一种适用于丘陵地区的稳压稳流抗旱施肥系统
阅读说明：本技术 一种适用于丘陵地区的稳压稳流抗旱施肥系统 (Pressure-stabilizing, flow-stabilizing, drought-resisting and fertilizing system suitable for hilly areas ) 是由 印剑 杨民军 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种适用于丘陵地区的稳压稳流抗旱施肥系统,通过远传压力表监测主管道的水流量,通过微机控制变频器的输出频率从而调节水泵电机的转速,能够有效将主管道内的水压控制在一个合适的范围内,保证丘陵地最高点出水量能够正常施肥,然后结合水力比例注肥加药泵的设置,能够有效保证水肥浓度的稳定和一致性,再通过分区限流控制,调节丘陵山地高、低点电动限流阀的限流大小,以使丘陵山地相对位置低点限流后使其出水量至合适,这样可以有效确保丘陵地灌溉施肥时各个区域具有高度差的高点出水量与低点出水量基本保持一致。(The invention discloses a pressure-stabilizing and flow-stabilizing drought-resisting fertilization system suitable for hilly areas, which monitors the water flow of a main pipeline through a remote pressure gauge, controls the output frequency of a frequency converter through a microcomputer so as to adjust the rotating speed of a water pump motor, can effectively control the water pressure in the main pipeline within a proper range, ensures that the water yield at the highest point of the hilly areas can normally fertilize, can effectively ensure the stability and consistency of the water and fertilizer concentration by combining the arrangement of a hydraulic proportional fertilizer injection dosing pump, and adjusts the flow limiting size of a high-point and low-point electric flow limiting valve of the hilly mountains through regional flow limiting control so as to ensure that the water yield of the hilly mountains is proper after the low-point flow limiting at the relative positions of the hilly mountains, thus effectively ensuring that the high-point water yield and the low-point water yield with height difference in each region can be basically kept consistent when the hilly areas fertilize is irrigated.)
技术领域
本发明涉及水肥一体化技术领域，具体涉及一种适用于丘陵地区的稳压稳流抗旱施肥系统。
背景技术
合理且有效的水肥管理是农业生产发展的基础与前提。随着农业生产的产业化、商品化、标准化发展，以水肥耦合为基础的水肥一体化灌溉施肥技术被得到大力推广，丘陵山地区域也不例外。然因丘陵山地区域地形的独特性，加上丘陵山地所种植的大多数为果树，常用的喷施和滴灌方法已经无法满足要求了。为此，现有技术中一般是采用浇灌的方式，而实现浇灌的系统主要有以下几种：
（1）高位无动力式，即在丘陵山地的最高点建立水池和肥料/药液搅拌池，在无外部动力源的情况下，将肥水/药水通过管道送至每棵果树下进行浇湿；这种方式虽然节省了动力，但存在不同高度位置处的肥料浓度/药液浓度不均匀和水量不均匀的情况，影响灌溉和施肥效果；
（2）文丘里施肥器，这种方式主要是利用水流通过文丘里管产生的真空吸力，将肥料溶液从敞口的肥料桶中均匀吸入管道系统进行施肥。这种方式虽然施肥浓度相对稳定，然压力损失较大，不适合灌区面积较大的区域，且在高积压差的丘陵山区，仍存在不同位置水肥流量不一、比例不一的情况；
（3）移动式施肥机，即将肥料、药、水按照比例混合在一个储药罐内，再通过施肥机打出去。这种方式虽然能够解决水肥浓度稳定的问题，但是其需要一套庞大的储水系统和搅拌系统，体积大，而且一直需要搅拌，不节能，成本高；
而且，上述三种方式，均存在肥水纵向渗透的问题，容易出现根系向上生长的情况，久而久之可能出现抓地不牢、遇大风下倒树现象，果树寿命缩短。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种体积相对小、成本低、且能促进果树根系向下生长的适用于丘陵地区的稳压稳流抗旱施肥系统，这种系统能够有效保证各个不同高度位置点的水肥流量及水肥浓度一致。
为实现上述目的，本发明人根据已知技术理论进行多次试验。发明人知晓要想实现流量一致、必需保证水压稳定的这样的理论，而流量一致是浓度一致的前提。于是先对与水源连接的管道内水压进行恒压控制，即通过对水管内水压进行监测，再由控制器根据监测到的水压适宜调整电磁阀限流，这种方式经实地试验后发现大范围内的低点水压满足时、高点水压无法达到灌溉所需，当水量无法满足时，更无法谈水肥浓度一致了，但若是采用二次供水方式来保证水压的恒定，设备不仅复杂，成本偏高，而且又如现有技术中的压力罐那样，仍存在水肥浓度不均匀的情况。
经过多次失败后，发明人发现，水压监测的信号反馈时间以及水压的调节方式，是影响水压能否在不同高度位置保持一致的最为关键性因素。
为此，发明人提出的一种解决水压在不同高度位置无法保持一致性问题的抗旱施肥系统，该系统包括与水源直接连接的主管道、水泵、水肥/药混合设备、灌溉设备，其中主管道上装配有远传压力表，远传压力表电连接微机，远传压力表将检测到的水压信号传递给微机；水泵装配在主管道上且水泵的电机电连接有变频器，微机控制变频器的输出频率、继而调节水泵电机的转速；主管道将恒定水压的水流输送给水肥/药混合设备，由水肥/药混合设备按既定比例对水与肥/药进行混合，混合液在压力作用下经管道被送入多个灌溉设备中。
进一步，所述水肥/药混合设备包括水力比例注肥加药泵，其中水力比例注肥加药泵通过软管与药液桶/肥料搅拌桶连接且连通。水力比例注肥加药泵，也称水力比例加药泵，是以水为动力的定量投加，直接安装在水管线上，其唯一的动力就是水压，在带压水流的驱动下，按比例定量将浓药剂和/或浓液肥吸入，然后再与作为动力的水进行结合，在水压的作用下，充分混合后的水肥药随后被输送到下游。相比现有技术中根据所检测到的水压信号再来调节肥料或药液量而言，不存在信号反馈时间差问题，使施肥精度更高，有效保证了水肥/药浓度的均匀性。
发明人在继续的实地试验中，发现若只控制水压恒定，仍存在局部最高点位置与最低点位置的水肥流量不一致的问题。发明人发现，除水压是否恒定的因素外，不同高度位置的水流量控制也是影响能否保证位置高点与位置低点的水肥流量一致性的决定性因素。为此，发明人再经过多次试验，采用分区限流控制，对不同高度位置的灌溉区进行不同流量的限流调节，使所有灌溉区的水肥量保持接近一致状态。具体的优选方案如下：
进一步，所述抗旱施肥系统还包括分区限流控制单元，所述分区限流控制单元包括多根支管、多个电动限流阀，其中所有的支管一端汇集在水力比例注肥加药泵出液口连接的管道上，在每根支管上固定连接且连通有一个电动限流阀，每个支管与对应位置的灌溉设备可拆卸连接且连通。
进一步，所述抗旱施肥系统中的主管道水压大小控制为恰好满足丘陵山地最高点排出所需水肥量。
进一步，所述水力比例注肥加药泵为并联的多个，每个水力比例注肥加药泵通过各自的分水管与主管道连接且连通，在每个分水管上固定连接有进水阀、出液阀，其中进水阀安装在水力比例注肥加药泵的进水端，出液阀安装在水力比例注肥加药泵的出口端，每个水力比例注肥加药泵通过软管连接且连通有一个药液桶/肥料搅拌桶，所有的分水管汇集在同一根输送管上，分区限流控制单元的每根支管一端汇集在这根输送管上。
进一步，所述灌溉设备包括分区软管、导流管，在每根支管的另一端固定连接有一根分区软管，每根分区软管的另一端封闭且在底部等间距可拆卸连接且连通有多根硬质的导流管，每根导流管竖直向下伸展。实现深施，促进根系向下生长，提高果树的寿命。
进一步，在分区软管上且对应每根导流管的顶部安装有一个稳流器。稳流器的设置保证每根导流管出流稳定。
本发明的抗旱施肥系统还可包括远程控制单元，所述远程控制单元包括手机或电脑终端、数传单元，其中手机或电脑终端通过数传单元连接分区限流灌溉单元的电动限流阀、水力比例注肥加药泵、微机等，用于灌溉系统中各运行数据并记录（便于历史查询）、且控制对应设备的运行与停止。
与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：
本申请通过远传压力表监测主管道的水流量，通过微机控制变频器的输出频率从而调节水泵电机的转速，能够有效将主管道内的水压控制在一个合适的范围内，保证丘陵地最高点出水量能够正常施肥，然后结合水力比例注肥加药泵的设置，能够有效保证水肥浓度的稳定和一致性，再通过分区限流控制，调节丘陵山地高、低点电动限流阀的限流大小，以使丘陵山地相对位置低点限流后使其出水量至合适，这样可以有效确保丘陵地灌溉施肥时各个区域具有高度差的高点出水量与低点出水量基本保持一致。本申请的抗旱施肥系统保证了每一个施肥点有足够的水压，为果树的深施提供保证，且可根据需要，选择同时添加多种肥料/药剂，实用性强，成本相对较低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所述灌溉设备的结构示意图；
其中，1、水源，2、水泵，3、变频器，4、阀一，5、第一过滤器，6、第一进水阀，7、第一出液阀，8、第一水力比例注肥加药泵，9、第一药液桶/肥料搅拌桶，10、第二进水阀，11、第二出液阀，12、第二水力比例注肥加药泵，13、第二药液桶/肥料搅拌桶，14、分水管，15、输送管，16、第一电动限流阀，17、第一手动截止阀，18、支管，19、第二电动限流阀，20、第二手动截止阀，21、第三电动限流阀，22、第三手动截止阀，23、远程压力表，24、主管道，25、分区软管，26、导流管，27、稳流器。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
此外，下文未详述部分均参考现有技术及常规常识进行。且“固定连接”、“连接”等为常规的螺纹连接、法兰连接等。
如图1、图2所示，本发明提供的这种适用于丘陵地区的稳压稳流抗旱施肥系统，包括与水源1直接连接的主管道24、水泵2、水肥/药混合设备、灌溉设备，其中主管道24上装配有远传压力表23，远传压力表23电连接微机，远传压力表23将检测到的水压信号传递给微机23；水泵2装配在主管道24上且水泵2的电机电连接有变频器3，微机控制变频器3的输出频率、继而调节水泵2电机的转速；在主管道24上且位于水泵2的输送后端按常规方式固定连接有阀一4、第一过滤器5。主管道24将恒定水压的水流输送给水肥/药混合设备，由水肥/药混合设备按既定比例对水与肥/药进行混合，混合液在压力作用下经管道被送入多个灌溉设备中。
本发明的水肥/药混合设备包括多个并联的水力比例注肥加药泵（图1中显示的是两个，即第一水力比例注肥加药泵8、第二水力比例注肥加药泵12）、多个药液桶/肥料搅拌桶（图1中显示的是两个，分别是第一药液桶/肥料搅拌桶9、第二药液桶/肥料搅拌桶）。每个水力比例注肥加药泵通过各自的分水管14与主管道24连接且连通，在每个分水管14上固定连接有进水阀、出液阀，其中进水阀安装在水力比例注肥加药泵的进水端，出液阀安装在水力比例注肥加药泵的出口端，每个水力比例注肥加药泵通过软管连接且连通有一个药液桶/肥料搅拌桶，即图1中的两根分水管14通过同一个三通连接在主管道24的一端上，且两根分水管14分成并联的两路：一路接第一进水阀6、第一水力比例注肥加药泵8、第一出液阀7，另一路接第二进水阀10、第二水力比例注肥加药泵12、第二出液阀11；两根分水管14最终又通过另一三通汇集在同一根输送管15上；在第一水力比例注肥加药泵8上还通过软管连接且连通第一药液桶/肥料搅拌桶9，在第二水力比例注肥加药泵12上也通过另一软管连接且连通第二药液桶/肥料搅拌桶13。本发明中，药液桶或肥料搅拌桶均为常规的搅拌桶，且在将药液桶/肥料搅拌桶与对应的水力比例注肥加药泵连接的管道软管上按常规方式固定连接第二过滤器。水力比例注肥加药泵，也称水力比例加药泵，是以水为动力的定量投加，直接安装在水管线上，其唯一的动力就是水压，在带压水流的驱动下，按比例定量将浓药剂和/或浓液肥吸入，然后再与作为动力的水进行结合，在水压的作用下，充分混合后的水肥药随后被输送到下游。相比现有技术中根据所检测到的水压信号再来调节肥料或药液量而言，不存在信号反馈时间差问题，使施肥精度更高，有效保证了水肥/药浓度的均匀性。
发明人在继续的实地试验中，发现若只控制水压恒定，仍存在局部最高点位置与最低点位置的水肥流量不一致的问题。发明人发现，除水压是否恒定的因素外，不同高度位置的水流量控制与否及具体操作也是影响能否保证位置高点与位置低点的水肥流量一致性的决定性因素，现有技术中一般不对其进行局部流量控制。为此，发明人再经过多次试验，采用分区限流控制，对不同高度位置的灌溉区进行不同流量的限流调节，使所有灌溉区的水肥量保持接近一致状态。具体如下：
在水肥/药混合设备输出端的输送管15上还连接分区限流控制单元。分区限流控制单元包括多根支管18（图1中是三根）、多个电动限流阀、多个手动截止阀；其中所有的支管18一端汇集在水力比例注肥加药泵出液口连接的输送管15上且支管18与输送管15相连通，在每根支管18上固定连接且连通有一个电动限流阀、手动截止阀。在图1中，总共分为三个灌溉区：第一个灌溉区是由连接在对应支管18上的第一电动限流阀16、第一手动截止阀17构成；第二个灌溉区是由连接在对应支管18上的第二电动限流阀19、第二手动截止阀20构成；第三个灌溉区是由连接在对应支管18上的第三电动限流阀21、第三手动截止阀22构成。电动限流阀（或电动控制调流阀）为市购产品，兼具监测管道流量和调节流量大小的作用，通过调节丘陵山地高、低点电动限流阀限流大小，主要是根据管道内水流量大小来调节低点限流阀限流大小，以使丘陵山地相对位置低点限流后使其出水量至合适（此时高点出水量与低点出水量差不多），这样可以有效确保丘陵地灌溉施肥时各个区域具有高度差的高点出水量与低点出水量基本保持一致。
本发明为保证丘陵地最高点出水量能够正常施肥，将抗旱施肥系统中的主管道24水压大小控制为丘陵山地最高点排出所需水肥量时所对应的主管道水压大小。一般情况下，当主管道水压大小设计成满足最高点排出所需水肥量时，低点水流量是过大的，此时就需要调节电动限流阀的限流大小，将限流大小调小至其与高点出水量基本一致即可。
本发明中，分区限流控制单元中的每个支管18可拆卸连接且连通有一灌溉设备。灌溉设备包括分区软管25、导流管26，在每根支管18的另一端固定连接有一根分区软管25，每根分区软管25的另一端封闭且在底部等间距可拆卸连接且连通有多根硬质的导流管26，每根导流管26竖直向下伸展。实现深施，促进根系向下生长，提高果树的寿命。
本发明还在分区软管25上且对应每根导流管26的顶部按常规方式安装有一个稳流器27。稳流器27的设置保证每根导流管26出流稳定。
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