水动式比例施肥泵大田性能影响因素试验研究

水力驱动式比例施肥泵具有运行稳定、精准施肥的优点,在微灌系统中应用广泛。滴灌系统中为了达到设计要求的灌水均匀度,滴灌管入口压力应不低于设计压力,在维持滴灌管入口压力稳定的基础上,结合大田膜下滴灌系统进行了水力驱动式比例施肥泵的性能试验,分析了施肥泵入口流量、吸肥比例、滴灌管入口压力对吸肥量及管道内肥液浓度的影响。结果表明:施肥泵入口流量随着滴灌管入口压力的增大而变大,吸肥比例对入口流量基本没有影响;吸肥比例设定在2%～4%时,实际所需的施肥时间与设定时间相比增加了近1/4,吸肥比例和滴灌管入口压力都较大时易发生堵塞,侧翼迷宫式滴灌管整体稳定性不如内镶贴片式滴灌管;在大田滴灌运行时较大毛管入口压力与较大吸肥比例配合施肥精度较低,不宜采用。     

水肥一体机吸肥性能影响因素试验分析

针对文丘里和施肥泵组合结构的水肥一体机,分析了其结构组成和工作原理,得出了影响吸肥性能的主要因素,包括主管压力、主管流量、进口压力、施肥泵流量、通道数量、吸肥口数量、液位高度、过滤器等。在此基础上构建了试验装置,并进一步通过试验研究了这些因素对吸肥性能的影响。结果表明:主管压力对吸肥性能影响取决于施肥泵扬程,当施肥泵扬程大于主管最大压力约10m时没有影响,否则会产生显著影响;施肥泵流量在一定范围内与吸肥流量呈线性关系,需大于5个通道文丘里吸肥器工作流量总和时才能工作良好;施肥管道进口压力对吸肥流量影响较大,进口压力越高,吸肥流量越小,进口压力为0.1～0.2MPa时较合适;肥液桶内液位对吸肥流量有一定的影响,吸肥流量随着桶内液位升高而增加,20cm和100cm时相差约5%;主管流量、通道数量、吸肥口数量和有无过滤器对吸肥流量影响较小,参数选择合适时可以忽略。本研究可为水肥一体机设计和应用提供参考。     

水力驱动式比例施肥器性能影响因素试验研究

水力驱动式比例施肥器具有施肥精度高,运行稳定的优点,在滴灌系统中使用越来越普遍。为了达到设计要求的灌溉均匀度,滴灌系统毛管首部压力应不低于设计压力,在保持滴灌带首部压力不变的前提下,进行了水力驱动式比例施肥器的性能试验,分析了吸肥泵作用压差、施肥比例、吸肥比例对吸肥量及管道内肥液浓度的影响。结果表明:在设计流量范围内,施肥泵入口流量随作用压差的增大呈现先增后减的趋势,施肥比例对入口流量基本没有影响,在压差0.02~0.035 MPa时运行性能较稳定;同一压差下,吸肥比例的实测值与设定值的偏差随着吸肥比例的增加而增大,同一吸肥比例的条件下,施肥泵出口和汇入干管后肥液的质量百分浓度基本不随时间变化,随着施肥桶中的肥液浓度的增加而增加,反映出比例施肥泵均匀性高的特点。为了提高施肥精度,在运行时不要使用较大压差与较小施肥比例配合以及较小压差与较大施肥比例配合。     

施肥机管路布置对文丘里施肥器吸肥性能的影响

为探究施肥机不同管路布置方式对文丘里施肥器在吸肥性能与通道数量等方面的影响,研究选用相同规格的5个文丘里施肥器,针对不同主管压力和2种管路布置方式进行了多通道吸肥室内试验.结果表明:旁路吸肥式与旁路助肥式相比,可同时支配高效吸肥的通道数量较多,最多可达到6个,且对灌溉系统主管压力范围要求更宽泛,可同时满足多种营养液的精准配比施肥;当吸肥通道数量小于3个时,旁路助肥式单通道吸肥量随主管压力的增大而减小,而旁路吸肥式单通道吸肥量随主管压力增大基本保持稳定值;相同通道数量下,旁路吸肥式管路布置下的总吸肥流量和注肥比例明显大于旁路助肥式管路,“3吸肥通道+旁路吸肥式管路”可推荐作为施肥机管路优化布置的首选方式.     

文丘里施肥器改进设计和应用

1文丘里施肥器组成与工作原理文丘里施肥器通常由文丘里管和肥料罐组成,如图1。其工作原理是利用文丘管中管路过流面积突然变小,产生局部负压,将外部容器的肥液或药液通过微小管路吸入到管路中。文丘里管构造简单(如图2所示),造价低廉,使用简便。文丘里施肥器主要应用于小型微灌(如滴灌、微喷灌)系统的施肥。图1文丘里施肥器构成图1.进水口;2.负压区;3.出水口;4.吸肥口图2文丘里管结构简图2文丘里施肥器的工作特点文丘里施肥器的工作原理决定了其工作特点:吸肥量受灌溉系统的压力、流量影响较大。施肥器直接串联安装在主管上,系统压力损失较…     

水肥一体化灌溉施肥机吸肥器结构优化与性能试验

为了优化水肥一体化灌溉施肥机并提高其吸肥性能,在分析文丘里吸肥器工作原理基础上,依据经济流速流量对照表,综合考虑施肥装置及管路系统的沿程损失与局部损失,以吸肥流量为评价指标,应用CFD数值计算对影响系统吸肥性能的关键核心部件文丘里吸肥器的渐缩角α、渐扩角β、喉部直径d0进行单因素性能优化设计,获得了3个主要结构参数对其吸肥性能的影响规律;通过三因素三水平的正交试验方案,得出基于CFD数值计算的文丘里吸肥器最优结构参数组合,渐缩角α为20°、渐扩角β为8°、喉部直径d0为6 mm,且当吸肥管与文丘里主管道呈40°倾角时吸肥性能最优。模拟数据与水肥一体化灌溉施肥机运行数据表明,CFD数值优化后的文丘里吸肥器吸肥流量提高约38.6%,与模糊自动控制系统相配合的水肥一体化灌溉施肥机的吸肥流量总体提高约47.6%,节能效果显著。     

并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式性能分析

为了了解文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式的性能,在其工作原理的基础上,设计了4个文丘里管并联的施肥器,其部分参数为L_a=105 mm,L_b=55 mm,四通T型出口两侧长度L₁~L₈=36 mm,文丘里管通道内径均为50 mm.在并联四文丘里管施肥器吸肥口为1个大气压力,营养液出口为0.10 MPa,进水端入口压力分别为0.15,0.25,0.35,0.45,0.55,0.65 MPa的边界条件下,运用FloEFD软件对施肥器吸肥量进行仿真分析,得到了各通道吸肥量与进出口压差呈正相关的工作特性.基于该分析结果,进一步在4个文丘里管并联施肥器的出口增设吸肥泵,构成四吸肥通道+旁路吸肥式管路施肥器(“旁路吸肥”模式),通过性能仿真表明:并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式,可提高吸肥量整体提高31.08%以上,方差降低74.12%,同时实现将营养液有压输出.进一步开展并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式吸肥量性能试验,得出实测平均吸肥量为693.25 L/h,与仿真分析数据平均相对误差仅为4%,验证了仿真分析结果.该研究为并联四文丘里管施肥器“旁路吸肥”模式整机的研制奠定了基础.     

水肥一体化灌溉施肥机吸肥性能试验研究

为满足灌溉施肥和多营养调配的需求,设计了一款简易型3通道施肥机。通过试验的方法,研究不同灌溉主管进口压力、流量和吸肥通道开启个数对吸肥量的影响规律,以及施肥水泵的水力规律。结果表明:主管进口压力、吸肥通道开启个数对吸肥量有影响,主管进口流量对吸肥量无影响。3个吸肥通道全部开启时,随主管进口压力的增大,总吸肥量逐渐减小;开启1个或2个吸肥通道时,总吸肥量在一定压力范围内基本保持不变,随后逐渐减小。建立了总吸肥量与主管进口压力、吸肥通道开启个数的回归模型,可用于吸肥量估算。水泵效率随主管进口压力的增大而增大,当3个吸肥通道全部开启时施肥水泵效率最高。所揭示的施肥机的吸肥规律及施肥水泵的水力规律,可为施肥水泵的选型设计提供参考。     

深施型液态施肥机液肥转子式转换器设计与试验

针对深施型液态施肥机中输肥管路错综复杂存在能量损失大、工作效率低、输肥软管缠绕等问题,采用理论分析与ADAMS仿真方法设计了一种液肥转子式转换器。采用可替换分配器及施肥机构中原有输肥管路的转换器设计了结构简单、工作效率高的输肥管路系统。对安有转换器的新管路系统进行了防缠绕试验,对新、原管路系统进行了施肥对比试验研究。结果表明,当太阳轮与行星轮齿数比为3∶1,太阳轮与行星架转速比为2∶3时转换器可较好地解决施肥机构输肥软管的缠绕问题;当施肥量为20.32 mL/次,液泵压力为0.31 MPa时,新管路系统的工作效率是原管路系统的2.63倍。     

文丘里施肥器吸肥性能试验研究

通过对文丘里施肥器吸肥性能测试,分析其吸肥流量与喉部负压、进出口压力和进口流量间的关系.结果表明:在吸肥初期阶段,吸肥流量随进口压力和进口流量的增大而增大,当吸肥流量达到最大值后,吸肥流量基本稳定,不受进口压力和进口流量增大变化的影响;吸肥浓度随进口压力和流量的增大先增大后减小,在喉部负压降低到最低点时,吸肥浓度达到最大,试验用文丘里施肥器的最大吸肥浓度约12％～13％.因此,灌溉系统中选择文丘里施肥器时,应考虑其吸肥性能,确定合理的进口压力和进口流量,以达到精确施肥的效果.     

渐缩式比例施肥器的设计与试验

【目的】解决压差施肥罐施肥质量浓度随时间衰减的问题。【方法】采用在压力罐中设置可变形的肥袋,压力罐、肥袋与主管连接点中间设置减压阀的方法,研制了一种通过压力罐向管道注肥的渐缩式比例施肥器,实现了比例施肥。理论分析了其并联特性,在此基础上试制了样机,开展了性能试验,测试了4种管道工况下施肥质量浓度变化。【结果】可变形肥袋起到了水肥分隔、水肥等量置换作用,其水力系统为并联管道系统,当结构形式一定时,施肥比例是常数,其仅与2个支路管径以及局部损失系数有关,不受来水管道压力、流量变化影响,同一工况、不同时刻出水管道肥液质量浓度最大偏差为4.7%,来水管道工况变化时平均质量浓度最大偏差为3.5%,属于均匀施肥,施肥器的最大水头损失为0.47 m,施肥比例可在0～10%范围内调节。【结论】研制的渐缩式比例施肥具有施肥质量浓度稳定、水头损失小,适合各种管道压力的特点,可应用于设施农业喷灌、滴灌系统加药、施肥。     

6种文丘里施肥器吸肥性能比较分析

对北京地区微灌常用的6种文丘里施肥器进行了试验,在理论分析的基础上结合相关数据,建立了6种文丘里施肥器吸肥量、入口流量、临界流量和临界压差的回归模型并进行了比较分析.结果表明:进、出口压力直接影响了施肥器的吸肥量和入口流量,施肥器YR、RF对压力波动等不利工况较敏感,而AD系列和NF则更能适应波动的工作压力环境.NF和AD-1等临界压差小,工作区间大;而RF和YR工作区间小,只有临界压差达到进口压力1/2以后才可正常吸肥.文丘里施肥器的结构对其水力性能影响较大.     

圆形喷灌机注肥泵的设计与试验研究

圆形喷灌机的喷灌施肥一体化作业是国内外精准农业的研究热点,选用工作压力高、流量小且稳定的施肥装置是确保高均匀性喷灌施肥的技术关键.针对圆形喷灌机实际应用和作物施肥特点,设计了一台双缸柱塞式注肥泵,包括液力端、传动端、柱塞、密封及配套动力等,单缸设计流量为150 L/h,最大工作压力为1.0 MPa;对试制样机进行了历时100 h的耐久性试验、20%~100%行程范围的调节试验和30~50 Hz频率范围的变频调节试验.结果表明：研发的柱塞式注肥泵流量随着出口压力的增大而有所减少,但不同出口压力下,流量在100 h内的变异系数均小于5%;改变柱塞行程,泵的实际流量和理论流量几乎一致,两者间的最大差值在行程百分比为60%处,为理论流量值的7.5%;泵的流量随着电源频率的增大呈线性上升关系.试验还表明,改变柱塞行程和电源频率可以调节注肥泵的注肥流量,扩大注肥泵的流量范围.开发的注肥泵适用于圆形喷灌机等灌溉施肥系统,可实现施肥的精准控制.     

复合式吸肥装置结构设计与性能试验

设计了一种新型复合式吸肥装置,并对其吸肥性能进行检测,与传统单文丘里管进行对比以验证其可行性。试验结果表明：在吸肥初始阶段,复合式吸肥装置喉部真空负压随进出口压力差的增大而降低,吸肥流量增大。吸肥流量随真空负压的绝对值增大呈线性增大趋势;当进出口压力差达到0.28MPa左右时,真空负压降到最低值而不再发生变化,与此同时吸肥流量达到最大值;与单文丘里管相比,复合式吸肥装置由于使用过程中压力损失及水头损失,其单管吸肥流量较单文丘里管吸肥流量略有减小,但由于吸肥管数的增加,吸肥量可成倍增加。因此,在复合式吸肥装置进口处调节进口压力变化,在0.02～0.28MPa的正确进出口压力差工作区间下控制复合式吸肥装置,可达到精确施肥的目的。     

滴灌施肥对滴头抗堵塞性能及系统均匀度影响试验研究

为探明温室滴灌系统随水施肥过程中滴头堵塞影响因素、堵塞机理及滴灌管性能评价方式,根据温室滴灌系统布置方式,通过长周期间歇性灌溉试验,研究了N、P、K肥分别单施情况下各肥对φ16滴灌管及φ8小管径滴灌管灌溉均匀度及滴头流量的影响,并利用场发射扫描电镜观测了流道内沉积物。结果表明:φ8滴灌管中后段滴头易先堵塞并分别逐渐向上、下游延伸,φ16管滴头堵塞一般由后端向管前端逐渐发展;φ8管P肥灌溉中8次随水施肥后Cu仅在50%,滴头有效率仅达75%,K肥灌溉时Cu几乎为0,滴头有效率仅50%,严重影响灌溉质量,φ8管在随水施肥过程中抗堵塞性、施肥均匀性均低于φ16管;滴灌系统随水施肥的堵塞位置大多为滴头流道入口,应优化滴头流道入口结构以提高滴头抗堵塞性。     

基于PIPENET的在线式水肥一体化施肥机管路优化设计

现有的精准水肥一体化施肥机混肥原理基本相同,但针对不同应用场景,管路布置方式、吸肥原件、水泵选型各有区别,为此在研究设计在线式水肥一体化施肥机的同时,通过PIPENET软件对设计管路进行仿真,提出优化设计,选择合适水泵,以供给文丘里管合适的流量和压力,提升设备吸肥效率和稳定性。通过试验验证仿真结果,在研究条件下仿真结果与验证试验结果各点压力差异小于5.5%,通过对比证明,PIPENET软件可以用于施肥机管路辅助设计,尤其在进行水泵选型时可以快速确定水泵参数,根据流速修正管路管径,加速设计过程,提高设备可靠性。     

多通道移动式果园灌溉施肥机设计与试验

针对目前果园种植管理过程中灌溉量与施肥浓度控制精度较低、不能动态调整施肥配方等问题，开发了一种多通道移动式果园灌溉施肥机。样机主要由灌溉混肥装置、吸肥装置、水肥参数检测装置、控制系统、牵引式行走装置和动力系统等6部分组成。对吸肥装置关键部件设计正交试验，分析了吸肥器布置方式、吸肥管道管径、过滤器类型、管道排列方式和过滤器目数等不同因素对吸肥性能的影响，确定了最优的吸肥装置结构。开发了精确灌溉施肥自动控制系统，并进行了样机性能测试，结果表明：施肥机可自动完成果园精准灌溉与施肥作业，动态调整施肥配方，灌溉量控制相对误差≤0.54%,EC值控制绝对误差≤0.07mS/cm,母液配比相对误差≤2.00%。     

根渗灌管水力性能试验研究

基于室内试验,对2种管径的新型根渗灌管的水力性能进行了初步研究.结果表明,在微压(2.5～20 kPa)水头工作下,2种管径根渗灌管的流量与压力之间都存在很好的幂函数关系;Φ50管各种组合和Ф32管的孔距为1 m、孔径为2 mm组合的流量均匀系数(大于0.89)均较高;同一压力下,孔径是决定流量大小的主要控制因素,而相同管径同一组合条件下,压力是决定流量大小的主要控制因素.     

微灌系统文丘里施肥器吸肥性能试验

为了研究微灌系统文丘里施肥器吸肥性能与结构参数的关系,对4种组合式喉管规格的某文丘里施肥器分别在0.10,0.15,0.20,0.25和0.30 MPa进口压力下进行了吸肥性能试验.研究结果表明,文丘里施肥器临界压差和最大压差与进口压力呈线性正相关关系,进口流量随着进口压力或进出口压差的升高而呈增大趋势;当出口与进口压力之比低于0.4时,随着喉管直径的减小、收缩角和扩散角的增大,吸肥流量与出口流量之比逐渐上升;而当压力比高于0.4时,吸肥流量与出口流量之比则呈相反的变化趋势.建立了吸肥性能与喉管几何尺寸及工作参数之间关系的回归模型,可为文丘里施肥器的设计和运行提供技术依据.     

水肥一体化施肥机吸肥器结构优化及试验

为探究水肥一体化施肥机吸肥器结构对吸肥量的影响及吸肥通道吸肥量差值较大的问题,运用SolidwWorks设计并联1条、2条、3条射流泵的吸肥器模型;并利用FloEFD对3种吸肥器的吸肥量进行分析。综合对比数值模拟结果可知:吸肥器的最优结构为并联3条射流泵。此外,通过改变主管道长度和射流泵间距对吸肥器结构进行优化并分析每条射流泵吸肥量,结果表明:吸肥器结构优化后,每条射流泵的吸肥量趋于相同且吸肥量高于优化前。样机试验表明:每条射流泵的吸肥量差值较小,试验得到的吸肥量数据与数值模拟数据的误差在合理范围内;样机长时间运行具有很好的稳定性,可满足实际的农业灌溉施肥要求。