本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)水肥一體化領(lǐng)域，具體為水肥一體化施肥設(shè)備多功能試驗(yàn)臺。

背景技術(shù)：

隨著人口增長及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程加速，我國耕地減少、水資源匱乏等資源環(huán)境約束越趨緊張，與此同時，大水漫灌、過量施肥現(xiàn)象在很多地方還比較普遍，水肥利用率較低。水肥一體化(Fertigation)是將施肥技術(shù)(Fertilization)與灌溉技術(shù)(Irrigation)相結(jié)合的一項(xiàng)新技術(shù)，是精確施肥與精確灌溉相結(jié)合的產(chǎn)物，在微灌技術(shù)中占有重要地位，是微灌系統(tǒng)最為鮮明的特征之一。水肥一體化技術(shù)利用灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時進(jìn)行灌溉與施肥，適時、適量地滿足農(nóng)作物對水分和養(yǎng)分的需求，達(dá)到水肥同步管理和節(jié)水節(jié)肥以及增產(chǎn)的目的。自20世紀(jì)70年代初期我國引進(jìn)微灌技術(shù)以來，水肥一體化在果樹、蔬菜、棉花和保護(hù)地栽培作物上得到越來越多的應(yīng)用。為大力推廣水肥一體化技術(shù)，農(nóng)業(yè)部在2013年發(fā)布的《水肥一體化技術(shù)指導(dǎo)意見》中指出，要著力推進(jìn)水肥一體化技術(shù)的本土化、輕型化和產(chǎn)業(yè)化，到2015年，水肥一體化技術(shù)推廣總面積達(dá)到8000萬畝以上，新增推廣面積5000萬畝以上。2015年，農(nóng)業(yè)部又頒發(fā)了《到2020年化肥使用量零增長行動方案》，這在極大程度上推動了水肥一體化技術(shù)的發(fā)展。

目前主要的施肥設(shè)備有文丘里施肥器，壓差施肥罐和比例施肥泵，在施肥設(shè)備的水力性能研究、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及最優(yōu)尺寸研究等反面大都采用經(jīng)驗(yàn)公式法。雖然目前一部分研究工作采用了數(shù)值模擬方法，但仍需要由具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，因此有必要根據(jù)多種試驗(yàn)?zāi)康膩碓O(shè)計滿足不同施肥設(shè)備的多功能試驗(yàn)臺。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對目前在搭建施肥設(shè)備試驗(yàn)臺過程中，試驗(yàn)臺的功能相對單一，而多種施肥設(shè)備及多用途試驗(yàn)中試驗(yàn)臺需要改動，會帶來一些不必要的工作量和浪費(fèi)。本實(shí)用新型的目的在于提供一種水肥一體化施肥設(shè)備多功能試驗(yàn)臺，該試驗(yàn)臺能夠開展包括文丘里施肥器、比例施肥泵和壓差施肥罐在內(nèi)的不同施肥設(shè)備的各種性能試驗(yàn)，為不同施肥設(shè)備的性能測試、結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化和實(shí)際應(yīng)用的模擬研究提供試驗(yàn)平臺。

為實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案：一種水肥一體化施肥設(shè)備多功能試驗(yàn)臺，包括供水模塊、主輸水模塊、試驗(yàn)測量模塊和尾水回收循環(huán)利用模板，所述供水模塊為所述主輸水模塊提供所需的壓水，所述主輸水模塊和所述試驗(yàn)測量模塊配合來 完成施肥設(shè)備的各種性能試驗(yàn)，所述尾水回收循環(huán)利用模板用來實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)用水的循環(huán)利用和含肥液水的廢水回收。

上述方案中，所述供水模塊包括第Ⅰ電機(jī)、水泵、第Ⅱ電機(jī)、第Ⅰ水箱、攪拌器、第Ⅵ閘閥、第Ⅰ排水管，所述的水泵與第Ⅰ水箱相連，所述第Ⅰ水箱外側(cè)裝有電機(jī)，所述第Ⅰ水箱外側(cè)內(nèi)裝有攪拌器，所述第Ⅰ水箱外側(cè)底部裝有第Ⅰ排水管和第Ⅵ閘閥。

上述方案中，所述主輸水模塊包括第Ⅰ閘閥、第Ⅰ流量計、第Ⅰ壓力傳感器、第Ⅰ三通、第Ⅳ閘閥、第Ⅱ三通、第Ⅳ流量計、第Ⅳ流量傳感器、出水管和電導(dǎo)率傳感器，所述的水泵的出水管依次裝有第Ⅰ閘閥、第Ⅰ流量計、第Ⅰ壓力傳感器、第Ⅰ三通；所述的第Ⅰ三通和第Ⅱ三通中間裝有第Ⅳ閘閥；所述的第Ⅱ三通后裝有第Ⅳ電磁流量計和第Ⅳ壓力傳感器；所述的出水管轉(zhuǎn)彎后裝有電導(dǎo)率傳感器。

優(yōu)選的，所述第Ⅰ流量計與所述第Ⅰ閘閥的距離大于10倍管徑；第Ⅳ電磁流量計與所述第Ⅱ三通的距離大于10倍管徑；所述電導(dǎo)率傳感器與所述第Ⅱ三通的距離大于40倍管徑。

上述方案中，所述試驗(yàn)測量模塊包括動力進(jìn)水管、第Ⅱ流量計，第Ⅱ閘閥，第Ⅰ活接頭，第Ⅱ壓力傳感器，施肥設(shè)備，第Ⅲ壓力傳感器，第Ⅱ活接頭，第Ⅲ閘閥，第Ⅲ流量計，水肥混合液出水管，第Ⅱ水箱，浮球閥，第Ⅲ水箱，第八閘閥，第Ⅲ水箱排水口，第Ⅸ閘閥，第Ⅱ水箱排水口組成；所述的動力進(jìn)水管上依次裝有第Ⅱ電磁流量計和第Ⅱ閘閥；所述的動力進(jìn)水管轉(zhuǎn)彎后依次接第Ⅰ活接頭、第Ⅱ壓力傳感器和施肥設(shè)備；所述的水肥混合液出水管依次裝有第Ⅲ壓力傳感器和第Ⅱ活接頭；所述的水肥混合液出水管轉(zhuǎn)彎后依次裝有第Ⅲ閘閥和第Ⅲ電磁流量計，最終通過第Ⅱ三通并入主管路；所述的第Ⅱ水箱與第Ⅲ水箱通過浮球閥相連通；所述的第Ⅱ水箱底部裝有第Ⅸ閘閥和第Ⅱ水箱排出水口所述的第Ⅲ水箱底部裝有第Ⅷ閘閥和第Ⅲ水箱排水口。

優(yōu)選的，第Ⅱ電磁流量計與第Ⅰ三通的距離大于10倍管徑，第Ⅱ電磁流量計與第Ⅱ閘閥的距離大于3倍管徑；第Ⅱ壓力傳感器和第Ⅲ壓力傳感器與施肥設(shè)備的距離小于4倍管徑；第Ⅲ電磁流量計與第Ⅲ閘閥的距離大于10倍管徑，第Ⅲ電磁流量計與第Ⅱ三通的距離大于3倍管徑；浮球閥的安裝于距第Ⅱ水箱的底部高10cm處。

優(yōu)選的，第Ⅱ水箱的體積與施肥設(shè)備單位時間的吸肥量的比值大于3；第Ⅲ水箱的體積與第Ⅱ水箱的體積的比值大于3。

優(yōu)選的，第Ⅱ水箱與第Ⅲ水箱通過浮球閥連通。

上述方案中，所述尾水回收循環(huán)利用模塊包括第Ⅲ三通，回水管，第Ⅴ閘閥，第Ⅶ閘 閥，出水管排水口，廢水回收池；第Ⅲ三通和第Ⅶ閘閥；所述出水管排水口與廢水回收池相連；所述第Ⅲ三通與回水管相接，回水管與第Ⅰ水箱上部相通，回水管上裝有第Ⅴ閘閥。

本實(shí)用新型的有益效果：本實(shí)用新型只有一臺試驗(yàn)設(shè)備，通過水泵為施肥設(shè)備提供有壓水，由測量儀表獲得各種試驗(yàn)所需的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合閘閥的開啟、關(guān)閉以及不同開度的調(diào)節(jié)，可以完成不同試驗(yàn)所需工況的要求和不同試驗(yàn)管路循環(huán)的要求。

附圖說明

圖1為多功能試驗(yàn)臺示意圖。

圖中，1第Ⅰ電機(jī)，2水泵，3第Ⅰ閘閥，4第Ⅰ電磁流量計，5第Ⅰ壓力傳感器，6第Ⅰ三通，7動力進(jìn)水管，8第Ⅱ電磁流量計，9第Ⅱ閘閥，10第Ⅰ活接頭，11第Ⅱ壓力傳感器，12施肥設(shè)備，13第Ⅲ壓力傳感器，14第Ⅱ活接頭，15第Ⅲ閘閥，16第Ⅲ電磁流量計，17水肥混合液出水管，18第Ⅳ閘閥，19第Ⅱ三通，20第Ⅳ電磁流量計，21第Ⅳ流量傳感器，22出水管，23電導(dǎo)率傳感器，24第Ⅲ三通，25回水管，26第Ⅴ閘閥，27第Ⅱ電機(jī)，28第Ⅰ水箱，29攪拌器，30第Ⅵ閘閥，31第Ⅰ水箱排水口，32第Ⅶ閘閥，33出水管排水口，34廢水回收池，35第Ⅱ水箱，36浮球閥，37第Ⅲ水箱，38第Ⅷ閘閥，39第Ⅲ水箱排水口，40第Ⅸ閘閥，41第Ⅱ水箱排水口。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本實(shí)用新型的水肥一體化施肥設(shè)備多功能試驗(yàn)臺由第Ⅰ電機(jī)1，水泵2，第Ⅰ閘閥3，第Ⅰ電磁流量計4，第Ⅰ壓力傳感器5，第Ⅰ三通6，動力進(jìn)水管7，第Ⅱ電磁流量計8，第Ⅱ閘閥9，第Ⅰ活接頭10，第Ⅱ壓力傳感器11，施肥設(shè)備12，第Ⅲ壓力傳感器13，第Ⅱ活接頭14，第Ⅲ閘閥15，第Ⅲ電磁流量計16，水肥混合液出水管17，第Ⅳ閘閥18，第Ⅱ三通19，第Ⅳ電磁流量計20，第Ⅳ流量傳感器21，出水管22，電導(dǎo)率傳感器23，第Ⅲ三通24，回水管25，第Ⅴ閘閥26，第Ⅱ電機(jī)27，第Ⅰ水箱28，攪拌器29，第Ⅵ閘閥30，第Ⅰ水箱排水口31，第Ⅶ閘閥32，出水管排水口33，廢水回收池34，第Ⅱ水箱35，浮球閥36，第Ⅲ水箱37，第Ⅷ閘閥38，第Ⅲ水箱排水口39，第Ⅸ閘閥40，第Ⅱ水箱排水口組成41。水泵2吸入端與第Ⅰ水箱28相連，第Ⅰ水箱28裝有第Ⅱ電機(jī)27和攪拌器29，第Ⅰ水箱28底部裝有第Ⅵ閘閥30和第Ⅰ水箱排出口31，水泵出水管依次裝有第Ⅰ閘閥3和第Ⅰ電磁流量計4，且第Ⅰ電磁流量計與第Ⅰ閘閥3的距離大于10倍管徑；轉(zhuǎn)彎水平的管路上裝有第Ⅰ壓力傳感器5和第Ⅰ三通6，第Ⅰ三通6所分出來的一端接動力進(jìn)水管7，動力進(jìn)水管7上依次裝有第Ⅱ電磁流量計8和第Ⅱ閘閥9，且第Ⅱ電磁流量計8與第Ⅰ三通6的距離大于10倍管徑，第Ⅱ電磁流量計8與第Ⅱ閘閥9的距離大于3倍管徑；動力 進(jìn)水管7轉(zhuǎn)彎后依次接第Ⅰ活接頭10、第Ⅱ壓力傳感器11和施肥設(shè)備12；水肥混合液出水管17依次裝有第Ⅲ壓力傳感器13和第Ⅱ活接頭14，且第Ⅱ壓力傳感器11和第Ⅲ壓力傳感器13與施肥設(shè)備12的距離小于4倍管徑，水肥混合液出水管17轉(zhuǎn)彎后依次裝有第Ⅲ閘閥15和第Ⅲ電磁流量計16，最終通過第Ⅱ三通19并入主管路，且第Ⅲ電磁流量計16與第Ⅲ閘閥15的距離大于10倍管徑，第Ⅲ電磁流量計16與第Ⅱ三通的距離大于3倍管徑；第Ⅰ三通6和第Ⅱ三通19中間裝有第Ⅳ閘閥18；主管路經(jīng)第Ⅱ三通19后裝有第Ⅳ電磁流量計20和第Ⅳ壓力傳感器21，且第Ⅳ電磁流量計20與第Ⅱ三通19的距離大于10倍管徑，出水管22轉(zhuǎn)彎后依次裝有電導(dǎo)率傳感器23、第Ⅲ三通24和第Ⅶ閘閥32，最終通過出水管排水口33與廢水回收池相連，且電導(dǎo)率傳感器23與第Ⅱ三通的距離大于40倍管徑；第Ⅲ三通24與回水管25相接，回水管25與第Ⅰ水箱28上部相通，回水管25上裝有第Ⅴ閘閥26；第Ⅱ水箱35與第Ⅲ水箱37通過浮球閥36相連通，浮球閥36的安裝于距第Ⅱ水箱35的底部高10cm處，第Ⅱ水箱35底部裝有第Ⅸ閘閥40和第Ⅱ水箱排出水口41，第Ⅲ水箱37底部裝有第Ⅷ閘閥38和第Ⅲ水箱排水口39。

比例施肥泵或文丘里施肥器的壓差、流量和吸肥量之間的關(guān)系試驗(yàn)過程：打開第Ⅰ閘閥3、第Ⅳ閘閥18和第Ⅴ閘閥26，關(guān)閉第Ⅱ閘閥9、第Ⅲ閘閥15和第Ⅶ閘閥32，啟動水泵2，第Ⅰ水箱28中的水經(jīng)水泵2增壓后進(jìn)入主管路，然后打開第Ⅱ閘閥9和第Ⅲ閘閥15，調(diào)節(jié)第Ⅱ閘閥9、第Ⅲ閘閥15和第Ⅳ閘閥18的開度，比例施肥泵或文丘里施肥器12從第Ⅲ水箱37中吸收溶液進(jìn)行混合，浮球閥37控制第Ⅱ水箱35的溶液進(jìn)入第Ⅲ水箱37，從而可以使第Ⅲ水箱37的液面保持穩(wěn)定，通過第Ⅰ電磁流量計4、第Ⅱ電磁流量計8、第Ⅲ電磁流量計16、第Ⅳ電磁流量計20、第Ⅰ壓力傳感器5、第Ⅱ壓力傳感器11、第Ⅲ壓力傳感器13、第Ⅳ壓力傳感器21測試比例施肥泵或文丘里施肥器12的不同壓差和流量與吸肥量之間的關(guān)系。

壓差施肥罐肥液濃度的動態(tài)變化規(guī)律試驗(yàn)過程：打開第Ⅰ閘閥3、第Ⅳ閘閥18和第Ⅴ閘閥26，關(guān)閉第Ⅱ閘閥9、第Ⅲ閘閥15和第Ⅶ閘閥32，啟動水泵2，第Ⅰ水箱28中的水經(jīng)水泵2增壓后進(jìn)入主管路，然后打開第Ⅱ閘閥9和第Ⅲ閘閥15，調(diào)節(jié)第Ⅱ閘閥9、第Ⅲ閘閥15和第Ⅳ閘閥18的開度，通過第Ⅰ電磁流量計4、第Ⅱ電磁流量計8、第Ⅲ電磁流量計16、第Ⅳ電磁流量計20、第Ⅰ壓力傳感器5、第Ⅱ壓力傳感器11、第Ⅲ壓力傳感器13、第Ⅳ壓力傳感器21測試壓差施肥罐12的不同工作參數(shù)，混合后的肥液經(jīng)出水管22，通過出水管排水口33排入廢水回收池34，通過電導(dǎo)率傳感器23測試壓差施肥罐12肥液濃度的動態(tài)變化規(guī)律。

肥液粘度對比例施肥泵或文丘里施肥器性能影響的試驗(yàn)過程：配置不同粘度的溶液置于第Ⅱ水箱35和第Ⅲ水箱37，打開第Ⅰ閘閥3、第Ⅳ閘閥18和第Ⅶ閘閥32，關(guān)閉第Ⅱ閘閥9、第Ⅲ閘閥15和第Ⅴ閘閥26，啟動水泵2，第Ⅰ水箱28中的水經(jīng)水泵2增壓后進(jìn)入主管路，然后打開第Ⅱ閘閥9和第Ⅲ閘閥15，調(diào)節(jié)第Ⅱ閘閥9、第Ⅲ閘閥15和第Ⅳ閘閥18的開度，施肥設(shè)備12從第Ⅲ水箱37中吸收溶液進(jìn)行混合，浮球閥37控制第Ⅱ水箱35的溶液進(jìn)入第Ⅲ水箱37，從而可以使第Ⅲ水箱37的液面保持穩(wěn)定，混合后的液體經(jīng)出水管排水口33排入廢水回收池34，通過第Ⅰ電磁流量計4、第Ⅱ電磁流量計8、第Ⅲ電磁流量計16、第Ⅳ電磁流量計20、第Ⅰ壓力傳感器5、第Ⅱ壓力傳感器11、第Ⅲ壓力傳感器13、第Ⅳ壓力傳感器21測試肥液粘度對比例施肥泵或文丘里施肥器12性能的影響。

比例施肥泵或文丘里施肥器的內(nèi)部流場PIV試驗(yàn)過程：制作透明的比例施肥泵或文丘里施肥器12樣機(jī)，在第Ⅰ水箱28、第Ⅱ水箱35和第Ⅲ水箱37中配制相同濃度的示蹤粒子溶液，由于第Ⅰ水箱28容積較大，需要開啟第Ⅱ電機(jī)27，利用攪拌器29將水箱中的粒子混合均勻，打開第Ⅰ閘閥3、第Ⅳ閘閥18和第Ⅴ閘閥26，關(guān)閉第Ⅱ閘閥9、第Ⅲ閘閥15和第Ⅶ閘閥32，啟動水泵2，然后調(diào)節(jié)第Ⅱ閘閥9、第Ⅲ閘閥15和第Ⅳ閘閥18的開度，施肥設(shè)備12從第Ⅲ水箱37中吸收溶液進(jìn)行混合，浮球閥37控制第Ⅱ水箱35的溶液進(jìn)入第Ⅲ水箱37，從而可以使第Ⅲ水箱37的液面保持穩(wěn)定，通過第Ⅰ電磁流量計4、第Ⅱ電磁流量計8、第Ⅲ電磁流量計16、第Ⅳ電磁流量計20、第Ⅰ壓力傳感器5、第Ⅱ壓力傳感器11、第Ⅲ壓力傳感器13、第Ⅳ壓力傳感器21測試比例施肥泵或文丘里施肥器12的工作參數(shù)，利用PIV技術(shù)測試不同工作參數(shù)時的比例施肥泵或文丘里施肥器12的內(nèi)部流場。