情系创新梦 风雨几十年 ——记《反冲转子旋转喷头》原创发明核心技术发明人张祖祺

 

张祖祺，江苏省泰州市人。“机械制造工艺及其设备”专业高级工程师。参加工作几十年来，曾在国营、民营和外资企业担任技术科长、副厂长、厂长、副总经理、总工程师等职。

在长期从事产品设计开发和企业管理工作的过程中，大至房屋高的300吨摩擦压力机、300吨橡胶注射成型机，可移动的半自动切割机，小至可放在掌心上的压力表、定时器等，都曾经是发明人的研发对象。各种技术方案的交叉、碰撞，往往会迸发创新智慧的火花，编织各种奇思妙想。然而在那“重仿造轻创造”的年代，创新的种子很难在石缝里发芽成长。历尽艰难险阻，饱尝酸甜苦辣，也积累了丰富经验。

 

面对水资源短缺的严峻形势,在人们对创新节水灌溉技术守住我国水资源底线的热切期盼中，蓄势待发的智慧火花汇聚为一股强大的创新力量，终于冲破多年阻碍节水灌溉事业发展的流体动力学技术瓶颈，演绎出发明人如今的“低能耗、大射程、高均匀度、多功能、抗堵塞”《反冲转子旋转喷头》原创发明核心技术之梦。

响应时代呼唤   创新喷灌技术

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，落后国际先进水平几十年，形成如今“性能差、功能少、寿命短”，某些品种长期依赖进口的局面。

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” 。

锁定奋斗目标   构思创新方案

美国Hunter、Toro、Rain Bird、K-rain等公司的旋转喷头技术处于世界领先水平，但也并非尽如人意，有若干需要改进之处。试举两例说明如下：

① PGP rotor是Hunter公司最早发明的一种单射线埋藏式齿轮传动往复摆动旋转喷头，至今

保持着“世界销量第一”的地位。其不足之处在于：齿轮减速机构的减速比高达3000以上，传动效率低于50％，能耗较大；换向机构的内啮合齿轮副受力不均匀，影响工作可靠性；产品结构非常复杂，零件数量多，精度要求高，加工难度大，等。

   ② MP rotator是一种多射线连续旋转式喷头，抗风力强，可调节射程和喷洒角度，喷洒均匀度高，水花美观。然而该喷头的流量小，喷灌效率很低，喷灌作业时间要比普通喷头长1.5倍以上。而且必须安装在升高管或专用的压力调节喷头体上才能工作，增加了使用成本。

发明人决定对处于国际领先水平的美国旋转喷头技术开刀，简化结构，降低能耗，增加功能，扩大使用范围。

　勇敢冲破阻力   申报发明专利

发明人在申请专利过程中曾遇到很大阻力，辛辛苦苦搞出来的技术方案，差一点儿被几位“专利律师”扼杀在摇篮里。

有的“专利律师”说，美国专利技术在国际上水平最高，挑战美国专利你想都不该想。

有的“专利律师”说，人家发明了个没有把子的茶杯，取得了专利权。你在上面添了个把子，也想申请专利，这是不可能的。因为在我们专利律师看来，有把子的茶杯与没把子的茶杯是一回事，没有任何创造性。

有的“专利律师”说，发明人的技术方案运用了反冲原理，而科学原理是不可以申报专利的。如果你一定想申报专利，必须去掉旋转喷头前面的“反冲转子”这四个字,……

后来终于找到了杭州杭诚专利事务所有限公司。该公司董事长尉伟敏先生，是中华全国专利代理人协会理事、国际知识产权律师协会（FICPI）中国组会员。他获悉有关情况后，旗帜鲜明地表态支持发明人申报专利，指定黄娟律师为发明人整理专利申报资料。他亲自出任发明人的第一代理人，黄娟为第二代理人，帮助发明人向国家知识产权局申报发明专利。经过国家知识产权局依法审查后，终于取得了非职务发明专利授权。

《反冲转子旋转喷头》专利技术先后入选上海世博会《世博科技》大型文献宣传册、中国科技产业化促进会《中国战略性新兴产业发展年鉴》、中国专家学者协会《中华百业功勋人物大典》、国家知识产权局知识产权出版社《中国专利发明人年鉴》第十二卷“中国优秀发明家”栏目等。

              超越美国雨鸟   填补世界空白

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。

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。

我国是专利大国，却不是专利强国。虽然我国每年的专利申请量和授权量数以百万计，但是颠覆性创新、原创性发明很少，对美国三大发明专利进行颠覆创新的原创性发明专利核心技术仅有《反冲转子旋转喷头》一项，被第11届西安科博会授予《优秀科技成果奖》。

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。

如果说我国数以千计的喷头企业产品处于“跟跑”位置，那么本发明则处于“领跑”位置。其差别就像“火箭”与“手推车”那样。

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。

              样机喷洒作业    广受人们欢迎

应用《反冲转子旋转喷头》原创发明核心技术，可制成不同规格、不同功能、不同安装方式的喷头产品，用于固定式或移动式喷灌作业。克服现有喷灌、微灌设备能耗大、性能差、易堵塞、寿命短等弊端，引领行业产品创新换代，必将成为发展节能节水智慧农业的强大推手。

 按照《专利说明书》及《权利要求书》的说明，发明人已制成40种喷头样机。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ABS工程塑料注塑加工，加工装配十分方便。

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。

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。

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。

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。

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。

《全国技术转移公共服务平台》将40种《反冲转子旋转喷头》样机喷洒作业视频播放以后，受到很多生产企业的欢迎。经有关专家评定，该专利的价值为3072.89万元。

《中国科学院》将本发明专利列入《2022年中国科学家年鉴》。

 联系人:张祖祺 手机号:13056994363
        附：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。