CN105080739A - 无损涡旋挖藕喷头 - Google Patents

Abstract

一种无损涡旋挖藕喷头，在管道内部加工多线数、多圈数的螺旋槽道(包括三角形、矩形和梯形)而成的零件。这种结构可以使得喷出的水流分导为外层的旋流和内部的直流，实现喷流的柔性冲击。在实际的运用过程中，由无损涡旋喷头导出的外层的旋流可以将内部的直流与外界的水环境隔离开来，减小外部水环境对内部直流流速及压力的阻碍作用，在旋流的内部形成一个相对的低压环境，以保证内部直流的高强度冲击，同时旋流可以将挖出的藕与高强度的直流隔离开，避免高强度的直流对藕造成冲击损伤，并且由外层旋流所引起的周围部分水环境的强迫旋流以及外层旋流本身还可以对藕进行冲刷清洗。这样就很好地可以降低挖藕遗漏率和损伤率。

Description

无损涡旋挖藕喷头

技术领域

本发明涉及一种无损涡旋挖藕喷头，它是无损伤涡旋挖藕机的执行部件，与挖藕机的高压水泵的出水口相连接，实现水流的旋转流动。

背景技术

现有挖藕机喷头存在的主要问题是水流压力损失很大以及不能对已挖出的藕实现柔性冲洗，主要原因是：

经由直流喷头喷出的水流在进入池塘的水环境中时，水环境对喷出的水流具有很大的阻碍作用，以至于水流的压力损失很大，这样就不能达到预期的冲击效果，致使挖藕遗漏率很高，而且，被挖出的藕在喷头附近由于压力仍然比较高，这样就对藕造成很大的损伤。

喷头是挖藕机的关键部分之一，要求在不增加高压水泵压力的情况下，保证喷出的水流可以实现柔性冲击，即既要保证具有更高的冲击力以冲刷泥土，又要保证高压水流不会对藕产生冲击损伤。因此，对挖藕机的喷头进行尺寸和结构进行优化，发明新型无损涡旋挖藕喷头尤为重要。

图1为无损涡旋挖藕喷头示意图。这种结构的喷头可以将水流的外层以螺旋线的形式喷出，中间的水流仍保持圆柱形直流形式喷出。得到图2所示的平面圆形涡(朗肯组合涡)，这种平面圆形涡由外围的圆形涡和内部的强迫涡组合而成。从涡旋喷头喷出的水流进入水中后，就形成了图3所示的水流流动环境。

首先，在圆形涡外部，流动不存在旋流的情况，对流场中的任意两点，有无旋流的伯努利方程在不计量力的情况下，把上式的一点取在无穷远处，此时，u＝u_θ＝0，则流场中任意一点的压强为由此可知，半径r越小，速度越大，而压强p越小，当r＝r₀时涡旋速度u_θ0达到最大值，压强p₀达到最小值，即u_θ0＝u_max＝ωr₀， $p_0=p_{\mathrm{mm}}=p_{\∞}-\frac{{\mathrm{\ρ\ωr}}_0}{2}.$

其次，在圆形涡内部即强迫涡处，有旋转流体的伯努利方程将其中一点取在圆形涡的周界(r＝r₀)上，注意到r＝r₀时，u_θ＝u_θ0，p＝p₀。这样，圆形涡内任一点的涡旋速度、压强为：u_θ＝ωr，特别指出，在圆形涡核心(r＝0)处，压强达到最小值。

这样就得到圆形涡内外压强分布图4和速度分布图5。由图可知，在圆形涡外，压强随着速度的增大而减小；在圆形涡内，速度随半径的减小而减小，压强也随之降低，中心点压强最小。

发明内容：

本发明为一种无损涡旋挖藕喷头，结构如图1所示，是一种在管道内部加工多线数、多圈数的螺旋槽道(包括三角形、矩形、梯形)而成的零件，可实现喷流的柔性冲击。

本发明可以使得喷出的水流外层旋流和内部的直流在流速、压力上都能达到最适合挖藕工作所需的值，这样的旋流可以将内部的直流与外界的水环境隔离开来，减小外部水环境对内部直流流速及压力的阻碍作用，在旋流的内部形成一个相对的低压环境，以保证内部直流的高强度冲击，同时旋流可以将挖出的藕与高强度的直流隔离开，避免高强度的直流对藕造成冲击损伤，并且由外层旋流所引起的周围部分水环境的强迫旋流还可以对藕进行冲刷。这样就可以降低挖藕遗漏率和损伤率。

本发明所采用的这种尺寸能够在保证与原有设备部件具有很好的互换性前提下，实现最大的冲击压力、冲击流量、旋流量，达到最佳的柔性冲击效果，效果如图8所示。

附图说明

图1为本发明的无损涡旋挖藕喷头结构示意图。

r₁为旋流内径，r₂为旋流外径，r₀为旋流中径。

图2为经由喷头喷出的平面圆形涡示意图。

图中，中心的圆形区域C为内部的直流由于外围旋流而引起的强迫涡，外围的圆环区域D为由旋流槽道喷出的圆形涡。r₁为旋流内径，r₂为旋流外径，r₀为旋流中径。

图3为平面圆形涡进入水环境中所形成的水流旋转流动环境示意图。

图中，最外围的区域E为水环境，在靠近中间旋流部分由于旋流作用而引起部分强迫的旋转流动，r₁为旋流内径，r₂为旋流外径，r₀为旋流中径。。

图4为旋流引起的圆形涡内外速度分布图。

图中，x轴表示距离，y轴表示速度，r₁为旋流内径，r₂为旋流外径，r₀为旋流中径，u₁为旋流内径处的流速，u₂为旋流外径的流速，u₀为旋流中径的流速。最外围的区域E为水环境，在靠近中间旋流部分由于旋流作用而引起部分强迫的旋转流动。

图5为旋流引起的圆形涡内外压强分布图。

图中，x轴表示距离，y轴表示压强，a为旋流在内部直流处引起的强制旋涡，b为旋流自由漩涡，c为旋流在外部水环境引起的强制旋涡，为距离旋流中心点无穷远处的压强，p_mm为旋流中心点处的压强，p₁为旋流内径处的压强，p₂为旋流外径的压强，p₀为旋流中径的压强。

图6为无损伤螺旋挖藕喷头分析结果图。

图中，云图所显示的为无损涡旋挖藕喷头所喷射水流压强的分布图。

具体实施方式

本发明通过对旋流喷头产生的旋流效果进行深入的研究，找出最有利于挖藕效果的结构参数，并对喷头进行尺寸和结构优化，提供一种高效的无损涡旋挖藕喷头。具体实施方式如下：

该喷头由圆柱形喷头和螺旋槽道(包括三角形、矩形和梯形)构成，见图1。圆柱形喷头可以实现高压水流的直流喷射。螺旋槽道可以实现高压水流的旋转流动，形成涡旋流动，如图2所示。

这种无损涡旋挖藕喷头可以使得喷出的水流外层旋流可以将内部的直流与外界的水环境隔离开来，减小外部水环境对内部直流流速及压力的阻碍作用，在旋流的内部形成一个相对的低压环境，如图4和图5所示，以保证内部直流的冲击强度不至于被衰减很多，仍能保证对泥土的高强度冲击，同时旋流可以将挖出的藕与高强度的直流隔离开，避免高强度的直流对藕造成冲击损伤，并且由外层旋流所引起的周围部分水环境的强迫旋流还可以对藕进行冲刷。这样就不仅可以降低挖藕遗漏率还可以有效降低挖藕的损伤率。同时所采用的这种结构尺寸能够在保证与原有设备部件具有很好的互换性前提下，实现最大的冲击压力、冲击流量、旋流量。

对无损涡旋挖藕喷头的截面形状、截面尺寸、线数、导程进行尺寸优化，得到一组最优的参数。优化后的截面形状可以将水流更平滑地导出，截面尺寸可以在保证与原有部件互换性的前提下实现最大的喷流量和最佳的冲击力，线数可以保证从各个方向喷射的水流均匀化；导程可以使得水流在螺旋槽道内旋转四周后以最大的惯性旋转喷出。优化后的一组参数可以实现无损涡旋挖藕喷头达到一个更佳的挖藕效果，很大程度上提高了挖藕效率，降低挖藕遗漏率和挖藕损伤率。

Claims (1)

1.一种无损涡旋挖藕喷头，是一种在管道内部加工螺旋槽道而成的零件。其特征在于可以使得喷出的水流外层旋流和内部的直流在流速、压力上都能达到最适合挖藕工作所需的值，这样的旋流可以将内部的直流与外界的水环境隔离开来，减小外部水环境对内部直流流速及压力的阻碍作用，在旋流的内部形成一个相对的低压环境，以保证内部直流的高强度冲击，同时旋流可以将挖出的藕与高强度的直流隔离开，避免高强度的直流对藕造成冲击损伤，并且由外层旋流所引起的周围部分水环境的强迫旋流还可以对藕进行冲刷。这样就可以降低挖藕遗漏率和损伤率。