专利名称：滴灌系统抗生物堵塞装置的制作方法
技术领域：
本发明属于农业节水灌溉技术领域，尤其涉及一种滴灌系统抗生物堵塞装置。
背景技术：
滴灌是局部灌溉的一种，由首部枢纽、干管、支管、毛管、灌水器等五部分组成。① 首部枢纽担负取水、加压和水处理任务，由水泵、化肥罐、过滤器、压力表、流量表等部件组成；②干管起输水作用；③支管起配水作用，按控制面积大小和作物需水量，将灌溉用水分配到灌溉地段；④毛管与支管联接，将水送到作物根部附近；⑤灌水器，包括滴头、出水口等，各有不同类型和形状，用以均勻地润湿作物根部土壤。把滴灌毛管和灌水器布置在地表下，称之为地下滴灌。滴灌的突出优点是非常省水，特别是地下滴灌因灌溉水几乎没有土壤表面蒸发，灌溉水的利用效率更高。滴灌的自动化程度高，可以使土壤湿度始终保持在最优状态。滴灌的主要缺陷是灌水器堵塞，特别是难以更换灌水器的地下滴灌，灌水器堵塞是导致地下滴灌系统报废的主要原因，一般使用寿命仅有3 5年。滴灌灌水器堵塞一般可分为三类物理堵塞、生物堵塞和化学堵塞，其中最难缠的当属生物堵塞，时至今日仍没有找到很好的解决办法。所谓生物堵塞主要指细菌在灌水器流道内繁殖而形成的粘稠物以及藻类、浮游生物的生长等造成的灌水器出水口堵塞和作物根系趋水性生长通过灌水器出水口进入灌水器内部造成的出水口堵塞。目前，对抗滴灌系统生物堵塞的最有效方法，一是发展价格低廉超薄的一次性滴灌带；二是采用化学方法防治。一次性滴灌带仅适用于地上滴灌，就发展策略而言，也仅仅是一个权宜之计，并不是根本的解决办法。所谓化学方法是指在灌溉水中定期注入或在灌水器生产的原材料中添加化学药剂来杀死流道内的细菌微生物和灌水器外部周围作物根系的方法。在美国采用PH值为2的酸性水或灌溉水中加氯气进行几个小时冲洗的方法来防治生物堵塞，因为添加化学药剂会对土壤、环境造成一定污染，添加剂量十分严格，技术要求高，制备、储存、运输也比较麻烦、危险，除美国等少数国家外，一般不用。美国专利提出了用金属铜制部件嵌入到滴灌灌水器中，利用铜质元件被腐蚀后释放的铜离子杀死、抑制细菌和根系在灌水器内生长的技术方案。申请号为200910244089. 5的中国专利“微灌灌水器”提出了在灌水器覆盖杀菌的光触媒覆膜层的技术方案，将空调滤网的杀菌方案用到了灌水器上。但是上述两种专利的技术方案的杀菌功能，仅局限在灌水器上，滴灌系统灌水器前、首部枢纽过滤器后的输水管道内生长繁殖的生物物质，仍旧可以造成灌水器的堵塞，其抗生物堵塞效果及耐久性仍就得不到保证。另外，光触媒物质，顾名思义，需要在光线激发下，才能产生灭菌活性，很显然不适合地下滴灌系统。滴灌系统的生物堵塞已经严重影响了滴灌的灌水效率与质量， 限制了滴灌技术尤其是地下滴灌技术的推广应用，急需更好的滴灌系统抗生物堵塞的方法与装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单、投资小、耐久性好、没有化学污染物残留、既适合地上滴灌系统更适合地下滴灌系统、便于生产、有利于作物生长、尤其是抗生物堵塞性能优异的滴灌系统抗生物堵塞装置。本发明的目的是这样实现的一种滴灌系统抗生物堵塞装置，包括空气滤清器、臭氧发生器、进气间阀、逆止阀、进气管、注气腔、射流喷嘴、一级振荡腔、二级振荡腔、渐变流道，空气滤清器的出气端通过臭氧发生器、进气间阀、逆止阀、进气管与注气腔上部的进气端连接，射流喷嘴过流断面大的一端与位于滴灌系统首部的过滤器出水端连接，射流喷嘴过流断面小的一端即喷射口，水平深入到注气腔的内部，注气腔的水平出流端通过直径为dl的圆形喉道与一级振荡腔的水平进流端连接，射流喷嘴的喷射口正对着直径为dl的圆形喉道过流断面中心，一级振荡腔的水平出流端通过直径为d2的圆形喉道与二级振荡腔的水平进流端连接，二级振荡腔的水平出流端通过直径为d3的圆形喉道与渐变流道的水平进流端连接，渐变流道的水平出流端与通向滴灌系统支管的干管连接，射流喷嘴、直径为dl的圆形喉道、直径为d2 的圆形喉道、直径为d3的圆形喉道、渐变流道的过流断面中心在一条直线上，射流喷嘴、一级振荡腔、二级振荡腔、渐变流道与该条直线的垂直截面均为圆形。所述的滴灌系统抗生物堵塞装置，一级振荡腔的出流端直径d2与一级振荡腔的进流端直径dl的比例为d2/dl = 1. 2 ；二级振荡腔的出流端直径d3与二级振荡腔的进流端直径d2的比例为:d3/d2 = 1. 2。所述的滴灌系统抗生物堵塞装置，一级振荡腔的进流端到出流端的距离为Li，与一级振荡腔的进流端直径dl的比例为Ll/dl = 2.4 ；二级振荡腔的进流端到出流端的距离为L2，与二级振荡腔的进流端直径d2的比例为L2/d2 = 2. 4。所述的滴灌系统抗生物堵塞装置，振荡腔的级数可适当增减，附图所示的为带两级振荡腔的滴灌系统抗生物堵塞装置。本发明的滴灌系统抗生物堵塞装置的工作原理与过程如下臭氧具有极强的净化杀菌之作用，臭氧在水中的半衰期大约二十分钟，使用臭氧最适宜的方式是将臭氧溶解于水中，形成所谓的“臭氧水”。“臭氧水”具有极强的氧化能力、 杀菌、脱臭、消毒、降解农药等作用，是一种高效的广谱杀菌剂，它的杀菌消毒能力强于紫外线照射，是氯气的600 3000倍。臭氧能自动分解还原成氧气，它的最大优点是没有污染环境的有害物质残留。本发明所谓的振荡腔为亥姆霍兹式射流自激振荡腔，射流自激振荡腔的设计是为了使携带臭氧的空气能更好地与灌溉水均勻混合，避免在流道内形成大的气泡或水气分层的现象而导致的杀菌不均勻或不彻底的情况发生。因振荡腔的自激振荡频率远高于“水锤”振荡频率，故不会引起灌溉系统管路发生 “水锤”而破坏管道。相反，振荡的掺有空气的水流，因为“气蚀”作用，对流道有很好的清洗效果，掺有空气的水流在滴灌灌水器的出水口减压释放水中的空气时，对滴灌灌水器的出水口也有很好的冲刷效果，特别有助于提高滴灌系统的抗堵塞性能。启动滴灌系统，打开进气闸阀，启动臭氧发生器，来自于滴灌系统首部的有压水从射流喷嘴的喷射口高速喷出，于注气腔内形成负压，在这个负压的作用下，臭氧发生器使空气电离产生的臭氧随空气滤清器过滤后的空气，通过进气闸阀、逆止阀、进气管一同进入到注气腔内，并随射流喷嘴喷出的高速水流，通过直径为dl的圆形喉道一同进入一级振荡腔内，进行一级涡旋振荡搅拌“掺气”，而后通过直径为d2的圆形喉道进入二级振荡腔内，进行二级涡旋振荡搅拌“掺气”，形成气液分布均勻的“臭氧水”，通过直径为d3的圆形喉道和渐变流道进入滴灌系统的输水管道，杀死流道内的微生物，在地下滴灌系统可同时抑制作物根系向滴灌灌水器出水口方向生长，达到滴灌系统抗生物堵塞的目的。本发明具有如下积极效果1、本发明的滴灌系统抗生物堵塞装置与方法，与向灌溉水中注入化学药剂的方法一样有效，而较向灌溉水中注入化学药剂的方法的突出优点是没有污染环境的有害物质残留，不存在危险化学药剂制备、储存、运输的麻烦和泄漏风险；2、本发明的滴灌系统抗生物堵塞装置，自激振荡使气液混合体受到反复的剪切作用，气泡尺寸被剪切得更小。臭氧水体在振荡循环过程中发生剧烈的紊动和剪切，提高了水体的对流扩散能力，促进了水体中臭氧的均勻化分布，气液之间得到充分的混合。避免了在流道内形成大的气泡或水气分层的现象，杀菌均勻、彻底；3、本发明的滴灌系统抗生物堵塞装置，无需另外的加压驱动装置。本装置的振荡腔也被称为“谐振腔”，工作在“谐振”状态，维持其振荡需消耗的能量极少，因此，本装置具有较低的能耗；4、本发明的滴灌系统抗生物堵塞装置，机械活动部件和运动密封少，结构简单，机械故障少，无堵塞、渗漏现象，可经久耐用，投入、运行费用低；5、本发明的滴灌系统抗生物堵塞装置，产生的振荡的掺有空气的水流，因为“气蚀”作用，对流道有很好的清洗效果，掺有空气的水流在滴灌灌水器的出水口减压释放水中的空气时，对滴灌灌水器的出水口也有很好的冲刷效果，特别有助于提高滴灌系统的抗堵塞性能；6、本发明的滴灌系统抗生物堵塞装置，利用掺气的臭氧水灌溉作物植株根区，可杀死活动于根际土层中、在大棚蔬菜普遍发生、危害严重、其他方法难以奏效的根结线幼虫或卵，有效控制根结线虫病的发生。臭氧水在土壤中半小时后即可还原为氧气，掺气的臭氧灌溉水释放的空气和氧气，不仅不会对作物植株根系造成危害，而且可改善土壤环境，起到促进作物植株生长的作用。
附图为本发明的滴灌系统抗生物堵塞装置的示意图。
具体实施例方式一种滴灌系统抗生物堵塞装置，如附图所示，包括空气滤清器1、臭氧发生器2、 进气闸阀3、逆止阀4、进气管5、注气腔6、射流喷嘴7、一级振荡腔8-1、二级振荡腔8-2、渐变流道9，空气滤清器1的出气端通过臭氧发生器2、进气闸阀3、逆止阀4、进气管5与注气腔6上部的进气端连接，射流喷嘴7过流断面大的一端与位于滴灌系统首部的过滤器出水端连接，射流喷嘴7过流断面小的一端即喷射口，水平深入到注气腔6的内部，注气腔6的水平出流端通过直径为dl的圆形喉道与一级振荡腔8-1的水平进流端连接，射流喷嘴7的喷射口正对着直径为dl的圆形喉道过流断面中心，一级振荡腔8-1的水平出流端通过直径为d2的圆形喉道与二级振荡腔8-2的水平进流端连接，二级振荡腔8-2的水平出流端通过直径为d3的圆形喉道与渐变流道9的水平进流端连接，渐变流道9的水平出流端与通向滴灌系统支管的干管连接，射流喷嘴7、直径为dl的圆形喉道、直径为d2的圆形喉道、直径为 d3的圆形喉道、渐变流道9的过流断面中心在一条直线上，射流喷嘴7、一级振荡腔8-1、二级振荡腔8-2、渐变流道9与该条直线的垂直截面均为圆形。所述的滴灌系统抗生物堵塞装置，一级振荡腔8-1的出流端直径d2与一级振荡腔 8-1的进流端直径dl的比例为d2/dl = 1. 2 ；二级振荡腔8-2的出流端直径d3与二级振荡腔8-2的进流端直径d2的比例为:d3/d2 = 1. 2。所述的滴灌系统抗生物堵塞装置，一级振荡腔8-1的进流端到出流端的距离为 Li，与一级振荡腔8-1的进流端直径dl的比例为Ll/dl = 2.4 ；二级振荡腔8_2的进流端到出流端的距离为L2，与二级振荡腔8-2的进流端直径d2的比例为L2/d2 = 2. 4。所述的滴灌系统抗生物堵塞装置，振荡腔的级数可适当增减，附图所示的为带两级振荡腔的滴灌系统抗生物堵塞装置。本发明的滴灌系统抗生物堵塞装置的工作原理与过程如下臭氧具有极强的净化杀菌之作用，臭氧在水中的半衰期大约二十分钟，使用臭氧最适宜的方式是将臭氧溶解于水中，形成所谓的“臭氧水”。“臭氧水”具有极强的氧化能力、 杀菌、脱臭、消毒、降解农药等作用，是一种高效的广谱杀菌剂，它的杀菌消毒能力强于紫外线照射，是氯气的600 3000倍。臭氧能自动分解还原成氧气，它的最大优点是没有污染环境的有害物质残留。本发明所谓的振荡腔为亥姆霍兹式射流自激振荡腔，射流自激振荡腔的设计是为了使携带臭氧的空气能更好地与灌溉水均勻混合，避免在流道内形成大的气泡或水气分层的现象而导致的杀菌不均勻或不彻底的情况发生。因振荡腔的自激振荡频率远高于“水锤”振荡频率，故不会引起灌溉系统管路发生 “水锤”而破坏管道。相反，振荡的掺有空气的水流，因为“气蚀”作用，对流道有很好的清洗效果，掺有空气的水流在滴灌灌水器的出水口减压释放水中的空气时，对滴灌灌水器的出水口也有很好的冲刷效果，特别有助于提高滴灌系统的抗堵塞性能。启动滴灌系统，打开进气闸阀3，启动臭氧发生器2，来自于滴灌系统首部的有压水从射流喷嘴7的喷射口高速喷出，于注气腔6内形成负压，在这个负压的作用下，臭氧发生器2使空气电离产生的臭氧随空气滤清器1过滤后的空气，通过进气闸阀3、逆止阀4、进气管5 —同进入到注气腔6内，并随射流喷嘴7喷出的高速水流，通过直径为dl的圆形喉道一同进入一级振荡腔8-1内，进行一级涡旋振荡搅拌“掺气”而后通过直径为d2的圆形喉道进入二级振荡腔8-2内，进行二级涡旋振荡搅拌“掺气”，形成气液分布均勻的“臭氧水”， 通过直径为d3的圆形喉道和渐变流道9进入滴灌系统的输水管道，杀死流道内的微生物， 在地下滴灌系统可同时抑制作物根系向滴灌灌水器出水口方向生长，达到滴灌系统抗生物堵塞的目的。
权利要求
1.一种滴灌系统抗生物堵塞装置，其特征在于包括空气滤清器(1)、臭氧发生器O)、 进气闸阀(3)、逆止阀0)、进气管(5)、注气腔(6)、射流喷嘴(7)、一级振荡腔(8-1)、二级振荡腔(8-2)、渐变流道(9)，空气滤清器(1)的出气端通过臭氧发生器O)、进气闸阀(3)、 逆止阀G)、进气管( 与注气腔(6)上部的进气端连接，射流喷嘴(7)过流断面大的一端与位于滴灌系统首部的过滤器出水端连接，射流喷嘴(7)过流断面小的一端即喷射口，水平深入到注气腔(6)的内部，注气腔(6)的水平出流端通过直径为dl的圆形喉道与一级振荡腔(8-1)的水平进流端连接，射流喷嘴(7)的喷射口正对着直径为dl的圆形喉道过流断面中心，一级振荡腔(8-1)的水平出流端通过直径为d2的圆形喉道与二级振荡腔(8-2) 的水平进流端连接，二级振荡腔(8- 的水平出流端通过直径为d3的圆形喉道与渐变流道 (9)的水平进流端连接，渐变流道(9)的水平出流端与通向滴灌系统支管的干管连接，射流喷嘴(7)、直径为dl的圆形喉道、直径为d2的圆形喉道、直径为d3的圆形喉道、渐变流道 (9)的过流断面中心在一条直线上，射流喷嘴(7)、一级振荡腔(8-1)、二级振荡腔(8-2)、渐变流道(9)与该条直线的垂直截面均为圆形。
2.根据权利要求1所述的一种滴灌系统抗生物堵塞装置，其特征在于一级振荡腔 (8-1)的出流端直径d2与一级振荡腔(8-1)的进流端直径dl的比例为d2/dl = 1. 2 ；二级振荡腔(8-2)的出流端直径d3与二级振荡腔(8-2)的进流端直径d2的比例为d3/d2 = 1. 2。
3.根据权利要求1所述的一种滴灌系统抗生物堵塞装置，其特征在于一级振荡腔 (8-1)的进流端到出流端的距离为Li，与一级振荡腔(8-1)的进流端直径dl的比例为Li/ dl = 2. 4;二级振荡腔(8-2)的进流端到出流端的距离为L2，与二级振荡腔(8_2)的进流端直径d2的比例为L2/d2 = 2. 4。
4.根据权利要求1所述的一种滴灌系统抗生物堵塞装置，其特征在于振荡腔的级数可适当增减。
全文摘要
本发明涉及一种滴灌系统抗生物堵塞装置。启动滴灌系统，打开进气闸阀，启动臭氧发生器，来自滴灌系统首部的有压水从射流喷嘴的喷射口高速喷出，于注气腔内形成负压，在这个负压的作用下，臭氧发生器使空气电离产生的臭氧随空气滤清器过滤后的空气，通过进气闸阀、逆止阀、进气管一同进入到注气腔内，并随射流喷嘴喷出的高速水流，一同进入振荡腔内，进行涡旋振荡搅拌“掺气”，形成气液分布均匀的“臭氧水”进入滴灌系统，杀死流道内的微生物，在地下滴灌系统可同时抑制作物根系向滴灌灌水器出水口方向生长，达到滴灌系统抗生物堵塞的目的。较向灌溉水中注入化学药剂的方法的突出优点是没有污染环境的有害物质残留和使用危险化学药剂的风险。
文档编号A01G25/02GK102283080SQ20111021775
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者高任翔, 高胜国 申请人:中国农业科学院农田灌溉研究所