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超越美国雨鸟 填补世界空白的《反冲转子旋转喷头》颠覆创新技术产业化

2023-05-19来源:网络阅读: 1961

超越美国雨鸟      填补世界空白

《反冲转子旋转喷头》颠覆创新技术产业化

发明人 张祖祺   手机13056994363(微信同号)

水资源短缺是人类面临的共同危机,推行节水灌溉已成了世界各国政府和人民的共同选择。我国是世界第二大经济体,却是水资源严重短缺的13个国家之一。人均水资源拥有量仅为世界平均水平的1/4,居世界第109位,而且降雨时空分布严重不均,地区分布差异性极大。农业灌溉用水越来越紧张,不少地方靠超采地下水、挤占生态环境用水维持用水现状,对农业可持续发展和水资源的可持续利用非常不利。

旋转喷头是节水灌溉系统的关键设备,其结构和水力性能在很大程度上决定了节水灌溉系统的灌溉质量。涉及流体动力学、精密机械制造等高科技领域。美国雨鸟公司自1933年成立并制造出世界第1只摇臂式喷头以后,掀起一场灌溉技术革命,成为世界最大的喷滴灌设备开发商,并已在我国建立了生产基地和销售中心。

我国从20世纪70年代中期开始大规模引进喷灌技术以来,数以千计的喷头企业一哄而上,纷纷仿制加工,追求低价竞争,以至产品“功能少、性能差、寿命短、能耗大”,形成“落后国际先进水平几十年”的局面。

国家有关部门曾投入大量资金,多次组织龙头企业、科研院所、高等院校联合攻关,但至今收效甚微。事实证明:现有灌溉喷头设计理论已经落后于时代发展的要求,跟在洋人屁股后面走“模仿+改进”的道路行不通。

2013 年 12 月 25 日,“节水灌溉产业技术创新战略联盟、丰田节水灌溉技术研究院、丰田节水院士专家工作站学术研讨会”指出:我国节水灌溉产业从无到有已经走过 30 a 以上,有近千家专业设备生产企业。但无论从技术研发推广,还是产品制造安装看,仍处于初级发展阶段,质量性能与西方发达国家差距较大。 我国城市缺水已经严重到危险的边缘,但我们的园林节水灌溉技术研发应用及产品制造都非常落后,95%以上城市绿地灌溉仍采用大水漫灌,效率低下,面对水资源日趋紧缺的严峻形势。研讨会呼吁“ 以节水灌溉技术创新守住水资源底线” 。

【原创核心技术】

经济学教授曹雷、蒋伟翔指出:原创性科技成果是一个国家、一个行业、一个企业经济增长的核心动力源。原创性科技成果与一般科技成果的区别在于质,而不在量,就像火箭与手推车的区别那样:火箭可以把宇宙飞船送上太空,而无论多少手推车也不可能将宇宙飞船送上太空。

本发明推翻现有喷头设计理论,提出用“反冲转子结构四要素”(喷水槽数、偏心距、仰角、截面积)控制喷头运动的工作原理,对国际领先的美国3大发明专利技术(US4568024,US4718605,US6651905B2)进行颠覆创新,取消旋转喷头的驱动机构,减速机构和换向机构三大关键部件,零件数量减少50%以上,能耗降低70%以上;同时,改善节水性能,提高抗风力和喷灌均匀度;实现在自来水压下喷水、喷雾、喷淋冲洗、动态景观造型等多功能化,扩大喷头使用范围。

《反冲转子旋转喷头》不仅具有“低能秏、多功能、抗堵塞”三大特点,可以在农业大田、园林草坪、温室大棚、厂矿企业、商场宾馆、公共场所、私家庭院、城镇小区、旅游景点、农家庄园、高尔夫球场等处广泛使用;还可以对用户的特殊要求量身定制,以个性化服务适应技术经济多样化发展的需要。例如:可对各种型号的植保无人机定制专用喷头,化解它们目前在喷水施肥、喷药治虫作业中遭遇的“易堵塞、不均匀、寿命短”等难题,使之作为一种新型的农机装备在农业现代化中大显身手。

发明人在水利部《节水灌溉》杂志 2017 年第 5 期发表论文《从中美旋转喷头发明专利技术对比,看“反冲转子旋转喷头”的竞争优势 》 说明其工作原理、创新要点和竞争优势,澄清将“反冲转子旋转喷头”与传统反作用喷头混为一谈的模糊认识,受到海内外专家学者的高度评价。

美国科学技术协会《农业与林业科学杂志国际编辑部》来信,要求将该论文翻译成英文在国际上发表,让世界各国的研究人员都知道,以便推动世界科学技术的创新和发展。

发明人应邀在《2019 智慧灌溉与高效节水高峰论坛(呼和浩特)》作题为《低能耗、多功能、抗堵塞反冲转子智慧灌溉喷头》的演讲,并在 PPT 中展示喷头样机以直立式、悬挂式、手持式喷水、喷雾、喷淋冲洗、动态景观造型视频时,受到参会有关领导、专家、学者、企业家们的热烈欢迎。

中国科学院将《反冲转子旋转喷头》颠覆创新技术编入《2022年中国科学家年鉴》。

《中国科学家年鉴》是国内唯一记录科学家成就的大型文献,编委会成员由院士为主要组成,在科技界影响力巨大。政府作为发行机关,多年来在中科院的领导和中国科技技术出版社的服务下已经形成在科技界的巨大影响力。 2022年鉴恰逢中共二十大的召开,所以显得更为重要。现在入编的不仅有中科院、工程院院士,还有国家重点项目的负责人,各大院校以及科研院所的负责人、学术带头人,还有自主知识产权的优秀专利项目及专利发明人等100多人入编,权威性很高,后期发行会直接下发到国务院下属各部委和高等院校。

【喷头结构特征】

①面向世界科技前沿。《反冲转子旋转喷头》能耗低、射程大、均匀度高,克服了美国雨鸟摇臂式喷头能耗大、寿命短、喷灌不均匀的“灯下黑”等弊端。可釆用直立式或悬挂式安装,进行固定式或移动式喷灌作业。

②面向国家经济建设重大需求。我国是全球最大的粮食进口国,每年25%以上的粮食需要进口。我国石油等大宗商品对外依存度达到70%以上,蕴含着巨大的经济风险。《反冲转子旋转喷头》必将成为实施《十四五》规划,应对新冠疫情,保证国家粮食安全,建设高标准农田的节能型节水灌溉的主力军。

③ 能在自来水压下实现喷水、喷雾、喷淋冲洗、动态景观造型等多功能化,可助力乡村经济振兴战略,推进农业农村的现代化建设,将在园林草坪、城镇小区、厂矿企业、旅游景点、生态文明美丽家园建设中大显身手。

④ 喷头可以正转、反转、快转、慢转、不转。水流可少至1股,多至十几股。仰角可低至0º,高至90º。水花千姿百态,美不胜收,令人心旷神怡。

⑤ 喷头出水口流道面积超过现有喷头、微喷头及滴灌设备十几倍、甚至几十倍,可避开现有喷头、微喷头和滴灌设备因出水口径小而“易于堵塞”(包括物理堵塞、化学堵塞、生物堵塞等)的不治之症,代之进行喷雾加湿、喷药治虫、水肥一体化精准灌溉作业,为石斛、天麻、食用菌、花卉苗木、绿色蔬菜等经济作物工厂化栽培行业排忧解难。

可以釆用直立式、悬挂式、手提式等安装方式,在自来水压力下进行喷水、喷雾、喷淋冲洗、动态景观造型作业,水花千姿百态,举世无双。

⑹ 具有抗堵塞功能,无须使用过滤器,大大降低了喷头的使用成本。

⑺ 可利用控制器实行定时喷灌作业。还可以借助于互联网+,用手机进行远程智能控制,使主人离家无忧。

【经济效益测算】

①假设我国《十四五规划》高标准农田 12 亿亩的 1/10 使用 F25 喷头,喷头需要量大约为 1,3 亿只以上。每只喷头销售价格按 30 元来算,每只喷头零件的材料费及加工费大约为 15 元。每只喷头的包装运输费、企业管理费、税金等等加起来大约为 5 元。每只喷头的利润大约为 10 元。产销 1,3 亿只喷头,其产值将达到 39亿元以上、利润预测将达到 13 亿元以上。

②我国还是蔬菜、花卉苗木生产大国。全国蔬菜生产面积达 3.35 亿亩以上,而且已经成为世界最大的花卉生产基地。F08喷头可适应大棚蔬菜、花卉苗木等进行节水灌溉、喷雾加湿、喷雾防冻、喷雾降溫等多种作业需要。

F08喷头每只喷头销售价格按 12 元来算,每只喷头零件的材料费及加工费大约为 5 元。每只喷头的包装运输费、企业管理费、税金等等加起来大约为 1 元。每只喷头的利润大约为6元。产销 1000万只喷头,其产值将达到 12,000万元以上、利润预测将达到 6,000万元以上。

一旦《反冲转子旋转喷头》风靡全国,并沿着“一带一路”走向世界,销售市场将更为广阔。年产值预测将超过 500 亿元以上、利润预测将超过 300 亿元以上。

【技术参数比较】

《反冲转子旋转喷头》样机与国内外有关喷头技术参数比较如下:

喷头工作压力的大小是其能耗高低的标志,压力越小说明能耗越低。

产品名称    接头规格   公称通径mm)  工作压力(kpa)   射程(m)

反冲转子旋转喷F25   1″     φ25        100~200         10~15

反冲转子旋转喷F08A  1/4″    φ8            100~200         3~5

反冲转子旋转喷F08B  1/4″    φ8            100~200         4~9

华维摇臂式喷头3811    1″    φ25        250~400     15~21

莱芜丰田摇臂喷头0801   1/2″    φ15            200~300         8~10.5

华维阻尼旋转喷头     1/2(3/4″)φ15(φ20)175~350       最大15.2

美国雨鸟1318       1/2″    φ15        140~380         4~5.6

美国雨鸟6504       1″     φ25        210~620         11.9~19.8

【样机试验研究】

⑸ 经过多年成千上万次试验研究,发明人已制成不同规格、不同功能、不同安装方式的试验样机 40 余种,可用于固定式或移动式喷灌作业。可提供喷头设计的二维装配图、二维零件图、三维造型立体图、样机测试台设计图。

还可以提供试验样机在自来水压下喷水、喷雾、喷淋冲洗、动态景观造型的视頻。

喷头结构主要由进水接头、喷嘴升高管组合件、中心轴、转子等零件组成。中心轴材料釆用304不锈钢车制,两端带有螺纹,可用螺母固定在喷嘴升高管组合件上;其他零件釆用3D打印,或ABS工程塑料注塑加工,加工装配十分方便。

为防止喷头零件装配联接处漏水,可釆用o型圈、油封进行密封。进水接头带有管螺纹,以便安装使用。F08表示1/4″管接头,进水口公称直径为8mm;F25表示1″管接头,进水口公称直径为25mm。

喷头样机可以正转,也可以反转;可以快转、可以慢转,也可以不转。喷射仰角可低至0度,也可以高至90度。转子出水槽数可少至1条,也可多至10条以上。

工作时,水流从接头进入喷头内部,沿喷嘴升高管组合件内的流道射入转子出水槽。再从转子偏离圆心的出水槽射出,在反冲力矩作用下旋转时,被空气阻力裂解为细小水滴,最后散落到灌溉区域的地面上。

习近平总书记提出科技创新的“四个面向”,强调“要以颠覆性技术创新为突破口,敢于走前人没走过的路,努力实现关键核心技术自主可控,把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中。” “创新不问出身,誰对国家有贡献,就支持誰。”

欢迎有创新精神的企业家转让技术,实现产业化,打造战略性新兴产业,让《反冲转子旋转喷头》风靡全国,走向世界,引领农业节水行业产品升级换代,为“振兴中华,造福人类,实现中国梦”贡献力量。

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