CN1064866C - 用于脉冲喷头的射流调节器 - Google Patents

Abstract

一种射流调节器，特别是一种用于旋转式脉冲喷头的射流调节器，包括：一用于产生射流的喷管(3)和喷嘴(7)；一偏转装置(10，100)，能够在完全位于射流外的位置和以最大程度浸入射流的位置之间横向自由摆动；用以支承偏转装置(10，100)的支承臂(8)，以输送由射流得到的能量；所述偏转装置具有一主表面，该主表面具有近似为圆柱形的弧形、凸状形状，且其轴线基本垂直于射流，并且该偏转装置与射流的水流基本成一直线以便产生通过液流动力所形成的负压力，并且还可选择地附加设有最好为平滑的第二表面，该第二表面以大角度倾斜于主表面，并且能够与射流相配合以在临界入射时，在弧形主表面上形成流柱的分离和完全中断。

Description

用于脉冲喷头的射流调节器

本发明涉及一种射流调节器，特别是用于操纵旋转式脉冲喷头的射流调节器。

本发明的装置也能被便利地应用于其它液力装置操纵，例如设置在未接通电线的地区以及发展中国家或能源资源有限的国家中的阀、闸阀，用于通报和／或控制水池或水流水位的设备。

我们知道旋转式脉冲喷头一般由管状体或喷管构成，在其一端带有一接头，用于连接供给压力水流的管道，在其相对端带有一喷嘴，用于产生具有预定直径及范围的连续射流。该接头应为具有近似垂直旋转轴线的旋转型接头，且被固定在位于地面上的设备或拖车上，或能迅速地被连接到这些装置上。

为了在圆形区域内提供均匀的水分布，喷管通过配接的调节器依靠利用射流离开喷管时的射流能量能够实现逐步转动。

传统的射流调节器主要包括一偏转装置，用以通过周期性伸入来吸收部分射流能量。通常，偏转装置被设置在距喷嘴一定距离处，并且安装在装配于喷管或连接弯管上的臂的一端以使其能够摆动。由偏转装置所吸收的能量会被转变成施加在喷管上的旋转扭矩以克服与旋转接头相连的制动装置的反向动作。

偏转装置具有破坏和周期性切断射流的辅助作用，以便获得喷水的最佳径向分布。

带有射流调节器的脉冲喷头的例子已在美国专利No．3，774，720和No．4，231，522，法国专利No．2，653，357，德国专利No．1，51，145，瑞士专利No．593，652及欧洲专利No．97 985中作了描述。

然而，这些已知调节器的第一个缺点在于其使用中的有限柔性，由于给定了偏转装置的尺寸和形状，所以相对于喷嘴直径和操作压力的变化来说，最佳利用范围则相对有限。

实际上，已知的调节器一般按预定程序在小直径射流和低操作压力或大直径射流和高操作压力下以最佳方式工作。

根据流体力学，虽然以高压及大直径工作的调节器宜产生非常高的效率但也会产生非常强烈的脉冲力以致臂和接头均需要相配的制动装置。

已知调节装置另一缺点在于相当大的复杂性，特别是在偏转装置的几何形状方面。

实际上，其另一缺点还在于必须将偏转装置设置在特定和准确的开始或停滞位置上以便起动运转，否则该装置则不会起动运转。

从DE-A-2803644可知一种快速回位型扇形喷灌器头，它具有：用于产生沿第一纵向轴线的自由水射流的喷嘴，所述喷嘴位于喷管的自由端，所述喷管通过可旋转的连接器与压力水流管道相连，该管道具有横向于所述第一纵向轴线的第二旋转轴线；偏转装置，能够在完全位于射流外的第一端位置与以最大限度浸入射流以便吸收其部分能量的第二端位置之间横向自由摆动；支承装置，用于可摆动地将所述偏转装置安装在所述喷管上以将由射流得到的能量输送给所述喷管从而促使其绕所述第二旋转轴线逐步运动。安装在冲击臂上且置于水流通道内的第一偏转装置以将逐步增加的转动传给喷头体。仅在希望实现喷头至其起始角度位置的快速回位转动时，该喷头带有一具有柯安达效应(coanda-effect)表面的第二偏转装置。这种结构在喷头的快速回位转动期间对工作人员来说是很危险的，并且不能确保喷头逐步转动的可靠起动。

本发明的目的在于通过提供一射流调节器来消除以上缺陷，该装置适用于旋转喷头及其它液力元件，并能够在一个宽射流直径和操作压力变化的范围内以最佳方式工作。

本发明一个目的在于提供一种调节器，用以在上述参数变化时，产生相对较小程度变化的操作力，以避免使用特定或成比例制动装置。

本发明另一个目的在于提供一种适用于旋转式脉冲喷头的调节器，以得到放射状均匀分布的水流。

本发明另一目的在于提供一种起动状态方面安全可靠的调节器。

本发明另一个目的在于提供一种具有非常简单和低造价结构的调节器。

为实现上述目的，按本发明提供了这样一种射流调节器，用于象旋转式脉冲喷头这样的水力装置，包括：用于产生沿第一纵向轴线的自由水射流的喷嘴，所述喷嘴位于喷管的自由端，所述喷管通过可旋转的连接器与压力水流管道相连，该管道具有横向于所述第一纵向轴线的第二旋转轴线；一偏转装置，它能够在完全位于射流外的第一端位置与以最大限度浸入射流以便吸收其部分能量的第二端位置之间横向自由摆动；支承装置，用于可摆动地将所述偏转装置安装在所述喷管上以将由射流得到的能量输送给所述喷管从而促使其绕所述第二旋转轴线逐步运动。其中：所述偏转装置具有至少一个弧形、凸状主表面，以适于在与水流成一直线时横向进入射流内，从而在起始摆动及稳定状态时产生使所述偏转装置向射流内部运动的负压力，及一基本扁平且相对于所述弧形主表面形成一较大隅角的第二表面，以使产生一反作用力，该反作用力具有一与所述弧形主表面上所产生的负压力相反并会使所述偏转装置从射流中移出的分量，从而起动摆动并保持其稳定状态。

最好，所述偏转在掠过有射流时，其设置应使其弧形主表面与射流大致相切。

此外，在浸入射流时，偏转装置的设置应使其轴线随主表面形成逐步增大的入射角。

主表面应大致为圆柱形，并具有相对较大且恒定的曲率半径和基本与射流轴线垂直的轴线，并且该主表面有一大致形成带有一弦的圆弧的右侧横截面，在浸入液柱时，该弦相对于射流轴线形成一比较小的平均入射角。

入射平均角应具有一临界值，在该临界值时以便于射流液柱中断并偏离主表面，并伴有由液流动力所产生的负压力急剧下降的结果，从而在反方向产生推进反作用力。

由于在水压和射流直径变化时，由液流动力所产生的负压力却不发生变化，因此带有相同偏转装置和基本恒定效率的调节器能够允许一较宽的工作范围。

作用在弧形主表面外弧面上的负压力应足以保证装置的起动及即使在很低流速和压力下装置的稳态工作。因此装置在任意工作条件下都非常可靠。

由于调节器在主切线上与水流相配合作用，因此它不会显著减小射流范围且能够实现相对于旋转轴线径向方向上的良好水充分布。

该调节器在结构上非常简单且造价低廉。

本发明的其它特点和优点从本发明调节器的一些最佳但并不是全部的实施例中能明显地看到，下面结合附图仅通过非限制性实施例加以说明，其中：

图1所示为安装在脉冲喷头上本发明调节器的第一实施例总体透视图；

图2所示为沿平面Ⅱ-Ⅱ，以放大比例表示的图1中装置构造的剖面底视图；

图3所示为沿垂直平面Ⅲ-Ⅲ的图2中装置构造的侧视剖视图；

图4所示为图2和图3中装置构造的前视图；

图5-图8所示在不同工作条件下，图1中调节器的侧视图；

图9所示为安装在脉冲喷头上，本发明调节器的第二实施例总体透视图；

图10所示为沿平面Ⅹ-Ⅹ的图9中调节器的侧视剖视图；

图11所示为沿平面Ⅺ-Ⅺ、图10中调节器的详细底视剖视图；

图12所示为沿平面Ⅻ-Ⅻ、图10中调节器的前视剖视图；

图13和14所示为图9中调节器在两个不同工作位置上的剖视示意图。

参考以上附图，总体由标号1表示的射流调节器被应用于传统型式的旋转式脉冲喷头2上。

该调节器也能有利地应用于其它具有压力水源的液力装置的逐步操作中，例如阀，闸阀，及在水流和水池附近的信号发生和控制装置。

具体地说，图1中旋转式喷头包括：一喷管3，它具有以小角度倾斜于水平面的第一轴线g，并在其一端有一连接弯管4，该弯管又被连于与压力水流管道6相连的旋转连接器5上。

连接器5主要由两部分组成，这两部分相互连接以形成密封，并且能围绕大体垂直的第二轴线V相互自由转动。管道6被固定在未在图中绘出的、位于地面上的固定支架或拖车上。

喷嘴7被安装在喷管3的自由端，且该喷嘴设有一直径适宜的孔，以便产生沿喷管3轴线g方向的连续射流G。

支承臂8可转动地安装在喷管3上以便能绕基本水平的第三轴线h摆动，该第三轴线与喷管3的第一轴线g成直角。为方便起鉴，臂8由两侧横杠8’，8”组成，这两个侧横杠通过一基本扁平的端板9相连。当臂与喷管3基本对齐时，臂的长度应能使扁平端板9沿射流方向设在喷嘴7外部，沿臂8的旋转轴线h安装有在图中未示出的、例如可由螺旋弹簧或适宜的平衡块构成的弹性回复装置，该装置用于使臂向上回位以便它能相对于喷管3基本对齐。

端板9上安装有偏转装置10，并形成了调节器1的主要部分。板9的位置应使在臂8的摆动期间，偏转装置10可在完全处于射流通道以外的位置和以最大程度浸入射流的位置之间进行相对于射流轴线g的横向摆动。在偏转装置浸入射流时，偏转装置10能吸收射流的部分动能从而将其转变为供喷头所用的推进能量。

根据本发明，偏转装置10具有一弧形、凸状主表面11，在与水流基本保持齐平时，该表面宜于侧向浸入射流之中。借助其弧形、凸状的形状，该表面基本上就象一个浸在液流中的翼型一样作用并以此来承受由液流动力所产生的负压力。作用于主表面11上的负压力势必会使偏装置10向射流内部回转。这一现象既发生在喷头的起动期间，也发生在其处于稳态工作的期间。

主表面11应最好为具有恒定曲率半径和具有与射流轴线大致垂直的轴线的近似圆柱面。主表面的曲率半径最好很大，例如在200至800mm之间。同时已发现具有大约500mm曲率半径的偏转装置，在利用2-10巴的射流压强及10-50mm直径喷嘴的情况下工作状况最佳。

如果圆柱形表面11沿与该面轴线垂直的平面横向剖切，那么所获得的剖面形状是带有给定弦长1的圆弧，该弦长以在50-120mm之间为好且最好在85mm左右。弦1也应与射流轴线g形成一一般入射角α。

根据本发明，主表面11相对于射流的设置应使当射流恰好掠过偏转装置时，该表面与水流基本相切，其入射角α的角度应为最小，实际上即为0°。

此外，当向射流内部，即向图3，5和6的上方牵引偏转装置时，由于液流动力所产生的负压力会使表面11的入射角α的角度逐渐增大但始终还是较小的。

参照图2，3和4，偏转装置10包括一具有较薄壁的调节元件12，所述壁的最大厚度例如在5mm左右且具有大致为梯形的平面形状；调节元件12的设置应使其轴线与臂8的中心线相一致。

调节部件12的上表面形状与主表面11相同，而其下表面13则是基本平滑的且最好与弦1相平行。

根据本发明，偏转装置10具有一第二表面，该表面适于在接近最大浸入位置处与射流相配合作用。

特别的是，第二表面由位于调节元件12上游的横向边缘14构成(由图2中虚线所示)，该表面具有大致平滑的形状且相对于主表面11急剧倾斜。位于两表面11和14间的隅角β比较大，例如在60°至85°之间且最好接近75°。

该第二表面14的存在会使液柱方向产生局部且非常突然的变化，但由于边界层的作用，液柱仍能依旧附着在弧形主表面11上。随着入射角α的增大，边界层会变得更薄并会损失能量，直至在某一临界入射角αc处边界层破坏，从而在下游产生涡流且使液柱从弧形主表面11上分离，大致如图7所示。我们发现对于图2，3和4中所示型式的偏转装置，该临界入射角α_c在6°-16°之间且最好接近12°。

这样会使由液动力产生的负压力突然下降，并同时产生由作用在第二表面14和主表面11上的射流产生的向下的反作用力。

这样一来会使偏转装置10从射流中迅速分离，如图8所示，并借助弹性回复装置或附加平衡块的作用而触发臂8的摆动。一旦起动，摆动就会以根据主表面11相对于射流的相对角度、射流直径及其压力、回恢力及装置的惯性动量而决定的稳定的频率、强度及宽度的状态持续下去。

为调整主表面11的入射角度，也可选用螺钉15来调节臂轴线h的支承。

为促使喷管绕其垂直轴线v转动，可使用一种能使射流横向偏转并适于在臂8上产生切向反作用力的变向元件。

该变向元件包括最少一在偏转装置10内部的弧形通道16。具体地说，通道16设在臂的端板9和层状板12的下表面13之间的空间中，该层状板12与板9隔有一定距离且以0°至10°，最好为接近5°的角γ相对于板9倾斜。该通道通过与元件12基本垂直的弧形变向壁17被横向限定。由于一般不会受射流影响，所以与第一壁17基本平行的第二侧壁17’的存在并不一定是必须的。

为了方便，壁17的起始部分与臂的纵向基本平行，且因此与射流轴线g对齐，而其末端部分19则相对于入口部分横向重新定向。

横向变向角度以在20°-50°之间为宜，且最好为接近35°。当射流通过通道16后，射流的方向变化会对臂施加一切向扭矩，并且这一扭矩会通过摆动轴线h传送至喷管3上。

显然，仅一个变向通道就能够对喷管3传递一个转动，因而使整个灌溉装置产生绕轴线v的单向转动。

在已说明的实施例中，有两个相邻且相对于臂的中心线基本对称的偏转通道16和20。通过在某一时刻，通过臂的相应轴向偏移S而对一个通道相对于射流进行对准调整能够实现喷头转向的改变。

为便于通道16和20内水流的进入，相应的前缘14’和14”为带有内角的V形结构，该内角在60°-180°之间且最好为接近100°。

在图9-14所示本发明调节器的第二实施例中，与第一实施例相同的元件用图1-8中所用过的相同的标号来表示。

偏转装置100被安装在臂8上并包括一调节元件101，该元件形似一翼型，并带有弧形表面102和103及一基本平直的前缘104。弧形上表面102与图1-4中主表面11相对应且下表面103与元件12的下表面13相对应。表面102和103与图10中符号S所表示的、基本与摆动臂8的旋转轴线h相平行的平面相对称，该平面相对于射流G的轴线g形成入射角r，以在起动和对臂8施加一起始向上或向下推力时避免调节装置的不稳定。

元件101的设置应使臂8在起始空载条件下，射流能切向掠过表面102或103并相对于对称平面S成一较小的角度α。对于小型调节器，例如用于产生直径在1．5至3．0cm间射流的调节器来说，可使元件101的边缘104较尖锐。对于较大的调节器来说，元件101的前缘104应最好由两个第二表面105，105’构成，该两表面分别在表面102和103上形成且相对于对称平面S倾斜一相对较大的角度β。通过这种方式，在射流的临界入射角α_c下，边界层破坏且由液流动力产生的、作用在面102上的负压力会突然降低，使液流动力产生的、作用在元件101上力突然变向。实际上，由于表面102上的负压力，元件101被向上，即向射流轴线方向牵引，直到达到对称面S的倾角α_c，然后由于表面102上的推力而使元件101随后被压下。通过这种方式，在任何工作状况下都会产生幅度逐渐增加的摆动。

调节器元件101被安装在基本呈U型的支撑架106上，特别是朝向通过一横壁109相互连接的两平行侧边107和108的末端。支撑架106本身又被刚性固定在摆动臂8的侧杆8’，8”上。

变向元件110被安装在支撑架106的侧边107和108之间且接近横壁109。该元件包括一锚定板111，该板大致为扁平矩形并且其上装有变向板112；板112比其上面的锚定板更厚且窄，并带有弧形侧壁113和114，它们大致对称于与喷管3的纵向轴线g基本平行且垂直于对称平面S的平面T。板111是倾斜的且相对于元件101的对称面S沿水流方向逐渐收缩，从而相对于元件101形成角θ。为了改变该角，可沿纵平面T安装两个调节螺钉115和116，以便使板111相对于由螺钉117和118所形成的回转轴线转动。

转向壁113和114与上板111能方便地形成两侧向通道，该通道用于相对于喷嘴7的纵向轴线g横向改变射流的方向，从而促使喷管3逐步转动。通过相对于喷管3改变臂8的倾斜，一转向通道在某一时刻会被暴露，从而在一个或其它方向上产生喷管相对于第二轴线V的转动。

在摆动期间偏转装置110向下移动时因受到射流冲击而将偏转器100向上推动的板112的下表面120可为扁平状并带有相对于板111以角ε倾斜的中心凹槽121，以便在偏转装置向下运动时减小射流的干扰。通过这一方式，当射流直径和压力增加时，从射流得到的、用于横向偏转的能量数值基本上保持不变。

作为可选择方案，板112的下表面由两对称面形成，这两对称面均以大致15°的角δ倾斜，如图12中虚线所示，从而避免了使用中心凹槽121。

总之，在这一实施例中，偏转装置100的调节元件101也能用来起动壁8绕轴线h的摆动并将其保持在稳定状态下，而转向件110用以对喷管施加一相对于基本垂直的第二回转轴线V的逐步旋转运动，以覆盖一圆形喷洒区域。

本发明的射流调节器即使在小直径射流和相对较小的压力下也特别有效、可靠，并能被应用于小型喷头上。

本发明的调节器易具有多种改进和变化。

所有能够用我们所了解的等效技术所代替的细节均应同样得到保护。并且根据实际要求，本发明的射流调节器可采用任意的材料、形状及尺寸。

Claims (23)

1．一种射流调节器，用于象旋转式脉冲喷头这样的水力装置，包括：用于产生沿第一纵向轴线(g)的自由水射流(G)的喷嘴(7)，所述喷嘴位于喷管(3)的自由端，所述喷管(3)通过可旋转的连接器(5)与压力水流管道(6)相连，该管道具有横向于所述第一纵向轴线(g)的第二旋转轴线(V)；一偏转装置(10；100)，它能够在完全位于射流外的第一端位置与以最大限度浸入射流以便吸收其部分能量的第二端位置之间横向自由摆动；支承装置(8)，用于可摆动地将所述偏转装置(10；100)安装在所述喷管(3)上以将由射流得到的能量输送给所述喷管(3)从而促使其绕所述第二旋转轴线(V)逐步运动；其特征在于：所述偏转装置(10；100)具有至少一个弧形、凸状主表面(11；102)，以适于在与水流成一直线时横向进入射流内，从而在起始摆动及稳定状态时产生使所述偏转装置(10；100)向射流内部运动的负压力，及一基本扁平且相对于所述弧形主表面(11，102)形成一较大隅角(β)的第二表面(14；105)，以使产生一反作用力，该反作用力具有一与所述弧形主表面(11；102)上所产生的负压力相反并会使所述偏转装置(10；100)从射流中移出的分量，从而起动摆动并保持其稳定状态。

2．根据权利要求1所述的射流调节器，其特征在于：所述弧形主表面(11；102)为近似圆柱形，并具有相对较大且恒定的曲率半径(R)和基本与射流轴线垂直的轴线。

3．根据权利要求2所述的射流调节器，其特征在于：所述弧形主表面(11；102)的横截面具有形状大致为圆弧的外形，其弦(d)或参考平面(S)相对于射流(G)的轴线(g)分别形成有一平均入射角(α)。

4．根据权利要求3所述的射流调节器，其特征在于：当射流掠过偏转装置(10；100)时，所述弧形主表面(11；102)与水流基本相切。

5．根据权利要求3所述的射流调节器，其特征在于：所述弦(d)，所述弧形主表面(11；102)的对称面(S)的相应设置应能在浸入射流时，形成在每一摆动期间逐渐增大的入射角(α)。

6．根据权利要求1所述的射流调节器，其特征在于：所述入射角(α)有一临界值(α_c)以适于产生所述主表面(11；102)上游液柱的分离及完全中断以及在作用于所述偏转装置(10；100)上的合力突然变向的情况下，使作用在其上的负压力突然下降。

7．根据权利要求6所述的射流调节器，其特征在于；所述入射临界角(α_c)在6°-16°之间。

8．根据权利要求1所述的射流调节器，其特征在于：所述的隅角(β)在60°-85°之间。

9．根据权利要求1所述的射流调节器，其特征在于：所述横向转动轴线(V)基本上是垂直的。

10．根据权利要求9所述的射流调节器，其特征在于：提供一装置用以对绕所述垂直轴线(V)的所述喷管(3)的转动进行制动。

11．根据权利要求1所述的射流调节器，其特征在于：用于支承偏转装置(10；100)的所述装置(8)包括一旋转安装在所述喷管(3)上的基本刚性的臂(8，8′，8″)，用于绕基本水平的第三摆动轴线(h)产生摆动。

12．根据权利要求1所述的射流调节器，其特征在于：所述偏转装置(10，100)包括一具有较薄壁的调节元件(12；101)，所述薄壁具有一形状象所述弧形主表面的上表面(11；102)，一大致为扁平或相应弧形的下表面(13；103)，以及一形似所述平滑的第二表面的横向前缘(14，14′，14″；105)。

13．根据权利要求12所述的射流调节器，其特征在于：所述调节元件(12)被固定在刚性连接于所述臂(8)的一大致为扁平的端板(9)上，所述下表面(13)相对于臂的所述端板(9)稍微留有间隙并以0°至10°的角(r)倾斜。

14．根据权利要求12所述的射流调节器，其特征在于：所述偏转装置(10)具有一适于产生射流横向偏转的变向元件(16，20；112，113，114)，并通过切向反作用力的结果来促使喷管(3)绕所述基本垂直的第二轴线(V)转动。

15．根据权利要求14所述的射流调节器，其特征在于：所述变向元件(16，20)包括至少一位于所述端板(9)和所述调节元件(12)间的弧形通道(16)，及最少一基本垂直于所述元件(12)的弧形变向壁(17)，所述变向壁具有一起始部分(18)和一末端部分(19)，该起始部分与所述臂的轴向基本平行，而该末端部分则相对于入口部分应横向重新定向。

16．根据权利要求15所述的射流调节器，其特征在于：它包括相互邻近并相对于所述臂(8)的中心线基本对称的两变向通道(16，20)，且这两个通道能够有选择地对准射流从而使喷管在其可转动的两个方向上以其中的一个方向作转动。

17．根据权利要求16所述的射流调节器，其特征在于：在所述两个变向通道中，所述层状元件的前缘(14′，14″)具有V形平面，并带有60°至180°的内角。

18．根据权利要求12所述的射流调节器，其特征在于：所述调节元件(101)形状基本为带有上、下表面(102，103)的翼型，该上、下表面相对于与所述参考平面相对应的对称平面(S)基本对称，所述参考平面相对于射流(g)的轴线形成可变入射角(α)且调节元件带有用以形成所述第二表面的前缘(103)。

19．根据权利要求18所述的射流调节器，其特征在于：所述偏转元件(110)包括一基本扁平的锚定板(111)，在其下面固定有变向板(112)，所述变向板具有至少一个弧形横向偏转壁(113，114)它与所述锚定板(111)形成至少一个偏转通道。

20．根据权利要求19所述的射流调节器，其特征在于：所述调节元件(101)和所述变向元件(110)被固定在基本为U形的支撑架(106)侧臂(107，108)之间的适当位置上，该支撑架本身则被固定在所述臂(8，8′，8″)的端部。

21．根据权利要求15或20所述的射流调节器，其特征在于：所述弧形变向壁(17；113，114)的侧向变向角(δ)在20°至50°之间。

22．根据权利要求6所述的射流调节器，其特征在于：它具有用于在所述临界入射位置处，相对于射流轴线调节所述主表面和所述第二表面的位置及入射角的装置(15，115，116)。

23．根据权利要求1所述的射流调节器，其特征在于：它包括与接头(109)相连的制动装置，用于对绕所述垂直轴线的所述喷管的转动进行制动，所述制动装置为可选择单向型制动器。

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