CN102861682B - 一种压力自调径喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压力变直径喷头，包括与管路连接的喷管，在刚性喷嘴的内壁上加工有凹槽和溢流孔，该凹槽中装有刚性变形圆片，该刚性变形圆片由弹性金属材料制成，刚性变形圆片的两端分离，其中的一端位于另一端内，且与另一端呈圆弧接触，形成变径水流出口。该刚性圆片由弹性金属材料制成，具有一定的弹性和自我保持性。喷洒雨滴直径和喷嘴直径会随喷头工作压力的增加而增加，实现大雨滴大雨强喷洒。其结构简单，科学合理，成本低，可以应用于农业灌溉系统、消防施雨系统及人工降雨模拟系统。

Description

一种压力自调径喷头

技术领域

本发明属于金属材料零部件制造领域，涉及一种用于农业喷灌、人工模拟降雨、消防灭火、喷药等装置，以及工业生产中用的各种喷洒器和喷射器，特别涉及一种新型的喷嘴出口直径随压力变化而显著变化的自调径喷头。

背景技术

农业灌溉、消防灭火、人工模拟降雨、喷药等系统中普遍应用的喷头主要是由喷管和喷嘴两部分组成，并且这两部分一般由刚性材料制成，对于一种固定的喷头他的出口直径不可变。在一定压力范围内，喷头的流量随压力的增加而增大，但喷头的射程和喷洒雨滴直径会随压力的增加而减小。然而在实际的应用中我们希望通过压力的调节来实现大雨滴和大雨强的变量喷洒。如消防灭火喷头可以根据火势的大小增加出口流量和喷洒雨滴直径。现有的人工降雨喷头，为了提高降雨强度，一般是通过不同直径的降雨喷头进行组合实现的。在压力一定的情况下，随出水口径的增大，喷洒雨滴直径也随之增大。

现有的变量喷洒的方式主要有以下两种：

第一种方式，通过多个喷头工作协调工作实现变量喷洒，如农业精确喷灌的喷灌机的变量喷洒是通过将不同喷嘴尺寸的喷头安装在多排管道上，通过控制管道的工作来实现变量喷洒，但这种变量喷洒所需的喷头数量多，成本高。

图1（a）是原结构形式的单喷嘴喷头结构示意图的主视图；图1（b）是图1（a）的剖视图；它是由刚性喷嘴1和喷管2组成，喷嘴1和喷管2均为刚性材料制成，喷管与管路相连接。

还有一种方法就是对于单喷嘴喷头进行结构改进来实现变量喷洒。李红、王超（2009）等研制了一种压力补偿变截面异形喷头，在喷嘴内部安装了挡水板和弹簧，通过挡水板的上下移动调节喷嘴出口截面积。当喷头工作压力与弹簧弹力相等时喷嘴的出口截面积保持不变，当工作压力增大弹簧被压缩，挡水板下移，出口截面积变大。这种喷头主要调节装置是刚性挡板，安装在喷嘴内部射流损失严重，不利于节能。美国的King Bradley A（1998年）等开发了一种变出口截面积的装置，在喷嘴内部安装了一个锥形头，锥形头移动由电磁阀控制，通过电磁阀调节喷嘴内部锥形头的前后移动，来改变出口截面积。如当压力增大时，若希望喷嘴直径变大，则电磁阀控制锥形头原理喷嘴出口，使得喷嘴出口截面积变大。这种变截面喷头控制系统复杂，调节系统是刚性的锥形喷嘴，增加了喷头的射流损失。

发明内容

因为国内外变量喷头，在节能和控制系统上的不足，本发明的目的在于，提供一种新型的压力自调径喷头，该喷头的喷嘴出口直径可随压力变化而显著变化。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案予以实现：

一种压力自调径喷头，包括刚性喷嘴和喷管，其特征在于，在刚性喷嘴的内壁上加工有凹槽和溢流孔，该凹槽中装有刚性变形圆片，该刚性变形圆片由弹性金属材料制成，刚性变形圆片的两端分离，其中的一端位于另一端内，且与另一端呈圆弧接触，形成变径水流出口。

本发明的压力自变径喷头，在原有方形喷头的基础上加工一个内凹槽，然后加装可方便拆卸的刚性变形圆片，该刚性变形圆片具有自我维持特性，在外力的作用下能够发生变形，但变形后又能及时恢复原型。实现了喷嘴直径随喷头压力的改变而改变。刚性圆片选择适宜硬度刚性材料制成，在一定压力范围内，该刚性变形圆片的过水断面随压力的增大而变大，进而使得喷嘴直径随压力的增加而增大，喷洒雨滴直径随喷嘴直径的增加而增大，从而实现大雨滴施雨。通过建立喷嘴直径与工作压力的关系模型，再结合工作压力、喷嘴直径与喷洒雨滴直径的关系模型，为刚性变形圆片选择适宜硬度的弹性材料，可实现在特定压力范围内得到特定雨滴直径。

由于刚性喷嘴的内部增加了刚性变形圆片，在压力增加的情况下，通过改变喷嘴直径的大小来调节喷洒雨滴直径，从而解决了原有降雨模拟喷头，随压力增加，雾化程度增加，喷洒雨滴直径变小，无法实现大雨强，大雨滴直径的问题。本发明将变直径的喷嘴引入到模拟人工降雨喷头，可以提高降雨系统的精度。根据申请人所进行的资料检索，国内外的人工降雨系统中对于自变径喷头的应用还未报道。

附图说明

图1（a）是原结构形式的单喷嘴喷头结构示意图的主视图；

图1（b）是图1（a）的剖视图；

图2是本发明的压力自变径模拟降雨喷头喷嘴的结构剖视图；

图3是刚性变形圆片的结构示意图。

图中的标号分别表示：1、刚性喷嘴，2、喷管，3、刚性变形圆片，4、凹槽，5、溢流孔。

下面结合附图和发明人给出的具体实例对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的压力自变径喷头，其技术思路是在原有的喷头内部安装一个便于拆卸的刚性变形圆片，使得刚性变形圆片出口截面积随压力的增加而增加，从而流量和雨滴直径增加。当压力减小时，刚性变形圆片出口截面积收缩，则出口流量和雨滴直径减小。相对于其它的变量喷头更适合应用于降雨模拟系统中。难点在于选用合理的弹性材料并建立喷嘴尺寸变化与压力的关系模型，从而开发压力自变直径喷头。

参见图2，该图为本发明的一种压力自变径喷头的剖视图，包括刚性喷嘴1和喷管2，刚性变形圆片3，在刚性喷嘴1的内壁上加工一个凹槽4，在凹槽4上加工了一个溢流孔5（图中的A-3），便于多余水流的流出。刚性变形圆片3安装在该凹槽当中。

参见图3，刚性变形圆片3是根据原喷头喷嘴直径大小，选用一定直径的弹性金属材料制成，刚性变形圆片3的直径比刚性喷嘴1的直径略小，制作时，使刚性变形圆片3的两端分离，其中一端a-2位于与轴线A-2共线，另一端a-1与轴线A-1共线。其中a-2位于另一端a-1内，且位于a-1端内的a-2端与a-1端呈圆弧接触，形成变径水流出口。使用时，将刚性变形圆片3放入刚性喷嘴1的凹槽4中，当有水流通过水流出口截面时，水流对刚性变形圆片3产生压力，使得刚性变形圆片3的a-2端扩张，使得喷嘴的过水断面增大，即喷嘴直径变大，进而调节喷洒雨滴直径。

1、压力变直径喷嘴的出口直径随着喷嘴压力增加而增加：

有胡克定律可以容易的得到弹性喷嘴的直径变形量与喷头工作压力的关系如下：

P=K·△x

其中P为喷嘴的压力，△x为调节弹簧变形量，k为弹性系数。

2、喷嘴直径和雨滴直径之间的关系。

关于喷嘴直径与喷洒雨滴直径的关系，郑清泉早在1990年对摇臂式喷头的主要水力参数及其影响因素一文中，对喷洒雨滴直径也进行了分析，从其实验结果可以表明，喷洒雨滴直径随喷嘴直径的增加而显著增大。

Wolfe.Anderson在1964计算推到了平均液滴直径公式：

SMD=3.2396（ρ_gΔP）^-2/3（ρσ）^1/2D₀ ^1/6μ^1/3

ρ_g——出口气体密度；ΔP——工作压力；ρ——流体密度；

σ——流体表面张力；D₀——出口直径；μ——粘度系数；

从苏特而平均直径（SMD）公式可以看出对于特定的液体，其中ρ、σ、μ、ρ_g为定量，可以看出出水的雨滴直径与喷嘴直径成正比；与工作压力成反比。

本发明的压力自变径喷头，其结构简单，科学合理，重量轻，成本低，可以实现雨滴直径随压力增加而增加的喷洒要求。将本发明的压力自变径喷头应用于降雨系统，通过在原有降雨模拟喷头的基础上安装可拆卸的弹性内管，就可以实现降雨模拟喷头的大雨滴、大雨强喷洒，使得人工降雨的仿真精度提高。可以用于农业灌溉的变量喷洒，也可用于消防灭火系统中变射程与变直径的施雨。

Claims (1)

1.一种压力自变径喷头，包括刚性喷嘴（1）、喷管（2），其特征在于，在刚性喷嘴（1）的内壁上加工有凹槽（4）和溢流孔（5），该凹槽（4）中装有刚性变形圆片（3），该刚性变形圆片（3）的初时内直径比喷管（2）直径小；所述的刚性变形圆片（3）由弹性金属材料制成，刚性变形圆片（3）的两端分离，其中的一端（a-2）位于另一端（a-1）内，且与另一端（a-1）呈圆弧接触，形成变径水流出口。