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    重庆时时彩胆码是什么: 微纳米气泡加氧滴灌系统及方法.pdf

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    纳米 气泡 滴灌 系统 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201410089776.5

    申请日:

    2014.03.12

    公开号:

    CN103858730A

    公开日:

    2014.06.18

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):A01G 25/02申请日:20140312|||公开
    IPC分类号: A01G25/02; A01G25/16; C02F1/78 主分类号: A01G25/02
    申请人: 中国农业大学
    发明人: 李云开; 刘秀娟; 王克远; 周云鹏; 徐飞鹏
    地址: 100193 北京市海淀区圆明园西路2号
    优先权:
    专利代理机构: 北京纪凯知识产权代理有限公司 11245 代理人: 徐宁;关畅
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201410089776.5

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2015.10.28|||2014.07.16|||2014.06.18

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种微纳米气泡加氧滴灌系统及方法,系统包括进水总管,进水总管并联两支路,第一支路依次连接水泵、稳压罐和管道泵;第一支路在稳压罐进口端为一伸入其内的喷嘴,稳压罐顶部设置一稳压阀;管道泵出口管路设压力表;第二支路上依次连接流量调节阀和压力表;两支路汇合成出水总管;第一支路位于水泵进口处通过电磁阀连接气泵出口,气泵进口通过分别连接纯氧源和臭氧源;在纯氧源与气泵之间的上依次设置单向阀和气体流量计;在臭氧源与气泵之间的上依次设置单向阀和气体流量计;管道泵电连接变频柜,变频柜通过电磁阀电连接配电箱,配电箱电连接可编程控制器;流量调节阀、压力表、另一压力表、电磁阀、另一电磁阀、气体流量计、另一气体流量计、水泵、管道泵和配电箱分别电连接可编程控制器。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种微纳米气泡加氧滴灌系统,其特征在于,它包括一进水总管,所述进水总管的出水端并联连接第一支路和第二支路,所述第一支路上通过管路依次连接一水泵、一稳压罐和一管道泵;所述第一支路在所述稳压罐的进口端为一伸入其内的喷嘴,所述稳压罐的顶部设置一稳压阀;所述管道泵的出口管路上设置一压力表;所述第二支路上依次连接一流量调节阀和另一压力表;所述第一支路与所述第二支路汇合成一出水总管;
    所述第一支路位于所述水泵的进口处通过一电磁阀连接一气泵的出口,所述气泵的进口通过管路分别连接一纯氧源和一臭氧源;在所述纯氧源与所述气泵之间的管路上依次设置一单向阀和一气体流量计;在所述臭氧源与所述气泵之间的管路上依次设置另一单向阀和另一气体流量计;
    所述管道泵电连接一变频柜,所述变频柜通过另一电磁阀电连接一配电箱,所述配电箱电连接一可编程控制器;所述流量调节阀、压力表、另一压力表、电磁阀、另一电磁阀、气体流量计、另一气体流量计、水泵、管道泵和配电箱分别电连接所述可编程控制器。

    2.  如权利要求1所述的微纳米气泡加氧滴灌系统,其特征在于,所述进水总管上设置有一总管流量传感器,所述第一支路上设置有一支路流量传感器,所述总管流量传感器和支路流量传感器分别电连接所述可编程控制器。

    3.  如权利要求1或2所述的微纳米气泡加氧滴灌系统,其特征在于,所述喷嘴采用90°弯折结构,其中水平段为平直的管状结构,垂直段为向喷口端渐缩的结构,且收缩部分的截面为长方形或圆形;所述喷嘴收缩后的直径为所述第一支路管路直径的1/6~1/3。

    4.  如权利要求3所述的微纳米气泡加氧滴灌系统,其特征在于,所述喷嘴收缩部分的长度为2~4毫米。

    5.  一种使用如权利要求1~4中任一项所述系统的微纳米气泡加氧滴灌方法,其包括以下步骤:
    1)启动气泵,可编程控制器控制电磁阀导通,根据具体滴灌情况选择打开纯氧源管路上的单向阀或臭氧源管路上的单向阀,气体在气泵的作用下进入第一支路,与水在水泵的进口处初步混合,与相应氧源连接的相应管路上的气体流量计实时对氧源提供的气体流量进行测量,并将测量结果实时反馈给可编程控制器;水气混合物经过水泵以及连接水泵出口的管路,进入稳压罐并由喷嘴喷射出,喷射出的水气混合物中的 气体即是微纳米级;
    2)稳压阀对稳压罐中的水气混合物进行调压至水压稳定后,水气混合物从稳压罐出口流出,并经由管道泵流入管道泵的出口管路;
    3)管道泵出口管路上的压力表以及第二支路上的另一压力表同时进行压力测量并将测量结果反馈给可编程控制器,可编程控制器控制另一电磁阀导通,再控制变频柜变频以使管道泵对经由管道泵的水进行调压,直到管道泵出水管路中的压力与第二支路4中的压力相等;
    4)管道泵出水管路中的水气混合物与第二支路中的水汇合,进入出水总管,由出水总管流出的水含有微纳米级的纯氧或臭氧,该含氧水可对作物进行灌溉,当气体流量计反馈给可编程控制器的测量结果显示加氧量达到预定值时,可编程控制器控制电磁阀关闭,停止向滴灌水中加氧。

    说明书

    说明书微纳米气泡加氧滴灌系统及方法
    技术领域
    本发明涉及一种滴灌系统及方法,特别是关于一种微纳米气泡加氧滴灌系统及方法。
    背景技术
    水肥一体化技术是目前干旱缺水地区最有效的一种灌溉方式,将作物所需水、肥一同施加到作物根系,对于节水节肥和增产已经取得了较好的效果。我国水肥一体化技术的发展和应用已经发展到相当成熟的阶段,要想进一步提高果实的品质和产量以及更进一步增加节水、节肥的效果,需要寻求新的方法。
    作物的根系需要充足的氧气进行有氧呼吸来维持自身的新陈代谢和整个植株的生长发育。根系缺氧会导致根系呼吸作用减弱,由有氧呼吸转换为无氧呼吸,根系生长停止,离子运移减慢,根系液流失控,进而影响整个作物的生长和产量。国内外众多学者探索性地提出了加氧滴灌系统,将氧气和肥料一起加入灌溉水中,可以有效缓解根区缺氧问题。从目前来看,氧源主要集中在空气源和纯氧源两种形式,纯氧源效果更好,增产和提质效果更为明显,但目前常用的注气方式气泡较大,在土壤中保存的时间短,利用效率低。部分学者也为了增强加氧的持久性,提出利用纯氧微纳米气进行加氧滴灌,例如:中国专利CN202823183U公开了灌溉水增氧设备,用于增加灌溉水源的溶氧量,以空气或纯氧为氧源,取得良好的效果,是一次有益的尝试。但是,只能用于给水源增氧,无法直接接入灌溉管道直接使用,也会使灌溉和营养液中的好氧微生物和一些藻类快速生长,这样会增加灌水器堵塞的风险。
    另一方面,臭氧的灭菌消毒作用已经在很多行业都得到了广泛的应用,它几乎对所有病菌、病毒、霉菌、真菌及原虫、卵囊都具有明显的灭活效果,切灭菌时间来说,迅速无比。臭氧溶解于水中形成臭氧水,几乎能够消杀水中一切对人体有害的物质,还可以分解有机物及灭藻等;臭氧水可对瓜果蔬菜、肉类进行杀菌消毒,防腐保鲜,清除异味,同时具有降解瓜果、蔬菜表面残留含磷农药的功能。采用臭氧水作为氧源可以为土壤补充氧气的同时,也会对解决灌水器堵塞具有良好的控制作用,但采用微纳米臭氧气泡也会对土壤微生物群落结构产生一定的影响。
    发明内容
    针对上述问题,本发明的目的是提供一种将纯氧和臭氧有机结合以达到加氧、杀菌和抗堵效果的微纳米气泡加氧滴灌系统及方法。
    为实现上述目的,本发明采取以下技术方案:一种微纳米气泡加氧滴灌系统,其特征在于,它包括一进水总管,所述进水总管的出水端并联连接第一支路和第二支路,所述第一支路上通过管路依次连接一水泵、一稳压罐和一管道泵;所述第一支路在所述稳压罐的进口端为一伸入其内的喷嘴,所述稳压罐的顶部设置一稳压阀;所述管道泵的出口管路上设置一压力表;所述第二支路上依次连接一流量调节阀和另一压力表;所述第一支路与所述第二支路汇合成一出水总管;所述第一支路位于所述水泵的进口处通过一电磁阀连接一气泵的出口,所述气泵的进口通过管路分别连接一纯氧源和一臭氧源;在所述纯氧源与所述气泵之间的管路上依次设置一单向阀和一气体流量计;在所述臭氧源与所述气泵之间的管路上依次设置另一单向阀和另一气体流量计;所述管道泵电连接一变频柜,所述变频柜通过另一电磁阀电连接一配电箱,所述配电箱电连接一可编程控制器;所述流量调节阀、压力表、另一压力表、电磁阀、另一电磁阀、气体流量计、另一气体流量计、水泵、管道泵和配电箱分别电连接所述可编程控制器。
    所述进水总管上设置有一总管流量传感器,所述第一支路上设置有一支路流量传感器,所述总管流量传感器和支路流量传感器分别电连接所述可编程控制器。
    所述喷嘴采用90°弯折结构,其中水平段为平直的管状结构,垂直段为向喷口端渐缩的结构,且收缩部分的截面为长方形或圆形;所述喷嘴收缩后的直径为所述第一支路管路直径的1/6~1/3。
    所述喷嘴收缩部分的长度为2~4毫米。
    一种微纳米气泡加氧滴灌方法,其包括以下步骤:
    1)启动气泵,可编程控制器控制电磁阀导通,根据具体滴灌情况选择打开纯氧源管路上的单向阀或臭氧源管路上的单向阀,气体在气泵的作用下进入第一支路,与水在水泵的进口处初步混合,与相应氧源连接的相应管路上的气体流量计实时对氧源提供的气体流量进行测量,并将测量结果实时反馈给可编程控制器;水气混合物经过水泵以及连接水泵出口的管路,进入稳压罐并由喷嘴喷射出,喷射出的水气混合物中的气体即是微纳米级;
    2)稳压阀对稳压罐中的水气混合物进行调压至水压稳定后,水气混合物从稳压罐出口流出,并经由管道泵流入管道泵的出口管路;
    3)管道泵出口管路上的压力表以及第二支路上的另一压力表同时进行压力测量并将测量结果反馈给可编程控制器,可编程控制器控制另一电磁阀导通,再控制变频柜变频以使管道泵对经由管道泵的水进行调压,直到管道泵出水管路中的压力与第二支路4中的压力相等;
    4)管道泵出水管路中的水气混合物与第二支路中的水汇合,进入出水总管,由出水总管流出的水含有微纳米级的纯氧或臭氧,该含氧水可对作物进行灌溉,当气体流量计反馈给可编程控制器的测量结果显示加氧量达到预定值时,可编程控制器控制电磁阀关闭,停止向滴灌水中加氧。
    本发明由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本发明微纳米气泡加氧滴灌系统提出了纯氧源和臭氧源相结合的微纳米气泡发生模式,综合考虑了系统短期快速加氧和长效性之间的协调性以及增产提质和控堵之间的协调性,集节水、增产、提质、控堵等多功能于一体。2、本发明采用基于单节流孔释气原理的喷嘴,大幅提升了气泡的破碎化程度、水气混合均匀度,并结合水汽混合稳压罐和变频管道增压泵,保障了系统工作压力的稳定,实现了微纳米气泡加氧系统跟滴灌系统的连接。3、本发明提出了适宜的微纳米气泡加氧滴灌方法,并结合自动控制系统,可以通过可编程控制器预设参数,实现自动调节不同作物以及作物在不同生育期对加氧浓度、氧源配比,提升了系统对于不同对象的适应性。
    附图说明
    图1是本发明系统结构示意图;
    图2是本发明喷嘴结构示意图;
    图3是本发明喷嘴俯视示意图。
    具体实施方式
    下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
    如图1所示,本发明提出了一种微纳米气泡加氧滴灌系统,它包括一进水总管1,进水总管1上设置一总管流量传感器2,进水总管1的出水端并联连接两条支路3、4。第一支路3上通过管路依次连接一支路流量传感器5、一水泵6,一稳压罐7和一管道泵8;第一支路3在稳压罐7的进口端为一伸入其内的喷嘴9,稳压罐7的顶部设置一稳压阀10,管道泵8的出口管路上设置一压力表11。第二支路4上依次连接一流量调节阀12和另一压力表13。两支路3、4汇合形成一出水总管14。
    第一支路3位于水泵6的进口处通过电磁阀15连接一气泵16的出口,气泵16的进口通过管路分别连接一纯氧源17和一臭氧源18。在纯氧源17与气泵16之间的管路上依次设置一单向阀19和一气体流量计20;在臭氧源18与气泵16之间的管路上依次设置另一单向阀21和另一气体流量计22。
    本发明还包括一变频装置,变频装置包括一配电箱23,配电箱23通过另一电磁阀26电连接一变频柜24,变频柜24电连接管道泵8。
    本发明还设置了一套控制装置,该控制装置包括一可编程控制器25;总管流量传感器2、支路流量传感器5、流量调节阀12、压力表13、另一压力表11、电磁阀15、另一电磁阀26、气体流量计20、另一气体流量计22分别电连接可编程控制器25;水泵6、管道泵8和配电箱23的控制开关分别电连接可编程控制器25。
    上述实施例中,可编程控制器25与各电磁装置、各传感器的电连接可采用有线或者无线的方式。
    上述实施例中,如图2、图3所示,喷嘴9可以采用90°弯折结构,其中水平段为平直的管状结构,垂直段为向喷口端渐缩的结构,且收缩部分的截面为长方形或圆形。喷嘴9收缩后的直径为第一支路管路直径的1/6~1/3。喷嘴9收缩部分的长度以2~4mm为佳。喷嘴9的设计是应用单节流孔释气原理,就是指在管道的适当地方将管径变小,当液体经过缩口,流束会变细或收缩。流束的最小横断面出现在实际缩口的下游,称为缩流断面。在缩流断面处,流速是最大的,流速的增加伴随着缩流断面处压力的大大降低。当流束扩展进入更大的区域,速度下降,压力增加,但下游压力不会完全恢复到上游的压力,这是由于较大内部紊流和能量消耗的结果。如果缩流断面处的压力降到液体对应温度下的饱和蒸汽压力以下,流束中就有蒸汽及溶解在水中的气体逸出,形成蒸汽与气体混合的小汽泡,压力越低,汽泡越多。根据伯努利原理,气液混合体速度变大,压力变小,气体和液体此时可以再次进行混合。
    在上述实施例所述的微纳米气泡加氧滴灌系统中,由水泵6、气泵16、纯氧源17、单向阀19、气体流量计20、臭氧源18、另一单向阀21、另一气体流量计22、可编程控制器25、稳压罐7、管道泵8、配电箱23和变频柜24构成的部分,是产生微纳米气泡的装置,可称为微纳米气泡发生装置。微纳米气泡发生装置的工作原理与过程为:水和气体在水泵6的进水口处进行初步混合,水气混合物经过喷嘴9(单节流孔释气原理)将水体增压,喷射出的水气混合物中气体即是微纳米级,喷射的水体压力陡增,使得水气达到充分混合,然后储存在稳压罐7(配合稳压阀10可使水压大幅度降低)中,经由管道泵8(由变频柜24控制管道泵8)调压,使第一支路3中的压力与第二支路4保持一致,因此本装置可直接应用与灌溉系统首部之中。
    本发明还提出了一种利用上述微纳米气泡加氧滴灌系统进行滴灌的微纳米气泡加氧滴灌方法,该方法由可编程控制器25控制整个系统运行,整个过程包括以下步骤:
    1)启动气泵16,可编程控制器25控制电磁阀15导通,根据具体滴灌情况选择打开纯氧源17管路上的单向阀19或臭氧源18管路上的单向阀21,气体(纯氧或臭氧)在气泵16的作用下进入第一支路3,与水在水泵6的进口处初步混合,与相应氧 源连接的相应管路上的气体流量计20、22实时对氧源提供的气体流量进行测量,并将测量结果实时反馈给可编程控制器25;水气混合物经过水泵6以及连接水泵6出口的管路,进入稳压罐7并由喷嘴9喷射出,喷射出的水气混合物中的气体即是微纳米级。
    2)稳压阀10对稳压罐7中的水气混合物进行调压至水压稳定后,水气混合物从稳压罐7出口流出,并经由管道泵8流入管道泵8的出口管路。
    3)管道泵8出口管路上的压力表11以及第二支路4上的压力表13同时进行压力测量并将测量结果反馈给可编程控制器25,可编程控制器25控制另一电磁阀26导通,再控制变频柜24变频以使管道泵8对经由管道泵8的水进行调压,直到管道泵8出水管路中的压力与第二支路4中的压力相等。
    4)管道泵8出水管路中的水气混合物与第二支路4中的水汇合,进入出水总管14,由出水总管14流出的水含有微纳米级的纯氧或臭氧,该含氧水可对作物进行灌溉,当气体流量计20、22反馈给可编程控制器25的测量结果显示加氧量达到预定值时,可编程控制器25控制电磁阀15关闭,停止向滴灌水中加氧。
    在上述加氧滴灌过程中,配电箱23为整个系统提供电力,系统运行前在可编程控制器25中设置参数,此时另一电磁阀26为关闭状态,系统启动后至水流经过管道泵8时,另一压力表11开始有读数并将结果反馈给可编程控制器25,可编程控制器25接收到该信号后,控制另一电磁阀26打开,变频柜24开始工作控制管道泵8进行调压。
    在上述加氧滴灌过程中,总管流量传感器2可对进水总管1中的流量实时监测,支路流量传感器5可对第一支路3中的流量实时监测,总管流量传感器2和支路流量传感器5将流量值反馈给可编程控制器25,可编程控制器25以获得的流量值为依据控制流量调节阀12以调整第一支路3与第二支路4的流量比,进而调整进入到出水总管14中的滴灌水的氧气浓度。此外,需注意的是,由于纯氧源17和臭氧源18的安全问题,每次施加时手动打开单向阀19、20,不用时保持单向阀19、20紧闭。
    下面是一具体实施例:采用本发明方法对大田春玉米进行加氧地下滴灌栽培。
    品种选定“京单28”,种植于北京郊区,每亩定植3175株。土壤pH为6.0,质地为轻壤土,土壤养分含量中等。采用的加氧滴灌方案见表1。
    表1大田春玉米滴灌加气方案


    按照本发明微纳米气泡加氧滴灌方法运行系统,加气模式为加纯氧、纯氧和臭氧以一定比例施加。播种后的第一次灌水最后阶段,施加溶解度为10%的臭氧水,对土壤中进行杀菌消毒;出苗期为提高成活率加溶解度为25%的纯氧;只加纯氧灌水时,按照50%的氧气溶解度伴随整个灌水过程;在大喇叭口期和灌浆成熟期,以纯氧和臭氧配合施加,首先通过超微米气泡发生器向水中充氧,直至氧气在水中的溶解度达到50%,然后进行灌溉,在灌水最后阶段用臭氧发生器向水中充臭氧,直至臭氧溶解度达到10%,以此去除部分灌水器堵塞物质,最后再用清水冲洗管道。
    在春玉米出苗期进行加氧,成活率为97%;在三叶期、拔节期和大小喇叭口期进行加气,使植株生长与对照组比提前7-9天,在灌浆成熟期加气使果实的产量和品质达到最佳。得到结果与现有同品种春玉米相比,总产量增加30%、平均单果穗长增加10%和单果重增加25%,小区土壤蓬松,玉米根长密度增大15%。
    上述各实施例仅适用于说明本发明。由于灌溉制度与土壤、作物、土壤初始养分含量、栽培模式以及产量等因素有关,实际应用前应做好各因素的分析,制定出以最优的灌溉制度。
    上述各实施例仅用于说明本发明,其中系统中的各部件的结构、连接方式和运行方式等都是可以有所变化的,凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进,均不应排除在本发明的?;し段е?。

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