用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)及方法，其中：水泵和布水管之間的輸水管道上通過(guò)帶有第一閥門的輸氣管道與空氣壓縮機(jī)相連通；輸氣管道和布水管之間的輸水管道上并列連通有氣水紊流混合器，氣水紊流混合器兩端安裝有第二閥門和第三閥門；與氣水紊流混合器并列連通的輸水管道上安裝有第四閥門和第五閥門。本發(fā)明的沖洗系統(tǒng)結(jié)合水洗和氣洗，減少了水資源的浪費(fèi)，并且滴灌毛管尾端的水力沖洗效果。高壓氣體和高速水流在氣水紊流混合器中擾流混合，有利于將沉積于滴灌毛管底部的凝聚態(tài)泥沙顆粒沖擊并與氣?水混合流充分混合。
【專利說(shuō)明】
用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于滴灌領(lǐng)域，涉及滴灌系統(tǒng)，具體涉及一種用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是一個(gè)可用水資源嚴(yán)重缺乏的國(guó)家，雖然水資源總儲(chǔ)量十分豐富，但人均水資源量卻僅為世界平均水平的四分之一。同時(shí)，我國(guó)農(nóng)業(yè)水資源利用領(lǐng)域仍存在水資源利用效率較低、浪費(fèi)嚴(yán)重的突出問(wèn)題?；谏鲜鑫覈?guó)水資源現(xiàn)狀以及農(nóng)業(yè)水資源利用領(lǐng)域的存在的問(wèn)題，推廣發(fā)展高效節(jié)水的農(nóng)業(yè)灌溉方式，提高農(nóng)業(yè)用水利用率勢(shì)在必行。滴灌作為近年來(lái)興起的一種新型灌溉方式，相對(duì)傳統(tǒng)灌溉方式具有節(jié)水、節(jié)能、高效的優(yōu)點(diǎn)。所以，在我國(guó)西北干旱缺水地區(qū)推廣和發(fā)展農(nóng)田滴灌技術(shù)，可以在很大程度上提高農(nóng)業(yè)用水利用率，緩解水資源的短缺危機(jī)。
[0003]我國(guó)西北內(nèi)陸黃河灌區(qū)，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以黃河水作為灌溉水源。由于滴灌系統(tǒng)對(duì)滴灌水源水質(zhì)要求較高，經(jīng)過(guò)預(yù)處理的滴灌水源中仍有部分泥沙顆粒進(jìn)入滴灌系統(tǒng)中，隨著滴灌次數(shù)的增加泥沙顆粒沉積在滴灌系統(tǒng)中，會(huì)慢慢地造成管道過(guò)水面積減小，直至堵塞毛管和滴頭，使得整個(gè)滴灌系統(tǒng)受到影響。因此，解決滴灌管道內(nèi)的沉砂問(wèn)題，及時(shí)地將泥沙顆粒排除出去，則可以有效地減少滴灌系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。
[0004]對(duì)于沉積在滴灌系統(tǒng)中的泥沙顆粒，通常采用水力沖洗的方法進(jìn)行處理。水力沖洗即在滴灌系統(tǒng)的一個(gè)滴灌工作周期結(jié)束后，將滴灌毛管尾端閥門開啟，利用滴灌水栗通入滴灌水源，通過(guò)高速運(yùn)動(dòng)的水流將沉積在毛管底部的泥沙沖洗排出滴灌系統(tǒng)，達(dá)到清洗滴灌系統(tǒng)、排除泥沙的目的。但這種單純采用水力沖洗的方法存在諸多缺點(diǎn)，如水資源浪費(fèi)較為嚴(yán)重，每次沖洗過(guò)程所用的滴灌原水占到系統(tǒng)正常運(yùn)行一個(gè)周期所需水量的10%，由于在滴灌毛管的末端沒(méi)有采取必要的沖洗水收集措施，使得滴灌毛管末端的區(qū)域最后形成了近似傳統(tǒng)漫灌方式的漫灌區(qū)域。此外這種單純依靠水力沖洗的滴灌系統(tǒng)清潔方式的沖洗強(qiáng)度會(huì)隨毛管內(nèi)水流沿滴灌毛管的運(yùn)動(dòng)而使得沖洗水流的紊流強(qiáng)度逐漸減弱，而滴灌系統(tǒng)中毛管中沉積泥沙數(shù)量多表現(xiàn)為毛管末端沉積數(shù)量較多，而沖洗水流運(yùn)動(dòng)至毛管末端時(shí)由于水流紊流強(qiáng)度的減弱使得水力沖洗的效果出現(xiàn)較大程度的衰減。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)及方法，解決現(xiàn)有的單純水沖洗過(guò)程中水資源浪費(fèi)，滴灌毛管尾端的水力沖洗效果較差的技術(shù)問(wèn)題。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0007]—種用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，包括水栗，水栗通過(guò)輸水管道與滴灌帶的布水管相連，所述的滴灌帶包括多條滴灌毛管，所述的多條滴灌毛管的頭端通過(guò)布水管相連，多條滴灌毛管的尾端通過(guò)沖洗排泥管相連；
[0008]水栗和布水管之間的輸水管道上通過(guò)帶有第一閥門的輸氣管道與空氣壓縮機(jī)相連通；
[0009]輸氣管道和布水管之間的輸水管道上并列連通有氣水紊流混合器，氣水紊流混合器兩端安裝有第二閥門和第三閥門；與氣水紊流混合器并列連通的輸水管道上安裝有第四閥門和第五閥門。
[0010]本發(fā)明還具有如下區(qū)別技術(shù)特征:
[0011 ]所述的氣水紊流混合器包括筒體，筒體一端與入流端相連通，筒體另一端與出流端相連通，筒體內(nèi)設(shè)置有多個(gè)紊流擋板。
[0012]所述的紊流擋板為半圓形擋板，多個(gè)紊流擋板沿著筒體的軸向依次錯(cuò)列式均勻設(shè)置。
[0013]所述的沖洗排泥管的一端與泥水收集池相連通，沖洗排泥管的另一端上設(shè)置有排氣閥。
[0014]所述的多條抗堵塞滴灌毛管的尾端均通過(guò)沖洗排泥閥和連接彎管與沖洗排泥管連通。
[0015]所述的空氣壓縮機(jī)與輸氣管道之間還設(shè)置有穩(wěn)壓罐。
[0016]所述的水栗和空氣壓縮機(jī)均與控制終端相連。
[0017]—種用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗方法，其特征在于:該方法采用如上所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，在氣水結(jié)合沖洗過(guò)程中輸氣管道中的壓力大于輸水管道中的壓力。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果:
[0019]本發(fā)明的沖洗系統(tǒng)結(jié)合水洗和氣洗，減少了水資源的浪費(fèi)，并且滴灌毛管尾端的水力沖洗效果。高壓氣體和高速水流在氣水紊流混合器中擾流混合，有利于將沉積于滴灌毛管底部的凝聚態(tài)泥沙顆粒沖擊并與氣-水混合流充分混合。
[0020]傳統(tǒng)的單純依靠水力沖洗的滴灌系統(tǒng)的清潔方法水流自身動(dòng)能和水流的紊動(dòng)情況隨運(yùn)動(dòng)距離的增加衰減明顯，而本發(fā)明中的氣水混合流在對(duì)管道進(jìn)行清潔時(shí)混合流的紊流強(qiáng)度隨運(yùn)動(dòng)距離的增加并沒(méi)有明顯的衰減，從而顯著提高了氣水混合流對(duì)滴灌毛管內(nèi)沉積泥沙的持續(xù)沖擊強(qiáng)度，明顯的提高了對(duì)滴灌系統(tǒng)內(nèi)沉積泥沙的清潔效果。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是氣水紊流混合器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是滴灌毛管尾端的連接關(guān)系示意圖。
[0024]圖4是沖洗狀態(tài)下滴灌毛管內(nèi)的氣-水-沙的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)示意圖。
[0025]圖中各個(gè)標(biāo)號(hào)的含義為:1-水栗，2-輸水管道，3-滴灌帶，4-輸氣管道，5-空氣壓縮機(jī)，6-氣水紊流混合器，7-第一閥門，8-第二閥門，9_第三閥門，10-第四閥門，11-第五閥門，12-泥水收集池，13-穩(wěn)壓罐，14-控制終端，15-流動(dòng)氣體，16-泥水混合流，17-Y型過(guò)濾器，18-壓力表，19-排氣閥；
[0026](3-D-滴灌毛管，(3-2)-布水管，(3-3)-沖洗排泥管，(3-4)-沖洗排泥閥，(3-5)-連接彎管；
[0027](6-1)-筒體，(6-2)-入流端，(6-3)_出流端，(6-4)-紊流擋板。
[0028]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)解釋說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說(shuō)明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請(qǐng)技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0030]實(shí)施例1:
[0031]本實(shí)施例給出一種用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，如圖1至圖3所示，包括水栗I，水栗I通過(guò)輸水管道2與滴灌帶3的布水管3-2相連，所述的滴灌帶3包括多條滴灌毛管3-1，所述的多條滴灌毛管3-1的頭端通過(guò)布水管3-2相連，多條滴灌毛管3-1的尾端通過(guò)沖洗排泥管3-3相連；
[0032]水栗I和布水管3-2之間的輸水管道2上通過(guò)帶有第一閥門7的輸氣管道4與空氣壓縮機(jī)5相連通；
[0033]輸氣管道4和布水管3-2之間的輸水管道2上并列連通有氣水紊流混合器6，氣水紊流混合器6兩端安裝有第二閥門8和第三閥門9;與氣水紊流混合器6并列連通的輸水管道2上安裝有第四閥門1和第五閥門11。
[0034]氣水紊流混合器6包括筒體6-1，筒體6-1—端與入流端6-2相連通，筒體6_1另一端與出流端6-3相連通，筒體6-1內(nèi)設(shè)置有多個(gè)紊流擋板6-4。
[0035]紊流擋板6-4為半圓形擋板，多個(gè)紊流擋板6-4沿著筒體6-1的軸向一正一反依次錯(cuò)列式均勻設(shè)置。氣水紊流混合器6通過(guò)內(nèi)部的交錯(cuò)布置的紊流擋板6-4將氣體和水流擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)高壓氣體和高速水流的充分混合，紊流擋板6-4之間留有空隙，紊流擋板6-4均采用高強(qiáng)度鋼制結(jié)構(gòu)，提高對(duì)氣體的剪切和擾動(dòng)作用，從而使得氣體和水流達(dá)到充分的紊流混合狀態(tài)。氣水紊流器正是基于混合流的紊流強(qiáng)度高、混合流紊流強(qiáng)度衰減小的優(yōu)點(diǎn)在對(duì)于高含沙水滴灌系統(tǒng)運(yùn)行后存在的系統(tǒng)內(nèi)毛管沉積泥沙清潔方面明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的單純依靠水流沖洗效果。
[0036]沖洗排泥管3-3的一端與泥水收集池12相連通，沖洗排泥管3-3的另一端上設(shè)置有排氣閥19。避免滴灌毛管3-1末端的區(qū)域最后形成了近似傳統(tǒng)漫灌方式的漫灌區(qū)域。
[0037]多條抗堵塞滴灌毛管3-1的尾端均通過(guò)沖洗排泥閥3-4和連接彎管3-5與沖洗排泥管3-3連通。
[0038]空氣壓縮機(jī)5與輸氣管道4之間還設(shè)置有穩(wěn)壓罐13。穩(wěn)壓罐13的作用是將沖洗用的氣體以設(shè)定的壓力送入滴灌管網(wǎng)，使系統(tǒng)內(nèi)壓力維持在滿足沖洗壓力維持在恒定的壓力范圍內(nèi)，避免產(chǎn)生較大的壓力波動(dòng)，影響沖洗效果。
[0039]水栗I和空氣壓縮機(jī)5均與控制終端14相連，用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。
[0040]本發(fā)明的裝置的工作過(guò)程如下所述:
[0041 ]滴灌系統(tǒng)在正常工作時(shí)，首先由水I抽取所需的灌溉水，并通過(guò)輸水管道2依次經(jīng)過(guò)第四閥門10、Y型過(guò)濾器17、壓力表18和第五閥門11后，通過(guò)布水管3-2進(jìn)入滴灌帶2中的滴灌毛管3-1中，通過(guò)滴灌毛管3-1上的滴頭實(shí)現(xiàn)滴管布水，完成整個(gè)滴灌過(guò)程，此時(shí)空氣壓縮機(jī)5及其相連的空氣反沖洗機(jī)構(gòu)均不工作。
[0042]滴灌系統(tǒng)完成上述一個(gè)滴灌周期的灌水過(guò)程后進(jìn)入氣水沖洗階段，首先通過(guò)控制終端14控制水栗I和空氣壓縮機(jī)5開啟，開啟系統(tǒng)中的第一閥門7、第二閥門8和第三閥門9，以及各條滴灌毛管3-1尾端的沖洗排泥閥3-4，同時(shí)關(guān)閉輸水管道2上的第四閥門10和第五閥門11。
[0043]由于當(dāng)?shù)喂嗝?-1內(nèi)沉積泥沙的含水率和沉積泥沙含量不同時(shí)泥沙顆粒在沖洗過(guò)程中所需要的啟動(dòng)速度不同，因此要實(shí)現(xiàn)對(duì)不同條件下毛管沉積泥沙的有效沖洗應(yīng)對(duì)沖洗過(guò)程中沖洗氣體壓力P、沖洗水頭H分別設(shè)定。通過(guò)上述方法設(shè)定氣-水結(jié)合沖洗滴灌系統(tǒng)的沖洗氣體壓力和沖洗水流水頭等參數(shù)后，控制終端14根據(jù)上述參數(shù)，通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)水栗I的轉(zhuǎn)速的方式控制水栗出水的壓力水頭，同時(shí)空氣壓縮機(jī)5和穩(wěn)壓罐13組成的供氣系統(tǒng)可以為系統(tǒng)沖洗提供額定工作壓力的氣體。
[0044]上述經(jīng)穩(wěn)壓罐13通過(guò)輸氣管道4輸送的高壓氣體和經(jīng)自水栗I輸出經(jīng)輸水管道2輸送的水流在第一閥門7后面交匯，第一閥門7具有防止水流倒流進(jìn)入供氣系統(tǒng)的作用。此后，上述空氣和水流經(jīng)過(guò)輸水管道2的支管一側(cè)的旁通管經(jīng)過(guò)第二閥門后到達(dá)氣水紊流混合器6，高壓氣體和沖洗水源在氣水紊流混合器6中充分混合，水流和氣體共同經(jīng)過(guò)筒體6-1內(nèi)的紊流擋板6-4，在紊流擋板6-4的作用下水流和高壓氣體發(fā)生不規(guī)則的擾動(dòng)，增加了自身的紊動(dòng)特性。同時(shí)，上述高壓氣體在發(fā)生紊動(dòng)的過(guò)程中產(chǎn)生了更多的微小的氣泡，微小氣泡與被紊流擋板擾動(dòng)的水流發(fā)生了更充分的結(jié)合，進(jìn)一步的增強(qiáng)了氣水混合流的紊動(dòng)特性，可以更好的對(duì)沉積在滴管毛管3-1底部的泥沙顆粒的沖擊和清洗。
[0045]上述經(jīng)氣水紊流混合器充分混合的氣水兩相流經(jīng)第三閥門9后經(jīng)過(guò)布水管3-2進(jìn)入滴灌毛管3-1中，氣水兩相流在進(jìn)入滴灌毛管3-1后在管內(nèi)呈紊流狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，如圖4所示，在滴灌毛管3-1中運(yùn)動(dòng)的兩相流對(duì)沉積在滴灌毛管底部的泥沙顆粒的不規(guī)則沖刷作用，將沉積泥沙卷積、揚(yáng)起并隨氣水兩相流在滴灌毛管內(nèi)輸移最終形成氣-水-沙三相混合流，上述三相流經(jīng)滴灌毛管3-1尾端的沖洗排泥閥3-4后，匯聚進(jìn)入沖洗排泥管3-3內(nèi)。滴灌系統(tǒng)末端的沖洗排泥管3-3匯集經(jīng)滴灌毛管3-1排出的氣-水-沙三相混合流，沖洗排泥管3-3內(nèi)泥沙和水流在排泥管底部以非滿流的狀態(tài)順沖洗排泥管3-3的坡度流向滴灌系統(tǒng)末端的泥水收集池12內(nèi)。與此同時(shí)，進(jìn)入沖洗排泥管3-3的氣體在在管內(nèi)頂部與水流流向呈相反的方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)位于沖洗排泥管3-3首端的排氣閥3-6排入大氣中。而進(jìn)入系統(tǒng)末端泥水收集池12內(nèi)的含沙水則可以完成泥沙的濃縮和沖洗水的澄清，以備收集利用，而泥水收集池12內(nèi)的濃縮泥沙則可以定期清理。
[0046]實(shí)施例2:
[0047]本實(shí)施例給出一種用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗方法，該方法采用如實(shí)施例1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，其中:在氣水結(jié)合沖洗過(guò)程中輸氣管道(4)中的壓力大于輸水管道(2)中的壓力。
[0048]上述沖洗的實(shí)施過(guò)程中需控制系統(tǒng)的沖洗時(shí)間T、沖洗過(guò)程中氣體壓力P、沖洗水頭H三個(gè)具體參數(shù)，在設(shè)定的沖洗壓力條件下運(yùn)行規(guī)定的沖洗時(shí)間后則針對(duì)高濁水直接滴灌條件下的氣水結(jié)合沖洗滴灌系統(tǒng)的一個(gè)完整的沖洗過(guò)程完成。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，包括水栗(I)，水栗(I)通過(guò)輸水管道(2)與滴灌帶(3)的布水管(3-2)相連，所述的滴灌帶(3)包括多條滴灌毛管(3-1)，所述的多條滴灌毛管(3-1)的頭端通過(guò)布水管(3-2)相連，其特征在于:多條滴灌毛管(3-1)的尾端通過(guò)沖洗排泥管(3-3)相連； 水栗(I)和布水管(3-2)之間的輸水管道(2)上通過(guò)帶有第一閥門(7)的輸氣管道(4)與空氣壓縮機(jī)(5)相連通； 輸氣管道(4)和布水管(3-2)之間的輸水管道(2)上并列連通有氣水紊流混合器(6)，氣水紊流混合器(6)兩端安裝有第二閥門(8)和第三閥門(9);與氣水紊流混合器(6)并列連通的輸水管道(2)上安裝有第四閥門(10)和第五閥門(11)。2.如權(quán)利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，其特征在于:所述的氣水紊流混合器(6)包括筒體(6-1)，筒體(6-1)—端與入流端(6-2)相連通，筒體(6-1)另一端與出流端(6-3)相連通，筒體(6-1)內(nèi)設(shè)置有多個(gè)紊流擋板(6-4)。3.如權(quán)利要求2所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，其特征在于:所述的紊流擋板(6-4)為半圓形擋板，多個(gè)紊流擋板(6-4)沿著筒體(6-1)的軸向依次錯(cuò)列式均勻設(shè)置。4.如權(quán)利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，其特征在于:沖洗排泥管(3-3)的一端與泥水收集池(12)相連通，沖洗排泥管(3-3)的另一端上設(shè)置有排氣閥(19)。5.如權(quán)利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，其特征在于:所述的多條抗堵塞滴灌毛管(3-1)的尾端均通過(guò)沖洗排泥閥(3-4)和連接彎管(3-5)與沖洗排泥管(3-3)連通。6.如權(quán)利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，其特征在于:所述的空氣壓縮機(jī)(5)與輸氣管道(4)之間還設(shè)置有穩(wěn)壓罐(13)。7.如權(quán)利要求1所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，其特征在于:所述的水栗(I)和空氣壓縮機(jī)(5)均與控制終端(14)相連。8.—種用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗方法，其特征在于:該方法采用如權(quán)利要求1至7任一權(quán)利要求所述的用于高含沙水直接滴灌的毛管氣水結(jié)合沖洗系統(tǒng)，在氣水結(jié)合沖洗過(guò)程中輸氣管道(4)中的壓力大于輸水管道(2)中的壓力。
【文檔編號(hào)】B08B9/032GK106076986SQ201610405525
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月7日
【發(fā)明人】于健, 盧金鎖, 史吉?jiǎng)?
【申請(qǐng)人】?jī)?nèi)蒙古自治區(qū)水利科學(xué)研究院