新型微灌產(chǎn)品說明

1、新型微灌產(chǎn)品簡(jiǎn)介華中科技大學(xué)、武漢大學(xué)的技術(shù)與產(chǎn)品華中科技大學(xué)材料成形與模具技術(shù)和武漢大學(xué)水資源與水電工程技術(shù)兩個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)研究人員組成聯(lián)合課題組，自1996年至今，在國(guó)家科技攻關(guān)打算項(xiàng)目、863重大專項(xiàng)和重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化基金以及國(guó)家自然科學(xué)基金等一批國(guó)家級(jí)項(xiàng)目資助下，對(duì)微灌產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與快速制造進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究：構(gòu)建了微灌產(chǎn)品快速低成本制造理論與方法，通過了水利部和湖北省分不組織的兩次科技成果鑒定，認(rèn)為整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平；對(duì)實(shí)施微灌的關(guān)鍵功能部件（灌水器和過濾器）進(jìn)行了創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，形成了系列產(chǎn)品，通過了水利部質(zhì)檢部門的性能檢測(cè)，并進(jìn)行多點(diǎn)多作物的示范應(yīng)用；

2、在微灌產(chǎn)品的創(chuàng)新結(jié)構(gòu)和快速開發(fā)方面，獲4項(xiàng)發(fā)明專利、2項(xiàng)有用新型專利和2項(xiàng)軟件著作權(quán)，還有2項(xiàng)發(fā)明專利受理。以上成果構(gòu)成了實(shí)施微灌的成套技術(shù)與產(chǎn)品，極大地提升了微灌新產(chǎn)品的自主研發(fā)能力，項(xiàng)目“生態(tài)農(nóng)業(yè)滴灌關(guān)鍵部件快速低成本開發(fā)方法及其系列產(chǎn)品”和“HW系列新型結(jié)構(gòu)滴灌產(chǎn)品的研制與應(yīng)用”分不獲得2006年湖北省科學(xué)技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)和教育部科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。1、技術(shù)介紹構(gòu)建的微灌產(chǎn)品低成本快速設(shè)計(jì)開發(fā)方法，是指利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)、快速成形與快速制模等先進(jìn)技術(shù)，形成微灌產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、優(yōu)化、驗(yàn)證到生產(chǎn)的成套解決技術(shù)，能夠大大降低微灌新產(chǎn)品的開發(fā)成本和開發(fā)周期。下表是新構(gòu)建設(shè)計(jì)與開發(fā)方法與傳統(tǒng)

3、開發(fā)方法的比較情況。表4. 新構(gòu)建的低成本快速開發(fā)方法與傳統(tǒng)方法的對(duì)比情況比較項(xiàng)目傳統(tǒng)方法新方法技術(shù)原理首先通過產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具制作、樣品加工、性能測(cè)試等過程。完成上述步驟后，假如性能參數(shù)不能滿足要求，則需要修改模具，重新制作。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)期，利用三維造型軟件參數(shù)化（提高開發(fā)效率）設(shè)計(jì)出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和內(nèi)流道結(jié)構(gòu)，能夠依照所需尺寸隨意操縱產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及內(nèi)流道結(jié)構(gòu)；并采納數(shù)值模擬技術(shù)，可視化了產(chǎn)品的內(nèi)流道，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供了可靠的依據(jù)。在上述設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，利用快速成形（RP/RT）制作出小批量的實(shí)驗(yàn)用節(jié)水產(chǎn)品，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)節(jié)水產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及內(nèi)流道結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品定型后，采納注塑模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)和注塑

4、流淌模擬軟件，設(shè)計(jì)出節(jié)水產(chǎn)品注塑模具，得出用以加工模具的二維圖紙，再生產(chǎn)出模具就可進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)了。成本高大大降低設(shè)計(jì)開發(fā)成本（2500人民幣左右）開發(fā)周期較長(zhǎng)（12年）大大降低新產(chǎn)品的開發(fā)周期（510天）產(chǎn)品性能產(chǎn)品性能不穩(wěn)定、可靠性差在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)時(shí)期，不但能夠?qū)ｉT大程度的提高節(jié)水產(chǎn)品的性能，而且能夠全然上幸免重復(fù)開發(fā)的過程。技術(shù)含量沒有成熟、可靠的產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)方法能夠依據(jù)。利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和快速成形與快速制模技術(shù)，技術(shù)成熟、可靠。意義時(shí)代不同為新型生態(tài)農(nóng)業(yè)節(jié)水產(chǎn)品的推廣應(yīng)用過程奠定了基礎(chǔ)；增強(qiáng)了企業(yè)的研發(fā)能力，同時(shí)使我們的產(chǎn)品更具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。2、微灌新產(chǎn)品（1）灌水器1）渦流灌水器（簡(jiǎn)

5、稱滴箭）圖1. 渦流滴箭產(chǎn)品產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與工作原理圖1. 渦流滴箭產(chǎn)品該灌水器的流道制造性地引入錐腔結(jié)構(gòu)，錐腔為橫穿圓柱體的通腔，其軸線垂直于圓柱體軸線，五個(gè)錐腔均勻排列，相鄰的兩個(gè)錐腔軸向相反，大圓端面為進(jìn)水端，小圓端面出水；進(jìn)水段、出水段以及連接錐腔的引水段為直方槽，整體流道呈外鑲型；出水末端為一個(gè)垂直于來水方向的圓溝槽，進(jìn)水端面由直方槽切斷，出水端面起到止水的作用；圓溝槽的下方為雙錐箭矢狀的固定底座，其橫截面呈“十”產(chǎn)品的特點(diǎn)該灌水器要緊借助五個(gè)錐腔實(shí)現(xiàn)消能目的，水流在五個(gè)錐腔中形成了復(fù)雜的立體漩渦，有較大的局部水頭損失。同一般的渦流不同的是，現(xiàn)在水流的流態(tài)要緊表現(xiàn)為連續(xù)的渦體。由于其流態(tài)指

6、數(shù)x在0.4左右，壓力變化并沒有引起流量太大的波動(dòng)，因此灌水器出水均勻、穩(wěn)定；另一方面正是由于立體的連續(xù)漩渦使水流中的固相物難以沉積，從而保證了灌水器較好的抗堵塞能力。應(yīng)用場(chǎng)合及使用講明該滴箭灌水器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、易使用，廣泛適用于定株種植瓜果、花卉、盆景和蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物的節(jié)水灌溉，它具有更高的出水均勻度以及良好的抗堵塞能力。安裝時(shí)，滴箭的流道部分套上塑料管，并通過接頭與毛管相連。使用時(shí)，直接將滴箭的固定部分插入作物的根部附近即可。滴箭的間距能夠?qū)ｉT方便地依照作物的密度進(jìn)行調(diào)整，因此具有專門強(qiáng)的靈活性。2）預(yù)沉式抗堵塞灌水器 (簡(jiǎn)稱預(yù)沉滴頭)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與工作原理本灌水器的流道部分制造性地采納了

7、雙面流道結(jié)構(gòu)。進(jìn)水端面上的流道由多個(gè)尺寸相對(duì)較大的沉淀槽組成，沉淀槽之間通過一段較小的通道相連接，在最后一個(gè)沉淀槽處通過一個(gè)圓孔和出水端流道相連接，出水端流道為環(huán)狀的平面迷宮式流道，單元結(jié)構(gòu)為鋸齒形，斷面為矩形。配合上下兩個(gè)蓋帽，組成了最終的雙面流道。圖2. 預(yù)沉滴頭產(chǎn)品產(chǎn)品特點(diǎn)圖2. 預(yù)沉滴頭產(chǎn)品本灌水器的流道分布在一個(gè)中間片圓柱體的上下面上，兩面流道由一個(gè)通孔連接起來，其流態(tài)指數(shù)為0.5左右，保證了較高的出水均勻性和較好的抗堵塞能力。沉淀槽結(jié)構(gòu)中每個(gè)沉淀槽相互獨(dú)立且尺寸較大，使水流出現(xiàn)間斷性的特征，同時(shí)在每個(gè)沉淀池中流速緩慢，沒有形成湍急的漩渦，使得密度較大的固體顆粒容易發(fā)生沉淀，但由于流

8、道的尺寸比較大，故還不足以堵塞流道，因而有效地解決了灌水器的易堵塞的難題。另一方面，水流在通過齒尖夾角不大于30的鋸齒形結(jié)構(gòu)的迷宮流道時(shí)，要克服摩擦阻力、環(huán)狀結(jié)構(gòu)所引起的離心力以及流道的轉(zhuǎn)角處形成漩渦等三個(gè)方面的消能作用，使得水流的能量在較短的距離內(nèi)得到了較大的消耗，實(shí)現(xiàn)了灌水器的消能和壓力調(diào)節(jié)功效，使得灌水器出水均勻、穩(wěn)定。應(yīng)用場(chǎng)合及使用講明本灌水器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、易拆卸，可廣泛應(yīng)用于果樹等深埋式作物的根部節(jié)水灌溉，它具有較好的出水均勻性和優(yōu)秀的抗堵塞性能。安裝時(shí)將流道置于進(jìn)出水蓋中間，沉淀槽對(duì)應(yīng)進(jìn)水口，迷宮式流道對(duì)應(yīng)出水口，進(jìn)出水蓋通過螺紋連接并將流道壓緊，進(jìn)水蓋的上部套上塑料管，并通過

9、接頭與毛管相連。使用時(shí)懸在作物根部附近即可。使用密度可依照作物密度進(jìn)行調(diào)整。2.3.3繞流內(nèi)鑲片式灌水器（簡(jiǎn)稱繞流滴灌帶）圖3. 繞流滴灌帶產(chǎn)品產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與工作原理圖3. 繞流滴灌帶產(chǎn)品此種片式灌水器包括流道部分以及進(jìn)水口濾網(wǎng)，該灌水器的要緊特征在于：水流端面處設(shè)計(jì)了規(guī)則排列的網(wǎng)狀進(jìn)水口；流道的中間設(shè)計(jì)了凸臺(tái)，使得單元流道呈現(xiàn)為回字形狀；當(dāng)水流通過進(jìn)水口處的濾網(wǎng)之后進(jìn)入流道部分，在流道的中間設(shè)計(jì)了多個(gè)凸臺(tái)，而流道的外測(cè)邊緣設(shè)計(jì)成角度為1030度的鋸齒狀，與凸臺(tái)相對(duì)應(yīng)，形成了迷宮式回形繞流流道。產(chǎn)品特點(diǎn)片式灌水器的要緊特點(diǎn)是引入了繞流流道結(jié)構(gòu)。水流首先通過網(wǎng)狀濾網(wǎng)，該濾網(wǎng)的尺寸相對(duì)那個(gè)流道較小，有

10、效的愛護(hù)了整個(gè)流道不被堵塞，從整體上提高了灌水器的抗堵塞性能。當(dāng)水流流入進(jìn)水口中，水流的速度會(huì)相對(duì)減慢，幸免了形成湍急漩渦的可能性，水流以相對(duì)平穩(wěn)的速度流入流道部分。水流在通過齒尖夾角不大于30度的鋸齒形結(jié)構(gòu)的迷宮流道時(shí)，一方面克服摩擦阻力的作用；另一方面，由于流道的轉(zhuǎn)角急、多且連續(xù)，容易形成局部渦流，這些渦流也具有消能的作用；此外，水流通過灌水器中央的菱形凸臺(tái)時(shí)，形成兩條分流，同時(shí)在通過菱形凸臺(tái)后匯聚成一條流道時(shí)，兩條分流之間的相互沖刷具有更加高效的消能效果。在上述三方面的共同作用下，使得水流的能量能夠在較短的距離內(nèi)得到較大的消耗，實(shí)現(xiàn)了灌水器的消能和壓力的調(diào)節(jié)。在該流道中的水流流態(tài)為全紊流

11、，其流態(tài)指數(shù)為0.5左右，不超過0.57。而迷宮式環(huán)形繞流流道的齒槽結(jié)構(gòu)和菱形凸臺(tái)的尺寸決定了灌水器的出水流量。應(yīng)用場(chǎng)合及使用講明綜上所述，該灌水器制造性地引入了迷宮式環(huán)形繞流流道，在有效地解決灌水器易堵塞難題的同時(shí)提供了更為高效的消能效果；另外，灌水器還采納了和管道在線一體化成型，降低了成本，體積小用料省，易于田間布置和收取，真正做到了低投入、高收益。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于用于棉花、甘蔗及蔬菜，如西紅柿、草莓等的灌溉。（2）微灌過濾器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與工作原理該過濾器包括多室壓力罐體、二位三通（三向）閥、自動(dòng)操縱器以及水處理介質(zhì)等部分。罐體上設(shè)有進(jìn)水口、出水口、排污口、檢修孔、鞍座、操縱器以及二位三通閥

12、，如圖4.a所示。罐體的三個(gè)過濾室內(nèi)均裝有布水管和隔板。在第一過濾室內(nèi)裝有高效纖維束，在第二過濾室的布水隔板上裝有若干濾帽和化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的過濾介質(zhì)，在第三過濾室內(nèi)裝有電場(chǎng)防垢抗堵塞裝置。產(chǎn)品特點(diǎn)該過濾器將傳統(tǒng)的立式改成臥式結(jié)構(gòu)，使其在幾何尺寸相同的條件下提高過濾能力達(dá)3050%，過濾室設(shè)計(jì)成單體多腔形式，將混凝、沉淀和過濾三個(gè)環(huán)節(jié)融為一體，拋棄了單罐單層或多層介質(zhì)堆積的傳統(tǒng)過濾方式，制造性地設(shè)計(jì)了單罐分室和多層連續(xù)過濾的新模式，提高了過濾流速，成功解決了反沖洗時(shí)容易出現(xiàn)的介質(zhì)串混和沖洗不充分等難題。另外，采納濾帽或集水管實(shí)現(xiàn)布水方式，可減少罐體體積并降低制造成本。對(duì)觸摸屏電子操縱器（圖4.b）

13、、二位三通閥（圖4.c）、疊片式濾管（圖4.d）等關(guān)鍵部件進(jìn)行自主研發(fā)，構(gòu)成了智能自動(dòng)操縱系統(tǒng)，提高了過濾的自動(dòng)化程度和工作效率。應(yīng)用場(chǎng)合及使用講明該新型高效過濾器（圖4.e）體積小、效率高、性能好、成本低且易于治理，可廣泛應(yīng)用于包括滴灌在內(nèi)的各種節(jié)水灌溉工程中的水源過濾，圖4.f是應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)例照片。1-進(jìn)水口；2-布水隔板；3-本體；4-集水管；5-二位三通閥；6-布水管；7-出水口；8-排污口；9-濾帽；10-清洗口；11-鞍座；12-排污口；13-檢修孔；14-操縱器（a）新型過濾器結(jié)構(gòu)示意圖圖4. 新型高效過濾器與應(yīng)用3、技術(shù)優(yōu)勢(shì)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)如前所述，受多項(xiàng)國(guó)家級(jí)項(xiàng)目的資助，聯(lián)合了制造

14、和節(jié)水領(lǐng)域兩個(gè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)研究人員，在國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)微灌產(chǎn)品及其開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)之上，通過長(zhǎng)期攻關(guān)對(duì)微灌產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和快速開發(fā)兩個(gè)方面進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究。構(gòu)建了基于多項(xiàng)先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的節(jié)水產(chǎn)品低成本快速開發(fā)平臺(tái)技術(shù)，并研制成功了系列實(shí)施微灌的關(guān)鍵功能器件，形成了多種規(guī)格類型的灌水器和過濾器產(chǎn)品。初步生產(chǎn)的中試產(chǎn)品均通過了國(guó)家相關(guān)質(zhì)檢部門的性能檢測(cè)，并進(jìn)行了多點(diǎn)多作物的示范應(yīng)用。實(shí)踐證明，我們新研發(fā)的微灌產(chǎn)品可廣泛適用于不同作物、不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)、園林和綠化等用途的節(jié)水灌溉。在此過程中，針對(duì)微灌產(chǎn)品及其開發(fā)方法的多項(xiàng)關(guān)鍵和核心技術(shù)方面獲得或申請(qǐng)了國(guó)家專利，具體情況如下表所示。表5. 授權(quán)和受理的專利情況序號(hào)名稱類型授權(quán)號(hào)申請(qǐng)?zhí)?一種插桿式灌水器發(fā)明專利ZL200310111268.42一種預(yù)沉式抗堵塞灌水器發(fā)明專利ZL200410013224.23一種環(huán)式擾流灌水器發(fā)明專利ZL200410061365.14一種基于兩相流模擬的滴灌灌水器抗堵塞設(shè)計(jì)方法發(fā)明專利ZL200610018493.75一