注入式水肥一体化装置研究

【目的】为实现固体肥的水肥一体化,设计运行稳定、施肥均匀性高的水肥一体化装置并在设计的样机上进行试验,对注入式水肥一体化装置结构及加肥部分进行设计,分析装置运行过程参数。【方法】对装置的运行参数进行了试验测定,并采用控制变量法探究了装置的工作参数对肥液浓度均匀性的影响。通过试验探究了装置的施肥性能,并与压差施肥罐进行了对比。【结果】注入式水肥一体化装置能正常工作运行,样机的注肥流量为300L/h,加肥流量与步进电机转速成正比;本装置的搅拌速度越快、加肥流量越小、供水流量越大,肥液质量浓度均匀性就越高,且本装置施用5 kg复合肥时的最优搅拌速度为400 rpm;本装置在供水流量分别为1.5、1.0 m^(3)/h和0.5 m^(3)/h时,施完10 kg复合肥的施肥质量浓度偏差分别为51.67%、55.07%和52.75%,与压差施肥罐相比,本装置施完10 kg复合肥施肥质量浓度偏差总体小50%,出口肥液质量浓度的稳定性和均匀性远高于压差施肥罐。【结论】注入式水肥一体化装置能有效实现固体肥的水肥一体化,并将溶解的肥液持续注入到管道中;与同类型施肥设备相比本装置施肥均匀性高、施肥速度快,具有很强的工程应用价值。

中国水肥一体化施肥设备研究现状与发展趋势

为了促进中国水肥一体化施肥设备的研究开发及推广应用,总结分析了中国水肥一体化施肥设备科研、生产及实际应用中存在的问题,概述了施肥设备的发展现状,重点阐述分析了文丘里施肥器、压差施肥罐、比例施肥泵、柱塞泵及固体肥料溶解施肥装置等常用施肥设备的技术特点、研究进展和存在问题等.在此基础上,基于绿色农业发展理念和农业物联网的发展需要,指出施肥设备的发展亟需结合作物区域种植特点,综合施策,创新发展多种先进施肥装备及技术,建立节水节肥技术综合管理体系,重点研究管路中水肥流动规律、优化设计方法、产品研发与标准化、灌水施肥制度与智能水肥一体化系统,实现施肥设备的多功能、低能耗及精准化、水肥一体化系统的信息化与智能化,切实有效提高水肥利用率.

溶解混施水肥一体化装置自动控制系统研制

为了提高溶解混施水肥一体化装置的施肥均匀性,解决水肥调控时灌溉量和质量浓度的综合控制问题,设计了溶解混施水肥一体化装置的自动控制系统.采用STM 32微控制器作为控制核心,通过肥料质量浓度标定试验,确定肥液质量浓度和电导率之间的关系,由电导电极及相关检测电路对出口肥液的质量浓度实时在线检测,将肥液质量浓度信号反馈回处理器,并生成控制信号,构建闭环控制回路;采用半桥式电路驱动直流水泵调节供水流量,采用PWM脉宽调制方法实时改变固体肥料添加速度,使出口的肥液质量浓度更加均匀、稳定.试验测定了装置施肥性能,结果表明在加入控制系统实时调节后,装置出口水肥溶液的均匀系数提高了31.46%.

溶解混施水肥一体化装置施肥性能试验研究

为了了解溶解混施水肥一体化装置的性能,以装置出口水肥溶液浓度的均匀性作为衡量装置施肥性能的主要参数,采用控制变量法,研究滤网桶参数、进口流量及加料器对装置施肥性能的影响.结果表明:采用60目的滤网桶时,出口水肥浓度均匀系数比40目的高6.1%;采用250 mm的滤网桶时,出口水肥浓度均匀系数比150 mm的高4.3%;相比于流量为2.5,2.0 m^3/h,采用1.5 m^3/h时,出口水肥浓度均匀系数分别高了12.6%和17.3%;使用加料器时,装置出口水肥浓度的均匀系数比不使用加料器加肥时高了9.9%.因此滤网桶的参数、流量均对装置施肥性能有明显的影响,滤网桶网孔数越多,滤网桶直径越大,流量越小,装置出口水肥溶液浓度的均匀系数越大,装置的施肥性能越好.

溶解混施水肥一体化装置设计与试验

设计了一种溶解混施水肥一体化装置,装置由供水模块,控制模块,溶解模块和辅助装备组成,旨在实现固体肥料的边溶解边施肥。试验研究了装置的关键结构及投肥方式对施肥的均匀性的影响,结果表明:本装置同步实现下料、溶解、施肥等作业,在实验室条件下,装置40 min内能完成90%以上的施肥量;1 kg直接加入蓄肥桶,1.5 kg加入控制模块的投肥方式下的装置出口水肥浓度的均匀系数为41.5%,相对于其他两种投肥方式,均匀系数分别提高了10.6%和11.8%。因此该装置能实现定量施肥,且通过改变投肥方式,装置可以达到较好的均匀施肥的效果。

静动间距对前置导叶喷水推进泵轴向流速的影响

采用激光多普勒测速仪(LDV)对喷水推进泵导叶进、出口和叶轮进、出口处的轴向流速进行实验测量。研究了导叶与叶轮的轴向静动间距对前置导叶喷水推进泵内流场轴向流速的影响。实验结果表明,在额定工况下,导叶进口处的轴向流速无明显波动,轴向流速随着静动间距的增大而减小;在两种静动间距下,叶轮进、出口处的轴向流速均呈现出明显的周期波动。当静动间距从0.3D减小到0.1D时,导叶出口处的轴向流速呈现周期波动,静动间距的减小降低了导叶出口处轴向流速的稳定性;叶轮出口处轴向流速的周期波动有所减弱。实验结果为前置导叶喷水推进泵内流场精细化测量和水力优化设计提供一定参考。

喷水推进泵水力性能试验台流量自动控制技术

针对喷水推进泵水力性能试验台流量控制自动化程度低、控制精度差、试验效率低等问题,研究了影响流量控制精度因素,开发了高精度全自动流量闭环控制技术,设计了喷水推进泵流量控制系统。该系统由被试泵模块、流量测量模块、流量调节模块、控制模块及循环管路组成,通过流量测定、计算判断、粗调和微调,将喷水推进泵流量自动控制至各目标流量,提高了流量控制精度及试验效率。

喷水推进混流泵空化诱导压力脉动与振动特性试验研究

为探究喷水推进混流泵空化诱导压力脉动与振动特性,试验研究了不同工况和各有效汽蚀余量下叶轮、导叶壳体内壁压力脉动和泵体振动变化规律。比较了两种空化试验方法,并对典型监测点空化前后的时域、频域信号进行了分析。结果表明,空化诱导的压力脉动与振动有着密切联系,叶轮出口处压力脉动和静动部件间的振动信号可用于空化引起的混流泵不稳定运行的监测。随着空化逐步发展,振动信号强度突变滞后于压力脉动,但都提前于外特性的大幅下降,而且未空化与空化发生时信号的时域、频域特征有着明显的差别,这项研究对喷水推进泵空化状态的实时动态监测具有实际工程应用意义。