CN103203293B - 一种射流三通 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种微灌用射流三通，由一个进口段、一个射流元件与两个出口段组成。应用于微灌系统时，进口段与支管连接，射流元件位于进口段与出口段之间，两个出口段各连接一条毛管，水流由支管经过进口段进入射流元件，产生射流附壁作用，在毛管内水压负载的反馈作用下，附壁水流发生间歇性偏转，使得水流按照一定频率在两条毛管内切换流动，毛管内形成脉冲水流，脉冲水流进入灌水器，在灌水器内形成强烈的紊动与冲击水流，增强灌水器的抗堵塞能力与灌水均匀性。本发明具有结构简单、可靠性、耐久性强的特点。可一次注塑成型，加工工艺简单，制造成本低，安装使用方便，适用于大田作物、蔬菜、林果业等各种微灌系统的需求。

Description

一种射流三通

技术领域

本发明属于农业节水灌溉技术领域，涉及微灌系统的毛管连接三通，具体涉及一种射流三通。

背景技术

脉冲微灌具有抗堵塞性能强、灌水均匀度高的特点，受到世界各国的广泛关注与应用。脉冲发生器是将微灌系统中的压力水流变成脉冲水流的核心装置，现有脉冲发生器一般通过电子脉冲装置、脉冲电磁阀或橡胶、塑料膜、弹簧等弹性材料产生脉冲水流。电子脉冲装置、脉冲电磁阀等装置造价相对较高，安装、使用、维护相对复杂，往往需要电子相关专业人员进行操作与维护，而微灌系统的使用者大多为当地农户，缺乏相应的操作、维护技能；微灌系统一般运行时间较长，橡胶、塑料膜、弹簧等弹性材料在长时间、高频率的频繁往复运行过程中，易于疲劳，甚至损坏；脉冲频率取决于弹性材料的刚度和初始压缩量，长时间运行将导致弹性材料刚度和弹性模量发生变化，弹性减退，灵敏性、可靠性会不同程度的下降，从而影响脉冲微灌系统的持久运行与使用；弹性材料的使用势必增加脉冲发生器的结构复杂性，对机械密封性、制造精度、可靠性及耐久性提出更高的要求。

申请号为201010196385.5的中国专利“脉冲式低功耗滴灌自动控制装置及其控制方法”，公开了一种由脉冲式电磁阀、控制器、计时器等组成的脉冲式低功耗滴灌自动控制装置，通过控制器驱动电磁阀控制滴灌的脉冲频率。申请号为201110074154.1的中国专利“脉冲滴灌系统”，公开了一种脉冲阀，由阀体、进水口、进水腔、导杆、闸体、出水腔、闸体推拉弹簧、出水口、控制腔、隔膜拉簧等组成，通过进水腔的有压水流推动隔膜，拉伸隔膜拉簧，挤压闸体推拉弹簧，推动闸体打开出水口。利用隔膜拉簧拉动隔膜复位，推拉弹簧拉动闸体复位，封闭出水口，实现脉冲滴灌。申请号为97232713.4的中国专利“微灌脉冲发生器”，公开了一种由型芯、橡胶囊、壳体组成的脉冲发生器。通过橡胶囊的膨胀积蓄能量，打开出水口。利用橡胶囊的弹性作用恢复原状，封闭出水口，实现脉冲滴灌。

申请号为201210388918.9的中国专利“射流脉冲三通”和申请号为201210389275.x的中国专利“射流振荡三通”，公开了一种具有控制通道的射流三通，由控制通道反馈的水压切换水流附壁与流动方向，产生脉冲水流。其特点是不依赖于毛管，射流三通自身就能够产生脉冲水流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单，造价低，抗堵塞能力强，使用寿命长，利用射流射流附壁及负载反馈切换技术形成脉冲水流的射流三通。

本发明采取的技术解决方案是：一种射流三通，其特征在于：由一个进口段、一个射流元件与两个出口段组成；所述射流元件包括收缩段、导流段、喷嘴、射流空间、侧壁Ⅰ、侧壁Ⅱ、输出口Ⅰ、输出口Ⅱ、分流劈、输出道Ⅰ、输出道Ⅱ；所述射流元件最前端是前大后小形状的收缩段，收缩段的前端连接在进水段的末端，收缩段的末端连接导流段的前端，导流段的末端是喷嘴；所述喷嘴后是一段前小后大形状的射流空间，射流空间的两侧分别为侧壁Ⅰ和侧壁Ⅱ；所述分流劈位于射流空间的末端，并将射流空间的末端分割成为输出口Ⅰ和输出口Ⅱ；所述输出口Ⅰ的后面连接输出道Ⅰ，输出口Ⅱ的后面连接输出道Ⅱ；所述进口段前端与微灌系统支管连接；所述出口段Ⅰ前端与射流元件的输出道Ⅰ连通，出口段Ⅰ后端连接毛管Ⅰ；所述出口段Ⅱ前端与射流元件的输出道Ⅱ连通，出口段Ⅱ后端连接毛管Ⅱ；所述毛管Ⅰ与毛管Ⅱ上均安装有若干灌水器。

为形成二维射流，尽可能减少能量损失，保证射流元件同侧壁的作用面积，减少射流同元件上下盖板间的相互作用面，保持射流的稳定性，所述射流喷嘴、射流空间、输出口Ⅰ、输出口Ⅱ的横截面为矩形。

为方便射流三通与微灌系统毛的连接，所述出口段Ⅰ与出口段Ⅱ横截面的外壁为圆形，内壁为矩形，出口段Ⅰ与出口段Ⅱ上设置有毛管连接件。

为方便射流三通与微灌系统的支管连接，所述进口段横截面的外壁为圆形，内壁为矩形，进口段上设置有支管连接件。

所述的一种射流三通，其特征在于喷嘴的中轴线与出口段Ⅰ的中轴线夹角为6°～90°，喷嘴的中轴线与出口段Ⅱ中轴线的夹角为6°～90°。

所述喷嘴宽度是喷嘴左侧壁与右侧壁的间距，喷嘴宽度的值域为3mm～25mm；位差是喷嘴的左侧壁与射流空间的侧壁Ⅰ之间的最小距离或喷嘴的右侧壁与射流空间的侧壁Ⅱ之间的最小距离，位差与喷嘴宽度的比值为1：0.3～1：2；劈距是喷嘴至分流劈顶端的长度，劈距与喷嘴宽度的比值为1：3～1：12；张角是射流空间的侧壁Ⅰ与喷嘴左侧壁的夹角或射流空间的侧壁Ⅱ与喷嘴右侧壁的夹角，张角为6°～20°；喷嘴深度为喷嘴前壁与后壁的净间距，喷嘴深度与喷嘴宽度的比值为1：1～1：3。

本发明工作时，支管中的压力水流进入进口段，经收缩段的调整，使水流更为流畅的进入导流段，经过导流段的导向及平稳水流，通过喷嘴形成射流，进入射流空间。由于射流元件几何结构的微小不对称性及射流本身存在的紊乱，射流的卷吸和两侧壁面之间的干涉效应将不对称，在射流两侧产生压差，推动射流的偏转，将产生附壁效应，贴附于射流空间的一侧壁面上，沿壁面流动，到达该侧的射流输出口。假设射流首先附壁于侧壁Ⅰ，并沿该壁面流动，到达输出口Ⅰ，进入输出道Ⅰ，经过出口段Ⅰ进入与其相连的毛管Ⅰ。随着时间的推移，进入毛管Ⅰ内的水流逐渐增多，毛管Ⅰ进口处的水压就逐渐增加。毛管Ⅰ进口处的水压，会通过出口段Ⅰ、输出道Ⅰ、输出口Ⅰ反馈至侧壁Ⅰ处的水流，当反馈至侧壁Ⅰ出的水压达到一定的值时，将会使射流发生偏转，附壁于侧壁Ⅱ，沿该侧壁面流动至输出口Ⅱ。此时水流进入输出道Ⅱ，经过出口段Ⅱ进入与其相连的毛管Ⅱ，随着时间的推移，进入毛管Ⅱ内的水流逐渐增多，毛管Ⅱ进口处的水压就逐渐增加。毛管Ⅱ进口处的水压，会通过出口段Ⅱ、输出道Ⅱ、输出口Ⅱ反馈至侧壁Ⅱ处的水流，当反馈至侧壁Ⅱ处的水压达到一定的值时，使得射流再次偏转至侧壁Ⅰ输出，形成一次脉冲过程。如此循环往复，通过射流元件的附壁与水流换向，分别在两条毛管内产生一定频率的脉冲水流。

本发明的有益效果：本发明由于应用射流附壁及负载反馈切换技术，利用毛管内的反馈水压，切换射流方向，在毛管内形成脉冲水流，使得脉冲频率与毛管内的水压密切相关，只有毛管内具有一定的水压时，水流才发生切换，有利于保证灌水器的工作压力。毛管内的脉冲水流进入灌水器，在灌水器内形成强烈的紊动与冲击水流，增强灌水器的抗堵塞能力与灌水均匀性；省去现有脉冲微灌系统中常用的电子脉冲装置、脉冲电磁阀、橡胶、塑料膜、弹簧等弹性结构体，简化了脉冲微灌系统的结构，使得脉冲发生器的运行更为可靠、持久；射流三通无需任何附加装置，可采用现有微灌三通常用的制造材质，开发射流三通模具，即可利用现有微灌三通的加工工艺、方法与设备进行注塑、加工与成型，加工工艺简单，制造成本较低，安装使用方便。本发明能够构造多种形式的脉冲微灌系统，可广泛适应于大田作物、蔬菜、林果业等灌溉的需求。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例1的正剖面图。

图2是实施例1的三维示意图。

图3是实施例1与支管、毛管的连接示意图。

图4是实施例1的CFD模拟附壁效果图。

图5是本发明实施例2的正剖面图。

图6是实施例2与支管、毛管的连接示意图。

图7是实施例2的CFD模拟附壁效果图。

图中，1.进水段2.收缩段3.导流段4.喷嘴5.射流空间6.侧壁Ⅰ7.侧壁Ⅱ8.输出口Ⅰ9.输出口Ⅱ10.分流劈11.输出道Ⅱ12.输出道Ⅰ13.出口段Ⅱ14.出口段Ⅰ15.毛管Ⅱ16.毛管ⅠM.毛管连接件C.支管连接件F.射流元件Z.支管D.灌水器B.喷嘴宽度S.位差L.劈距θ.张角。

具体实施方式

实施例1：参照图1、图2与图3，射流三通由一个进口段1、一个射流元件F与出口段Ⅰ14及出口段Ⅱ13组成。

参照图1与图2，射流元件F包括收缩段2、导流段3、喷嘴4、射流空间5、侧壁Ⅰ6、侧壁Ⅱ7、输出口Ⅰ8、输出口Ⅱ9、分流劈10、输出道Ⅰ12、输出道Ⅱ11；射流元件F最前端是前大后小形状的收缩段2，收缩段2的前端连接在进水段1的末端，收缩段2的末端连接导流段3的前端，导流段3的末端是喷嘴4；喷嘴4后是一段前小后大形状的射流空间5，射流空间5的两侧分别为侧壁Ⅰ6和侧壁Ⅱ7；分流劈10位于射流空间5的末端，并将射流空间5的末端分割成为输出口Ⅰ8和输出口Ⅱ9；输出口Ⅰ8的后面连接输出道Ⅰ12，输出口Ⅱ9的后面连接输出道Ⅱ11。

参照图3，进口段1前端与微灌系统支管Z连接；出口段Ⅰ14前端与射流元件F的输出道Ⅰ12连通，出口段Ⅰ14后端连接毛管Ⅰ16；出口段Ⅱ13前端与射流元件F的输出道Ⅱ11连通，出口段Ⅱ13后端连接毛管Ⅱ15；毛管Ⅰ16与毛管Ⅱ15上均安装有若干灌水器D。

参照图2，射流喷嘴4、射流空间5、输出口Ⅰ8、输出口Ⅱ9的横截面为矩形。出口段Ⅰ14与出口段Ⅱ13横截面的外壁为圆形，出口段Ⅰ14与出口段Ⅱ13上设置有毛管连接件M。进口段1横截面的外壁为圆形，进口段1上设置有支管连接件C。

参照图1、图2、图3与图4，喷嘴4的中轴线与出口段Ⅰ14的中轴线夹角为90°，喷嘴4的中轴线与出口段Ⅱ13中轴线的夹角为90°，毛管Ⅰ16与毛管Ⅱ15分布于支管Z的两侧。

参照图3，喷嘴宽度B为5.2mm，位差S与喷嘴宽度B的比值为1：0.5，劈距L与喷嘴宽度B的比值为1：7.6，张角θ为12°，喷嘴深度与喷嘴宽度B的比值为1：1.6。

具体实现过程：本发明工作时，支管Z中的压力水流进入进口段1，经收缩段2的调整，使水流更为流畅的进入导流段3，经过导流段3的导向及平稳水流，通过喷嘴4形成射流，进入射流空间5。由于射流元件几何结构的微小不对称性及射流本身存在的紊乱，射流的卷吸和两侧壁面之间的干涉效应将不对称，在射流两侧产生压差，推动射流的偏转，将产生附壁效应，贴附于射流空间的一侧壁面上，沿壁面流动，到达该侧的射流输出口。假设射流首先附壁于侧壁Ⅰ6，并沿该壁面流动，到达输出口Ⅰ8，进入输出道Ⅰ12，经过出口段Ⅰ14进入与其相连的毛管Ⅰ16。随着时间的推移，进入毛管Ⅰ16内的水流逐渐增多，毛管Ⅰ16进口处的水压就逐渐增加。毛管Ⅰ16进口处的水压，会通过出口段Ⅰ14、输出道Ⅰ12、输出口Ⅰ8反馈至侧壁Ⅰ6处的水流，当反馈至侧壁Ⅰ6出的水压达到一定的值时，将会使射流发生偏转，附壁于侧壁Ⅱ7，沿该侧壁面流动至输出口Ⅱ9。此时水流进入输出道Ⅱ11，经过出口段Ⅱ13进入与其相连的毛管Ⅱ15。随着时间的推移，进入毛管Ⅱ15内的水流逐渐增多，毛管Ⅱ15进口处的水压就逐渐增加。毛管Ⅱ15进口处的水压，会通过出口段Ⅱ13、输出道Ⅱ11、输出口Ⅱ9反馈至侧壁Ⅱ7处的水流，当反馈至侧壁Ⅱ7处的水压达到一定的值时，使得射流再次偏转至侧壁Ⅰ6输出，形成一次脉冲过程。如此循环往复，通过射流元件的附壁与水流换向，分别在两条毛管内产生一定频率的脉冲水流。

实施效果：参照图4，图4是实施例的CFD软件模拟的内部流速分布图，CFD模拟结果表明，水流能够附壁于一侧壁面，图4中附壁于左侧壁面。但在没有连接毛管时，射流不会发生偏转，只能由一侧通道输出。

实施例2：参照图5、图6和图7。实施例2所示的一种射流三通，喷嘴4的中轴线与出口段Ⅰ14的中轴线夹角为12°，喷嘴4的中轴线与出口段Ⅱ13中轴线的夹角为12°，毛管Ⅰ16与毛管Ⅱ15分布于支管Z的一侧。其余零部件的结构特征与实施例1相同，具有相同结构的部分由相同的附图标记表示，不再对其进行说明。该实施例的原理与实现过程也与第1实施例相同，因此省略对其的说明。

本发明射流三通已通过实施例予以充分揭示，但所述实施例并非用以限制本发明，在不脱离本发明的精神或基本特征的前提下还可有其它的实施方式。如进口段和收缩段可以和2为1；分流劈顶面可以为尖角、弧面、平面等；支管连接件与毛管连接件可以是承插、螺旋、锥体等各种连接方式。在表明本发明的范围时，应参考所附的权利要求书，而不是前述的说明。

Claims (4)

1.一种射流三通，其特征在于：由一个进水段（1）、一个射流元件（F）与出口段Ⅰ（14）和出口段Ⅱ（13）组成；所述射流元件（F）包括收缩段（2）、导流段（3）、喷嘴（4）、射流空间（5）、侧壁Ⅰ（6）、侧壁Ⅱ（7）、输出口Ⅰ（8）、输出口Ⅱ（9）、分流劈（10）、输出道Ⅰ（12）、输出道Ⅱ（11）；所述射流元件（F）最前端是前大后小形状的收缩段（2），收缩段（2）的前端连接在进水段（1）的末端，收缩段（2）的末端连接导流段（3）的前端，导流段（3）的末端是喷嘴（4）；所述喷嘴（4）后是一段前小后大形状的射流空间（5），射流空间（5）的两侧分别为侧壁Ⅰ（6）和侧壁Ⅱ（7）；所述分流劈（10）位于射流空间（5）的末端，并将射流空间（5）的末端分割成为输出口Ⅰ（8）和输出口Ⅱ（9）；所述输出口Ⅰ（8）的后面连接输出道Ⅰ（12），输出口Ⅱ（9）的后面连接输出道Ⅱ（11）；所述进水段（1）前端与微灌系统支管（Z）连接；所述出口段Ⅰ（14）前端与射流元件（F）的输出道Ⅰ（12）连通，出口段Ⅰ（14）后端连接毛管Ⅰ（16）；所述出口段Ⅱ（13）前端与射流元件（F）的输出道Ⅱ（11）连通，出口段Ⅱ（13）后端连接毛管Ⅱ（15）；所述毛管Ⅰ（16）与毛管Ⅱ（15）上分别安装有若干灌水器（D）；所述喷嘴（4）、射流空间（5）、输出口Ⅰ（8）、输出口Ⅱ（9）的横截面为矩形；所述喷嘴（4）的中轴线与出口段Ⅰ（14）的中轴线夹角为6°～90°，喷嘴（4）的中轴线与出口段Ⅱ（13）中轴线的夹角为6°～90°。

2.根据权利要求1所述的一种射流三通，其特征在于，所述出口段Ⅰ（14）与出口段Ⅱ（13）横截面的外壁为圆形，内壁为矩形，出口段Ⅰ（14）与出口段Ⅱ（13）上设置有毛管连接件（M）。

3.根据权利要求1或2所述的一种射流三通，其特征在于，所述进水段（1）横截面的外壁为圆形，内壁为矩形，进水段（1）上设置有支管连接件（C）。

4.根据权利要求1或2所述的一种射流三通，其特征在于，所述喷嘴宽度（B）是喷嘴（4）左侧壁与右侧壁的间距，喷嘴宽度（B）的值域为3mm～25mm；位差S1是喷嘴（4）的左侧壁与射流空间（5）的侧壁Ⅰ（6）之间的最小距离，位差S2是喷嘴（4）的右侧壁与射流空间（5）的侧壁Ⅱ（7）之间的最小距离，位差S1S2均满足与喷嘴宽度（B）的比值为1：0.3～1：2；劈距（L）是喷嘴（4）至分流劈（10）顶端的长度，劈距（L）与喷嘴宽度（B）的比值为1：3～1：12；张角（θ）是射流空间（5）的侧壁Ⅰ（6）与喷嘴（4）左侧壁的夹角或射流空间（5）的侧壁Ⅱ（7）与喷嘴（4）右侧壁的夹角，张角（θ）为6°～20°；喷嘴深度为喷嘴（4）前壁面与后壁面的间距，喷嘴深度与喷嘴宽度（B）的比值为1：1～1：3。