水肥一體機(jī)吸肥性能影響因素試驗(yàn)分析.pdf

水肥一體機(jī)吸肥性能影響因素試驗(yàn)分析 金永奎 周良富 孫 竹 薛新宇 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所 南京 210014 摘 要 針對(duì)文丘里和施肥泵組合結(jié)構(gòu)的水肥一體機(jī) 分析了其結(jié)構(gòu)組成和工作原理 得出了影響吸肥性能的 主要因素 包括主管壓力 主管流量 進(jìn)口壓力 施肥泵流量 通道數(shù)量 吸肥口數(shù)量 液位高度 過(guò)濾器等 在此 基礎(chǔ)上構(gòu)建了試驗(yàn)裝置 并進(jìn)一步通過(guò)試驗(yàn)研究了這些因素對(duì)吸肥性能的影響 結(jié)果表明 主管壓力對(duì)吸肥性 能影響取決于施肥泵揚(yáng)程 當(dāng)施肥泵揚(yáng)程大于主管最大壓力約 10m 時(shí)沒(méi)有影響 否則會(huì)產(chǎn)生顯著影響 施肥泵流 量在一定范圍內(nèi)與吸肥流量呈線性關(guān)系 需大于 5 個(gè)通道文丘里吸肥器工作流量總和時(shí)才能工作良好 施肥管 道進(jìn)口壓力對(duì)吸肥流量影響較大 進(jìn)口壓力越高 吸肥流量越小 進(jìn)口壓力為 0 1 0 2MPa 時(shí)較合適 肥液桶內(nèi) 液位對(duì)吸肥流量有一定的影響 吸肥流量隨著桶內(nèi)液位升高而增加 20cm 和 100cm 時(shí)相差約 5 主管流量 通 道數(shù)量 吸肥口數(shù)量和有無(wú)過(guò)濾器對(duì)吸肥流量影響較小 參數(shù)選擇合適時(shí)可以忽略 本研究可為水肥一體機(jī)設(shè) 計(jì)和應(yīng)用提供參考 關(guān)鍵詞 水肥一體機(jī) 吸肥性能 影響因素 試驗(yàn)分析 文丘里 中圖分類號(hào) S224 4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1003 188X 2021 10 0095 07 0 引言 近年來(lái) 由于水肥一體化技術(shù)具有節(jié)水 節(jié)肥 水 肥利用率高 省工 增產(chǎn)等諸多優(yōu)點(diǎn) 在我國(guó)發(fā)展迅 速 全國(guó)應(yīng)用面積已超過(guò) 700 萬(wàn) hm 2 得到了廣泛應(yīng) 用 1 3 目前 水肥一體化系統(tǒng)中的施肥設(shè)備主要有 壓差式施肥罐 高壓施肥泵 文丘里施肥器及水力施 肥泵等 4 6 這些設(shè)備實(shí)現(xiàn)了將肥料施入管道的目的 但不能精確控制施入的濃度 EC 和 pH 值 也不能實(shí) 現(xiàn)自動(dòng)化控制 已不能滿足精準(zhǔn)水肥一體化的要求 為了解決這個(gè)問(wèn)題 國(guó)內(nèi)外開(kāi)展了自動(dòng)水肥一體機(jī)的 研制 由控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)水肥 將肥液和水混合連續(xù)定 量注入灌溉管道 實(shí)現(xiàn)了高精度水肥配比 7 目前 對(duì)水肥一體機(jī)的研究主要集中在結(jié)構(gòu) 控 制方法及優(yōu)化上 如結(jié)構(gòu)組成 流場(chǎng)仿真分析 控制算 法及試驗(yàn)驗(yàn)證等 8 11 袁洪波等 12 設(shè)計(jì)了一種水肥 一體化營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控裝備 利用增量式 PID 算法和改進(jìn) Smith 預(yù)估器對(duì)營(yíng)養(yǎng)液的制備過(guò)程進(jìn)行精確控制 李 堅(jiān)等 13 通過(guò)對(duì)吸肥器 管道和混肥裝置結(jié)構(gòu)等研究 收稿日期 2020 02 16 基金項(xiàng)目 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 2018YFD0201401 江西省重點(diǎn) 研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 20181ACF60027 作者簡(jiǎn)介 金永奎 1975 男 安徽巢湖人 研究員 碩士生導(dǎo)師 E mail 120059323 qq com 通訊作者 薛新宇 1969 女 江蘇蘇州人 研究員 博士生導(dǎo)師 E mail 735178312 qq com 建立了小型水肥一體灌溉機(jī)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)和 EC pH 的 關(guān)系模型 李家春等 14 建立了基于射流泵并聯(lián)的三 通道旁路吸肥式施肥機(jī)混肥系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 并對(duì)其進(jìn)行流 場(chǎng)仿真分析及系統(tǒng)性能試驗(yàn)驗(yàn)證 何青海等 15 設(shè)計(jì) 了一種智能水肥藥一體化系統(tǒng) 針對(duì)系統(tǒng)混肥精度不 高的問(wèn)題 設(shè)計(jì)了適用于營(yíng)養(yǎng)液混合的模糊控制器 金永奎等 16 設(shè)計(jì)了一套針對(duì)小型地塊集灌溉 施肥 過(guò)濾 全自動(dòng)控制在一個(gè)裝置內(nèi)的一體化灌溉施 肥機(jī) 上述水肥一體機(jī)的類型很多 原理各異 吸肥性 能受流量 壓力 肥料 采用的部件及控制方法的影響 很大 性能參差不齊 而目前對(duì)影響施肥性能的各因 素研究較少 陳囡囡等 17 對(duì)部分因素進(jìn)行了試驗(yàn)研 究 但不夠全面 為此 針對(duì)文丘里和泵組合的管道 混合式水肥一體機(jī) 分析影響吸肥性能的主要因素 通過(guò)試驗(yàn)得出各因素對(duì)吸肥流量的影響 給出各因素 配置建議 可為水肥一體機(jī)的設(shè)計(jì)與性能優(yōu)化提供 參考 1 水肥一體機(jī)及吸肥性能影響因素 1 1 水肥一體機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 目前 灌溉施肥多采用文丘里或高揚(yáng)程泵吸入的 方式 文丘里方式依靠管道水流形成負(fù)壓吸入肥液 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件 但受多種因素影響工況要求 高 運(yùn)行不穩(wěn)定 自動(dòng)控制較難 18 泵吸入式適合單 59 2021 年 10 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 10 期 DOI 10 13427 ki njyi 2021 10 019 個(gè)通道 多通道時(shí)成本高 也難以實(shí)現(xiàn)高精度控制 本文水肥一體機(jī)采用了文丘里和泵組合的吸肥方式 多通道文丘里并聯(lián) 在文丘里出水口處利用泵吸入并 增壓混合的水肥溶液 達(dá)到文丘里工況穩(wěn)定的目的 在文丘里吸肥管處安裝電磁閥 通過(guò) PWM 方式精確 控制肥液的吸入量 從而實(shí)現(xiàn)水肥精確配比 水肥一 體機(jī)主要由主水管 混合腔 EC pH 傳感器 減壓電磁 閥 施肥管道 文丘里吸肥器 肥液桶 過(guò)濾器 流量 計(jì) 施肥電磁閥 施肥泵 單向閥及控制系統(tǒng)等組成 如圖 1 所示 1 主水管 2 混合腔 3 EC pH 傳感器 4 減壓電磁閥 5 施肥管道 6 文丘里吸肥器 7 肥液桶 8 過(guò)濾器 9 流量計(jì) 10 施肥電磁閥 11 施肥泵 12 單向閥 13 控制系統(tǒng) 圖 1 水肥一體機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖 Fig 1 Principle structure diagram of integrated irrigation and fertilizer applicator 工作原理 灌溉水源通過(guò)主管 當(dāng)主管壓力大于 減壓電磁閥設(shè)定壓力時(shí) 減壓電磁閥打開(kāi) 水進(jìn)入施 肥管道 施肥泵運(yùn)行 水流過(guò)文丘里吸肥器 在吸肥口 產(chǎn)生負(fù)壓 當(dāng)吸肥電磁閥打開(kāi)時(shí) 肥液桶內(nèi)的肥液被 吸入施肥管道 并進(jìn)入主管 在混肥腔內(nèi)與水混合 和 灌溉水一起精確定量地施給作物 吸肥量大小由控 制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的施肥比例或 EC pH 值 通過(guò) PWM 方式控制電磁閥的開(kāi)關(guān)時(shí)間實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié) 1 2 吸肥性能影響因素 設(shè)計(jì)水肥一體機(jī)時(shí) 吸肥性能是最關(guān)鍵的指標(biāo) 決定了水肥一體機(jī)的性能和應(yīng)用范圍 需對(duì)影響吸肥 性能的各種因素進(jìn)行分析和研究 為施肥機(jī)各部件的 選型和設(shè)計(jì)提供依據(jù) 單個(gè)文丘里和泵組合吸肥結(jié) 構(gòu)的組成如圖 2 所示 1 肥液桶 2 主水管 3 單向閥 4 施肥泵 5 過(guò)濾器 6 文丘里吸肥器 7 施肥電磁閥 圖 2 文丘里和泵組合吸肥結(jié)構(gòu)圖 Fig 2 Fertilizer absorption structure composed of venturi and pump 根據(jù)質(zhì)量守恒和能量守恒定律 忽略管路局部損 失和沿程損失 在文丘里吸肥器喉部和吸入口端面建 立流體連續(xù)性方程和能量守恒方程 可以推導(dǎo)出理論 吸肥量模型公式 19 20 即 q A 2g h p 3 槡 1 式中 q 文丘里吸肥量 m 3 h A 文丘里管喉部截面積 m 2 h 文丘里吸入端與肥料桶液面高度差 m p 3 文丘里施肥器喉部壓力 Pa 液體重度 N m 3 p 3 k p 1 p 2 p 2 2 式中 k 與結(jié)構(gòu)相關(guān)的系數(shù) p 1 文丘里施肥器進(jìn)口壓力 Pa p 2 文丘里施肥器出口壓力 Pa 分析式 1 2 可知 文丘里施肥器的吸肥量與 吸入高度差 喉管壓力及介質(zhì)類型有關(guān) 而喉部壓力 與結(jié)構(gòu)參數(shù)及進(jìn)出口壓力有關(guān) 在文丘里和泵組合結(jié)構(gòu)中 文丘里 施肥泵和主 管在工作時(shí)已形成一個(gè)整體 各部分的參數(shù)值都會(huì)相 互影響 因而主管壓力 流量 施肥泵的流量 多通道 的工作通道數(shù) 吸肥口打開(kāi)數(shù)量 肥液的液位高度和 吸肥管路上過(guò)濾器的壓力損失都會(huì)對(duì)吸肥性能產(chǎn)生 影響 通過(guò)以上分析并結(jié)合施肥機(jī)結(jié)構(gòu)可知 主要影 響因素有主管壓力 主管流量 進(jìn)口壓力 施肥泵流 量 通道數(shù)量 吸肥口數(shù)量 液位高度及有無(wú)過(guò)濾器 本文通過(guò)試驗(yàn)分析上述各因素對(duì)吸肥性能的影響 69 2021 年 10 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 10 期 2 試驗(yàn)材料與方法 根據(jù)水肥一體機(jī)的組成和試驗(yàn)需求 設(shè)計(jì)了一套 試驗(yàn)裝置 如圖 3 所示 安裝現(xiàn)場(chǎng)如圖 4 所示 1 水源 2 灌溉泵 3 主管流量計(jì) 4 壓力表及傳感器 5 主管 6 混合腔 7 主管調(diào)節(jié)閥 8 減壓電磁閥 9 施肥流量計(jì) 10 施肥進(jìn)水管及壓力傳感器 11 文丘里吸肥器 12 施肥出水管 13 水箱 14 電子秤 15 肥液桶 16 肥液過(guò)濾器 17 浮子流量計(jì) 18 吸肥流量計(jì) 19 吸肥電磁閥 20 施肥泵 21 施肥單向閥 22 觸摸顯示屏 23 控制系統(tǒng) 圖 3 試驗(yàn)裝置原理圖 Fig 3 Schematic diagram of test device 圖 4 試驗(yàn)裝置照片 Fig 4 Photo of test device 試驗(yàn)裝置主要包括 80BZ50 65 型自吸式灌溉泵 上海上民泵業(yè)有限公司 額定揚(yáng)程 65m 額定流量 50m 3 h VM12 8 5 5T 型立式多級(jí)施肥泵 廣東凌 霄泵業(yè)股份有限公司 額定揚(yáng)程 43m 額定流量 12m 3 h 精密壓力表 上海自動(dòng)化儀表股份有限公司 0 1 0MPa 0 4 級(jí) JY P300 壓力變送器 廣州佳儀精密 儀器有限公司 0 1 0MPa 文丘里吸肥器 揭陽(yáng)市綠 美節(jié)水科技有限公司 接口尺寸 1 流量計(jì) 流量傳 感器 臨沂市聯(lián)翔水表制造有限公司 ZCF 20 型防 腐蝕脈沖電磁閥 上海朝鋼閥門有限公司 及控制系 統(tǒng) 變頻系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)等 其中 主 管流量計(jì) 施肥流量計(jì)和吸肥流量計(jì)分別用于測(cè)量主 管流量 施肥管道流量和各通道文丘里吸肥流量 水 箱和電子秤用于對(duì)流量計(jì)進(jìn)行標(biāo)定 驗(yàn)證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確 性 試驗(yàn)裝置控制系統(tǒng)由 PLC 變頻器 電磁閥 擴(kuò)展 輸入輸出模塊 壓力傳感器 流量傳感器等組成 搭建 了壓力 流量等信息在線檢測(cè)系統(tǒng) 如圖 5 所示 灌溉 泵和施肥泵分別由 1 臺(tái)獨(dú)立的變頻器控制 可通過(guò)壓 力傳器或流量傳感器調(diào)節(jié)壓力和流量 為試驗(yàn)提供不 同的工況條件 吸肥電磁閥控制吸肥管路的開(kāi)啟和關(guān) 閉 吸肥流量由流量計(jì)檢測(cè) 系統(tǒng)可自動(dòng)記錄運(yùn)行時(shí)各 點(diǎn)壓力 流量等參數(shù)值 圖 5 控制系統(tǒng)組成圖 Fig 5 Composition diagram of control system 3 試驗(yàn)方法與結(jié)果分析 試驗(yàn)時(shí) 根據(jù)不同的因素設(shè)置不同的參數(shù)和流 程 水肥一體機(jī)試驗(yàn)裝置有 5 個(gè)吸肥通道 每個(gè)通道 1 只相同規(guī)格的文丘里吸肥器 由于制造偏差 即使 在相同的工況下 每個(gè)通道的吸肥流量也有所差異 79 2021 年 10 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 10 期 但規(guī)律是一致的 5 個(gè)通道共用 1 只肥料桶 桶內(nèi)用 自來(lái)水代替肥液 灌溉泵水源為蓄水池中的自來(lái)水 循環(huán)使用 3 1 主管壓力對(duì)吸肥性能的影響 保持進(jìn)口壓力為 0 1MPa 試驗(yàn)時(shí)主管壓力范圍為 0 1 0 4MPa 在控制系統(tǒng)中設(shè)置不同的主管壓力 變 頻器控制水泵運(yùn)行達(dá)到設(shè)定的壓力 記錄每個(gè)通道的 吸肥流量 結(jié)果如圖 6 所示 圖 6 主管壓力與吸肥流量關(guān)系 Fig 6 elationship between main pipe pressure and suction flow 在進(jìn)口壓力為 0 1MPa 主管壓力為 0 1 0 3MPa 時(shí) 每個(gè)通道吸肥量基本相同 約 500 600L h 當(dāng)主 管壓力大于 0 3MPa 時(shí) 吸肥流量開(kāi)始急劇降低 主 要原因是 所選施肥泵揚(yáng)程為 43m 當(dāng)主管壓力很大 時(shí)施肥泵的動(dòng)力主要消耗在主管 文丘里吸肥器處的 流量很小甚至為 0 已不能產(chǎn)生吸肥的負(fù)壓 從而導(dǎo)致 吸肥流量降低 甚至從吸肥口倒流 由此可以看出 在設(shè)計(jì)水肥一體機(jī)時(shí) 要根據(jù)主管的工作壓力和灌溉 泵的揚(yáng)程綜合選擇合適的施肥泵揚(yáng)程 一般要大于主 管最大工作壓力 10 20m 3 2 主管流量對(duì)吸肥性能的影響 保持進(jìn)口壓力為 0 1MPa 主管壓力為 0 3MPa 試 驗(yàn)時(shí)主管流量范圍為 6 49m 3 h 在控制系統(tǒng)中 設(shè) 置主管壓力 0 3MPa 變頻器控制水泵運(yùn)行恒壓運(yùn)行 調(diào)節(jié)主管調(diào)節(jié)閥 使流量達(dá)到試驗(yàn)所需數(shù)值 記錄每 個(gè)主管流量下 5 個(gè)通道的吸肥流量 結(jié)果如圖 7 所示 在主管壓力 0 3MPa 進(jìn)口壓力 0 1MPa 情況下 吸 肥流量隨主管流量的增大稍微增大 主管流量從 6m 3 h 增大至 49m 3 h 時(shí) 5 個(gè)通道的吸肥流量增加約 3 左右 在測(cè)量誤差范圍內(nèi)可以認(rèn)為基本保持恒定 說(shuō) 明主管流量對(duì)吸肥流量沒(méi)有影響 由于施肥泵 混合 腔和文丘里吸肥器形成了一個(gè)封閉的水肥循環(huán)系統(tǒng) 主管只需要很小的流量即可滿足文丘里吸肥器的吸 肥條件 因此水肥一體機(jī)有較大的流量適應(yīng)范圍 對(duì) 設(shè)計(jì)和各部件選型均較為有利 圖 7 主管流量與吸肥流量關(guān)系 Fig 7 elationship between main pipe flow and suction flow 3 3 施肥管道進(jìn)口壓力對(duì)吸肥性能的影響 保持主管壓力為 0 4MPa 主管流量為 30m 3 h 調(diào) 整減壓電磁閥 使得施肥管道進(jìn)口壓力分別為 0 1 0 2 0 3MPa 記錄每個(gè)進(jìn)口壓力下 5 個(gè)通道的吸肥流 量 結(jié)果如圖 8 所示 圖 8 進(jìn)口壓力與吸肥流量關(guān)系 Fig 8 elationship between inlet pressure and suction flow 由圖 8 可知 在相同的主管工況下 進(jìn)口壓力越 高 吸肥流量越小 主要原因是 當(dāng)進(jìn)口壓力增大時(shí) 通過(guò)文丘里吸肥器的流量會(huì)增大 相應(yīng)地通過(guò)施肥泵 的流量也增大 而施肥泵的流量是有限的 當(dāng)超過(guò)一 定的流量時(shí)施肥泵的抽吸能力下降 另一方面 當(dāng)經(jīng) 過(guò)文丘里的流量大到一定值時(shí) 在文丘里喉部會(huì)產(chǎn)生 氣蝕現(xiàn)場(chǎng) 形成的負(fù)壓會(huì)減小 吸肥能力也下降 因 此 需要控制進(jìn)口壓力在一定范圍內(nèi) 一般為 0 1 0 2 MPa 使得吸肥流量保持在較高數(shù)值 3 4 施肥泵不同流量對(duì)吸肥性能的影響 保持主管壓力為 0 1MPa 主管流量為 30m 3 h 施 肥管道進(jìn)口壓力為 0 1MPa 設(shè)定施肥泵不同的流量 變頻器能自動(dòng)調(diào)節(jié)至所需流量 記錄每個(gè)流量下 5 個(gè) 通道的吸肥流量 結(jié)果如圖 9 所示 由圖 9 可知 當(dāng)施肥泵的流量較小時(shí) 吸肥流量 為 0 甚至?xí)霈F(xiàn)水流至肥液桶的倒流現(xiàn)場(chǎng) 這主要 是由于通過(guò)文丘里吸肥器的流量不夠 在喉管處的流 速較低 不足以產(chǎn)生足夠的負(fù)壓 在一定范圍內(nèi) 7 8 89 2021 年 10 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 10 期 11m 3 h 施肥泵流量增大 吸肥量增大 近似線性變 化 當(dāng)提高施肥泵運(yùn)行頻率時(shí) 施肥泵流量有一個(gè)最 大值 11m 3 h 增加頻率時(shí)流量不再增加 這是由于 文丘里和泵組合的吸肥結(jié)構(gòu)中 流量由泵和文丘里吸 肥器的流量共同決定 每個(gè)通道文丘里吸肥器的流量 有最大值 當(dāng)超過(guò) 5 個(gè)通道流量總和時(shí) 施肥泵的流 量也就不會(huì)增加 由此可以看出 設(shè)計(jì)施肥泵的流量 要大于文丘里吸肥器最大工作流量的總和 同時(shí) 盡 量減小文丘里吸肥器的進(jìn)口壓力 降低總流量 從而 使施肥泵的最大工作流量減小 功率也隨之降低 圖 9 施肥泵流量與吸肥流量關(guān)系 Fig 9 elationship between flow rate of fertilizer pump and suction flow 3 5 肥液桶液位高度對(duì)吸肥量的影響 在實(shí)際使用中 肥液配制好后放置在肥液桶中 一般桶的高度為 1m 或更高 隨著不斷吸肥 肥液高度 會(huì)越來(lái)越低 會(huì)對(duì)吸肥流量產(chǎn)生影響 本試驗(yàn)裝置文 丘里吸肥器吸肥口的高度為 73cm 肥液桶容積為 500L 有效高度為 1m 5 個(gè)通道共用 1 只肥液桶 試 驗(yàn)時(shí) 主管壓力為 0 2MPa 進(jìn)口壓力為 0 1MPa 主管 流量 30m 3 h 分別記錄肥液高度為 100 90 80 70 60 50 40 30 20cm 時(shí)各通道的吸肥流量 結(jié)果如圖 10 所示 圖 10 液位高度與吸肥流量關(guān)系 Fig 10 elationship between liquid level height and suction flow 由圖 10 可知 當(dāng)肥液桶內(nèi)液位變化時(shí) 吸肥流量 隨著桶內(nèi)液位的升高而增加 20cm 和 100cm 時(shí)相差 約 5 在使用時(shí)需考慮液位對(duì)吸肥量的影響 文丘 里管吸入口高度布置時(shí)盡量低 可增大吸肥量 也可 減小液位對(duì)吸肥量的影響程度 3 6 吸肥管道上有無(wú)過(guò)濾器對(duì)吸肥量的影響 配制的肥液中會(huì)含有一定的雜質(zhì) 應(yīng)在每個(gè)通道 的吸肥管道上安裝過(guò)濾器 保護(hù)電磁閥 流量計(jì)等部 件 肥液流過(guò)過(guò)濾器時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力損失 影響吸肥流 量 特別是雜質(zhì)把過(guò)濾器堵塞時(shí)更為明顯 在試驗(yàn)裝 置每個(gè)通道上安裝了規(guī)格為 1 的疊片式過(guò)濾器 精度 為 120 目 試驗(yàn)分為安裝和不安裝過(guò)濾器的情況下 進(jìn)行 工況條件為主管壓力為 0 2MPa 進(jìn)口壓力為 0 1 MPa 主管流量 30m 3 h 分別記錄各通道的吸肥流量 結(jié)果如圖 11 所示 圖 11 過(guò)濾器與吸肥流量關(guān)系 Fig 11 elationship between filter and suction flow 由圖 11 可知 未安裝過(guò)濾器時(shí)吸肥量稍大 但變 化幅度小于 2 基本沒(méi)有影響 設(shè)計(jì)時(shí) 過(guò)濾器要選 擇合適的尺寸和過(guò)濾精度 使用時(shí)必須定期清洗 3 7 通道數(shù)量對(duì)吸肥流量的影響 水肥一體機(jī)一般具有 3 5 個(gè)吸肥通道供不同的 肥液和酸堿液使用 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)使用的通道數(shù)量是 不確定的 1 5 個(gè)都有可能 需通過(guò)試驗(yàn)分析不同通 道數(shù)量對(duì)吸肥流量的影響 試驗(yàn)工況為 首端壓力 0 3 MPa 進(jìn)口壓力 0 1MPa 主管流量 35m 3 h 試驗(yàn)時(shí) 依次打開(kāi) 1 2 3 4 5 個(gè)通道 分別記錄每次各通道的 吸肥流量 結(jié)果如圖 12 所示 圖 12 通道數(shù)量與吸肥流量關(guān)系 Fig 12 elationship between the number of channels and suction flow 99 2021 年 10 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 10 期 由圖 12 可知 隨著打開(kāi)的文丘里通道數(shù)量增加 每個(gè)通道吸肥流量基本不變 這說(shuō)明 通道數(shù)量對(duì)吸 肥流量沒(méi)有影響 對(duì)實(shí)際使用的靈活性有利 這主要 是由于施肥泵的流量已能滿足所有文丘里吸肥器同 時(shí)工作的需要 所以在通道數(shù)量少時(shí)也能滿足使用 條件 3 8 吸肥口打開(kāi)數(shù)量對(duì)吸肥流量的影響 水肥一體機(jī)工作時(shí) 5 個(gè)通道一般都是打開(kāi)的 而 吸肥口由電磁閥控制 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)使用的吸肥口數(shù) 量是不確定的 特別是采用 PWM 控制電磁閥進(jìn)行變 量控制時(shí) 5 個(gè)吸肥口打開(kāi)的時(shí)間和時(shí)間長(zhǎng)度都可能 不同 需通過(guò)試驗(yàn)分析不同吸肥口對(duì)吸肥流量的影 響 試驗(yàn)工況為 首端壓力 0 1MPa 進(jìn)口壓力 0 1 MPa 主管流量 35m 3 h 試驗(yàn)時(shí) 依次打開(kāi) 1 2 3 4 5 個(gè)吸肥口 分別記錄每次各通道的吸肥流量 結(jié)果如 圖 13 所示 圖 13 吸肥口數(shù)量與吸肥流量關(guān)系 Fig 13 elationship between the number of suction inlets and suction flow 由圖 13 可知 隨著打開(kāi)的吸肥口數(shù)量增加 每個(gè) 通道吸肥流量基本不變 這說(shuō)明 吸肥口數(shù)量對(duì)吸肥 流量沒(méi)有影響 主要原因是 系統(tǒng)已能滿足 5 個(gè)吸肥 口同時(shí)打開(kāi)的工作條件 而每個(gè)文丘里吸肥器的吸肥 流量由其自身性能決定 這個(gè)特性對(duì)采用 PWM 方式 工作非常有利 可單獨(dú)控制每個(gè)通道的打開(kāi)或關(guān)閉時(shí) 間 而不影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行 4 結(jié)論 1 水肥一體機(jī)的施肥泵 混合腔和文丘里吸肥器 形成了一個(gè)封閉的水肥循環(huán)系統(tǒng) 主管壓力較小時(shí)對(duì) 吸肥性能沒(méi)有影響 較大時(shí)會(huì)直接影響吸肥性能 施 肥泵的揚(yáng)程要大于最大工作壓力 10m 左右才能保證 系統(tǒng)正常運(yùn)行 對(duì)于常用的噴滴灌系統(tǒng)推薦揚(yáng)程 50m 以上 2 在一定范圍內(nèi)施肥泵流量與吸肥流量成線性 關(guān)系 施肥泵流量過(guò)小無(wú)法吸肥 過(guò)大則造成浪費(fèi) 但 要大于 5 個(gè)通道文丘里吸肥器工作流量總和 3 施肥管道進(jìn)口壓力對(duì)吸肥流量影響較大 進(jìn)口 壓力越高 吸肥流量越小 因此 要控制進(jìn)口壓力大 小 一般為 0 1 0 2MPa 一般可采用減壓電磁閥控制 進(jìn)口壓力 4 肥液桶內(nèi)液位對(duì)吸肥流量有一定的影響 吸肥 流量隨著桶內(nèi)液位升高而增加 20cm 和 100cm 時(shí)相 差約 5 在使用時(shí)需考慮液位對(duì)吸肥量的影響 文 丘里吸入口高度布置時(shí)盡量低 可增大吸肥量 也可 減小液位對(duì)吸肥量影響的幅度 5 主管流量 工作通道數(shù)量 工作吸肥口數(shù)量和 有無(wú)過(guò)濾器對(duì)吸肥流量的影響較小 參數(shù)選擇時(shí)可以 忽略 參考文獻(xiàn) 1 袁壽其 李紅 王新坤 中國(guó)節(jié)水灌溉裝備發(fā)展現(xiàn)狀 問(wèn)題 趨勢(shì)與建議 J 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào) 2015 33 1 78 92 2 趙文杰 丁凡琳 我國(guó)節(jié)水灌溉技術(shù)推廣現(xiàn)狀與對(duì)策研究 綜述 J 節(jié)水灌溉 2015 4 95 98 3 趙峰 李寒松 孔凡祝 等 我國(guó)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與 趨勢(shì) J 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程 2018 56 2 25 28 4 韓啟彪 馮紹元 黃修橋 等 我國(guó)節(jié)水灌溉施肥裝置研究 現(xiàn)狀 J 節(jié)水灌溉 2014 12 76 79 83 5 楊欣 王文娥 胡笑濤 等 滴灌系統(tǒng)壓差式施肥罐施肥性 能研究 J 節(jié)水灌溉 2017 10 79 83 6 范軍亮 張富倉(cāng) 吳立峰 等 滴灌壓差施肥系統(tǒng)灌水與施 肥均勻性綜合評(píng)價(jià) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2016 32 12 96 101 7 趙春江 郭文忠 中國(guó)水肥一體化裝備的分類及發(fā)展方向 J 農(nóng)業(yè)工程技術(shù) 溫室園藝 2017 37 7 10 15 8 田莉 李家春 趙先鋒 等 水肥一體化施肥機(jī)變量吸肥系 統(tǒng)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)機(jī)化研究 2019 41 10 74 79 9 劉永華 沈明霞 蔣小平 等 水肥一體化灌溉施肥機(jī)吸肥 器結(jié)構(gòu)優(yōu)化與性能試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào) 2015 46 11 76 81 48 10 姜先鋒 一體化灌溉施肥機(jī)電氣控制系統(tǒng)優(yōu)化研究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2019 41 9 120 124 11 金永奎 盛斌科 孫竹 等 水肥一體化管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí) 現(xiàn) J 農(nóng)機(jī)化研究 2020 42 6 29 35 12 袁洪波 李莉 王俊衡 等 溫室水肥一體化營(yíng)養(yǎng)液調(diào)控 裝備設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào) 2016 32 8 27 32 13 李堅(jiān) 劉云驥 王丹丹 等 日光溫室小型水肥一體灌溉機(jī) 設(shè)計(jì)及其控制模型的建立 J 節(jié)水灌溉 2017 4 87 91 14 李家春 田莉 周茂茜 等 水肥一體化施肥機(jī)關(guān)鍵 部件的設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 中國(guó)農(nóng)村水利水電 2018 10 148 152 001 2021 年 10 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 10 期 15 何青海 孫宜田 李青龍 等 基于模糊控制的水肥藥一體 化系統(tǒng)研究 J 農(nóng)機(jī)化研究 2015 37 8 203 207 16 金永奎 盛斌科 一體化全自動(dòng)灌溉施肥機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn) J 中國(guó)農(nóng)村水利水電 2019 8 63 68 17 陳囡囡 朱德蘭 柏楊 等 水肥一體化灌溉施肥機(jī)吸肥性 能試驗(yàn)研究 J 節(jié)水灌溉 2019 5 17 20 26 18 金永奎 夏春華 方部玲 文丘里施肥器系列的研制 J 中國(guó)農(nóng)村水利水電 2006 5 14 17 19 李百軍 毛罕平 李凱 并聯(lián)文丘里管吸肥裝置的研究及 其參數(shù)選擇 J 排灌機(jī)械 2001 19 1 42 45 20 邱振宇 鮑安紅 施肥器結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)施肥濃度影響的數(shù)值 研究 基于并聯(lián)式文丘里施肥器 J 農(nóng)機(jī)化研究 2012 34 4 42 45 Experimental Analysis on Influence Factors of Fertilizer Suction Performance of Integrated Irrigation and Fertilizer Applicator Jin Yongkui Zhou Liangfu Sun Zhu Xue Xinyu Nanjing Institute of Agricultural Mechanization Ministry of Agriculture and ural Affairs Nanjing 210014 China Abstract Aiming at integrated irrigation and fertilizer applicator with the structure combined venturi and fertilizer pump the structure composition and working principle of the machine are analyzed The main factors affecting the fertilizer suc tion performance are obtained including main pipe pressure main pipe flow inlet pressure fertilizer pump flow num ber of channels number of fertilizer suction inlets liquid level height filter etc On this basis the experimental equipmentwas built and the influence of these factors on the performance of fertilizer suction was further studied The re sults show that The effect of the main pipe pressure on the suction performance depends on the head of the fertilizer pump When the head of the fertilizer pump is about 10 m higher than the maximum pressure of the main pipe there is no effect otherwise it will have a significant impact In a certain range the flow rate of fertilizer pump has a linear re lationship with the flow rate of fertilizer suction which needs to be greater than the sum of the working flow rates of 5 channels of venturi to work well The pressure at the inlet of fertilizer pipeline has a great influence on the flow rate of fertilizer suction the higher the inlet pressure is the smaller the flow rate of fertilizer suction is The inlet pressure of 0 1 0 2MPa is more appropriate The liquid level in the tank has a certain influence on the suction flow The suction flow increases with the increase of liquid level in the tank and the difference is about 5 between 20cm and 100cm The main pipe flow the number of channels the number of suction inlets and the filter have little influence on the suction flow which can be ignored when the parameters are suitable This paper can provide a reference for the design and appli cation of integrated irrigation and fertilizer applicator Key words integrated irrigation and fertilizer applicator performance of fertilizer suction influence factor experimental analysis venturi 101 2021 年 10 月 農(nóng) 機(jī) 化 研 究 第 10 期