一种灌溉渠道动态分水旋转门、灌溉渠道系统及控水方法

本发明属于灌溉农渠流量自动测控，特别是涉及到一种灌溉渠道动态分水旋转门、灌溉渠道系统及控水方法。

背景技术：

1、随着我国综合国力快速发展，经济总量不断增加，对资源的消耗在不断加大，人口增加及农业发展，导致对水资源需求逐渐增大。由于我国水资源储量并不丰富，节约用水成为可持续发展的一项关键任务。水资源是我们日常生活中必不可少的资源，农田灌溉对水资源消耗较大，渠道灌溉控流不精确导致水资源浪费严重。这就要求我们结合灌区的特点大力研究开发各种性能稳定、造价低、精度高、使用方便的灌区量水设施，以满足灌区中各类渠道计量供水的需求。

2、灌区量水是灌区灌溉管理工作的重要组成部分，是合理调度灌溉水资源，实施计划用水、计量收费的一项重要工作，也是加强灌区经济管理的一项必要措施。经过几十年的建设，灌区量水技术和量测设施都有了显著的改善和提高，有效地促进了灌区用水管理和我国水利事业的发展，西方发达国家已逐渐实现灌区量水技术自动化。而我国量水技术起步相对较晚，加之对量水意识的不足，导致目前灌区的量测技术及设施不能满足灌区实际量水需求。随着灌区量水技术的不断发展，涌现出了像“机翼形量水槽”、“渠道自记式简易水位测井”等新型水位、水量测量设施，但仍存在很多限制性因素如量测建筑物无法根据作物需求灵活调控水位水量，控制性建筑物测量精度难以得到准确控制，且现有建筑物存在的冻胀破坏、维修养护要求高、自动化控制程度较低等问题。

3、因此现有技术当中亟需要一种新型的技术方案来解决这一问题。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种灌溉渠道动态分水旋转门、灌溉渠道系统及控水方法，用于解决无法根据作物需求灵活调控水位水量以及自动化控制程度较低的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种灌溉渠道动态分水旋转门，包括弧形边墙、旋转门体、支撑架、旋转驱动机构和plc控制系统；所述弧形边墙为两个，弧形边墙对称设置于灌溉渠道的侧壁；所述旋转门体设置在两个弧形边墙之间，旋转门体与弧形边墙为可转动紧密配合，旋转门体包括中轴和门扇；所述支撑架跨设在灌溉渠道的侧壁；所述旋转驱动机构吊装在支撑架下方，旋转驱动机构与旋转门体的中轴顶部连接，旋转驱动机构用于驱动旋转门体的转动；所述plc控制系统用于控制旋转驱动机构的启停；所述门扇至少为三个，门扇一端固定于中轴，门扇均匀分布于圆周；所述弧形边墙的弧面与相邻门扇可围成封闭的扇形空间。

3、优选的所述旋转驱动机构包括转动轴、旋转角度刻盘、法兰盘、步进电机、旋转角度位置传感器、接近开关、红外校准器、减速箱、电动机和限位开关；所述旋转角度刻盘安装在转动轴上，旋转角度刻盘上方通过法兰盘安装步进电机；所述旋转角度位置传感器、接近开关和红外校准器安装在步进电机的一侧；所述步进电机的上部通过转动轴安装减速箱；所述减速箱上部通过法兰盘安装电动机；所述电动机下方设置有限位开关；所述转动轴的一端通过轴承与支撑架连接，转动轴的另一端与旋转门体的中轴连接。

4、一种灌溉渠道系统，采用所述一种灌溉渠道动态分水旋转门，还包括上游渠道、下游渠道、上游水位测井、数据自动采集控制仪、太阳能板和压力水位计；所述上游渠道和下游渠道之间设置有灌溉渠道动态分水旋转门，上游渠道旁还设置有上游水位测井；所述上游水位测井与上游渠道为底部连通设置，上游水位测井与上游渠道的底部处于同一水平面；所述数据自动采集控制仪和压力水位计均设置在上游水位测井内；所述太阳能板设置在上游水位测井上端，太阳能板用于系统供电；所述plc控制系统设置在上游水位测井上端。

5、一种灌溉渠道控水方法，采用所述一种灌溉渠道系统，包括如下步骤：

6、步骤一、获得旋转门体的门扇宽度，门扇数量和上游渠道的水位高度；

7、步骤二、换算通过旋转门体的流量与旋转门体转数之间的关系；公式如下：

8、q＝(ψ/360o)*πρ2h*(kn/t+c)

9、式中q为通过旋转门体的流量，单位：立方米/秒；ψ为门扇之间夹角，单位为度；ρ为门扇宽度，单位为米；h为上游渠道的水位高度，单位为米；k和c为常数，通过实验拟合获得；n为灌溉时段内分水旋转门转动的转数；t为灌溉历时，单位：秒；

10、步骤三、根据农作物的灌溉周期需求在plc控制系统中设置单次灌溉量，灌溉次数和时间间隔；

11、步骤四、接收启动信号并选定旋转门体的一个初始位置作为零点；

12、步骤五、根据单次灌溉量需求和步骤二的公式计算从零点开始旋转门体应转动的转数；

13、步骤六、闭合电路启动旋转门体泄流；

14、步骤七、达到单次灌溉流量需求后断开电路，使旋转门体停止转动止水；

15、步骤八、根据步骤三设置的时间间隔重复步骤四至步骤七，完成全周期灌溉。

16、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

17、1、分水旋转门转动的叶片具有搅水曝气的功效，提高灌溉水含氧量，同时可以加速水体中泥沙的絮凝沉降、减少灌溉水中泥沙、有机污染物、化学沉淀物等的排放，提高作物的产量与品质；

18、2、可根据气象信息、土壤墒情、作物需求等进行灌溉水量调节的测控一体式灌溉管理；

19、3、电机和变速箱配合使用可以灵活改变分水旋转门转动的转速，实现旋转门转动快慢的自动调节。

技术特征：

1.一种灌溉渠道动态分水旋转门，其特征在于：包括弧形边墙(1)、旋转门体(2)、支撑架(3)、旋转驱动机构(4)和plc控制系统(5)；所述弧形边墙(1)为两个，弧形边墙(1)对称设置于灌溉渠道的侧壁；所述旋转门体(2)设置在两个弧形边墙(1)之间，旋转门体(2)与弧形边墙(1)为可转动紧密配合，旋转门体(2)包括中轴(21)和门扇(22)；所述支撑架(3)跨设在灌溉渠道的侧壁；所述旋转驱动机构(4)吊装在支撑架(3)的下方，旋转驱动机构(4)与旋转门体(2)的中轴(21)顶部连接，旋转驱动机构(4)用于驱动旋转门体(2)的转动；所述plc控制系统(5)用于控制旋转驱动机构(4)的启停；所述门扇(22)至少为三个，门扇(22)的一端固定于中轴(21)，门扇(22)均匀分布于圆周；所述弧形边墙(1)的弧面与相邻门扇(22)可围成封闭的扇形空间。

2.根据权利要求1所述一种灌溉渠道动态分水旋转门，其特征在于：所述旋转驱动机构(4)包括转动轴(401)、旋转角度刻盘(402)、法兰盘(403)、步进电机(404)、旋转角度位置传感器(405)、接近开关(406)、红外校准器(407)、减速箱(408)、电动机(409)和限位开关(410)；所述旋转角度刻盘(402)安装在转动轴(401)上，旋转角度刻盘(402)上方通过法兰盘(403)安装步进电机(404)；所述旋转角度位置传感器(405)、接近开关(406)和红外校准器(407)安装在步进电机(404)的一侧；所述步进电机(404)的上部通过转动轴(401)安装减速箱(408)；所述减速箱(408)的上部通过法兰盘(403)安装电动机(409)；所述电动机(409)的下方设置有限位开关(410)；所述转动轴(401)的一端通过轴承与支撑架(3)连接，转动轴(401)的另一端与旋转门体(2)的中轴(21)连接。

3.根据权利要求1所述一种灌溉渠道动态分水旋转门，其特征在于：所述门扇(22)为平面结构。

4.根据权利要求1所述一种灌溉渠道动态分水旋转门，其特征在于：所述门扇(22)为曲面结构。

5.一种灌溉渠道系统，采用如权利要求1～4任一所述一种灌溉渠道动态分水旋转门，其特征在于：还包括上游渠道(6)、下游渠道(7)、上游水位测井(8)、数据自动采集控制仪(9)、太阳能板(10)和压力水位计(11)；所述上游渠道(6)和下游渠道(7)之间设置有灌溉渠道动态分水旋转门，上游渠道(6)的旁侧还设置有上游水位测井(8)；所述上游水位测井(8)与上游渠道(6)为底部连通设置，上游水位测井(8)与上游渠道(6)的底部处于同一水平面；所述数据自动采集控制仪(9)和压力水位计(11)均设置在上游水位测井(8)内；所述太阳能板(10)设置在上游水位测井(8)上端，太阳能板(10)用于系统供电；所述plc控制系统(5)设置在上游水位测井(8)上端。

6.一种灌溉渠道控水方法，采用如权利要求5所述一种灌溉渠道系统，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种灌溉渠道动态分水旋转门、灌溉渠道系统及控水方法，属于灌溉农渠流量自动测控技术领域，包括弧形边墙、旋转门体、支撑架、旋转驱动机构和PLC控制系统，旋转驱动机构用于驱动旋转门体的转动；PLC控制系统用于控制旋转驱动机构的启停，动态分水旋转门设置于上游渠道和下游渠道之间，上游渠道旁还设置有上游水位测井，测井内设置数据自动采集控制仪和压力水位计，通过分水旋转门连接的现地控制系统建立分水旋转门的转动圈数与通过旋转门流量的相关关系，可以计算出通过旋转门的水流流量。从而实现根据气象信息、土壤墒情、作物需求等进行灌溉水量调节的测控一体式灌溉管理。

技术研发人员：刘鸿涛,赵瑞娟,向丹丹,赵虎,陈泽,刘璐,樊国庆,李怡阳,单春雨,张福军,彭立前,朱梦娜,王征,刘辉,吴波,申聪颖,张忠智,刘国松,李长雨,黄恺,蒋宇,刘春友
受保护的技术使用者：长春工程学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13