一種滲灌頭技術(shù)的制作方法
【專利摘要】太極滲灌頭是植物管道滲灌系統(tǒng)中的一種灌水器。采用纖維物質(zhì)在滲灌頭中形成異形毛細管道體系來實現(xiàn)滲灌，自壓供水。其滲灌頭組件結(jié)構(gòu)(不含護網(wǎng))圖如附圖所示。滲灌頭的入水口置于毛管心部1/3-2/3處，防止毛管壁上滋生的污垢及沉積的瘀泥進入滲灌頭。毛細管長度受限便于瘀泥流出。護網(wǎng)、外弧形支架片、開放性出水口的結(jié)構(gòu)功能，防止負壓物及根系浸入。采用護網(wǎng)的形式擴大滲灌的效果在施灌間歇時滲灌頭有自然生化除瘀的功能，發(fā)生堵塞時采用壓力脈沖水透洗，5次左右的脈沖水透洗完成排堵。對水質(zhì)一般視眼分辯不出(色差不限)水肥中有雜質(zhì)應(yīng)可。水肥質(zhì)量差時對可粒、懸浮進行一般的沉淀、過濾處理應(yīng)可。
【專利說明】一種滲灌頭技術(shù)
[0001]農(nóng)、林、牧、園業(yè)植物管道微灌溉技術(shù)中，灌水器發(fā)生堵塞是一突出問題。由于水是很好的載體，各類有機、無機、沙粒、懸浮、微生物都會在水的運載下到達灌水器，堵塞現(xiàn)象是不可避免的。目前的灌溉技術(shù)要求的是水肥一體化，形成沉瘀而發(fā)生堵塞現(xiàn)象更是頻發(fā)。對水質(zhì)要求不高、防堵效果好、堵而不死、排堵快捷、壽命長、運行及制作成本低才是實用的灌水器。
[0002]為什么把這一滲灌頭稱為《太極》滲灌頭呢？是由于它的自然屬性很強，它的設(shè)計是以血液遁環(huán)中血管、毛細血管功能為原理，以土壤、植物、水肥、微生物及自然物理現(xiàn)象等之間密相互關(guān)聯(lián)為依托，故取名為《太極》滲灌頭。
[0003]太極滲灌頭是管線滲灌(地下灌溉)系統(tǒng)中的一種灌水器。我們是搞機械專業(yè)的，對灌溉技術(shù)和目前該領(lǐng)域先進技術(shù)狀態(tài)深知太淺，另該部分先進產(chǎn)品多為專利產(chǎn)品，很難查閱或深知其內(nèi)容，所以對現(xiàn)有先進技術(shù)進行對比很困難。從常用的滲灌方法來看，如滲灌管法、縱向破口脈沖法及密宮滲水法等，它們都存在毛管壁污垢延伸的堵塞，負壓倒流物的堵塞，砂粒和懸浮物的堵塞，化學(xué)衍生物的堵塞，根系的堵塞，微生物(細菌)的堵塞，故對灌溉系統(tǒng)及灌溉液的質(zhì)量要求很高，特別是滲灌它的管線和灌水器埋在土壤中，一但發(fā)生堵塞不易查找和排堵。我們認為直接采用橡膠、塑料、聚乙稀等軟質(zhì)材料加工出來的灌水器通道，如小孔形、微孔形、縱向破口形、螺旋窄縫形、密宮窄縫形，它們形成的管壁質(zhì)軟，表面粗糙度不是很好，沾泥和滋生污垢很容易產(chǎn)生，也就很容易發(fā)生堵塞。從大量文獻報道該微灌溉技術(shù)推廣受限。太極滲灌頭對上述幾種堵塞現(xiàn)象都不回避，我們認為這是一種自然現(xiàn)象，怎樣把堵塞放緩，怎樣排堵快捷恢復(fù)功能是它設(shè)計的理念及思路。下面我們將從滲灌頭工作原理作一一介紹。
[0004]一、結(jié)構(gòu)原理解述:
[0005]從結(jié)構(gòu)原理圖(圖1)中可知，滲灌頭由滲灌頭組件、護網(wǎng)二部分組成。而滲灌頭組件(圖2)由四個零件組成，其中件號I稱為導(dǎo)毛管(雙件)，件號2稱為合成纖維整形棉簡稱整形棉，件號3稱為內(nèi)弧形支架片，件號4稱為外弧形支架片。
[0006]兩根導(dǎo)毛管穿過毛管壁直達毛管心部2/3處導(dǎo)取自壓水肥溶液進入整形綿兩納水孔中。整形棉經(jīng)內(nèi)、外弧形支架片壓縮固形得到所需流量的異形毛細管道，水肥溶液經(jīng)壓縮的整形棉毛細管道減壓減流滲透到自然狀態(tài)的整形棉中(未受壓迫部分)，自然狀態(tài)整形棉中的水肥很自然的傳導(dǎo)到護網(wǎng)中，護網(wǎng)將擴大與土壤毛細管體系的聯(lián)系，將水肥滲入土壤中。它看似一過濾原理，但它有二點本質(zhì)的不同，過濾時水的通道基本是垂直于纖維線的，它就是一密度很高的篩子。而太極滲灌頭的水通道基本是順從于纖維線的異形毛細管，過濾在運行過程中沒有排泄雜物的功能，而太極滲灌頭在運行過程中有排泄雜物的功能。
[0007]所謂自然狀態(tài)整形棉就是未被壓縮的那一部分纖維棉。自然狀態(tài)的整形棉與護網(wǎng)的組合，它們近似一種較為理想的海棉體。海棉體具有吸食、儲存、失放水肥的良好功能。植物在土壤里生長過程中一直都在發(fā)生蒸騰效應(yīng)，水肥不斷的被吸收和蒸發(fā)，由于土壤內(nèi)結(jié)構(gòu)的差異不同使得各處的蒸騰效應(yīng)也隨之不同，蒸騰效應(yīng)越強的地方，土壤越干燥，土壤毛細越發(fā)達和通暢。滲灌頭碩大的海棉體結(jié)構(gòu)會把水肥送到蒸騰越強的地方，大大的提高水肥灌溉的效果。在停止施灌后，海棉體內(nèi)的飽和水肥溶液很快被土壤毛細管系吸走待干，它將變成一個濕度、空氣、養(yǎng)份適度的微生物生長的溫床。只需溫度適度，有足夠長間歇時間，微生物將會在滲灌頭中迅猛生長，大量的有機、無機物所形成的瘀泥將被微生物吞噬，達到凈化滲灌頭的作用，在人工輔佐下效果更佳，這就是下面將會提到的生物自然清瘀的原理。
[0008]二、零件功能設(shè)計講述:
[0009]1.導(dǎo)毛管
[0010]滲灌頭組件剖面圖(圖2)中件號1、零件圖(圖3)所示的零件稱為導(dǎo)毛管，雙件。它是一直通細空管，外元柱體一端上有一臺階軸，另一端為小錐度銷，臺階軸用于與內(nèi)弧形支架片突臺孔緊固連接，小錐度銷用于滲灌頭與毛管連接，內(nèi)孔直徑為2左右，它是將水從毛管導(dǎo)入整型棉的通道。要求內(nèi)孔粗糙度Ra0.4以上，材質(zhì)要求:硬度高，抗腐蝕性強，一般采用3Crl3，并需熱處理或涂層處理。陶瓷、玻璃材料更佳。導(dǎo)毛管的長度取決于毛管直徑，因它取水肥于毛管心部2/3處，目的就是防止毛管壁污垢延伸至滲灌頭入水口發(fā)生堵塞。讓導(dǎo)水管壁光潔、高硬、耐腐蝕能起到不沾瘀泥和滋生污垢的作用。
[0011]2.整形棉
[0012]滲灌頭組件剖面圖(圖2)中件號2、零件圖(圖4)所示的零件稱為合成纖維維整形棉，簡稱整形棉。它是合成纖維棉，細度為0.02-0.04，平均長度在20以上，厚度在10左右、均勻性好、密度為0.04g/CM3，體態(tài)近似毛氈，剪裁成(如圖3)的形狀，故取名為整形棉。對合成纖維的材質(zhì)要求:剛性好、耐老化、耐水解、耐霉變、化學(xué)穩(wěn)定性好。聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈等合成纖維都有很多品種可供選用。推薦一款(2.6 一荼二甲酸2 二酯紆維)。
[0013]整形棉對稱線上有兩納水通孔，孔徑為3.5。整形棉在內(nèi)、外弧形支架片緊壓下經(jīng)專用設(shè)備和工裝進行焊接或鉚接，形成對稱于心部40*20大小面積、1.2左右厚度的壓縮棉。整形棉將變成兩種狀態(tài)，其心部為壓縮狀、四周為自然狀態(tài)。壓縮狀態(tài)部分將形成我們所需流量的毛細管體系，是滲灌頭控制滲水量大小的核心要素。通過壓縮量的變化可獲得不同型號(流量)的滲灌頭。
[0014]整形棉壓縮部位的面積是受限的，也就是毛細管的長度是受限的，一般控制在5-10之間。整形棉周邊是自然狀態(tài)的整形棉，它是出水口，也就是滲灌頭的出水口為一海棉實體，故出水口是開放性的，它易出難堵(倒流物、根系堵塞)。
[0015]3.內(nèi)弧形支架片
[0016]滲灌頭組件剖面圖(圖2)中件號3、零件圖(圖5)所示的零件稱為內(nèi)弧形支架片。它與外弧形支架緊固形成對整形棉實施壓縮，獲得我們所需的毛細管體系，展開圖為40*20的長方形。內(nèi)弧形面與毛管外壁吻合，對稱線上有兩突臺孔，為導(dǎo)毛管固定突臺孔，其外弧面上有6個涌流包。涌流包就是在整形棉壓縮部位內(nèi)放幾?！笆^”，它能使該部位的整形棉變得有松有緊，把短短長度的毛細管變成多種狀態(tài)，好示平靜的小溪甩進了一些石頭，使得溪水波浪起突出現(xiàn)涌流，在脈沖清洗時形成的涌流能很好的將瘀泥透洗出滲灌頭，在嚴重堵塞情況下能促進新的毛細管體系產(chǎn)生。間歇時有利于空氣流通，便于微生物生長吞噬沉積物。內(nèi)弧形支架片是整個滲灌頭的基座，它緊貼毛管，是兩根導(dǎo)毛管的生根物元件。材物料一般選用(12Crl8Ni9Si3)不銹鋼冷扎板，厚為0.3。也可采用剛性、固形很好的有機合成材料壓鑄而成。
[0017]4.外弧形支架片
[0018]滲灌頭組件剖面圖(圖2)中件號4、零件圖(圖6)所示的零件稱為外弧形支架片。它與內(nèi)弧形支架形成對偶，也有涌流包，它的另一功能就是阻止負壓物及
[0019]植物根系到達毛細管體系內(nèi)和導(dǎo)毛管出水口。
[0020]5.護網(wǎng)
[0021]結(jié)構(gòu)原理圖(圖1)中所示的護網(wǎng)，它是由合成纖維“圍巾”線在滲灌頭組件裝入毛管后再繞制而成的線圈護網(wǎng)(不少于三層)。合成纖維圍巾線就是人們常用來織圍巾的一種較粗的棒線，該合成纖維圍巾線是由筋線和橫向短絨線鉸制而成，筋線它具有很好的抗拉強度，橫向短絨線它具有吸水性強、抗霉變、化學(xué)穩(wěn)定性好。繞制時不易過緊基本近似自然狀態(tài)。其功能在滲灌頭原理展述中以說明，它的另一功能是環(huán)繞筋線能阻斷須根長粗而破壞滲灌頭，就是一根繩子可以系死樹干的原理。
[0022]三、施灌過程中流量與時間、流量與或次數(shù)之間的關(guān)系:
[0023]無論是首次施灌或是在以后的重復(fù)施灌，水肥液將會使合成纖維整形棉逐漸發(fā)脹，外加沉積物雜質(zhì)的增加都會使毛細管道變窄，特別是施灌前期這一現(xiàn)很明顯，滲灌頭流量速降至平穩(wěn)狀態(tài)，這段時間的流量稱為假象流量，如流量與時間趨勢圖7所示，ab段為假象流量線。隨著施灌時間的增長或施灌次數(shù)的增多，流量會逐漸下降，會緩慢向堵塞現(xiàn)象推進，這一現(xiàn)象我們稱為自然堵塞現(xiàn)象，如流量與時間趨勢圖圖7所示，c點為自然堵塞流量點。又如流量與施灌次數(shù)趨勢圖圖8所示，a點為自然堵塞流量點。從流量與時間趨勢圖圖7、流量與施灌次數(shù)趨勢圖圖8中，可以看出自然堵塞現(xiàn)象是這款滲灌頭的必然負面產(chǎn)物。滲灌頭流量的變化不僅與時間、次數(shù)有關(guān)，而且與土壤類型、濕度及植物蒸騰效應(yīng)強弱有關(guān)，故滲灌頭的流量是動態(tài)變化的。如設(shè)計流量為2L / H的滲灌頭其流量在2-0.3L / H范圍內(nèi)都為正常運行。正由于該灌水器在由運行流量是動態(tài)變化的，所以要引入一些新概念標(biāo)準。
[0024]四、標(biāo)準設(shè)定:
[0025]1、食用自來水作為測示用水。
[0026]2、1.5m水柱為測試壓力。
[0027]3、首次實驗室平臺流量測試以2H時測定的流量為該滲灌頭的實際工作流量。
[0028]4、系統(tǒng)滲灌頭平均流量小于0.3L/H時稱為自然堵塞流量。
[0029]5、實驗室平臺施灌次數(shù)測試時施灌時間為4H、間歇時間于不少于24H。
[0030]6、土壤中施灌次數(shù)測試時施灌量為3L，間歇時間不少于96H。
[0031]五、設(shè)計參數(shù):
[0032]1、滲灌頭供水壓力1.0-2.0m水柱
[0033]2、設(shè)計流量 1.5-3.0L/H。
[0034]3、實驗室平臺連續(xù)測試發(fā)生自然堵塞時間應(yīng)大于96H。
[0035]4、實驗室平臺間歇測試時發(fā)生自然堵塞的施灌次數(shù)應(yīng)大于或等于40次。
[0036]5、土壤中施灌水肥時發(fā)生自然堵塞的施灌次數(shù)應(yīng)大于或等于25次。
[0037]6、使用壽命不低于3年。
[0038]六、水肥溶液質(zhì)量要求:
[0039]1、可粒物大小、數(shù)量一般不限，只需10-30分鐘沉淀(施灌池或罐內(nèi)進行)。
[0040]2、懸浮物、微生物不應(yīng)有視眼能分辯出來的物質(zhì)，存在時需用40目過濾網(wǎng)進行過濾。
[0041]3、粘度應(yīng)低于1C時泡和白糖溶液的粘度。
[0042]4、土壤及肥料中應(yīng)有的化學(xué)物質(zhì)及量值不限。
[0043]5、細菌數(shù)量不限。
[0044]七、清瘀排堵:
[0045]太極滲灌頭在設(shè)計方面予以防堵作了很多的思考，如雙大孔導(dǎo)水通道，開放性出水口，防負壓倒流物及根系堵塞，所有用材都抗老化、抗腐蝕。在當(dāng)今的灌溉領(lǐng)域中不完全是以灌水為目的，而是水肥一體化的灌溉作業(yè)，對施灌液質(zhì)量要求過高，是必造成各方面成本也過高，外加沒有不發(fā)生堵現(xiàn)象的滲灌頭存在，所以我們應(yīng)該把滲灌頭的設(shè)計重點放在快捷有效清瘀排堵上，使?jié)B灌頭堵而不死，通過清瘀誹堵恢復(fù)其使用功能，同時把對施灌液的質(zhì)量要求盡量放開。太極滲灌頭將采取生物、脈沖清瘀排堵的方法來實現(xiàn)這一目標(biāo)。
[0046]所謂生物清瘀排堵法就是利用微生物把滲灌頭內(nèi)的大量瘀泥吞噬掉。在太極滲灌頭的設(shè)計理念中我們予以它外部結(jié)構(gòu)一碩的大海棉體，其中的一個主要功能就是形成培植生物細菌生成的溫床。殘留在滲灌頭內(nèi)的雜質(zhì)其有機物含量很高，而且有機、無機物成均勻細微的絮狀付于海棉體中，此時空氣及濕度都很理想，生物細菌在此種環(huán)境中無處不在(工人施菌苗更好)，只需溫度適應(yīng)，有足夠長的間歇時間，就能生長大量的微生物，從而起到吞噬瘀泥的效果。大量的微生物生長過程中所產(chǎn)生的生物酶對無機顆粒物能起到軟化(腐蝕)的作用，也將被吞噬或變小，利于排出。但同時也可能產(chǎn)生(很少見)不利清瘀排堵的細菌，如產(chǎn)生生物酶是粘稠液，大株菌苗等，出現(xiàn)此現(xiàn)象應(yīng)采取藥物滅菌。
[0047]所謂脈沖水清瘀排堵法就是用高壓(20-30m水柱)間歇水沖洗灌溉系統(tǒng)毛管及滲灌頭部位的瘀泥。按照常歸管道灌溉技術(shù)清詵順序進行，在清洗毛管上游時必需先封閉毛管，不能將讓上游的瘀泥沖入毛管中。毛管清洗完后將其首尾封閉，形成密閉容器，脈沖壓力作用就會等效的傳遞到毛管每一處，實施對滲灌頭透洗。脈沖清洗操作程序:給水持續(xù)5秒左右，間歇10秒左右，脈沖5次左右應(yīng)清洗完畢。脈沖水清瘀排堵法主要用于灌溉系統(tǒng)產(chǎn)生自然堵塞時，或較長時間停止灌溉作業(yè)時。
[0048]我們進入微灌溉【技術(shù)領(lǐng)域】只有一年半時間，行內(nèi)的知識、狀況、標(biāo)準了解剩少，完全以旁觀者的身份來看這一事務(wù)，也好這樣我可以把問題看得簡單化，才敢大膽去做各種實驗，才有我們目前的題案。我們將太極滲灌頭用于土壤中灌溉快一年了(陽臺種植)，種了一季絲瓜并插種了海椒，種了一輪芹菜，目前正種著冬旱菜，整個簡易裝置正常運行。同時我們又做了幾輪花薈使用的復(fù)合肥(渣肥)溶水施灌，也就是對滲灌頭作超強度抗堵塞實驗。水肥液的配制:將500克的復(fù)合肥倒入16L水中充分X拌，用40目的過濾網(wǎng)過濾實施灌溉，通過5次循環(huán)施灌，末出現(xiàn)自然堵塞現(xiàn)象。
八、【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1為滲灌頭結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為滲灌頭組件剖面圖。
圖3為導(dǎo)毛管零件圖。
圖4為整形棉零件圖。
圖5為內(nèi)弧形支架片零件圖。 圖6為外弧形支架片零件圖。
圖7為流量與時間趨勢圖，說明:L線為自然堵塞流量線，Ls線為設(shè)計流量線，ab段為假象計流量線，c點為自然堵塞流量點。
圖8為流量與次數(shù)趨勢圖，說明:L線為自然堵塞流量線，a點為自然堵塞流量點。
【權(quán)利要求】
1.一種植物管道滲灌系統(tǒng)中的灌水器取名太極滲灌頭。其特征在于采用纖維棉形成相當(dāng)數(shù)量級的異形毛細管來實現(xiàn)滲灌供水。太極滲灌頭由整形棉(I)、導(dǎo)毛管(2)、內(nèi)弧形支架片(3)、外弧形支架片(4)、護網(wǎng)(5)組合而成。
2.根據(jù)權(quán)利請求I所述的太極滲灌頭。其特征在于所述的整形棉(I)，它需內(nèi)弧形支架片(3)外弧形支架片(4)來壓縮固形獲取滲灌所需流量的毛細管系。整形棉所選用的材質(zhì)一般為合成纖維，對材質(zhì)的要求:剛性好、耐老化、耐水解、耐霉變、化學(xué)穩(wěn)定性好，細度0.02-0.03，平均長度不低于10，也不排除用近似該材質(zhì)的天然纖維，或其它類型的人造纖維。
3.根據(jù)權(quán)利請求I所述的太極滲灌頭。其特征在于所述的導(dǎo)毛管(2)，它將滲灌頭的入水口置于毛管心部1/3-2/3處。雙孔導(dǎo)水。入水孔徑可做到2以上，雙錐度銷起到滲灌頭與毛管可靠連接。對材質(zhì)的要求:硬度不低于HRC42，耐銹蝕的金屬材料。也不排除用近似該材質(zhì)的非金屬材料，如陶瓷、玻璃等。
4.根據(jù)權(quán)利請求I所述的太極滲灌頭。其特征在于所述的內(nèi)弧形支架片(3)、外弧形支架片(4)，它在內(nèi)、外弧形支架片上有多個涌流包，內(nèi)弧形支架片上有固定導(dǎo)毛管的兩突臺孔。
5.根據(jù)權(quán)利請求I所述的太極滲灌頭。其特征在于所述的護網(wǎng)，采用合成纖維圍巾線環(huán)繞于毛管形成的線圈管帶，層數(shù)不低于3層。
【文檔編號】B05B15/00GK104043542SQ201310082555
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】姚勇, 姚易岑 申請人:姚勇, 姚易岑