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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 高效節(jié)水變量噴灑噴灌機(jī)組研究開發(fā)
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 高效節(jié)水變量噴灑噴灌機(jī)組主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉，提高用水效率，降低能耗，緩解水資源供缺矛盾。產(chǎn)品主要組成部件包括：變量噴灑隙控式全射流噴頭、噴灌機(jī)組配套用射流式自吸噴灌泵。 噴灌機(jī)組采用水射流技術(shù)，變量噴灑隙控式全射流噴頭為利用水流的附壁效應(yīng)改變射流方向的旋轉(zhuǎn)式噴頭，自吸噴灌泵進(jìn)口處增設(shè)自循環(huán)射流器，使該射流器與壓水室第六斷面的回流孔貫通形成自循環(huán)，降低自吸時(shí)間并提高泵的效率。機(jī)組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)行可靠、適于推廣的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)簡(jiǎn)化了工藝流程，降低生產(chǎn)成本,重量減輕15%～20%，效率提高3%～5%。 通過初步預(yù)算，本作品可以平均每年節(jié)省2.55億m3灌溉用水，節(jié)省0.27～0.45萬kW的能量，并每年可以為國(guó)家?guī)?800萬元的經(jīng)濟(jì)效益。本作品在2009年初的抗旱中發(fā)揮了重要作用，具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、研究目的及思路 隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，水資源的戰(zhàn)略性地位越來越重要，水是一切生命的源泉，關(guān)系到人類的可持續(xù)生存。因此，發(fā)展節(jié)水灌溉是緩解我國(guó)水資源緊缺矛盾的必然趨勢(shì)。 噴灌技術(shù)作為一種先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)，對(duì)世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國(guó)的噴灌技術(shù)及噴灌泵等關(guān)鍵配套設(shè)備雖然已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但和世界上先進(jìn)國(guó)家相比，我國(guó)的噴灌噴頭、灌溉泵等關(guān)鍵設(shè)備與技術(shù)還存在很大的差距。主要表現(xiàn)為：變量噴頭結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,工作性能不穩(wěn)定，造價(jià)高。噴灌泵外形單一，體積大，移動(dòng)不便，自吸時(shí)間長(zhǎng)、效率低、能耗高。產(chǎn)品相互仿制的多，自己開發(fā)的少，老產(chǎn)品多，新產(chǎn)品少，同時(shí)制造工藝水平低。仿制的產(chǎn)品性能越來越差，致使整個(gè)噴灌設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量難以得到保證。 噴灌機(jī)組是我國(guó)一種比較有代表性的灌溉機(jī)組，機(jī)組運(yùn)動(dòng)靈活，適應(yīng)我國(guó)農(nóng)村發(fā)展的需要，是國(guó)家支持并優(yōu)先推廣應(yīng)用的節(jié)水灌溉設(shè)備。目前，全國(guó)保有量有60多萬套，所噴灌面積占全國(guó)噴灌總面積的70%左右。但機(jī)型20多年來沒有根本變化，存在機(jī)組整機(jī)配套性較差，自動(dòng)化控制水平低，適應(yīng)性差，使用勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題，急需更新?lián)Q代。變量噴灑噴灌機(jī)組適應(yīng)了精確灌溉的發(fā)展趨勢(shì)，機(jī)組配套性好，均勻性高，適應(yīng)性強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)低壓變量噴灑等功能，是原有機(jī)組的更新?lián)Q代產(chǎn)品。機(jī)組主要組成部件包括變量噴灑隙控式全射流噴頭、噴灌機(jī)組配套用射流式自吸噴灌泵。 基本思路——調(diào)研?方案制定?變量噴灑理論研究?產(chǎn)品研制?性能試驗(yàn)研究?變量噴灑機(jī)組節(jié)水和能耗分析及試驗(yàn)?質(zhì)量檢驗(yàn)田間考核?批量生產(chǎn)?田間示范?投放市場(chǎng) 二、創(chuàng)新點(diǎn)及先進(jìn)性 作品的創(chuàng)新點(diǎn)包括： 1.研究新型壓力/流量調(diào)節(jié)裝置，首次與隙控式全射流噴頭結(jié)合起來，開發(fā)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)行可靠、適于推廣的變量噴灑隙控式全射流噴頭； 2.創(chuàng)新地改進(jìn)泵結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化工藝流程，降低生產(chǎn)成本,重量減輕15%～20%； 3.通過對(duì)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使泵的效率提高3%～5%，使泵自吸時(shí)間在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上縮短10%～15%，提高汽蝕性能。 作品的先進(jìn)性與優(yōu)勢(shì)： 變量噴灑隙控式全射流噴頭與射流式自吸噴灌泵，變量噴灑隙控式全射流噴頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)行可靠、適于推廣，射流式自吸噴灌泵結(jié)構(gòu)改進(jìn)與優(yōu)化，新型射流式自吸噴灌泵機(jī)組通用化程度提高47%，蒸發(fā)漂移損失降低15%，噴灑均勻系數(shù)在80%以上，機(jī)組重量減輕20%以上。解決現(xiàn)有噴灌機(jī)組整機(jī)配套性差、噴灑均勻度低、能耗高、適應(yīng)性差等問題。機(jī)組具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)行可靠、適于推廣的優(yōu)點(diǎn)。 三、推廣前景及應(yīng)用 本產(chǎn)品主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方面，另外，大棚種植、城市園林草坪、蔬菜種植園、花卉栽培園等需求場(chǎng)所都是變量噴灑噴灌機(jī)組的潛在市場(chǎng)。產(chǎn)品的推廣將顯著提高節(jié)水灌溉水平，推動(dòng)農(nóng)業(yè)持續(xù)高效地發(fā)展。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，目前的灌溉面積大約為426.6萬hm2，每年農(nóng)田用水始終保持在3200-3500億m3,而水的利用率卻很低，僅為0.45左右，發(fā)達(dá)國(guó)家為0.7，采用噴灌技術(shù)可以顯著的提高水的利用率。根據(jù)《中國(guó)灌溉農(nóng)業(yè)節(jié)水規(guī)劃》預(yù)測(cè)，到2010年，我國(guó)噴灌總面積將由目前的120萬hm2增加到366.7萬hm2，2020年將達(dá)到666.7萬hm2。如果我們把農(nóng)業(yè)灌溉用水的利用率提高0.1，即每年可減少用水300億m3,就可以緩解水資源供缺矛盾，這對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展是一個(gè)巨大的貢獻(xiàn)。 變量噴灑噴灌機(jī)組在2009年初的抗旱中發(fā)揮了重要作用，由于機(jī)組重量輕，體積小，運(yùn)行可靠，效率高，且根據(jù)作物需要控制灌水量，受到了廣大農(nóng)民用戶一致好評(píng)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。高效節(jié)水變量噴灑噴灌機(jī)組在水資源短缺的河南，水利用率有了很大提高，減少了水資源的浪費(fèi)，并達(dá)到節(jié)約能量的效果，對(duì)農(nóng)民用戶緩解旱情起到了很大的作用，具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。 四、效益預(yù)測(cè) 節(jié)水效益方面：引入高效節(jié)水變量噴灑噴灌機(jī)組后，噴灌均勻系數(shù)可以增加到80%以上，保守的算法假設(shè)不增加全國(guó)噴灌用水量，僅將目前的所有噴灌系統(tǒng)換成高效節(jié)水變量噴灑噴灌機(jī)組，本作品可以帶來平均每年節(jié)省2.55億m3灌溉用水的社會(huì)效益。 經(jīng)濟(jì)效益方面：隨著噴灌面積的增加，噴灌機(jī)組的需求量急劇上升，而國(guó)內(nèi)此類產(chǎn)品的研究很少，只停留在仿制國(guó)外產(chǎn)品的水平上，國(guó)外引入的噴灌機(jī)組產(chǎn)品質(zhì)量較好，但價(jià)格相對(duì)高。按每年噴灌機(jī)組需求以5%的速度增加計(jì)算，目前市場(chǎng)上平均每臺(tái)噴灌機(jī)組3000元計(jì)算，本作品開發(fā)完成后，成本比同類產(chǎn)品降低20%以上，每年可以為國(guó)家?guī)?800萬元的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)技術(shù)上可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)的空白，具有良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。 能量效益方面：泵的效率提高3%～5%，以平均每臺(tái)噴灌機(jī)組的功率為3kW計(jì)算，每年可以帶來0.27～0.45萬kW的能量效益。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 研究目的：噴灌機(jī)組是我國(guó)一種比較有代表性的灌溉機(jī)組，是國(guó)家支持并優(yōu)先推廣應(yīng)用的節(jié)水灌溉設(shè)備。目前產(chǎn)品存在很多問題，急需更新?lián)Q代。變量噴灑噴灌機(jī)組適應(yīng)了精確灌溉的發(fā)展趨勢(shì)，是原有機(jī)組的更新?lián)Q代產(chǎn)品。機(jī)組主要組成部件包括：1.變量噴灑隙控式全射流噴頭；2.噴灌機(jī)組配套用新型射流式自吸噴灌泵。 基本思路：調(diào)研、方案制定、變量噴灑理論研究、產(chǎn)品研制、性能試驗(yàn)研究、變量噴灑機(jī)組節(jié)水和能耗分析及試驗(yàn)、質(zhì)量檢驗(yàn)、田間考核、批量生產(chǎn)、田間示范、投放市場(chǎng) 創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵： 1.研究新型壓力/流量調(diào)節(jié)裝置，首次與隙控式全射流噴頭結(jié)合起來，開發(fā)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)行可靠、適于推廣的變量噴灑隙控式全射流噴頭；2.在理論研究和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，優(yōu)化噴頭結(jié)構(gòu)，建立變量噴灑噴頭設(shè)計(jì)方法；3.泵結(jié)構(gòu)采用壓鑄技術(shù)，簡(jiǎn)化工藝流程，降低生產(chǎn)成本,重量減輕15%～20%；4.自吸噴灌泵完成自吸工作后射流器系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉，使泵的效率提高3%～5%；5.泵自吸時(shí)間在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上縮短10%～15%，提高汽蝕性能。 主要技術(shù)指標(biāo)水平： 1.開發(fā)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的壓力/流量調(diào)節(jié)裝置，以及世界首創(chuàng)的變量噴灑隙控式全射流噴頭；2.變量噴灑噴頭實(shí)現(xiàn)三角形、正方形域噴灑，噴灌均勻性大于80%；3.提出并完善實(shí)用的射流式自吸噴灌泵的設(shè)計(jì)理論與方法；4.型號(hào)為50SPG28-2.2D新型射流式自吸噴灌泵效率相對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)提高3%，重量降低15%。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 我國(guó)噴灌機(jī)組技術(shù)上存在的問題： 1.驅(qū)動(dòng)功率大、能耗高，噴灌均勻度偏低。機(jī)組整機(jī)配套性較差，適應(yīng)性差，使用勞動(dòng)強(qiáng)度大；2.噴灌泵外形單一，移動(dòng)不便；3.變量噴灑噴頭類型、實(shí)現(xiàn)方法和功能上都比國(guó)外單調(diào)。 變量噴灑噴灌機(jī)組在解決以上問題的同時(shí)，正好符合了噴灌技術(shù)的發(fā)展方向--精確灌溉技術(shù)，即實(shí)現(xiàn)低能耗精確灌溉和變量精確灌溉。變量施水精確灌溉的核心之一是根據(jù)地塊形狀或噴灑區(qū)域形狀變化的要求實(shí)現(xiàn)變量施水,可通過單噴頭變量施水技術(shù)、多噴頭組合變量施水技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。 科學(xué)性先進(jìn)性： 1.變量噴灑隙控式全射流噴頭。隙控式全射流噴頭利用水流的附壁效應(yīng)改變射流方向，它既是噴灑作業(yè)的噴頭出口零件，又是自控完成噴頭旋轉(zhuǎn)的控制零件； 2.新型射流式自吸噴灌泵。泵的進(jìn)口處增設(shè)一個(gè)帶“文氏管”的自循環(huán)射流器，當(dāng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，不僅可以完成自吸過程，而且可以將自循環(huán)射流器上的閥自動(dòng)關(guān)閉，射流器同時(shí)停止工作，泵的效率提高3%～5%。解決了現(xiàn)有噴灌機(jī)組整機(jī)配套性差、噴灑均勻度低、能耗高、適應(yīng)性差等問題。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 中試階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品，錄像
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)行可靠、適于推廣。機(jī)組通用化程度提高47%，蒸發(fā)漂移損失降低15%，噴灑均勻系數(shù)在80%以上，機(jī)組重量減輕20%。 已獲國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)，申請(qǐng)了國(guó)際發(fā)明專利1項(xiàng)、國(guó)家發(fā)明專利8項(xiàng)，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。 適應(yīng)范圍推廣前景：主要應(yīng)用于農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉方面，另外，大棚種植、城市園林草坪、蔬菜種植園、花卉栽培園等需求場(chǎng)所都是潛在市場(chǎng)。 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)——節(jié)水效益方面：保守的算法假設(shè)不增加全國(guó)噴灌用水量，僅將目前的所有噴灌系統(tǒng)換成高效節(jié)水變量噴灑噴灌機(jī)組，本作品可以帶來平均每年節(jié)省2.55億m3灌溉用水的社會(huì)效益；經(jīng)濟(jì)效益方面：按每年噴灌機(jī)組需求以5%的速度增加計(jì)算，本作品開發(fā)完成后，每年可以為國(guó)家?guī)?800萬元的經(jīng)濟(jì)效益；能量效益方面：泵的效率提高3%～5%，以平均每臺(tái)噴灌機(jī)組的功率為3kW計(jì)算，每年可以帶來0.27～0.45萬kW的能量效益。 本產(chǎn)品在2009年初的抗旱中發(fā)揮了重要作用，具有十分廣闊的推廣應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 噴灌技術(shù)對(duì)世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，我國(guó)的噴灌技術(shù)及噴灌泵等關(guān)鍵設(shè)備已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但和先進(jìn)國(guó)家相比，關(guān)鍵設(shè)備與技術(shù)還存在很大差距。主要表現(xiàn)為： 1.變量噴頭結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,工作性能不穩(wěn)定，造價(jià)高。 2.目前國(guó)內(nèi)輕小型噴灌機(jī)組關(guān)鍵技術(shù)和制造水平與世界同類產(chǎn)品相比，仍存在著很大差距，很少形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。一些輕小型噴灌機(jī)組驅(qū)動(dòng)功率大、能耗高，噴灌均勻度偏低。機(jī)組整機(jī)配套性較差，自動(dòng)化控制水平低，適應(yīng)性差，使用勞動(dòng)強(qiáng)度大，機(jī)組沒有與其它灌水技術(shù)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)多用途使用的功能。 3.噴灌泵外形單一，體積大，移動(dòng)不便，自吸時(shí)間長(zhǎng)、效率低、能耗高。 國(guó)外早在20世紀(jì)20年代就開始研究變量噴灑噴頭，如Benjam in(1981)蝸輪蝸桿傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的葉輪驅(qū)動(dòng)式變量噴頭、Edwin(1982)仿形凸輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的地埋式變量噴頭、Ohayon (2000)柱塞傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的搖臂式變量噴頭。我國(guó)于90年代開始研究變量噴灑，如王正中等(2000)上下過水節(jié)結(jié)構(gòu)的搖臂式變量噴頭、王飛等(2001)中空萬向節(jié)結(jié)構(gòu)的搖臂式變量噴頭、郝培業(yè)等(2001)蝶閥式、擋板式和遮孔式3種結(jié)構(gòu)的搖臂式變量噴頭、馮浩等(2002) 獨(dú)立阻水片結(jié)構(gòu)的搖臂式變量噴頭、韓文霆(2004, 2005) 靜片式、內(nèi)槽凸輪式和齒輪轉(zhuǎn)盤式3種結(jié)構(gòu)的搖臂式變量噴頭。由于我國(guó)變量噴灑噴頭的研究時(shí)間短，在噴頭類型、實(shí)現(xiàn)方法和功能上都比國(guó)外單調(diào)。例如國(guó)外實(shí)現(xiàn)了仿形噴灑的噴頭有葉輪式噴頭、搖臂式噴頭、反作用式噴頭以及地埋式噴頭等等,而我國(guó)目前只有在搖臂式噴頭上研究了其實(shí)現(xiàn)方法。因此，研制出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、品種多樣的變量噴灑噴頭有重要的學(xué)術(shù)意義和實(shí)用價(jià)值。 代表當(dāng)今世界噴灌機(jī)組先進(jìn)制造技術(shù)水平的公司是澳大利亞的Southern Cross公司、奧地利的Bauer公司等。我國(guó)噴灌機(jī)組是20世紀(jì)70年代中期由國(guó)家組織、聯(lián)合攻關(guān)研制的。目前，全國(guó)保有量達(dá)60多萬臺(tái)套，機(jī)組噴灌面積占全國(guó)噴灌面積的70%左右，其機(jī)型20多年來沒有多大變化，急需更新?lián)Q代。 隨著國(guó)家農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，農(nóng)業(yè)個(gè)體承包制的深入發(fā)展，對(duì)灌水技術(shù)又有了新的要求。隨著世界人口的增長(zhǎng)和能源、水源危機(jī)的加劇，變量噴灑噴灌機(jī)組正朝著低壓噴灑、降低能耗、精準(zhǔn)灌溉、性能可靠、多種用途、系列成套、自動(dòng)化程度高的方向穩(wěn)步發(fā)展。
