CN111330753B - 一种叶轮驱动式旋转喷嘴及其旋转速度调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叶轮驱动式旋转喷嘴及其旋转速度调节方法，包括阻尼装置、旋转体、喷嘴和叶轮；所述喷嘴安装在支撑架上；所述旋转体一端可旋转安装在喷嘴上；所述旋转体上设有叶轮，通过喷嘴使所述叶轮带动旋转体旋转；所述旋转体另一端可旋转安装在支撑架上，所述旋转体与支撑架之间设有阻尼装置，用于调节所述旋转体旋转过程中的阻力。本发明可以解决旋转式喷洒元件结构复杂、水力性能参数不易调节、能耗高、工作不够稳定的关键技术问题，具有产品结构简单、能耗低、运行可靠等优点。

Description

一种叶轮驱动式旋转喷嘴及其旋转速度调节方法

技术领域

本发明涉及农业节水灌溉技术领域，特别涉及一种叶轮驱动式旋转喷嘴及其旋转速度调节方法。

背景技术

旋转式喷洒元件是喷微灌系统中的关键装备，其性能的好坏直接影响到灌溉的效果，目前广泛使用的旋转式喷洒元件设备在应用中存在着以下的缺点，喷洒元件设备中所实现的重要水力性能不容易进行调节，例如旋转速度、喷洒射程、喷洒均匀性、喷洒水滴的粒径等参数；旋转式喷洒元件驱动部件的结构形式较为复杂，在实现旋转的工作过程中需要克服各种阻力才能完成喷洒导致能耗高等情况。因此，目前的旋转式喷洒元件设备不适合同时应用于水力性能参数要求不同的应用场景，还存在着在特殊的情况下驱动部件不能获得足够大的驱动力，造成喷洒元件不能完成稳定的旋转工作的关键技术问题。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种叶轮驱动式旋转喷嘴及其旋转速度调节方法，所要解决的是旋转式喷洒元件结构复杂、水力性能参数不易调节、能耗高、工作不够稳定的关键技术问题，具有产品结构简单、能耗低、运行可靠等优点。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种叶轮驱动式旋转喷嘴，包括阻尼装置、旋转体、喷嘴和叶轮；

所述喷嘴安装在支撑架上；所述旋转体一端可旋转安装在喷嘴上；所述旋转体上设有叶轮，通过喷嘴使所述叶轮带动旋转体旋转；所述旋转体另一端可旋转安装在支撑架上，所述旋转体与支撑架之间设有阻尼装置，用于调节所述旋转体旋转过程中的阻力。

进一步，所述旋转体两端分别设置有凹槽，所述旋转体一端凹槽内穿过所述喷嘴，所述旋转体一端与喷嘴之间设有平面推力支撑；所述旋转体另一端凹槽内设有阻尼装置，所述阻尼装置一端与轴一端连接，所述旋转体另一端凹槽与轴之间设有滚动轴承；所述轴另一端与支撑架连接。

进一步，旋转体另一端凹槽内的所述阻尼装置使所述旋转体一端与平面推力支撑之间产生正压力，用于旋转体在旋转过程中产生的摩擦阻力。

进一步，通过轴调节阻尼装置的阻尼系数，用于调节所述旋转体的旋转速度。

进一步，所述叶轮的结构形式为闭式叶轮或半开式叶轮或开式叶轮。

进一步，所述叶轮上的叶片为平板叶片或圆柱形叶片或扭曲叶片。

进一步，还包括喷洒管路，所述喷洒管路包括压力表、调节阀门和入水管路；所述入水管路与喷嘴连接，所述入水管路上设置调节阀门，用于调节管路中水流的水压；所述入水管路上设置有压力表，用于读取管路中水流的工作压力。

进一步，所述阻尼装置为阻尼转轴或弹簧阻尼或塑性材料阻尼。

一种叶轮驱动式旋转喷嘴的旋转速度调节方法，包括如下步骤：

通过阻尼装置施加所述旋转体一端与平面推力支撑设定的正压力F，水流通过喷嘴喷射至叶轮后带动旋转体旋转；

当所述旋转体旋转速度过快时，通过轴增加阻尼装置的阻尼系数，使正压力F增加，增加旋转体在旋转过程中的摩擦阻力，从而降低旋转体的旋转速度；

当所述旋转体旋转速度过慢时，通过轴减少阻尼装置的阻尼系数，使正压力F减少，减少旋转体在旋转过程中的摩擦阻力，从而提高旋转体的旋转速度。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的叶轮驱动式旋转喷嘴，通过改变阻尼装置的阻尼系数，可以改变旋转体的转速，实现在任何工作压力下有效的调节旋转速度这项重要的水力性能参数，从而实现运行稳定可靠的旋转工作的技术效果，还可以达到解决喷洒元件不能完成稳定的旋转工作技术问题的作用。

2.本发明所述的叶轮驱动式旋转喷嘴，通过改变叶轮上叶轮的结构形式、叶片的数量、叶片的形状以及流道的形式，可以改变旋转速度、喷洒射程、喷洒均匀性、喷洒水滴的粒径水力性能参数。闭式叶轮的设置可以有效地提高其喷洒射程，半开式叶轮的设置可以有效地提高其喷洒均匀性，开式叶轮的设置可以有效地降低其喷洒水滴的粒径。通过叶轮结构的发明点和阻尼装置发明点的组合，可以方便可靠的对重要水力性能进行调节，从而实现了水力性能优化设置的技术效果，解决了喷洒设备在水力性能参数要求不同的应用场景中可以同时应用的实际问题。

附图说明

图1为本发明所述的叶轮驱动式旋转喷嘴结构示意图。

图2为图1的A向视图。

图中：

1-轴；2-调节螺母；3-垫片；4-阻尼装置；5-滚动轴承；6-旋转体；7-流道；8-叶轮；9-支撑架；10-推力球轴承；11-锁紧螺母；12-喷嘴；13-压力表；14-调节阀门；15-入水管路；16-叶片。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的叶轮驱动式旋转喷嘴，包括阻尼装置4、旋转体6、喷嘴12、喷洒管路和叶轮8；

所述喷嘴12安装在支撑架9上，所述喷嘴12与入水管路15螺纹连接，通过锁紧螺母11对喷嘴12连接位置进行固定。所述旋转体6两端分别设置有凹槽，所述旋转体6一端凹槽内穿过所述喷嘴12，所述旋转体6一端可旋转安装在喷嘴12上，所述旋转体6一端与喷嘴12之间设有平面推力支撑；所述旋转体6另一端凹槽内设有阻尼装置4，用于调节所述旋转体6旋转过程中的阻力。所述阻尼装置4一端与轴1一端连接，所述旋转体6另一端凹槽与轴1之间设有滚动轴承5；所述轴1的另一端与支撑架9螺纹连接。所述轴1的另一端上安装调节螺母2，通过调节螺母2调节轴1的位置，从而调节阻尼装置4的阻尼系数，用于调节所述旋转体6的旋转速度。调节螺母2与轴1之间安装垫片3，所述旋转体6上设有叶轮8，通过喷嘴12使所述叶轮8带动旋转体6旋转。

所述喷洒管路包括压力表13、调节阀门14和入水管路15；所述入水管路15与喷嘴12连接，所述入水管路15上设置调节阀门14，用于调节管路中水流的水压；所述入水管路15上设置有压力表13，用于读取管路中水流的工作压力。

本发明所述的平面推力支撑为推力球轴承10，所述阻尼装置4使所述旋转体6一端与推力球轴承10之间产生正压力，用于旋转体6在旋转过程中产生的摩擦阻力。

如图2所示，所述叶轮8上设置有6片圆柱形叶片16，叶片16中形成弯曲流道7，水流通过流道7的时候，产生了水流对叶轮8的驱动力，驱动力分解为径向力和轴向力，其中水流的径向力用于实现旋转元件的喷洒工作，水流的轴向力用于实现旋转体6的旋转运动。

所述叶轮8的三维结构为空间曲面结构，由叶片与前、后盖板组成。所述叶轮8叶轮的结构形式可设置为闭式叶轮、半开式叶轮和开式叶轮等多种形式。叶轮的结构形式的设置可以有效的调节射程、喷洒均匀性和喷洒水滴的粒径等多项重要的水力性能参数。在其它结构工作参数设置相同的前提情况下，所述闭式叶轮的设置可以有效地提高其喷洒射程，所述半开式叶轮的设置可以有效地提高其喷洒均匀性，所述开式叶轮的设置可以有效地降低其喷洒水滴的粒径。所述叶轮8上的叶片16为平板叶片或圆柱形叶片或扭曲叶片。叶片的作用是通过形状的设置形成了流道，在水流通过流道的时候，产生了水流对叶轮的驱动力，驱动力可分解为径向力和轴向力，其中水流的径向力用于实现旋转元件的喷洒工作，水流的轴向力用于实现旋转体的旋转运动。叶轮上叶片的数量、叶片的形状、以及流道的形式对旋转速度、喷洒射程、喷洒均匀性、喷洒水滴的粒径均有着影响，可以通过对它们的设定完成最佳水力性能的优化设置。打开调节阀门14，水流通过喷嘴12喷射至叶轮8，确定入水管路15上达到所需流量为0.35立方米每小时，压力表13上显示出喷嘴12上的工作压力为0.2兆帕，实现了旋转体6的旋转运动工作。

所述阻尼装置4为阻尼转轴或弹簧阻尼或塑性材料阻尼。所述阻尼转轴通过调节可以改变旋转体与轴承之间的旋转阻力；所述弹簧阻尼通过调节可以改变旋转体6与推力球轴承10之间的正压力；所述塑性材料阻尼通过调节同时可以改变旋转体6与滚动轴承5之间的旋转阻力和旋转体6与推力球轴承10之间的正压力。

实施例1：叶轮8的结构形式为包括叶片和后盖板的半开式叶轮形状，阻尼装置4采用弹簧阻尼，试验记录的转速为10秒每圈时，喷洒均匀性系数为88％，喷洒射程为7.4米，喷洒水滴中数粒径为0.7毫米。通过调节阻尼装置4的阻尼系数后，转速可以改变为60秒每圈，喷洒均匀性系数为85％，喷洒射程为7.9米，喷洒水滴中数粒径为0.9毫米。

实施例2：阻尼装置4采用弹簧阻尼，叶轮8的结构形式为包括叶片、前、后盖板的闭式叶轮形状，旋转速度为20秒每圈，喷洒均匀性系数为75％，喷洒射程为9.8米，喷洒水滴中数粒径为1.2毫米。提高了叶轮驱动性能可调式旋转元件的喷洒射程。

实施例3：阻尼装置4采用弹簧阻尼，叶轮8的结构形式为包括叶片和后盖板的半开式叶轮形状，旋转速度为20秒每圈，喷洒均匀性系数为87％，喷洒射程为7.6米，喷洒水滴中数粒径为0.8毫米。提高了叶轮驱动性能可调式旋转元件的喷洒均匀性。

实施例4：阻尼装置4采用弹簧阻尼，叶轮8的结构形式为仅包括叶片的开式叶轮形状，旋转速度为20秒每圈，喷洒均匀性系数为84％，喷洒射程为4.9米，喷洒水滴中数粒径为0.5毫米。降低了叶轮驱动性能可调式旋转元件的喷洒水滴的粒径。

一种叶轮驱动式旋转喷嘴的重要水力性能参数包括旋转速度、喷洒射程、喷洒均匀性、喷洒水滴的粒径。这些重要水力性能参数同时受到了阻尼装置4以及叶轮8的影响，通过以上实施例，证明了调节阻尼装置4可以改变它的旋转速度，采用闭式叶轮可以提高其喷洒射程，采用半开式叶轮可以提高其喷洒均匀性，采用开式叶轮可以降低其喷洒水滴的粒径。

一种叶轮驱动式旋转喷嘴的旋转速度调节方法，包括如下步骤：

结构装配：

1.完成喷嘴12与入水管路15的螺纹连接，通过锁紧螺母11对喷嘴12连接位置进行固定。所述旋转体6一端凹槽内穿过所述喷嘴12，所述旋转体6一端可旋转安装在喷嘴12上，所述旋转体6一端与喷嘴12之间设有推力球轴承10；

2.完成轴1与支撑架9之间的螺纹连接，将阻尼装置4一端与轴1固定，阻尼装置4的另一端置于旋转体6上端凹槽的底部。

3.通过阻尼装置4施加所述旋转体6一端与平面推力支撑设定的正压力F，水流通过喷嘴12喷射至叶轮8后带动旋转体6旋转。

转速调节：

当所述旋转体6旋转速度过快时，通过轴1增加阻尼装置4的阻尼系数，使正压力F增加，增加旋转体6在旋转过程中的摩擦阻力，从而降低旋转体6的旋转速度；

当所述旋转体6旋转速度过慢时，通过轴1减少阻尼装置4的阻尼系数，使正压力F减少，减少旋转体6在旋转过程中的摩擦阻力，从而提高旋转体6的旋转速度。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种叶轮驱动式旋转喷嘴，其特征在于，包括阻尼装置(4)、旋转体(6)、喷嘴(12)和叶轮(8)；

所述喷嘴(12)安装在支撑架(9)上；所述旋转体(6)一端可旋转安装在喷嘴(12)上；所述旋转体(6)上设有叶轮(8)，通过喷嘴(12)使所述叶轮(8)带动旋转体(6)旋转；所述旋转体(6)另一端可旋转安装在支撑架(9)上，所述旋转体(6)与支撑架(9)之间设有阻尼装置(4)，用于调节所述旋转体(6)旋转过程中的阻力；所述旋转体(6)两端分别设置有凹槽，所述旋转体(6)一端凹槽内穿过所述喷嘴(12)，所述旋转体(6)一端与喷嘴(12)之间设有平面推力支撑；所述旋转体(6)另一端凹槽内设有阻尼装置(4)，所述阻尼装置(4)一端与轴(1)一端连接，所述旋转体(6)另一端凹槽与轴(1)之间设有滚动轴承(5)；所述轴(1)另一端与支撑架(9)连接，所述旋转体(6)另一端凹槽内的所述阻尼装置(4)使所述旋转体(6)一端与平面推力支撑之间产生正压力，用于旋转体(6)在旋转过程中产生摩擦阻力，通过轴(1)调节阻尼装置(4)的阻尼系数，用于调节所述旋转体(6)的旋转速度。

2.根据权利要求1所述的叶轮驱动式旋转喷嘴，其特征在于，所述叶轮(8)的结构形式为闭式叶轮或半开式叶轮或开式叶轮。

3.根据权利要求2所述的叶轮驱动式旋转喷嘴，其特征在于，所述叶轮(8)上的叶片(16)为平板叶片或圆柱形叶片或扭曲叶片。

4.根据权利要求1所述的叶轮驱动式旋转喷嘴，其特征在于，还包括喷洒管路，所述喷洒管路包括压力表(13)、调节阀门(14)和入水管路(15)；所述入水管路(15)与喷嘴(12)连接，所述入水管路(15)上设置调节阀门(14)，用于调节管路中水流的水压；所述入水管路(15)上设置有压力表(13)，用于读取管路中水流的工作压力。

5.根据权利要求1-4任一项所述的叶轮驱动式旋转喷嘴，其特征在于，所述阻尼装置(4)为阻尼转轴或弹簧阻尼或塑性材料阻尼。

6.一种根据权利要求1-4任一项所述的叶轮驱动式旋转喷嘴的旋转速度调节方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过阻尼装置(4)施加所述旋转体(6)一端与平面推力支撑设定的正压力F，水流通过喷嘴(12)喷射至叶轮(8)后带动旋转体(6)旋转；

当所述旋转体(6)旋转速度过快时，通过轴(1)增加阻尼装置(4)的阻尼系数，使正压力F增加，增加旋转体(6)在旋转过程中的摩擦阻力，从而降低旋转体(6)的旋转速度；

当所述旋转体(6)旋转速度过慢时，通过轴(1)减少阻尼装置(4)的阻尼系数，使正压力F减少，减少旋转体(6)在旋转过程中的摩擦阻力，从而提高旋转体(6)的旋转速度。

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