联，将第一级的灌溉转换阀8的第二出水口13连接到第二级的灌溉转换阀8的进水口11，将第二级的灌溉转换阀8的第二出水口13连接到第三级的灌溉转换阀8的进水口11，依次类推，多个灌溉转换阀8依次连接；每个灌溉转换阀8的第一出水口12对应灌溉一个根据划分的灌溉区9，最后一个灌溉转换阀8的第二出水口13也灌溉一个根据划分的灌溉区9，形成具有次序的轮灌。
78.本方案的智能灌溉系统工作原理。
79.智能灌溉系统工作前，所有的灌溉转换阀8位于初始状态。智能灌溉系统工作时，主水泵7打开，水源流向第一级的灌溉转换阀8，并在第一级的灌溉转换阀8的第一出水口12流向第一个灌溉区9；第一个灌溉区9灌溉完成后，暂时关闭主水泵7，在一小段时间后再打开，主水泵7重新打开后，第一级的灌溉转换阀8的第一出水口12关闭，第二出水口13打开，其它的灌溉转换阀8依然位于初始状态，水源流向第一级的灌溉转换阀8，并在第一级的灌溉转换阀8的第二出水口13流向第二级的灌溉转换阀8，并在第二级的灌溉转换阀8的第一出水口12流向第二个灌溉区9；依次类推，直到最后一个灌溉区9被灌溉。
80.在整个智能灌溉系统中，主水泵7为唯一一个电气设备，主水泵7的控制模块71用于控制主水泵7的动作，可以在主水泵7的现场通过按钮或遥控器的方式控制主水泵7的动作，可以在灌溉区9的现场通过手机app物联网的方式控制主水泵7的动作，也可以在控制模块71中设置定时控制的方式控制主水泵7的动作。
81.总体而言，本方案的一种灌溉转换阀以及智能灌溉系统具备以下优势。
82.优势一：可实现灌溉分块联动，定时灌溉，自动轮灌，远程控制，实现农田精准定时、定位、定量灌溉。本产品最大优势是只需在主水泵7附近设置电源，在电源电箱旁安装一套远程终端控制器和一个信号源，灌溉转换阀8只需要安装在主水管道就可以，不需要用电，也不需要用网络信号。灌溉转换阀8自动转换设备可单独使用，也可多级串联，一个转换器可控制两个片区，两个可控制三个片区。
83.优势二：过去或现有的无电力区域的农田灌溉操作模式是人工操作，费工费时费力。而本智能灌溉系统无需人工干预，灌溉时一键远程启动，实现了远程的遥控与定时自动转换，操作省时省工省力。
84.优势三：本产品成本低，安装简单，可靠耐用，精准高效，寿命长，一个普通技术人员或农户经过简单培训即可胜任安装维护工作，远胜同类型电磁控制灌溉系统。
85.优势四：因本产品成本低，安装简单，运行稳定，精准高效，适用范围广，不受环境、气候、空间、时间、距离的限制，随时随地可实现远程控制，全国大部分地区皆可使用，有利于大规模快速应用推广，改变传统农业，促进农村产业快速升级，快速提高农业生产率。
86.本系统可以与电磁控制自动灌溉系统实现无缝衔接使用，互不影响。系统前期应用集中表现在可以吸引大量的农户集中使用物联平台，使其发展成为现代农村生活不可或缺的一部分，后期应用扩展可以开展集中托管、标准化集中管理。
87.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。