本發(fā)明涉及一種灌水器，特別涉及一種流量可調(diào)的可拆卸螺旋式迷宮灌水器，屬于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中節(jié)水灌溉器材技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

迷宮式灌水器具有消能效果好，出水均勻、制造成本低、適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，被視為當(dāng)前性能最優(yōu)越的灌水器。通常為了得到穩(wěn)定、均勻的低流量，迷宮流道灌水器的內(nèi)部流道尺寸一般介于0.5～1.2mm，很容易發(fā)生堵塞。堵塞問(wèn)題一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)和難題，灌水器內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)對(duì)其水力性能有很大的影響，發(fā)生堵塞時(shí)，流道內(nèi)部水流水力性能變差，灌水均勻度受到影響。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，堵塞問(wèn)題不可避免，常規(guī)情況下，田間灌水器平均兩年左右就會(huì)出現(xiàn)不同程度的堵塞，即使是在水質(zhì)良好、采用較為完善的過(guò)濾措施的條件下，灌水器仍有1/3的物理堵塞，堵塞輕者，影響灌水器的灌水均勻度，重者則需對(duì)灌水管、帶進(jìn)行更換，不僅增加了投資、維修費(fèi)用，而且嚴(yán)重阻礙了迷宮式灌水器的推廣和應(yīng)用；國(guó)內(nèi)常用迷宮式灌水器的流量一般為1～4l/h，每種灌水器只能實(shí)現(xiàn)單一流量灌溉，無(wú)法滿足作物在不同生長(zhǎng)周期內(nèi)需水量變化需求，當(dāng)灌水量大于作物需水量時(shí)，灌溉方式偏離節(jié)水灌溉的理念，加劇了農(nóng)業(yè)用水的緊缺；灌水量小于作物需水量時(shí)，無(wú)法滿足作物在生長(zhǎng)周期內(nèi)的正常需水。此外，目前國(guó)內(nèi)最常用的迷宮式滴灌產(chǎn)品所用材料一般都為pe管，存在無(wú)法拆卸、不能重復(fù)使用等問(wèn)題。因此，生產(chǎn)出抗堵塞性能良好、實(shí)現(xiàn)流量多級(jí)調(diào)節(jié)、可拆卸清洗并能重復(fù)使用的新型灌水器迫在眉睫。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種抗堵塞性能良好、流量可多級(jí)調(diào)節(jié)、可拆卸清洗并能重復(fù)使用的螺旋式迷宮灌水器。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種流量可調(diào)的可拆卸螺旋式迷宮流道灌水器，其特征在于，該灌水器包括：

主體灌水器，所述主體灌水器的外壁上設(shè)有螺旋式迷宮流道和外螺紋；

出水環(huán)腔，所述出水環(huán)腔螺紋連接在所述主體灌水器外部；

毛管，兩所述毛管螺紋連接在所述主體灌水器兩端；

進(jìn)水口，所述進(jìn)水口開(kāi)設(shè)在靠近所述主體灌水器一端的外壁上，且所述進(jìn)水口連通所述主體灌水器的內(nèi)腔和所述螺旋式迷宮流道；

出水口，所述出水口開(kāi)設(shè)在所述出水環(huán)腔的外壁上，且所述出水口連通所述主體灌水器的所述螺旋式迷宮流道。

所述主體灌水器為中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)，且所述螺旋式迷宮流道與所述外螺紋沿所述主體灌水器的軸向交替設(shè)置。

在所述主體灌水器的兩端分別一體設(shè)有螺管，兩所述毛管通過(guò)所述螺管與所述主體灌水器形成管間組合式連接，且所述毛管的外徑小于所述主體灌水器的外徑。

所述出水環(huán)腔的中部外壁沿周向向外凸起形成中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)，所述中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)的橫截面為上窄下寬的梯形狀，所述出水環(huán)腔上位于所述中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)兩側(cè)的內(nèi)螺紋相隔至少兩個(gè)螺距，所述出水口開(kāi)設(shè)在所述中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)上，且所述出水口連通其與所述進(jìn)水口之間的所述螺旋式迷宮流道為有效迷宮流道。

所述進(jìn)水口為一矩形長(zhǎng)條口，在所述進(jìn)水口內(nèi)且沿其長(zhǎng)度方向一體間隔設(shè)置多個(gè)過(guò)濾柵格，且多個(gè)所述過(guò)濾柵格的頂面低于所述螺旋式迷宮流道的底面。

所述毛管的兩端內(nèi)壁均設(shè)有與所述螺管配合的螺紋。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，其具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明通過(guò)在主體灌水器的外部螺紋連接出水環(huán)腔，在主體灌水器的外壁設(shè)置螺旋迷宮流道和外螺紋，在主體灌水器的一端外壁開(kāi)設(shè)進(jìn)水口，在出水環(huán)腔上開(kāi)有出水口，主體灌水器和出水環(huán)腔能夠方便的旋合或分離，實(shí)現(xiàn)出水口處的流量可調(diào)，方便主體灌水器清洗和檢修，提高整個(gè)灌水器的抗堵塞性能和重復(fù)利用性。2、本發(fā)明毛管通過(guò)螺管密封連接在主體灌水器的兩側(cè)，毛管的外徑小于主體灌水器的外徑，實(shí)現(xiàn)主體灌水器和毛管的管間組合式連接，避免毛管與出水環(huán)腔之間的干涉，方便整個(gè)螺旋式迷宮灌水器的拆裝和清洗，實(shí)現(xiàn)螺旋式迷宮灌水器的重復(fù)利用，降低投資維修成本，加快螺旋式迷宮灌水器的推廣使用。3、本發(fā)明的出水環(huán)腔的中部外壁沿周向向外凸起形成中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)，出水口設(shè)置在中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)上，能夠方便調(diào)節(jié)出水口的流量以適用于不同作物的需水量，同時(shí)對(duì)出水口的水流起到緩沖儲(chǔ)存作用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明主體灌水器和毛管的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明主體灌水器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明出水環(huán)腔的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明毛管的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本發(fā)明的出水環(huán)腔的出水口的流量和螺旋式迷宮流道的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的關(guān)系曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種流量可調(diào)的可拆卸螺旋式迷宮灌水器，它包括中空?qǐng)A柱體結(jié)構(gòu)的主體灌水器1，螺紋連接在主體灌水器1外部的出水環(huán)腔2，以及螺紋連接在主體灌水器1兩端的毛管3；在主體灌水器1的外壁上設(shè)有螺旋式迷宮流道11和外螺紋12，且螺旋式迷宮流道11與外螺紋12為沿主體灌水器1軸向交替設(shè)置；在靠近主體灌水器1的一端的外壁上開(kāi)設(shè)有進(jìn)水口13，進(jìn)水口13連通主體灌水器1的內(nèi)腔和螺旋式迷宮流道11；在出水環(huán)腔2的外壁上設(shè)有出水口22，出水口22連通主體灌水器1的螺旋式迷宮流道11。

進(jìn)一步地，如圖2所示，在主體灌水器1的兩端分別一體設(shè)有螺管14，毛管3通過(guò)螺管14連接在主體灌水器1的兩端，不同于常見(jiàn)的內(nèi)鑲式圓柱、片式灌水器，實(shí)現(xiàn)主體灌水器1和毛管3的管間組合式連接，當(dāng)主體灌水器1發(fā)生堵塞時(shí)，能夠方便的拆卸主體灌水器1，擰開(kāi)主體灌水器1外部的出水環(huán)腔2，對(duì)主體灌水器1的堵塞處進(jìn)行清洗，無(wú)需更換主體灌水器1，實(shí)現(xiàn)螺旋式迷宮灌水器的重復(fù)利用，能夠降低投資和維修成本，加快螺旋式迷宮灌水器的推廣使用，同時(shí)，保證毛管3與主體灌水器1的密封連接，防止漏水現(xiàn)象發(fā)生；毛管3的外徑小于主體灌水器1的外徑，防止毛管3與出水環(huán)腔2產(chǎn)生干涉，并避免毛管3外壁螺紋的布置，使毛管3的生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單化。

進(jìn)一步地，如圖4所示，出水環(huán)腔2的中部外壁沿周向向外凸起形成中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)21，中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)21的橫截面為上窄下寬的梯形狀，出水環(huán)腔2上位于中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)21兩側(cè)的內(nèi)螺紋相隔至少兩個(gè)螺距，出水口22開(kāi)設(shè)在中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)21上，且出水口22連通其與進(jìn)水口13之間的螺旋式迷宮流道11為有效迷宮流道；這樣，出水環(huán)腔2可繞主體灌水器1軸線旋轉(zhuǎn)改變有效迷宮流道以調(diào)整出水口22的出水量，適應(yīng)于不同的作物需水量；同時(shí)，中空?qǐng)A環(huán)凸臺(tái)21對(duì)有效迷宮流道流出的灌溉水具有過(guò)渡緩沖作用。

進(jìn)一步地，如圖3所示，進(jìn)水口13為一矩形長(zhǎng)條口，在進(jìn)水口13內(nèi)且沿其長(zhǎng)度方向一體間隔設(shè)置多個(gè)過(guò)濾柵格15，且多個(gè)過(guò)濾柵格15的頂面低于螺旋式迷宮流道11的底面，這樣，能夠使水流從主體灌水器1內(nèi)腔經(jīng)進(jìn)水口13平穩(wěn)流入螺旋式迷宮流道11內(nèi)。

進(jìn)一步地，如圖5所示，毛管3的兩端內(nèi)壁均設(shè)有與螺管14配合的螺紋，能夠方便毛管與主體灌水器1的串聯(lián)組裝。

如圖6所示，給出了本發(fā)明流量可調(diào)的可拆卸螺旋式迷宮灌水器在入口壓力水頭為15m時(shí)流道出口流量(出水環(huán)腔2上的出水口22處的流量)與旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(有效迷宮流道)的關(guān)系曲線圖。

本發(fā)明中流道為螺旋長(zhǎng)迷宮流道，局部水頭損失是流道耗能的主要形式，沿程損失相對(duì)于局部損失可以忽略不計(jì)，故假設(shè)迷宮流道消能全部為局部水頭損失。同時(shí)，由于局部水頭損失系數(shù)只與流道形狀有關(guān)，對(duì)于相同流道結(jié)構(gòu)按流道長(zhǎng)度分布的局部水頭損失而言，其水頭損失是均勻分配在長(zhǎng)度上的，符合線性疊加規(guī)律，因此對(duì)于螺旋式迷宮流道可將整個(gè)水頭損失離散而均勻的分布在整個(gè)流道上，可借助darcy-weisbach公式求解螺旋迷宮流道中水流的平均速度v，darcy-weisbach公式如下：

式中，h為水頭損失，m；v為水流平均速度，m/s；g為重力加速度，取9.81m/s²；f為摩阻系數(shù)；l為有效螺旋迷宮流道長(zhǎng)度，m；r為螺旋迷宮流道水力半徑，m。

其中，因?yàn)槊詫m流道就是用來(lái)消能的，經(jīng)過(guò)計(jì)算，水頭損失非常接近入口壓力水頭，故水頭損失h可近似取為入口壓力水頭。

摩阻系數(shù)f通過(guò)fluent軟件模擬水流經(jīng)過(guò)螺旋迷宮流道的過(guò)程，給定入口壓力水頭為15m，得到流道出口的流量，利用公式(4)得到水流平均速度，再利用公式(1)反推得到摩阻系數(shù)(平均值)，摩阻系數(shù)f約為0.597。

螺旋迷宮流道水力半徑可采用矩形流道斷面水力半徑的公式計(jì)算，公式如下：

式中，w為螺旋迷宮流道寬度，mm；d為螺旋迷宮流道深度，mm。

將局部水頭損失的水力學(xué)公式變形得到公式(3)求解水頭損失綜合疊加系數(shù)ξ，

式中，ξ為水頭損失綜合疊加系數(shù)。

流道出口流量q可采用以下公式計(jì)算：

q＝a×v(4)

式中，q為螺旋迷宮流道出口流量，即為出水環(huán)腔2的出水口22處的流量；l/h；a為螺旋迷宮流道橫截面積，m²。

本發(fā)明的螺旋迷宮流道的尺寸參數(shù)如下表所示

表1流道尺寸參數(shù)表

利用公式(1)～(4)式計(jì)算，在入口壓力水頭為15m時(shí)，螺旋迷宮流道的不同旋轉(zhuǎn)圈數(shù)(有效迷宮流道)有效迷宮流道的長(zhǎng)度l、水流的平均流速v、水頭損失綜合疊加系數(shù)ξ和對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)下的流道出口流量q，計(jì)算結(jié)果如下表所示：

表2水頭損失h為入口壓力水頭15m時(shí)的計(jì)算結(jié)果表

根據(jù)表2所示的計(jì)算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)螺旋迷宮流道的規(guī)格尺寸相同的情況下，流道長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其水頭損失綜合疊加系數(shù)ξ越大，消能效果越好。

由表2計(jì)算結(jié)果繪制入口壓力水頭為15m時(shí)的流道出口流量與旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的關(guān)系曲線(如圖6所示)。觀察圖6可以看出，圈數(shù)越大，即流道越長(zhǎng)，流道出口流量q越小，因此可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)出水環(huán)腔2調(diào)節(jié)進(jìn)水口13與出水口22之間的有效迷宮流道長(zhǎng)度，即可實(shí)現(xiàn)流道出口流量大小的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，即為出水口22處的流量大小。

對(duì)圖6中的流道出口流量與旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的關(guān)系曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，得到入口壓力水頭15m時(shí)出口流量q與旋轉(zhuǎn)圈數(shù)x的關(guān)系q＝4.5843x^-0.5，r²＝1，根據(jù)擬合結(jié)果公式得到的擬合曲線與圖6中的實(shí)際曲線幾近重合。

因此，當(dāng)在不同入口壓力水頭下，可以得到不同水頭情況下出口流量與旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的關(guān)系式，為本發(fā)明的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化提供理論數(shù)據(jù)。

本發(fā)明僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置及其連接都是可以有所變化的。在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)或等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。