太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统

本技术属于滴灌装置，涉及太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统。

背景技术：

1、滴灌技术是目前世界上最先进的节水灌溉技术，凭借其提高用水效率，增产增收，大幅度改善作物品质等优点在世界范围内得到大面积推广。由于滴灌灌水器流道结构尺寸小，灌溉水中存留的颗粒物杂质以及藻类等极易在灌水器内积聚，造成灌水器过流面尺寸降低和灌水器堵塞，严重影响滴灌系统灌水均匀性。此外，滴灌系统首部枢纽需要采用水泵加压，水头往往达到20-30m，长期提水加压运行下系统能耗较高。在某些地理位置较偏僻的地区，农田地块相对分散，滴灌系统运行缺少稳定电力能源供应，或电力能源供应成本高，采用化石类能源提供动力则造成大量温室气体排放，环境污染严重且不可持续。

2、动态水压滴灌可以提高管道和灌水器内水流的紊动性，被证明是增幅强滴灌系统抗堵塞能力的一种有效途径。中国专利《一种滑块换向射流三通及脉冲微灌系统》(申请号202111560406)，通过设置滑块气压换向装置，周期性改变大气压力作用方向，使射流方向呈现周期性交替变换，实现射流按照一定频率在射流脉冲三通内切换流动并产生脉冲水流，在灌水器内形成强烈的紊动与冲击水流，增强了微灌系统的抗堵塞能力与灌水均匀性，但这种实现脉冲滴灌的方式水压调控性能差，对传统电力系统依赖性高，长时间使用能耗高。中国专利《一种应用于节水灌溉系统的动态水压发生装置》(申请号201520022494.3)，通过调节变频器的频率输出调节三相水泵的转速变化规律，形成不同波形的动态水压输出；通过延时开关控制的电磁阀在预设时间内实现管道水流的瞬间连通与关闭，从而在管道内部快速生成周期性脉动水压。这种基于水泵变频调控实现动态水压滴灌的方式，水泵工作长期处于低效区，长期运行能耗高，能源利用效率低。

3、采用太阳能发电可有效降低滴灌系统运行能耗，解决偏远地区电力供应不足的问题。中国专利《一种太阳能滴灌系统》(申请号201610628070.0)提供了一种太阳能滴灌系统，通过太阳能板向水泵供电实现节能效果，但是太阳能板的输出功率易受气象因子的影响而波动，进而影响滴灌系统的运行压力和灌水质量。中国专利《一种太阳能抽水蓄能的智能滴灌系统》(申请号201410119545.4)通过将太阳能发电与抽水蓄能结合起来,为滴灌系统提供压力较为稳定的水源,但是这种蓄能方式一方面使系统造价显著增高，另一方面系统可提供的运行压力单一，难以满足滴灌系统不同运行压力的要求。中国专利《一种抽水压缩空气混合储能装置及其控制方法》(申请号202210348064.5)通过空气压缩机，气体储压罐，液体储压罐实现压缩空气储能与高压水能发电相结合，储能同时充分利用热能，安全且无污染，使用寿命长、维护费用低。但这种压缩空气储能方式所需技术复杂，设备成本高，应用场景为电站系统，并不满足节水灌溉系统对能量的需求特征。

技术实现思路

1、本实用新型的目的是提供太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统，解决现有滴灌系统恒压滴灌能耗高及灌溉能源保障难的问题。

2、本实用新型所采用的技术方案是，太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统，包括承压罐，承压罐分别连接有第一压力传感器、动态水压循环脉冲模块、光伏提水功能模块、滴灌带，动态水压循环脉冲模块与滴灌带连接，光伏提水功能模块连接有电子流量计，电子流量计与第一压力传感器连接。

3、本实用新型的特征还在于，

4、光伏提水功能模块包括太阳能电池板，太阳能电池板依次连接有直流稳压单元、dc隔膜泵、蓄水池，dc隔膜泵与电子流量计连接，蓄水池与承压罐连接。

5、承压罐的顶部设置有测压孔，承压罐的底部设置有排水底孔，承压罐的侧壁上设置有进水孔和出水孔，排水底孔上设置有排水阀。

6、动态水压循环脉冲模块包括plc控制器，plc控制器分别连接有数显终端、第二压力传感器、第二电磁阀、第一电磁阀、第四压力传感器、第三压力传感器、第一压力传感器，第四压力传感器设置于滴灌带与承压罐之间，第一电磁阀设置于第四压力传感器与滴灌带之间，第二电磁阀设置于第四压力传感器与蓄水池之间，第二压力传感器设置于滴灌带的入口端，第三压力传感器与测压孔连接，第一电磁阀与第一继电器连接，第一继电器与dc隔膜泵连接，第四压力传感器设置于出水孔处，第一压力传感器设置于进水孔处。

7、动态水压循环脉冲模块包括模拟量采集器和第一压力开关，模拟量采集器分别连接有数显终端、第二压力传感器、第二压力传感器，第二压力传感器设置于滴灌带的入口端，第一压力开关分别连接有第一继电器和第二继电器，第二继电器连接有第一电磁阀，第一电磁阀设置于承压罐与滴灌带之间，承压罐和第一电磁阀之间设置有第二压力开关，第二压力开关连接有第二电磁阀，第二电磁阀设置于第二压力开关与蓄水池之间，第一继电器与dc隔膜泵，第二压力开关设置于出水孔处，第一压力传感器设置于进水孔，第一压力开关设置于测压孔上。

8、本实用新型的有益效果是，

9、(1)本实用新型滴灌系统采用耦合压缩空气储能的太阳能供能技术方案，为滴灌系统进行能量供给，有效解决了单独采用太阳能供能所面临的光伏输出功率易受气象因子的影响而发生波动，供电保证率低的问题，从而实现了以太阳能为唯一能量来源的稳定能量供给；

10、(2)本实用新型滴灌系统，采用耦合压缩空气储能的太阳能供能技术方案，实现了滴灌系统工作水头的动态水压供给，可以有效增强水中颗粒物、藻类等杂质在管道和灌水器流道内运动的紊动性，降低了灌水器堵塞风险；

11、(3)本实用新型滴灌系统，为光伏技术与高效节水灌溉技术联合应用的新模式，在降低系统运行能耗、保证偏远地区电力供应的同时，保证灌溉质量，减少系统运行费用；

12、(4)本实用新型滴灌系统，具有模块化高、灵活性强、适用性强等特点。面向不同应用场景，如离散化分散田块或规模化集中田块，提供了不同的适宜性技术实施方案，有效满足不同生产应用场景的需求。

技术特征：

1.太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统，其特征在于，包括承压罐(9)，所述承压罐(9)分别连接有第一压力传感器(11)、动态水压循环脉冲模块、光伏提水功能模块、滴灌带(4)，所述动态水压循环脉冲模块与滴灌带(4)连接，所述光伏提水功能模块连接有电子流量计(12)，所述电子流量计(12)与第一压力传感器(11)连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统，其特征在于，所述光伏提水功能模块包括太阳能电池板(1)，所述太阳能电池板(1)依次连接有直流稳压单元(16)、dc隔膜泵(14)、蓄水池(15)，所述dc隔膜泵(14)与电子流量计(12)连接，所述蓄水池(15)与承压罐(9)连接。

3.根据权利要求2所述的太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统，其特征在于，所述承压罐(9)的顶部设置有测压孔(9-1)，所述承压罐(9)的底部设置有排水底孔(9-4)，所述承压罐(9)的侧壁上设置有进水孔(9-2)和出水孔(9-3)，所述排水底孔(9-4)上设置有排水阀(9-5)。

4.根据权利要求3所述的太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统，其特征在于，所述动态水压循环脉冲模块包括plc控制器(2)，所述plc控制器(2)分别连接有数显终端(3)、第二压力传感器(5)、第二电磁阀(6)、第一电磁阀(7)、第四压力传感器(8)、第三压力传感器(10)、第一压力传感器(11)，所述第四压力传感器(8)设置于滴灌带(4)与承压罐(9)之间，所述第一电磁阀(7)设置于第四压力传感器(8)与滴灌带(4)之间，所述第二电磁阀(6)设置于第四压力传感器(8)与蓄水池(15)之间，所述第二压力传感器(5)设置于滴灌带(4)的入口端，所述第三压力传感器(10)与测压孔(9-1)连接，所述第一电磁阀(7)与第一继电器(13)连接，所述第一继电器(13)与dc隔膜泵(14)连接，所述第四压力传感器(8)设置于出水孔(9-3)处，所述第一压力传感器(11)设置于进水孔(9-2)处。

5.根据权利要求3所述的太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统，其特征在于，所述动态水压循环脉冲模块包括模拟量采集器(17)和第一压力开关(19)，所述模拟量采集器(17)分别连接有数显终端(3)、第二压力传感器(5)、第一压力传感器(11)，所述第二压力传感器(5)设置于滴灌带(4)的入口端，所述第一压力开关(19)分别连接有第一继电器(13)和第二继电器(20)，所述第二继电器(20)连接有第一电磁阀(7)，所述第一电磁阀(7)设置于承压罐(9)与滴灌带(4)之间，所述承压罐(9)和第一电磁阀(7)之间设置有第二压力开关(18)，所述第二压力开关(18)连接有第二电磁阀(6)，所述第二电磁阀(6)设置于第二压力开关(18)与蓄水池(15)之间，所述第一继电器(13)与dc隔膜泵(14)，所述第二压力开关(18)设置于出水孔(9-3)处，所述第一压力传感器(11)设置于进水孔(9-2)，所述第一压力开关(19)设置于测压孔(9-1)上。

技术总结
本技术公开了太阳能耦合压缩空气循环脉冲动态水压滴灌系统，包括承压罐，承压罐分别连接有第一压力传感器、动态水压循环脉冲模块、光伏提水功能模块、滴灌带，动态水压循环脉冲模块与滴灌带连接，光伏提水功能模块连接有电子流量计，电子流量计与第一压力传感器连接。本技术滴灌系统解决现有滴灌系统恒压滴灌能耗高及灌溉能源保障难的问题。

技术研发人员：葛茂生,吴普特,查俊杰,孙皓,张林,朱德兰,孙世坤,赵西宁,孙才惠
受保护的技术使用者：西北农林科技大学
技术研发日：20221228
技术公布日：2024/1/12