專利名稱：一種平板疊合結構的抗堵塞毛細滴灌器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種滴灌器，具體是一種平板疊合結構的抗堵塞毛細滴灌器，可以實現把水從容器內向外以緩慢速度向容器外運行，向目標植物進行節水灌溉的功能。
背景技術：
人類社會為了生產生活的需要，發明了各種水利灌溉工程，但由于水資源日益緊缺，迫使人們采用更節約的灌溉方式，以色列人斯邁哈.博拉斯父子更是發明了滴灌技術，為人類社會的節水灌溉作出了重大貢獻。
滴灌是利用一套專門的設備，把有壓力水(可由水泵加壓或利用地形落差所產生的壓力)，經過過濾后，通過各級輸水管網到滴頭，水自滴頭以點滴方式，一滴一滴直接緩慢地滴入作物根際耕作層土壤，水滴滴入土后，借助重力入滲，在滴頭下方形成很小的飽和區.并向四周逐漸擴散至作物根系發達區的灌水方法稱為滴灌，因滴灌是用少量的水，而且是濕潤作物根部活動層的土壤，所以，滴灌又稱為局部灌水。
滴灌具有省水、灌溉均勻、節能、土壤和地形的適應性強、增產、省工、方便田間作業等優點。
但滴灌也有它的局限性，具體表現為: 滴頭堵塞使用過程中極易引起滴頭的堵塞，主要是由懸浮物(砂和淤泥)、不溶解鹽(主要是碳酸鹽)、鐵銹、其他氧化物和有機物引起，滴頭堵塞主要影響灌水的均勻性，嚴重時可能使整個系統報廢。
鹽分積累在干旱地區采用含鹽量較高的水灌溉時，鹽分會在滴頭濕潤區域周邊產生積累，這些鹽分易于被淋洗到作物根系區域，當種子在高濃度鹽分區域發芽時，會帶來不良后果。
影響根物的根系分布對于多年生果樹來說，滴頭位置附近根系密度增加，而非濕潤區根系因得不到充足的水分供應 其生長會受到影響，尤其是在干旱半干旱地區，根系的分布與滴頭位置有很大關系，少灌勤灌的灌水方式會導致樹木根系分布變淺，在風力較大的地區可能產生拔根危害。
投資成本高，管理技術要求高，要有動力能源要求，水壓力的衰減效應使得有效工作面積小，同時滴灌孔容易堵塞的難題至今未能攻克，使得滴灌設備壽命縮短，運行與維護成本劇漲，眾多原因令有壓滴灌的大面積推廣受到極大限制。
水資源的日益緊缺，生態環境的逐漸惡化，迫使人們必須構建與推廣更節約，更高效的水利工程與方法，解決缺水困局。
為此，如果能設計一套無需能源驅動，更符合植物生長規律，壽命超長的滴灌系統，無疑能為生態建設作出更大貢獻。
參考文獻《經濟型噴微灌》奕永慶功會著叢書名:出版社:中國水利水電出版社 ISBN:9787508469683 出版時間:2009-11-01發明內容
首先，分析滴灌設備運行時的物理現象，我們可以將其歸納成水從水源流經過濾部件，加壓部件，管道，最后由管道內微孔向管道外緩慢滴落，落到植物根系附近土壤的一個過程，產生堵塞的一個主要原因，就是因為人們為了追求緩慢的滴速，在管道上制作的微孔直徑太小，水里面的沙土，無機鹽，微生物等雜質在壓力的作用下，卡在微孔中造成堵塞。
如何使水以人們所需要的緩慢速度從一個載體運行到目的地又不至于發生中斷，可以說是滴灌技術的核心內容。
為克服滴灌滴頭發生容易堵塞這一缺陷，本發明設計一種毛細滴灌器，其特征在于，至少一塊“η “形光潔硬質平板材料，可在在平板表面制作細微的磨痕或凹糟，也可不作，另一塊“η”形光潔硬質平板材料，可在在平板表面制作細微的磨痕或凹糟，也可不作，把平板疊合在一起并夾緊固定，平板材料之間形成狹窄縫隙，構成微輸水裝置，并使微輸水裝置跨騎在容器邊沿，微輸水裝置的一端浸入容器內的水中，另一端對應放置于容器外的集水>j-U ρ α裝直。
容器里的水在兩塊“η”形光潔硬質平板材料疊合處形成的狹窄縫隙內受毛細力的作用向上運行，并沿狹窄縫隙擴散至容器外一端，在重力的作用下，向下運行，此時在容器外一端的水受到重力與狹窄縫隙對它的表面張力作用，只要使狹窄縫隙里的水受到的重力大于表面張力，水就能突破狹窄縫隙的表面張力，滴落至容器外，可以實現水從容器內往容器外運行的目的。
在這種毛細滴灌器中，由于水從容器內往容器外運行的通道是狹窄縫隙而不是微孔，使水運動的動力是狹窄縫隙對水的毛細作用力而不是壓力，而毛細作用力只對水起作用，對沙土等固體則不起作用，這樣就有效地解決了水緩慢從容器內向容器外運行的發生中斷現象。
在光潔平板材料表面制作細微磨痕或凹糟的作用是為了消除水在狹窄縫隙內毛細上升，擴散過程中形成的隔斷氣泡，并減小水 在下降過程受到的表面張力，可以使得微輸水裝置更為小型化，經濟化。
但是，這樣做出來的毛細滴灌器的運行水平會受硬質平板材料制造工藝，材料性質的影響，具體表現為制造出來的每套毛細滴灌器滴水速度誤差較大，不利于統籌使用，水中的化學物質會與微輸水裝置發生化學反應影響毛細滴灌器效率與壽命。
為解決這一系列問題，提出一種改進型毛細滴灌器，其特征在于，


圖1是微輸水裝置結構示意圖，至少一塊“η”形浮法平板玻璃(2)，在“η”形浮法平板玻璃(2)上制作細微的磨痕或凹糟，分別是毛細痕(3)，運行痕(4)，重力痕(5)，并與另一塊“η”形浮法平板玻璃(I)疊合在一起并夾緊固定，并使毛細痕，運行痕，重力痕，置于平板材料之間形成的狹窄縫隙中，構成微輸水裝置(7)，圖2是毛細滴灌器結構示意圖，把微輸水裝置(7)跨騎在容器(6 )的邊沿，使毛細痕一端浸入容器內的水中，重力痕一端對應放置于容器外的集水裝置(10)。
為了能使毛細滴灌器擴展成為系統，我們還在容器底部或接近底部位置設置補水口(8)用以補水，容器與集水裝置結合部上沿略低處設置最高水位線(11)用以參考工作水位。
它的工作過程如下:水從補水口(8)進入容器(6)，當水位上升浸入微輸水裝置的狹窄縫隙時，水在狹窄縫隙內受毛細力的作用向上運行，并沿狹窄縫隙擴散至重力痕一端，在重力的作用下，突破狹窄縫隙的表面張力，滴落入集水裝置(10)，經由導管(9)對植物(12)進行滴灌，最高水位線(11)的是參考工作水位，它的位置比容器與漏斗糟結合部略低，只要保證水位低于最高工作水位線，就能避免水從漏斗糟溢出，造成浪費。
毛細痕，運行痕的作用是消除水在狹窄縫隙內毛細上升，擴散過程中形成的隔斷氣泡，重力痕的作用是減小水在下降過程受到的表面張力，可以使得微輸水裝置小型化，經濟化。
改變毛細痕，運行痕，重力痕的數目，粗細，可以使微輸水裝置獲得不同的水滴滴落速度，便于制作不同工作需要毛細滴灌器。
輸水裝置單位體積很小，所以可以將數個或數十個微輸水裝置同時放在同一個毛細滴灌器內，提高設備使用效率。
由于選擇了質量規范，化學性質穩定的浮法平板玻璃制作微輸水裝置，如果使用鈍化后化學性質穩定的鋁合金制作毛細滴灌器的盛水容器，再配以蓋子，讓微輸水裝置處于與光隔絕的工作環境，使毛細滴灌器避免水份蒸發與微生物滋生，可以使每套毛細滴灌器的滴水速度均衡，便于統籌使用，壽命長逾百年，有效降低設備的年平均使用成本與重復建設成本。
單個滴灌器的作用是很小的，如果將眾多的滴灌器組成系統，便能使滴灌器發揮更大的效用。為此，設計一種水位分配箱，圖3是水位分配箱結構示意圖，由箱體(13)，隔板(14)，保障箱(15)，分配箱(16)，浮球閥(17)，進水口(18)，配水口(19)，連通口(20)，限高水位線(21)組成。
圖4是毛細滴灌系統結構示意圖，用管道將第一級水位分配器(23)的進水口與水源(22)相連，連通口與位于同一水平線的眾多毛細滴灌器(24)的補水口以連通管(25)相連，并使水位分配器的限高水位線與與各毛細滴灌器的最高水位線處于同一水平線，配水口與第二級水位分配器的進水口相連，第二級水位分配器的連通口與位于同一水平線的眾多毛細滴灌器的補水口以連通管相連，就可以形成毛細滴灌系統。
毛細滴滴灌系統工作過程如下:由于第一級水位分配器的配水箱水位低，浮球閥處于打開狀態，水從進水口經浮球閥進入保障箱，根據連通器原理，與其處于同一水平線上的眾多毛細滴灌器得到等高的水位，開始 為植物進行滴灌，當保障箱水位繼續上升，高于隔板時，水將從保障箱溢出，進入配水箱，再經配水口與管道進入第二級水位分配器，同理，第二級水位分配器的配水箱水位低，浮球閥處于打開狀態，水從進水口經浮球閥進入保障箱，與其處于同一水平線上的眾多毛細滴灌器得到等高的水位，開始為植物進行滴灌，當第二級水位分配箱水位到達限高水位線時，水的浮力使浮球閥關閉，停止進水，水位也停止上升，避免水從與其相連的毛細滴灌器滿溢造成浪費，同時第一級水位分配器內，水位也逐漸上升，至限高水位線時，浮力使浮球閥關閉，停止進水，當為植物滴灌導致水位下降，浮球閥又再度打開，進行補水作業，如此反復，便完成了毛細滴灌系統的自動補水，自動滴灌功能。
根據連通器原理，毛細滴灌系統可以在水平方向不斷擴展，而引入水位分配器又使其可以在重力方向不斷擴展，即毛細滴灌系統的規模可大可小，也可以適應各種地形。
微輸水裝置的狹窄縫隙對水的毛細提升高度極其有限，只有幾厘米左右，所以水位控制箱所使用的浮球閥必須能精確響應水位變化，但毛細滴灌系統若需要大規模擴展，又必將受到浮球閥補水速率影響，顯然，常規的浮球閥是難以同時滿足以上兩點要求的。
為此，又提出一種浮球閥，圖5是浮球閥處于打開狀態時的結構示意圖，它由基桿(26)，主動軸(27)，從動軸(28)，主動桿(29)，從動桿(30)，連桿(31)，浮桿(32)，浮球(33 )，調節螺母(34)，搖桿(35 )，閥桿(36 )，導向機構(37 )，閥芯(38 )，閥體(39 )組成。
在基桿上設置兩個固定軸,分別為主動軸和從動軸,主動桿可繞主動軸轉動,從動桿可繞從動軸轉動，從動桿與主動桿之間用連桿鉸鏈相連，在主動桿與連桿鉸鏈相連處再鉸鏈一根浮桿，浮桿另一端設有浮球，浮球用調節螺母固定在浮桿上，在連桿與從動桿鉸鏈相連處則再鉸鏈一根搖桿，閥桿則通過鉸鏈連接在搖桿的另一端，并可沿導向機構作直線運動，閥桿的另一端則與閥芯固定在一起。
浮球閥的工作過程如下:水位上升時，浮球受浮力作用向上運行，帶動主動桿繞主動軸順時針方向旋轉，連桿就會帶動從動桿繞從動軸順時針方向旋轉，從而推動搖桿向左運動，再推動閥桿沿導向裝置作直線運動，使閥芯逐漸壓向進水口，關閉閥門，水位停止上升，由于基桿，主動桿，連桿，從動桿組成了四連桿機構，根據四連桿機構的固有特性，當水位上升使閥門關閉時，主動桿與連桿成一直線，四連桿機構由不穩定的四邊形結構變為穩定的三角形結構，圖6是浮球閥處于關閉狀態時的結構示意圖，此時無論從閥芯上施加多大的力矩，都不能使四連桿機構發生運動，因為此時力的作用線恰好通過主動軸，不能在主動軸上形成力矩，這就使得浮球閥獲得了可靠的關閉密封效果；而當水位下降時，由于浮球浮力的下降，在浮球與浮桿的重力及進水對閥芯的壓強作用下，四連桿機構則很容易從穩定的三角形結構轉變成不穩定的四邊形結構，只需很小的力矩就能打開閥門進行補水作業，同時，與傳統長臂式浮球閥相比，由于這種浮球閥在關閉時，傳動機構主要受壓縮力矩的作用，彈性變形量很小，所以更能精確響應水位變化。
另外，由于在這種毛細滴灌系統中，上級水位分配器與下級水位分配器之間水位差很小，閥芯承受的壓強也比較小，可以把閥芯面積做得比一般的小孔浮球閥的進水口要大得多，有效提高補水速率，這樣就為毛細滴灌系統大規模擴展提供了有利條件。
在自然界，水受時間，空間，地理條件的影響，并不隨人們的意愿而存在，水缺乏期會造成旱災，水泛濫時卻又會造成洪災，因此，如何合理利用水資源，儲備水資源，成為人們用水的重要問題。
為此，提出一種水利方法，圖7是水利型毛細滴灌系統結構示意圖，在地勢較高的河道(40)旁設置濾網(41)，將經過濾的水通過管道經一個或多個液壓水位控制閥(42)引至靜壓池(43)，在靜壓池 往下引出一段靜壓管(44)，在靜壓管下部連接水平敷設的輸送管(45)，輸送管敷設至遠方，在遠方地勢較低的地方往下引出一段泄沙管(49)，在泄沙管末端設置泄沙閥(50)，泄沙閥下方對應設置沉積山塘(51)，在輸送管接近末端的位置，向上引出一段輸水管(46),在輸水管末端設置輸水閥(47),輸水閥的水平位置低于靜壓池，輸水閥對應位置設有蓄水山塘(48)，在水平敷設的輸送管的任意位置向上引出管徑較小的供水管(52)，逆止閥(53)繼續向上引至由水位分配箱(23)與毛細滴灌器(24)組成的毛細滴灌系統，為毛細滴灌系統提供水源，毛細滴灌系統的第一級水位分配器與毛細滴灌器的水平位置低于輸水閥，顯然，可以在輸送管上設置數目眾多的供水管為數目眾多的毛細滴灌系統提供水源。
這種水利方法有三種工作模式:在枯水期，河道流量很小，關閉泄沙閥與輸水閥，河道里的水經濾網與液壓水位控制閥進入靜壓池，在靜壓狀態下，只經逆止閥供應毛細滴灌系統進行節水灌溉，此時，由于水平敷設的輸送管內水流速度極緩，水流中的沙土將在輸送管內沉積，而不會進入毛細滴灌系統，減少了毛細滴灌系統的維護量，同時由于設置了液壓水位控制閥，當靜壓池水位滿時，液壓水位控制閥將關閉，停止進水，靜壓池水位下降時液壓水位控制閥將打開補水，系統對河道的引水是有節制的，用多少取多少都是自動完成的，減少了對河道生態的影響。
在豐水期，河道流量增大，關閉泄沙閥，打開輸水閥，河道里的水經濾網與液壓水位控制閥進入靜壓池，在靜壓狀態下，經輸送管，輸水管，；輸水閥為蓄水山塘供水，為工業農業生產用水提供便利，同時，由于輸水閥的水平位置高于毛細滴灌系統，所以毛細滴灌系統的工作并不受影響，在這一過程中，輸送管內的水流速度雖有所增加，但仍低于管道積淤的啟動速度，所以水中的沙土仍將繼續在輸送管內沉積。
在洪水期，河道流量驟然增大，洪水將遠遠超過河道的正常排水能力，對下游的生產生活造成極大危害，在這種情況下，泄洪成為首要任務，此時首先關閉輸水閥，然后打開泄沙閥，輸送管內的水在靜壓管內水的壓力與泄沙管內水流下泄引起的負壓力的雙重作用下，高速流向沉積山塘，同時，逆止閥由于上部壓力大于下部壓力而關閉，靜壓管與輸送管，泄沙管形成一條封閉管道，而且因為靜壓管與泄沙管的垂直落差，等于為靜壓池安裝了一臺強力抽水泵，靜壓池水位下降使得河道的洪水又經過液壓水位控制閥補充到靜壓池，實現快速地對洪水進行異地轉移，從而減少了河道下游的行洪壓力，在這一過程中，由于輸送管內水流速度遠遠大于管道內積淤的啟動速度，所以在轉移洪水的同時，管道內淤積的沙土也被轉移到了沉積山塘，有效地解決管道積淤的問題。
顯然，在同一河道可以設置多套相同的水利工程，可以將更多的洪水引離河道并進行蓄備，開發利用，更為高效地使洪水變害為利。
另外，沉積山塘可以梯級建設，擴大蓄洪能力，同時可發展濕地經濟，由于淤泥的沉積，沉積山塘在使用很長時間后，將會變成適合耕作的良田，只要將輸送管延長，并將泄沙管與泄沙閥設置在更遠處，即可開辟新的沉積山塘，整套水利工程靈活便利，集合了節水灌溉，水資源輸送，水資源蓄備，洪水疏導，管道清淤，地形重塑多項功能。
最佳實施方案 選擇質量規范，化學性質穩定的浮法平板玻璃制作微輸水裝置，并在制作微輸水裝置的過程中控制毛細痕，運行痕，重力痕的粗細與數目，把微輸水裝置的滴水速度制作成3-4滴/分鐘，每個滴灌口日供水量為IOOOml左右，更適合植物生長所需，并采用不間斷滴灌制度，無需人工干預，更節省人工的投入。
有益效果 在毛細滴灌器中，由于水從容器內往容器外運行的通道是狹窄縫隙而不是微孔，使水運動的動力是狹窄縫隙對水的毛細作用力而不是壓力，而毛細作用力只對水起作用，對沙土等固體則不起作用，同時采用不間斷滴灌制度，使鹽類物質不斷被稀釋避免鹽份累積，再配以使微輸水裝置處于與光隔絕的工作環境，杜絕微生物滋生，這樣就使得毛細滴灌器避免了沙土，鹽類與微生物堵塞，減少系統維護并獲得超長使用壽命，降低年使用成本。
由于毛細滴灌器的滴速極緩，水將以土壤毛細懸著水形式分布在植物根系附近，無地表徑流，蒸發量極小，有利于水資源的高效利用，更省水，同時由于灌溉量極小，可以避免鹽隨水來所引起的土地次生鹽堿化。
采用不間斷滴灌制度，無需人工干預，更省人工，同時更符合植物生長對水的不間斷需求這一生長規律，更有利于提高土地產出。
采用不間斷滴灌制度，在植物蒸騰量少的夜晚，水在重力與毛細力作用下向更深層土壤擴散，引導根系向深處發育，避免風力撥根危害。
水運行的全過程都是借助自然固有力量，無需能源消耗，節能環保，對水質要求不高，無需精密過濾設備，更節省運行費用，在任何地區都可使用。
原理簡明，結構簡單可靠，使用者無需特殊培訓即可熟練安裝與使用設備。
由于在毛細滴灌系統中，水位分配器與毛細滴灌器之間的聯系是通過連通器原理完成的，沒有壓力式滴灌系統的壓力衰減限制，規模建設方面更具優勢，同時由于連通管所需承受的水壓極微小，可以使用更薄的管道與更便利的管道配件，更節約材料與施工成本。
毛細滴灌系統適應各種環境條件，壽命超長，可靠性更高，對沙漠化，荒漠化，石漠化地區的生態恢復更具實際意義。
由于不間斷滴灌制度無需人工干預，特別適合城市樓頂綠化，以多年生長的果樹，灌木替代傳統隔熱層，美觀大方又環保，可降低樓宇夏季制冷能耗，有效解決城市綠地不足與空氣凈化問題。
可以靈活配套水利工程，配合河道水文變化，實現節水灌溉，水資源輸送，水資源蓄備，洪水疏導，管道清淤，地形重塑多項功能，對水資源進行時間空間調節，有利于上下游地區水權益矛盾的妥善解決。
如采用浮法平板玻璃制作微輸水裝置，使用鋁合金制作毛細滴灌器的盛水容器，可以使毛細滴灌器的壽命長逾百年，保障被灌溉植物完成至少一個生命周期，確保投資收益與生態收益，同時由于玻璃與鋁合 金均為可回收循環再用物質，大大減少了環境污染。
權利要求
1.一種毛細滴灌器，其特征在于，至少一塊“η”形光潔硬質平板材料與另一塊“η”形光潔硬質平板材料疊合在一起并夾緊固定，平板材料之間形成狹窄縫隙，構成微輸水裝置，并使微輸水裝置跨騎在容器邊沿，微輸水裝置的一端浸入容器內的水中，另一端對應放置于容器外的集水裝置。
2.如權利要求1，一種毛細滴灌器，其特征在于，至少一塊“η”形光潔硬質平板材料，可在在平板表面制作細微的磨痕，也可不作，另一塊“η”形光潔硬質平板材料，可在在平板表面制作細微的磨痕，也可不作，把平板疊合在一起并夾緊固定，平板材料之間形成狹窄縫隙，構成微輸水裝置，并使微輸水裝置跨騎在容器邊沿，微輸水裝置的一端浸入容器內的水中，另一端對應放置于容器外的集水裝置。
3.如權利要求1，一種毛細滴灌器，其特征在于，至少一塊“η”形光潔硬質平板材料，可在在平板表面制作細微的凹糟，也可不作，另一塊“η”形光潔硬質平板材料，可在在平板表面制作細微的凹糟，也可不作，把平板疊合在一起并夾緊固定，平板材料之間形成狹窄縫隙，構成微輸水裝置，并使微輸水裝置跨騎在容器邊沿，微輸水裝置的一端浸入容器內的水中，另一端對應放置于容器外的集水裝置。
4.如權利要求1，至少一塊“η”形浮法平板玻璃(2)，在“η”形浮法平板玻璃(2)上制作細微的磨痕或凹糟，分別是毛細痕(3)，運行痕(4)，重力痕(5)，并與另一塊“η”形浮法平板玻璃(I)疊合在一起并夾緊固定，并使毛細痕，運行痕，重力痕，置于平板材料之間形成的狹窄縫隙中，構成微輸水裝置(7)，把微輸水裝置(7)跨騎在容器(6)的邊沿，使毛細痕一端浸入容器內的水中，重力痕一端對應放置于容器外的集水裝置(10 )。
5.如權利要求1，一個毛細滴灌器內可以置入一個或數目眾多的微輸水裝置(7)。
6.如權利要求1，毛細滴灌器的容器有補水口(8)。
7.如權利要求 1，容器與集水裝置結合部上沿略低處設置最高水位線(11)。
全文摘要
一種平板疊合結構的抗堵塞毛細滴灌器，根據狹窄縫隙中的水受毛細力作用上升這一物理現象，利用至少兩塊“n”形平板材料形成穩定的狹窄縫隙，使容器內的水向上運行，并沿狹窄縫隙擴散至容器外，再打破水的重力與狹窄縫隙對水的表面張力之間的平衡，以獲得需求的滴灌速度，實現把水從容器內向外以緩慢速度向容器外運行，向目標植物進行節水灌溉的功能，而毛細作用力只對水起作用，對沙土等固體則不起作用，同時采用不間斷滴灌制度，使鹽類物質不斷被稀釋避免鹽份累積，再配以使微輸水裝置處于與光隔絕的工作環境，杜絕微生物滋生，這樣就使得毛細滴灌器避免了沙土，鹽類與微生物堵塞，同時利用連通器原理可組建不受壓力衰減限制的超大規模滴灌系統。
文檔編號A01G25/00GK103141361SQ201310069270
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月5日 優先權日2013年3月5日
發明者譚朝暉 申請人:譚朝暉