CN104689934B - 一种多喷盘低压折射式喷头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多喷盘低压折射式喷头，包括喷嘴和喷盘，所述的喷盘包括依次同轴间隔设置在喷头下方的第一喷盘、第二喷盘和第三喷盘，其中第一喷盘、第二喷盘上沿喷盘的径向分别设置有第一引流凹槽、第二引流凹槽，第一喷盘、第二喷盘的轴心处分别开设有第一通孔、第二通孔；水流自喷嘴引入后部分从第一引流凹槽导出，部分穿过第一通孔从第二引流凹槽导出，剩余水流从第三喷盘上导出，并且水流从三个喷盘上导出时的角度不同。喷头工作时，单喷头径向水量分布曲线接近三角形，喷洒更加均匀，解决了现有低压折射式喷头由于水量集中于射程尾部引起的局部喷灌强度过高问题。

Description

一种多喷盘低压折射式喷头

技术领域

本发明属于农用喷灌设备技术领域，尤其涉及一种多喷盘低压折射式喷头。

背景技术

喷灌是一种高效的节水技术，喷头作为喷灌系统的关键设备之一，其性能的优劣直接影响喷灌的喷洒质量。目前我国大量应用于圆形和平移式喷灌机的节水喷灌设备是低压折射式喷头。

传统低压折射式喷头的喷洒水量分布极不均匀，近喷头处和射程中部受水量极少，水量主要集中在射程尾部1/3-1/4区域内，从而导致局部喷灌强度过高，易产生地表径流现象，这是低压折射式喷头应用中的一大瓶颈。针对传统低压折射式喷头存在的问题开发相应的喷头成为亟待解决的问题。

在国外现有的低压折射式喷头产品中，主要通过采用不同引流形式的单一喷盘，以获得不同的水量分布，但单一喷盘低压折射式喷头水量集中分布于射程尾部的模式基本一致，都不能够改善局部喷灌强度过高现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种多喷盘低压折射式喷头，该喷头的单喷头径向水量分布接近三角形，喷洒更加均匀，解决现有低压折射式喷头由于水量集中于射程尾部引起的局部喷灌强度过高问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多喷盘式低压折射喷头，包括喷嘴和喷盘，所述的喷盘包括依次同轴间隔设置在喷头下方的第一喷盘、第二喷盘和第三喷盘，其中第一喷盘、第二喷盘上沿喷盘的径向分别设置有第一引流凹槽、第二引流凹槽，第一喷盘、第二喷盘的轴心处分别开设有第一通孔、第二通孔；水流自喷嘴引入后部分从第一引流凹槽导出，部分穿过第一通孔从第二引流凹槽导出，剩余水流从第三喷盘上导出，并且水流从三个喷盘上导出时的角度不同。

进一步地，所述的第一引流凹槽沿垂直于凹槽延伸方向的截面为倒等腰梯形，第一引流凹槽的前端与第一通孔上端贯连，第一引流槽的末端延伸至第一喷盘边缘处。

进一步地，所述的第二引流凹槽沿垂直于凹槽延伸方向的截面为倒等腰梯形，第二引流凹槽的前端与第二通孔上端贯连，第一引流槽的末端延伸至第二喷盘边缘处。

进一步地，所述的第一引流凹槽沿第一喷盘的轴向截面为圆弧形，且圆弧形截面的末端的延伸方向为远离第一喷盘底面的方向，圆弧形截面的末端与水平方向的夹角为10～20°。

进一步地，所述的第二引流凹槽沿第二喷盘轴向的截面呈S形，且S形截面的末端延伸方向为指向第二喷盘底面的方向，S形截面的末端与水平方向的夹角为-40～-50°。

进一步地，所述的第三喷盘的中心高，边缘低，第三喷盘中心处设置有中心锥，从中心锥沿第三喷盘的径向至第三喷盘边缘的曲线为平滑的S形曲线，S形曲线末端与水平方向的夹角为-55～-65°。

进一步地，所述的喷嘴外部设置有与供水管配合连接的外螺纹，喷嘴上沿轴心方向设置有轴向截面为倒梯形的水通道，水通道的进水口直径为出水口直径的1.3～1.4倍。

进一步地，所述的喷嘴的下部通过连接件对称设置有第一支架和第二支架，所述的第一喷盘、第二喷盘和第三喷盘平行且间隔分布在两个支架上，所述的连接件的外圆周呈六个依次连接的矩形状。

进一步地，所述的第一引流凹槽沿第一喷盘径向的水平长度为第一喷盘半径的0.7～0.8倍，第一引流凹槽截面倒等腰梯形的底角为115～120°，下底长度是上底长度的8～8.5倍。

进一步地，所述的第二引流凹槽沿第二喷盘径向的水平长度为第二喷盘半径的0.8～0.85倍，第二引流凹槽截面倒等腰梯形的底角为100～105°，下底长度是上底长度的10～10.5倍。

进一步地，所述的第二通孔的直径小于第一通孔的直径。

进一步地，所述的喷嘴的出水口、第一通孔、第二通孔的过截留面积之比为7：2:1。

进一步地，所述的喷嘴的出水口与第一引流凹槽末端的垂直距离、第一引流凹槽末端与第二引流凹槽末端的垂直距离、第二引流凹槽末端与第三喷盘上表面边缘的垂直距离相等。

本发明的多喷盘低压折射式喷头的工作原理为：水流经喷嘴打击上第一喷盘，一部分水流经过第一引流凹槽分散和消能，形成第一层喷洒水落在远喷头处，其余水流由第一通孔流向第二喷盘，一部分形成第二层喷洒水落在喷头中部，另一部分由第二通孔流至第三喷盘，形成第三层喷洒水落在近喷头处。本发明的有益效果是，经申请人的实验证明，在给定的50～200kPa低压工况下，单喷头径向水量分布曲线接近三角形，喷洒更加均匀，解决了现有低压折射式喷头由于水量集中于射程尾部引起的局部喷灌强度过高问题。

附图说明

图1(a)为本发明的主视图；

图1(b)为本发明的俯视图；

图1(c)为本发明的左视图；

图2为图1(a)的A-A视图；

图3为图1(a)的B-B视图；

图4为图1(b)的C-C视图；

图5为本发明喷头试验结果图。

图中标号代表：

1—第三喷盘，2—第二喷盘，3—第一喷盘，4—第一支架，5—喷嘴，6—连接件，7—第二支架，8—进水口，9—出水口，10—外螺纹，11—中心锥，12—第一挡水锥，13—第一通孔，14—第一挡水板，15—第一引流凹槽，16—第二挡水锥，17—第二通孔，18—第二挡水板，19—第二引流凹槽。

以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步的详细说明。

具体实施方式

理想的水喷头在水量喷洒时，在喷洒的范围内，水量分布应大致相同，但目前大多数喷头在使用时，由于其采用单喷盘结构，使水量的撒布在喷射面上常出现喷洒不均匀的情况，这与节能灌溉的理念是相悖的，这种灌溉方式最终使部分农作物灌溉过量，而另一部分则不能达到理想的灌溉效果。在喷头的位置相对固定时，这种差异化将一直保持下去，使农作物的生长受到较大的影响。

对于上述的现有喷头结构，其喷出的水量在撒布时是呈环形分布的，也就是说喷洒的水量是以不同的环形区域呈现差异化分布的，往往是处于喷洒最内圈的农作物得到过量的灌溉。这其实是由现有的单喷盘式喷头的结构所决定的。对于单喷盘式喷头，无论其上水流通道如何设置，由于出水口9只有一个，那么在水流喷出后，根据距离的远近水量难以达到一个较为理想的分布状态。发明人根据现有喷头的这些缺陷，提出了一种能使喷洒水量分布更加均匀的喷头：

一种多喷盘式低压折射喷头，包括喷嘴5和喷盘，所述的喷盘包括依次同轴间隔设置在喷头下方的第一喷盘3、第二喷盘2和第三喷盘1，其中第一喷盘3、第二喷盘2上沿喷盘的径向分别设置有第一引流凹槽15、第二引流凹槽19，第一喷盘3、第二喷盘2的轴心处分别开设有第一通孔13、第二通孔17；水流自喷嘴5引入后部分从第一引流凹槽15导出，部分穿过第一通孔13从第二引流凹槽19导出，剩余水流从第三喷盘1上导出，并且水流从三个喷盘上导出时的角度不同。

如图1至图3所示，为本发明结构的三视图。从图中可以清楚地看出，对于本喷头结构，主要分为四部分：用于和供水管连接的喷嘴5部分，以及三个喷盘部分。本发明解决水量喷洒不均的基本思路是，单喷盘受其结构的限制，水在喷出后易形成远近水量分布不均的情况。对于喷盘上流道结构的改进是一个可以考虑的思路，但是喷洒的形状、范围和分布量也在一定程度上会受到水流速度、单位时间内的喷洒质量等影响。因此解决喷洒不均匀的一个比较直观的思路是，如何利用现有喷盘结构的基础上，摒弃传统的单喷盘结构，采用多喷盘的方式，使喷盘之间喷洒出的水量分布相互交错弥补，最终使水量达到较佳的分布状态。

三个喷盘依次间隔设置在喷头下方，第一喷盘3和第二喷盘2中心处均开设有通孔。通孔的作用是将水流进一步地向下导流。采用多喷盘的结构，一个必须要考虑的问题就是如何在水流从喷盘上喷出之前合理地给每个喷盘上供给合适的水量。如本方案中的这种结构，水流从喷头中首先导入到第一喷盘3上，此时水流的横截面比较大，水流一部分从第一喷盘3上的第一引流凹槽15向喷头的四周射出，而水流中部的一部分则从第一通孔13中射到第二喷盘2中心处，与上一层类似，射到第二喷盘2上的水流一部分从第二喷盘2上的第二引流凹槽19向喷头四周射出，由于此时水量较少，那么向周围喷洒水流时水流的分布范围和上一层不同。那么还有一部分水流最终射在第三喷盘1上，这部分水流最终全部从第三喷盘1上导出。采用这种三层的导流结构，可使水流向外喷洒时水量分布在不同的环面上。而这种三层喷盘的结构，可以看做是三个单独的喷盘相互叠加，并且对水量的供给进行了优化，那么喷洒后水量的分布将更佳。这种结构要求喷嘴5的出水口9、第一通孔13、第二通孔17的过截留面积，即横截面逐渐减小，经发明人大量的计算试验，三者面积比为7:2：1时喷洒效果最佳，从而达到控制第一喷盘3、第二喷盘2、第三喷盘1形成的喷洒水量依次减小的目的。

作为对前述结构的优化，发明人进一步给出了对每个喷盘上引流凹槽的设计改进方法：

第一引流凹槽15沿垂直于凹槽延伸方向的截面为倒等腰梯形，第一引流凹槽15的前端与第一通孔13上端贯连，第一引流槽的末端延伸至第一喷盘3边缘处。

如图1(c)和图2所示，本方案中第一引流凹槽15，可以看作是间隔设置在第一喷盘3上表面上不同的第一挡水锥12之间形成的结构。挡水锥的纵向截面呈等腰三角形状，并且挡水锥的延伸方向是第一引流凹槽15的径向，那么当第一挡水锥12间隔设置时，相邻的两个第一挡水锥12之间就构成了第一引流凹槽15。第一挡水锥12的规格均相同，根据第一挡水锥12和第一引流凹槽15的结构可明显看出，第一引流槽的宽度是沿着远离第一喷盘3的方向逐渐增大的。当水流喷射到第一喷盘3中心处时，水流的速度最高，而这种第一引流凹槽15的结构，能有效减缓水压，而水流从第一引流凹槽15末端喷出时，喷洒面积也更大。发明人提供的一个较佳的实施例中，第一挡水锥12的长度与第一引流凹槽15的水平长度相同，这里的水平长度是指在水平面内沿着第一喷盘3半径的方向。第一挡水锥12截面等腰三角形的底角度数为70～75°，高4.5mm。第一挡水锥12可设置26个，间隔分布。第一引流凹槽15的前端与第一通孔13上端贯通连接，便于水流的导入，而第一引流凹槽15的末端延伸到第一喷盘3边缘处，将水流从第一凹槽中直接导出第一喷盘3。经过发明人大量实验和计算，第一引流凹槽15沿第一喷盘3径向的水平长度为第一喷盘3半径的0.7～0.8倍，第一引流凹槽15截面倒等腰梯形的底角为115～120°，下底长度是上底长度的8～8.5倍时，引流的效果最佳，保证水流能够充分消能，并将水流分散成多股小型水束，以提高喷洒水的抗风性；第一引流凹槽15共28个呈全圆对称分布。

为使第一引流凹槽15的使用效果更佳：第一引流凹槽15沿第一喷盘3的轴向截面为圆弧形，且圆弧形截面的末端的延伸方向为远离第一喷盘3底面的方向，圆弧形截面的末端与水平方向的夹角为10～20°。

从附图4所给出的示意可以明显地看出，第一引流凹槽15的轴向截面为圆弧形。这里的轴向截面是指在第一喷盘3的轴向面内，沿着第一喷盘3的半径方向，从第一喷盘3的中心处截切，截切后第一引流凹槽15被切面所切而形成的形状。从图中看出，第一引流凹槽15的的圆弧形截面的两端向上翘起，其中翘起的前端与第一通孔13贯连，而翘起的后端延伸至喷盘边缘，并且该末端的延伸方向为远离第一喷盘3底面的方向。这种第一引流凹槽15的结构，使得水流从第一引流凹槽15的前端导入到凹槽中，有着向下的一个缓冲，继而蓄能后从第一引流凹槽15的末端向上喷出，使喷出的水流出射角度为10～20°，如图4中标出的α，也就是上述的圆弧形截面的末端与水平方向的夹角。水平方向指垂直于第一喷盘3轴心线的方向。这一层的第一喷盘3，由于末端水流出射角度为正角度，使第一喷盘3导出的水流喷出后距离喷头的最远。

第二引流凹槽19沿垂直于凹槽延伸方向的截面为倒等腰梯形，第二引流凹槽19的前端与第二通孔17上端贯连，第一引流槽的末端延伸至第二喷盘2边缘处。第二引流凹槽19沿第二喷盘2轴向的截面呈S形，且S形截面的末端延伸方向为指向第二喷盘2底面的方向，S形截面的末端与水平方向的夹角为-40～-50°。

第二喷盘2上设置的第二引流凹槽19的结构与第一喷盘3上设置的第一引流凹槽15的结构相同，纵向截面也为倒等腰梯形，而同样地，第二引流槽也是通过间隔设置的第二挡水锥16形成的。但不同之处是，为了形成不同水量的分布环，第二引流凹槽19导出的水流角度与第一引流凹槽15是不同的，那么反应在结构上就是，第二引流凹槽19的底面延伸形状与第一引流凹槽15不同。如图3、图4所示，第二引流凹槽19的轴向截面呈S形，但这个S形曲面的整体弯曲程度不大，以免水流翘起。第二引流凹槽19将水流从末端导出后，水流的出射角为-40～-50°，如图4中标出的β。这里的负角度是指，以水平面之上的角度为正角度，那么水平面之下的角度即为负角度。也就是说，第二引流凹槽19将水流导出后，水流是朝着水平面斜向下射出的。水流从第二引流凹槽19的前端导入到凹槽中，由于其S形底面的设置，使水流得到一定的缓冲，继而从末端射出。第二引流凹槽19导出的水流撒布时水流分布环，与第一引流凹槽15洒出的水流分布环正好相接，使水流撒布更加均匀。发明人经过大量的测试和计算，第二引流凹槽19沿第二喷盘2径向的水平长度为第二喷盘2半径的0.8～0.85倍，第二引流凹槽19截面倒等腰梯形的底角为100～105°，下底长度是上底长度的10～10.5倍，时能与第一喷盘3、第三喷盘1到达一个较佳的配合状态，使水量的撒布更加均匀。

再来看第三喷盘1，第三喷盘1的中心高，边缘低，第三喷盘1中心处设置有中心锥11，从中心锥11沿第三喷盘1的径向至第三喷盘1边缘的曲线为平滑的S形曲线，S形曲线末端与水平方向的夹角为-55～-65°。

如图1(a)、图1(c)和图4所示，第三喷盘1上不设置引流凹槽，而第三喷盘1上表面整体为中间高、两面低的曲面，类似于茶壶盖的形状。其中部设置有中心锥11，中心锥11的正上方即为第二喷盘2上第二通孔17，中心锥11的锥点部位最高，其余部位为光滑面，光滑面延伸至第三喷盘1的边缘处，中心锥11的锥角为110～130°。如从中心锥11的锥点处沿着第三喷盘1的径向至第三喷盘1的边缘取一根线，那么这根线将呈曲线，整体为S形。第三喷盘1边缘指向水平面下方，使水流的出射角度呈-55～-65，如图4中标出的γ。第三喷盘1导出的水流分布圈与喷头最近，弥补了第一喷盘3、第二喷盘2少撒布的区域。采用这种三喷盘式结构，使喷头在撒布范围内，对不同的区域进行了充分、均匀的撒布，克服了现有的喷头在局部水量撒布大的问题，使形成的三层喷洒水落在地表距喷头不同距离处。

喷嘴5设置在整个结构的最上部，用于和供水管连接。供水管上一般攻有螺纹，为了便于连接，喷嘴5外部设置有与供水管配合连接的外螺纹10，喷嘴5上沿轴心方向设置有轴向截面为倒梯形的水通道，水通道的进水口8直径为出水口9直径的1.3～1.4倍。

如图1所示，喷嘴5外部攻有的外螺纹10，螺纹之间的螺距1.8mm，螺距截面为等腰梯形，底角为60～65°，下底长度是上底长度的17倍，这种结构能使螺接更加牢固，使喷头在水量的冲击下仍能保持稳定的工作状态。喷嘴5为圆锥形，锥段长26mm，外径23mm。喷嘴5内部即为水通道，供水管中的水流经过水通道进入喷头内部。水通道靠近供水管的一端为进水口8，另一端为出水口9，为了使水流在进入喷头中有着更大的水压使水流有更好的喷射强度，进水口8的直径应较出水口9大。

三个喷盘的具体安装方式可以是，喷嘴5的下部通过连接件6对称设置有第一支架4和第二支架7，所述的第一喷盘3、第二喷盘2和第三喷盘1平行且间隔分布在两个支架上，所述的连接件6的外圆周呈六个依次连接的矩形状。

如图1所示，第一支架4、第二支架7呈等腰梯形的板状，上底长度时下底长度的0.7～0.8倍，并尽量减少第一支架4、第二支架7的厚度，以防止其对水流的喷洒造成影响。第一支架4、第二支架7将三个喷盘固定在其上，并通过连接件6连接喷嘴5。第一支架4、第二支架7的规格相同，厚度3mm。安装时，应保证喷嘴5的出水口9与第一引流凹槽15末端的垂直距离、第一引流凹槽15末端与第二引流凹槽19末端的垂直距离、第二引流凹槽19末端与第三喷盘1上表面边缘的垂直距离相等，以保证后续该喷头上各个参数的计算设置能更为准确。另外，为了尽量减少第一引流凹槽15、第二引流凹槽19中的水流对第一支架4、第二支架7的冲击，第一支架4、第二支架7与第一喷盘3连接部分为第一挡水板14，第一挡水板14在第一喷盘3上对称设置两个，延伸至第一喷盘3中心处，厚度与第一支架4、第二支架7厚度相同，这样凹槽中的水将从第一挡水板14的两侧射出而不会喷射在支架上；第一挡水板14的截面为等腰梯形，底角90～95°，上底长度是下底长度的0.85～0.9倍。同样地，第一支架4、第二支架7与第二喷盘2连接部分为第二挡水板18，第二挡水板18截面呈等腰梯形，等腰梯形底角为80～90°，上底长度是下底长度的0.85～0.9，对称设置两个。

连接件6可以看做是一个固定套装在喷嘴5外部下端的六角螺帽，与喷嘴5固结为一体。连接件6外部的矩形，是长宽比为2:1的结构，并且边上有着半径为1mm的倒圆角。这种结构主要是使喷头在安装时能方便与工具配合，如扳手，使整个喷头能紧固在供水管上。

试验部分：

请参阅图5，图5是140kPa工作压力、1m喷头安装高度下的单喷头径向水量分布曲线图，图中横坐标为与喷头距离(m)，纵坐标为喷灌强度(mm·h^-1)。

本发明的多喷盘低压折射式喷头，其单喷头径向水量分布曲线接近三角形，达到了喷洒更均匀的要求，解决了现有低压折射式喷头由于水量集中于射程尾部引起的局部喷灌强度过高问题。

Claims (6)

1.一种多喷盘式低压折射喷头，包括喷嘴（5）和喷盘，其特征在于，所述的喷盘包括依次同轴间隔设置在喷头下方的第一喷盘（3）、第二喷盘（2）和第三喷盘（1），其中第一喷盘（3）、第二喷盘（2）上沿喷盘的径向分别设置有第一引流凹槽（15）、第二引流凹槽（19），第一喷盘（3）、第二喷盘（2）的轴心处分别开设有第一通孔（13）、第二通孔（17）；水流自喷嘴（5）引入后部分从第一引流凹槽（15）导出，部分穿过第一通孔（13）从第二引流凹槽（19）导出，剩余水流从第三喷盘（1）上导出，并且水流从三个喷盘上导出时的角度不同；

所述的第一引流凹槽（15）沿第一喷盘（3）的轴向截面为圆弧形，且圆弧形截面的末端的延伸方向为远离第一喷盘（3）底面的方向，圆弧形截面的末端与水平方向的夹角为10～20°；

所述的第二引流凹槽（19）沿第二喷盘（2）轴向的截面呈S形，且S形截面的末端延伸方向为指向第二喷盘（2）底面的方向，S形截面的末端与水平方向的夹角为-40～-50°；

所述的第三喷盘（1）的中心高，边缘低，第三喷盘（1）中心处设置有中心锥（11），从中心锥（11）沿第三喷盘（1）的径向至第三喷盘（1）边缘的曲线为平滑的S形曲线，S形曲线末端与水平方向的夹角为-55～-65°；

所述的第一引流凹槽（15）沿第一喷盘（3）径向的水平长度为第一喷盘（3）半径的0.7～0.8倍，第一引流凹槽（15）截面倒等腰梯形的底角为115～120°。

2.如权利要求1所述的多喷盘式低压折射喷头，其特征在于，所述的第一引流凹槽（15）沿垂直于凹槽延伸方向的截面为倒等腰梯形，第一引流凹槽（15）的前端与第一通孔（13）上端贯连，第一引流凹槽（15）的末端延伸至第一喷盘（3）边缘处。

3.如权利要求1所述的多喷盘式低压折射喷头，其特征在于，所述的第二引流凹槽（19）沿垂直于凹槽延伸方向的截面为倒等腰梯形，第二引流凹槽（19）的前端与第二通孔（17）上端贯连，第二引流凹槽（19）的末端延伸至第二喷盘（2）边缘处。

4.如权利要求1所述的多喷盘式低压折射喷头，其特征在于，所述的喷嘴（5）外部设置有与供水管配合连接的外螺纹（10），喷嘴（5）上沿轴心方向设置有轴向截面为倒梯形的水通道，水通道的进水口（8）直径为出水口（9）直径的1.3～1.4倍。

5.如权利要求1所述的多喷盘式低压折射喷头，其特征在于，所述的喷嘴（5）的下部通过连接件（6）对称设置有第一支架（4）和第二支架（7），所述的第一喷盘（3）、第二喷盘（2）和第三喷盘（1）平行且间隔分布在两个支架上，所述的连接件（6）的外圆周呈六个依次连接的矩形状。

6.如权利要求1所述的多喷盘式低压折射喷头，其特征在于，所述的第二引流凹槽（19）沿第二喷盘（2）径向的水平长度为第二喷盘（2）半径的0.8～0.85倍，第二引流凹槽（19）截面倒等腰梯形的底角为100～105°。