CN106286090A - 一种直联式卷盘喷灌机水涡轮 - Google Patents

一种直联式卷盘喷灌机水涡轮 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种直联式卷盘喷灌机水涡轮，包括进水管道、涡轮盖、叶轮、涡轮壳体、驱动轴和出水管道；所述叶轮位于涡轮壳体内，涡轮壳体外端扣装涡轮盖；驱动轴一端与叶轮相连，另一端穿过涡轮盖与变速箱相连；所述进水管道依次包括锥形段和平直段，所述锥形段为圆弧收缩形；所述进水管道的进水口中心线与水平方向平行；所述出水管道为直锥形，所述出水管道的出水口中心线与水平方向夹角β为45～50°；所述叶轮的叶片为圆柱形，叶片分为圆弧段与竖直段。本发明调整了进水管道和出水管道安装位置，将现有结构的轴向流道改进为切向流道，减少了水涡轮安装所需空间，使结构更加紧凑，可以与变速箱直连，简化传动方式，减少传动损失，达到提高效率的目标。

Description

一种直联式卷盘喷灌机水涡轮
技术领域
本发明属于水涡轮机械装置研究领域，具体涉及一种直联式卷盘喷灌机水涡轮。
背景技术
卷盘式喷灌机自上世纪70年代引进我国以来，因其结构紧凑，运输便利，操作简单，灌溉效果好以及智能化程度高等优势在我国得到了广泛应用，尤其在我国北方主要农作物产区。现阶段我国应用的卷盘式喷灌机的驱动装置主要为水力驱动型。
水力驱动型卷盘式喷灌机工作过程中，卷盘回收软管的能量由水涡轮经传动机构提供，传动种类包括链传动、带传动和齿轮传动。在这过程中，传动损失非常可观，在小型卷盘式喷灌机上，因其水涡轮的平面结构，可以实现水涡轮与变速箱直连，减少了带传动的损失；但在大中型卷盘式喷灌机中，因其适用的水涡轮结构复杂，在空间上难以实现与变速箱的直连传动，所以传动损失较大，因此如何改进大众型卷盘式喷灌机的水涡轮，减少传动损失，使结构更加紧凑，是个亟待解决的问题。
除了上述问题，水涡轮的设计同时还需要在一定程度高效率值的基础上，使其具有宽幅的转速调节范围和工作流量范围，尤其是在小流量下可以输出足够驱动卷盘转动的扭矩，使得整机对不同工况具有较强的适应性。国内目前大量使用的水涡轮目前结构只有两种水力模型，均为冲击式设计。喷灌泵输送的高压水，经过安装在叶轮入口之前的喷嘴形成高速射流冲击叶片带动叶轮转动，固定在叶轮上的驱动轴随叶轮转动经传动机构带动卷盘转动，从而实现喷头小车的回收作业。
2012年刘念民等人发明的实用新型专利“卷盘式浇灌机的水涡轮”，专利号为CN202645824U，公开了一种卷盘式浇灌机的水涡轮，主要描述了水涡轮的涡轮壳体和进出口结构，通过延长进出口的长度，通过提高喷嘴效率达到提高水涡轮的效率，并未对叶轮结构作出详细介绍。2015年许来宣等人发明的实用新型专利“卷盘式喷灌机水涡轮”，专利号为CN204327389U，公开了一种卷盘式喷灌机用水涡轮，主要描述了涡轮壳体结构以及叶片调节杆，通过设计叶片调节杆，使得喷灌机在水压不变情况下可以调整输出扭矩，但调节较为繁琐，且未对叶片进行优化，未体现提升效率以及转速调节范围。随着国内对农业机械化的推进，高效率低能耗卷盘式喷灌机将成为将来喷灌机行业发展的重点，作为核心驱动部件的水涡轮有很大改善空间。因此，对水涡轮结构的优化设计能够很大程度上改善卷盘式喷灌机的工作效率与可靠性。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题提供一种直联式卷盘喷灌机水涡轮，以提高水涡轮的工作效率，简化连接形式和结构，降低生产制造成本。
本发明的技术方案是：一种直联式卷盘喷灌机水涡轮，包括进水管道、涡轮盖、叶轮、涡轮壳体、驱动轴和出水管道；
所述涡轮盖和涡轮壳体均为圆形，所述叶轮位于涡轮壳体内，涡轮壳体外端扣装涡轮盖；驱动轴一端与叶轮相连，另一端穿过涡轮盖与变速箱相连；
所述进水管道焊接在涡轮壳体的一侧，所述出水管道焊接在涡轮壳体的另一侧，所述进水管道依次包括锥形段和平直段，所述锥形段为圆弧收缩形；所述进水管道的进水口中心线与水平方向平行；所述出水管道为直锥形，所述出水管道的出水口中心线与水平方向夹角β为45～50°；
所述叶轮包括若干叶片和轮毂，所述叶片沿圆周方向均匀分布在轮毂顶端端面上；所述叶片为圆柱形，叶片分为圆弧段与竖直段。
上述方案中，所述圆弧段与竖直段的夹角α为67.5°。
进一步的，所述叶片的数量为24片。
上述方案中，所述锥形段出口到叶片的距离d小于5倍平直段的直径D2。
上述方案中，所述出水管道的锥度为3～6°。
上述方案中，所述进水管道的圆弧段进口直径D1为45mm，圆弧半径R为50mm，弧度为0.72rad；所述平直段长L为30mm，平直段直径D2为20mm；所述出水管道的出水口中心线与水平方向夹角β为45°，所述出水管道的锥度为5°。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的叶轮叶片为圆柱形叶片，其中圆弧段与竖直段的夹角α为67.5°，以减少进口水流撞击损失，叶片的数量为24片，圆柱型叶片，效率相比直立叶片有明显提高，而且与轮毂一体铸造，节约制造成本，简化制造程序；水涡轮进水管道构造为圆弧收缩结构能够更好的促进压力流动，提高流速系数，降低水力损失；出水管道采取上斜式设计以满足无冲击出口设计，减少出口撞击损失，降低了回流引起的能量损失与振动风险；本发明调整了进水管道和出水管道安装位置，将现有结构的轴向流道改进为切向流道，减少了水涡轮安装所需空间，使结构更加紧凑，可以与变速箱直连，简化传动方式，减少传动损失，达到提高效率的目标。
附图说明
图1是本发明一实施方式的水涡轮结构示意图；
图2是本发明一实施方式的叶轮示意图；
图3是图2的侧视图；
图4是本发明一实施方式的进水管道与出水管道结构示意图。
图中：1、进水管道；101、锥形段；102、平直段；2、涡轮盖；3、叶轮；4、涡轮壳体；5、驱动轴；6、出水管道；7、叶片；701、圆弧段；702、竖直段；8、轮毂。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。
图1所示为本发明所述直联式卷盘喷灌机水涡轮的一种实施方式，所述直联式卷盘喷灌机水涡轮包括进水管道1、涡轮盖2、叶轮3、涡轮壳体4、驱动轴5和出水管道6。
所述涡轮盖2和涡轮壳体4均为圆形，所述叶轮3位于涡轮壳体4内，涡轮壳体4外端扣装涡轮盖2；驱动轴5一端与叶轮3相连，另一端穿过涡轮盖2与变速箱相连。所述涡轮壳体4、叶轮3与涡轮盖2之间构成涡轮腔室。
所述进水管道1焊接在涡轮壳体4的一侧，所述出水管道6焊接在涡轮壳体4的另一侧，所述进水管道1依次包括锥形段101和平直段102；所述锥形段101为圆弧收缩形，可形成高速射流，将入流势能转化为射流动能，使得射流以高速度冲击叶片做功，同时为回收能量；优选的，所述锥形段101出口到叶片7的距离d小于5倍平直段102的直径D2，以减少射流损失，使得射流冲击叶片的力达到最大；所述进水管道1的进水口中心线与水平方向平行；所述出水管道6为直锥形，优选的，所述出水管道6的锥度为3～6°，所述出水管道6的出水口中心线与水平方向夹角β为45～50°，满足无冲击出口设计，以减少出口撞击损失。所述进水管道1用于与进水管连接，出水管道6用于与出水软管连接。
如图2和图3所示，所述叶轮3包括若干叶片7和轮毂8，所述叶片7沿圆周方向均匀焊接在轮毂8顶端端面上；所述叶片7为圆柱形，叶片7分为圆弧段701与竖直段702，优选的，所述圆弧段701与竖直段702的夹角α为67.5°，以减少进口水流撞击损失。优选的，所述叶片7的数量为24片。圆柱形叶片，效率相比直立叶片有明显提高，而且叶片7与轮毂8一体铸造，节约制造成本，简化制造程序。
如图4所示，所述平直段102进口到叶片7的距离d小于5倍平直段102的直径D2。
优选的，本实施例中，所述进水管道1的圆弧段701进口直径D1为45mm，圆弧半径R为50mm，弧度为0.72rad；所述平直段102长L为30mm，平直段直径D2为20mm；所述出水管道6的出水口中心线与水平方向夹角β为45°，所述出水管道6的锥度为5°。
本发明的工作过程如下：卷盘式喷灌机首先在拖拉机的牵引下，转移到田间喷灌作业区，将PE软管平铺在田间，PE软管一端与喷灌小车相连，另一端缠绕在卷盘上并与水涡轮出水管道6相连，当卷盘式喷灌机水涡轮进水管道1与田间喷灌压力水的给水栓相连时，压力水入机，压力水经进水管道1流入，通过进水管道1内的喷嘴结构冲击叶轮3的叶片7，使叶轮3带动驱动轴5旋转，驱动轴5另一端带动变速箱驱动链传动，链传动带动卷盘缓慢旋转，PE软管一层一层缠绕在卷盘上，喷头小车亦随着PE软管的缠绕向卷盘车运动，从水涡轮流出的压力水通过水涡轮出水管道6与PE软管相连，压力水通过PE软管流经喷嘴喷洒而出，喷灌小车上的喷头开始喷水作业，着PE软管的回收，喷灌小车靠近卷盘车时自动停止工作，然后整机转180，或将卷盘式喷灌机由拖拉机牵引至下一个工作地点进行喷灌作业。
本发明通过对水涡轮进水管道、出水管道和叶片的改进以提高水涡轮的工作效率，简化连接形式和结构，降低生产制造成本。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种直联式卷盘喷灌机水涡轮，其特征在于，包括进水管道(1)、涡轮盖(2)、叶轮(3)、涡轮壳体(4)、驱动轴(5)和出水管道(6)；
所述涡轮盖(2)和涡轮壳体(4)均为圆形，所述叶轮(3)位于涡轮壳体(4)内，涡轮壳体(4)外端扣装涡轮盖(2)；驱动轴(5)一端与叶轮(3)相连，另一端穿过涡轮盖(2)与变速箱相连；
所述进水管道(1)焊接在涡轮壳体(4)的一侧，所述出水管道(6)焊接在涡轮壳体(4)的另一侧，所述进水管道(1)依次包括锥形段(101)和平直段(102)，所述锥形段(101)为圆弧收缩形；所述进水管道(1)的进水口中心线与水平方向平行；所述出水管道(6)为直锥形，所述出水管道(6)的出水口中心线与水平方向夹角β为45～50°；
所述叶轮(3)包括若干叶片(7)和轮毂(8)，所述叶片(7)沿圆周方向均匀分布在轮毂(8)顶端端面上；所述叶片(7)为圆柱形，叶片(7)分为圆弧段(701)与竖直段(702)。
2.根据权利要求1所述的直联式卷盘喷灌机水涡轮，其特征在于，所述圆弧段(701)与竖直段(702)的夹角α为67.5°。
3.根据权利要求2所述的直联式卷盘喷灌机水涡轮，其特征在于，所述叶片(7)的数量为24片。
4.根据权利要求1所述的直联式卷盘喷灌机水涡轮，其特征在于，所述锥形段(101)出口到叶片(7)的距离d小于5倍平直段(102)的直径D2。
5.根据权利要求1所述的直联式卷盘喷灌机水涡轮，其特征在于，所述出水管道(6)的锥度为3～6°。
6.根据权利要求1至5所述的直联式卷盘喷灌机水涡轮，其特征在于，所述进水管道(1)的圆弧段(701)进口直径D1为45mm，圆弧半径R为50mm，弧度为0.72rad；所述平直段(102)长L为30mm，平直段直径D2为20mm；所述出水管道(6)的出水口中心线与水平方向夹角β为45°，所述出水管道(6)的锥度为5°。
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GR01 Patent grant
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EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20170104

Assignee: JIANGSU HUAYUAN WATER-SAVING Co.,Ltd.

Assignor: JIANGSU University

Contract record no.: X2022980007873

Denomination of invention: A water turbine of direct connected reel sprinkler

Granted publication date: 20190531

License type: Exclusive License

Record date: 20220615

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract