一种适用于日光温室的静电喷头
技术领域
本发明涉及静电喷雾技术，特指一种适用于日光温室的静电喷头。用于日光密植温室植被的喷雾作业，属于植保机械领域。
背景技术
随着日光温室的普及，以及为了满足安全施药和保护生态环境的要求，如何将新型植保技术与温室环境紧密结合起来，实现在日光温室中更高效、更绿色的植保作业是亟待解决的问题。
静电喷雾技术是一种新型施药技术，主要通过感应式充电、电晕式充电、接触式充电等方法，使雾滴荷电，依靠荷电雾滴与靶标作物间的静电效应，使雾滴吸附在植株表面，大大增加了药液在靶标上的沉积量，提高了雾滴在叶片背面的沉积，减少雾滴飘移，提高了农药的有效利用率。
目前，荷电雾滴在喷头处易吸附，且荷电量在射程方向衰减较快是静电喷雾技术存在的两个主要问题。
中国专利申请CN201910669205.1，公开了一种感应静电雾化喷头，通过将高压静电装置(电极环)设置在液体管道的入口处，保证了电极环远离喷头，从而降低了喷头处的电场强度，该种设计虽然在一定程度上避免了荷电雾滴在喷头上的吸附，但由于电极环远离喷头，导致雾滴荷电带电量较少，因此雾滴带电效果较差。而且此种喷头进气口及储气腔小，气道结构较为简单，对喷头风压要求较高。
中国专利申请CN201910965330.7，公开了一种气力辅助静电喷头，将进气管环设在进液管周围设置，使液体受到均匀的压迫，使进气管有一个较大的进气腔室，减小了风机压入气体时的风机压力，使得喷出的雾滴粒径均匀性较好。但该种设计没有考虑电极的安装，使得雾滴荷电效果一般。
中国专利申请CN201410679106.9，公开了一种气助式扇形静电喷头，针对圆锥形喷头雾锥角相对较小且存在重复施药而导致的喷雾均匀性不能得到很好的保证等弊端，设计了一种扇形静电喷头，通过在电极槽内布置双平板电极，喷头工作时双平板电极与扇形水膜构成两个并联的电容器，两个电容器都建立起静电场，该种设计结合了感应荷电技术与气助式雾化技术的优点，使得雾滴粒径谱均匀且粒径较小。
文献：双气流道辅助静电喷头设计与试验[J].江苏农业科学,2017,45(24):192-196.设计了一种双气流辅助式喷头，该种喷头采用感应静电的方式对雾滴进行荷电，如前文所述，该喷头所使用的感应荷电方法在日光温室环境中效果较差，但其双气流通道的设计能在一定程度上改善雾滴吸附在喷头处的问题，且能使雾滴更加快速地到达靶标。
发明内容
针对温室的特殊环境条件——高温高湿，以及现有技术中存在的问题，本发明设计了一种在温室环境中荷电性能稳定的静电喷头。
由于日光密植温室的湿度较室外环境大，空气中水分子含量大。如采用感应充电方式喷头，感应电极暴露在空气中，感应电极容易打湿，易引起电流短路或电压波动，造成荷电过程的不稳定，所以通过设计封闭的充电内腔，采用接触式充电方式，使得液体在被喷出之前在充电内腔内完成荷电过程，这既避免了充电电极在高湿度环境下的不稳定性对雾滴荷电过程的不良影响，又改善了常规感应式喷头滴水的问题。
本发明所述的静电喷头包括：绝缘的气流罩、喷嘴头、喷嘴过滤网、喷嘴座、顶部金属板、底部金属板、条状电极、管套、单向止回阀、进气口。其中，位于喷嘴座内的顶部金属板、底部金属板、条状电极共同构成了该喷头的荷电单元——充电内腔。
进水管与静电喷头接口处设置了单向止回阀，再通过管套与静电喷头连接，其中，进水管与管套通过螺纹结构连接。进水管的通道与管套的通道是相通的，在静电喷头内部设有开口，药箱中的药液经此通道进入静电喷头。
充电内腔与喷嘴座是一体化结构，喷嘴头与喷嘴座采用管套结构连接，喷嘴头后端与喷嘴座通过螺纹结构锁紧。
带条状电极的顶部金属板固定在喷嘴座的内壁上半部分，与高压静电发生器连接，与固定在喷嘴座内壁下半部分的底部金属板组合成电容器，用于形成非均匀静电场，给药液荷电。
喷嘴头的内部设置了可拆卸的喷嘴过滤网，防止药液中的杂质堵塞喷嘴头。在喷嘴头的外围设置了绝缘的气流罩，气流罩的锥角应大于所采用的喷嘴头的喷雾锥角(80°)，将其设计为85°。
进气口内壁和喷嘴座外壁、喷嘴头外壁构成气流通道。
所述静电喷头的工作原理为：药液在高压泵的压力下，由水箱经进水管进入喷头，首先到达封闭的充电内腔，此时充电内腔入口处的单向止回阀关闭，以切断充电腔内部的药液与管路中药液的联系，达到绝缘的目的。然后在高压静电发生器的作用下，充电腔内部两极板间产生高压电场，对药液进行荷电，荷电完成后，药液经过滤网从喷嘴头喷出，完成药液的荷电与雾化。
所述静电喷头采用在喷头内部对药液进行接触式荷电的方式，避免了感应式荷电方式中裸露在空气中的电极环的设计。这样做能避免在日光温室高湿度环境下，由于空气中水分子含量高，而导致的荷电过程的不稳定性，例如：对雾滴进行荷电时易短路等等。另外取消了电极环的设计，而采用在喷头内部对药液进行荷电，在喷嘴头外围设计绝缘的气流罩，可以避免荷电后的雾滴由于受到强电场的吸引而吸附在静电喷头上的问题。另外，采用接触式荷电的方法，雾滴荷电效果较感应式荷电好，雾滴荷电充分，对于荷电量衰减的问题也有所改善。
附图说明
图1是本发明的一种适用于日光温室的静电喷头的实施例的结构示意图；
图2是本发明的封闭充电腔的物理模型图；
图3是本发明的充电腔内部正视图。
1是绝缘的气流罩，2是喷嘴头，3是喷嘴过滤网，4是喷嘴座，5是顶部金属板，6是底部金属板，7是条状电极，8是封闭的充电内腔，9是管套，10是单向止回阀，11是进气口。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明的技术方案和技术原理，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的介绍。
实施例一：
如图1所示的一种静电喷头，主要结构部件包括绝缘的气流罩1、喷嘴头2、喷嘴过滤网3、喷嘴座4、顶部金属板5、底部金属板6、条状电极7、充电内腔8、管套9、单向止回阀10、进气口11等。其中，喷嘴头2和喷嘴座4以及管套8组成了一个密闭空间，在此密闭空间内，设计了一个由顶部金属板5、底部金属板6、条状电极7构成的双扇形板电容器作为该喷头的荷电单元——充电内腔8，对密闭空间内的液体进行荷电。药液由药箱经高压泵泵出后到达静电喷头的充电内腔8，在该充电内腔8内完成荷电后再雾化喷出。
如图1所示，该喷头的喷嘴头2选用圆锥雾喷嘴，喷雾锥角为80°，型号为TXR800053VK，可在市场上购买得到。
如图1所示，通过设计绝缘的气流罩1，使其在静电喷头前端喷嘴头2处的锥角大于所采用喷嘴头2的喷雾锥角，设计为85°，以构造一个气流辅助通道，该设计能增大该静电喷头的气流曳力，使得雾滴在完成荷电后能够快速脱离荷电室的强电场力的吸引，且能在喷嘴头2的外围形成一道圆锥状气膜，将雾滴群包裹住，该设计能够防止雾滴聚集在喷头处，以及吸附在喷杆、喷雾机等机构的金属部件上。
另外，由于液体的导电性，在充电内腔入口处设置单向止回阀10，在工作状态下，药液注满充电内腔后，止回阀10关闭，此时，充电内腔中的药液与进水管及水箱中的药液联系被切断，充电内腔8中的药液经静电喷头喷出后，单向止回阀10再开启，进行新一轮的进水与荷电。该种设计能保证药液在充电内腔内荷电时的绝缘性与安全性。
工作时，静电喷头的电位为零或接近于零，接通电源，启动高压静电发生装置，充电内腔内的液体开始荷电，压缩空气由进气口11进入，在气流罩1的限制下，在液体雾化区(喷嘴头2内部)的气流速度增大，在液流和高速气流的相互作用下，荷电后的液流破碎成细小的雾滴，从喷嘴头2喷出。
进一步的，由于气流罩1的限制，高速气流沿喷雾锥角方向形成了一道气膜，防止雾滴由喷头喷出后向喷头上下方或者后方扩散，吸附在喷头表面或喷雾机的金属部件上，使得雾滴尽可能地沿预定的方向喷向靶标作物。
实施例二：
采用接触式充电方法时，喷嘴座4内部的扇形电容器极板与液体直接接触，该极板产生的高压电场对充电内腔内的液体直接荷电。当加在极板上的充电电压U一定时，电容器产生的电荷量Q为：Q＝C×U，也是一个定值，其中C是电极的电容率。
由以上分析可以得出：当加在极板上的充电电压一定时，电容器所产生的电荷量一定，如果荷电的液体的流量越小，则单位液体的荷电效果越好，完成荷电的液体的电荷量越大，在常规植保作业中，提高荷电雾滴的电荷量具有重要意义。
如图2所示，表现了液体在所设计的封闭的充电内腔中的荷电过程。
L代表了液体颗粒，带“-”号的小圆圈代表负电荷，即电子，带“+”号的小圆圈代表了带正电荷的液体颗粒。
该荷电装置由两块扇形板电容器组成，其中上极板带有长条状电极，与高压静电装置的正电输出极相连，相应的，另一块金属板为下极板，其电势为0。
如图2所示，所述封闭的充电内腔设计了扇形板电容器及连接在顶部金属板上的长条状电极。顶部金属板连接高压静电发生装置，由于长条状电极的存在，使得顶部金属板与底部金属板之间充满了非均匀静电场。采用条状电极的设计，能够极大提高荷电区域内的静电场强度，有效提高液体的荷电量。
液体在充电内腔内的荷电过程如下：
由于电场力的作用，液体颗粒分子的化学键断裂，被电离成游离的正离子、负离子和自由电子；
然后，一部分游离的负离子因“同性电荷互相吸引”的原理，聚集到带正电的条状金属电极附近，并被其吸附；
另外，还有部分电子流向高压静电装置，通过其接地端，被引入大地。
至此，就该封闭充电内腔内的液体来说，正离子的浓度大于负离子的浓度和自由电子的浓度，整个液体呈现与顶部金属板相同的正电性，液体荷电过程完毕。
最后，液体在高压泵压力的作用下，由静电喷头喷出，喷向靶标作物。
