CN112044611B

CN112044611B - 降雨式节水灌溉喷头

Info

Publication number: CN112044611B
Application number: CN202011005055.3A
Authority: CN
Inventors: 党如童
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2020-09-22
Publication date: 2022-03-22
Anticipated expiration: 2040-09-22
Also published as: CN112044611A

Abstract

本发明公开降雨式节水灌溉喷头，包括喷头筒体、碎流体、滚筒，碎流体置于喷头筒体顶部，碎流体底端固定在滚筒上，滚筒包裹在喷头筒体外围且与喷头筒体动配合，滚筒与碎流体在孔口射流反作用下，以喷头筒体为轴，向水舌抛射相反的一侧转动，孔口射流形成的水舌，充分掺气后，形成水滴，落于地面，完成模拟降雨灌溉过程。本喷头全圆喷洒，整个喷洒过程无集中水束现象。雨滴动能、降雨强度、有效降雨控制面积等雨滴特征参数，随供水压力的变化而自动调节呈正比例线性变化。结构简单，易于制造、使用装卸；适宜便携，易于移动。除供水动力系统外，无须外动力。只要有水源，有动力输出的地段，均可应用。对地形条件无限制。适于农业、园林等领域应用。

Description

降雨式节水灌溉喷头

技术领域

本发明涉及一种节水灌溉的装置，具体为降雨式节水灌溉喷头。

背景技术

据自然资源部发布的《2017中国土地矿产海洋资源统计公报》显示，2017年年末，全国耕地面积为13486.32万hm²，其中水田占24.6％、水浇地为21％、旱地54.4％。旱地农业主要分布于秦岭、淮河一线以北的广大北方地区，次为南方丘陵山地区。上述地区属于主要依靠天然降水从事农业生产的一种雨养农业。而这些地区普遍降雨量较少，且年内分配不均，基本属于地多水少，地表水资源不足，地下水资源短缺的平原地区和地形起伏、地表破碎、远离水源的丘陵山地区。长期以来，我国的农业研究重点在水浇地，但随着水资源的开发利用，灌溉面积的继续扩大已经接近极限。恰恰因水资源短缺，灌溉设备不完善，成为我国农业发展的桎梏。据人民网2019年全国十大自然灾害公布(2020-01-12)2019年5月份以来，受持续高温少雨天气影响，土壤失墒严重，部分地区发生夏秋冬连旱，鄂、赣、皖平均降水量较历史同期偏少六成以上……，干旱灾害造成浙、皖等6省67个市387个县农作物受灾面积331万hm²，其中绝收47.51万hm²；直接经济损失189.9亿元。足见研发节水灌溉是我国农业发展的当务之急。

另一方面是农业水资源严重浪费，有很大的节水潜力。据山西省气象科学研究所对晋南水分平衡方程分析其结论是：农作物有效蒸腾仅占年降水量的35％。土壤蒸发占降水总量的48％，径流、渗漏和农田蒸发损失了65％的降水量。这充分表明，北方旱地农业产量低并不仅仅是由于水分短缺，而在较大的程度上是由于水有效性差所造成的。因此，提高农作物的产量，关键是提高有限的水分的利用率和效率。

据中国农业统计年鉴统计，我国目前灌溉水的有效利用率只有30％～40％，而先进国家达到70％～80％以上；我国单位体积水粮食生产力只有1kg左右/m³，而以色列已达2.35kg/m³。此外，多数灌区采用大水漫灌或无防渗措施的渠灌，就漫灌而言，流速大于入渗速度时，地表湿润几厘米地下干燥，达不到灌溉效果；流速小于入渗速度时，土壤饱和后变成重力水，渗入地下，不仅浪费水资源，引起土壤盐渍化和盐碱化，影响地区经济的发展。

现实我国旱农区范围大，却是我国粮、棉、油、豆以及林果业、畜牧业的重要基地，旱地的产量上不去，农业发展的目标也不可能达到。解决和缓解水资源危机的有效途径是开源与节流并举，发展节水灌溉技术是今后灌溉农业发展的主流。因此，今后旱地农业的发展，根本的出路在于发展节水农业。

现阶段，国家致力于推广滴灌、渗灌节水技术。但地下管道布设，须要大量资金投入，对于贫困地区、地形复杂地段推广应用存在局限性；灌溉地点及面积固定，不能移动。且逐年需要进行检修。

节水灌溉的另一种方式——喷灌，所采用的喷灌喷头多为摇臂式、折射式、喷洒式等系列产品。该系列产品均以水束的形式，进行喷洒作业，其喷灌过程普遍存在雨滴动能大，对地面产生击溅，破坏土壤结构，引发水土流失；对脆嫩植物叶片有打击作用，影响长势。喷水速度大于土壤入渗速度，形成径流而流失。为此提出降雨式节水灌溉的理念。

发明内容

本发明专利的任务是针对上述喷灌喷头存在的诸多缺陷，借鉴ZL200620090125.9及ZL20082001 2232.9号专利的成功经验，并对其存在结构复杂问题，设计一种结构简单、性能稳定的以降雨形式进行节水灌溉的降雨式节水灌溉喷头。本发明专利针对现有技术做出的最大改进是：喷头出水方式采用双曲面设计，侧向抛射出流，水舌在空中充分掺气形成水滴，以天然降雨的形式落于地面，由于另一侧面封闭阻隔出流，在水舌抛射出流反作用力作用下，喷头旋转，完成全圆降雨式喷洒灌溉。降雨强度及雨滴直径可控；喷射面积分布均匀、稳定；降雨范围无空心现象。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供降雨式节水灌溉喷头，主要包括喷头筒体、碎流体、滚筒，其特征在于，以喷头筒体为中心，碎流体置于喷头筒体顶部，碎流体底端固定在滚筒上；滚筒包裹在喷头筒体外围，滚筒与喷头筒体动配合；

喷头筒体底部外接供水系统，水流从底部流入喷头筒体，其筒体中部为渐变段，顶部为圆柱形出水口，其外形分5形态，分别为不同直径的中空圆柱、圆台、圆柱体；

碎流体为双曲面变形体，其上内缘为双曲面。在碎流体与喷头筒体圆柱形出水口水平面平行处，不同水平角，设有两条水平渐开线，内侧与对应圆柱形出水口内圆连切，外侧在对应喷头筒体外圆结束。以碎流体内缘曲线为基准，顺时针方向旋转拉伸变形，相交于水平渐开线，构成凹形双曲面；自外接圆切点起，顺时针方向旋转拉伸变形，相交于水平渐开线，构成凸形曲面；

在碎流体下端通过螺栓孔固定在滚筒上，滚筒下端凸齿镶入喷头筒体凹槽内，滚筒中部为中空圆柱体，滚筒顶部为中空圆台。

优选地，所述两条水平渐开线开张角为90°～160°。

本发明的有益效果在于：

1、出水口为双曲抛物面设计，在压力水流的冲击下，垂直方向上水舌抛射一定高度，充分掺气，形成水滴，按自由落体落于地面，水滴直径<4㎜，减少了水滴动能对地面的打击，类同于天然降雨；同时水滴质量沿抛物线射出一定距离，从而保证降雨面积的宽度。出水口为90°～160°，从而保证降雨面积的长度。水平方向上两侧均为渐开线曲面限流，水流冲击凹向渐开线面产生折射，反作用力推动旋转体旋转，降雨面积构成全圆。

2、结构简单，易于加工制造，易于使用装卸；体积小，质量轻，适宜便携，易于移动。除供水动力系统外，无须外动力。只要有水源，有动力输出，在水泵扬程控制范围内，均可应用。对地形条件无限制。

3、技术性能：

1.降雨均匀系数K≥0.8；

2.降雨强度i＝15～120㎜/h；

3.有效降雨控制面积S>300㎡；

4.雨滴动能、雨滴中数直径、降雨强度、有效降雨控制面积等雨滴特征参数，随供水压力的变化而自动调节呈正比例线性变化。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的喷头筒体主视图；

图2、图3分别为碎流体的剖面图、俯视图；

图4、图5为滚筒剖面图、俯视图；

图6为本发明实施例提供的降雨式节水灌溉喷头的结构装配图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图6所示，降雨式节水灌溉喷头，主要包括喷头筒体1、碎流体2、滚筒4，以喷头筒体1为中心，碎流体2置于喷头筒体顶部，碎流体底端固定在滚筒4上；滚筒4包裹在喷头筒体1外围，滚筒4与喷头筒体1动配合。

喷头筒体1底部外接供水系统，水流从底部流入喷头筒体1，其筒体中部为渐变段，顶部为圆柱形出水口，其外形分5形态，分别为不同直径的中空圆柱、圆台、圆柱体；

碎流体2为双曲面变形体，其上内缘为双曲面，在碎流体2与喷头筒体1圆柱形出水口水平面平行处，不同水平角，设有两条水平渐开线3a、3b，内侧与对应圆柱形出水口内圆连切，外侧在对应喷头筒体1外圆结束；以碎流体内缘曲线2a为基准，顺时针方向旋转拉伸变形，相交于水平渐开线3a，构成凹形双曲面；自外接圆切点起，顺时针方向旋转拉伸变形，相交于水平渐开线3b，构成凸形曲面；

在碎流体2下端通过螺栓孔5固定在滚筒4上，滚筒4下端凸齿4a镶入喷头筒体1凹槽4b内，滚筒4中部为中空圆柱体，滚筒4顶部为中空圆台。

当供水系统通过供水管路将水输送到喷头筒体1，水流冲击碎流体2，在碎流体2曲面导向作用下，发生折射形成的水舌，并抛向一侧空中；在抛射过程中掺气后，形成水滴，落于地面，完成模拟降雨过程。

同时，碎流体2曲面为双曲变形体，水流冲击碎流体2时，在垂直方向上将水舌抛射于空中，形成模拟降雨过程；在水平方向上，受碎流体2中凹向曲面的阻隔作用，反射角不同，受力不同，产生偏心扭矩。推动碎流体2带动滚筒4，以喷头筒体1为轴，向水舌抛射相反的一侧转动。在碎流体2下端通过螺栓孔5固定在滚筒4上，滚筒4下端凸齿4a镶入喷头筒体1凹槽4b内。喷头筒体1、碎流体2、滚筒4，构成一套旋转体，完成整个全圆喷洒过程。

Claims

1.降雨式节水灌溉喷头，主要包括喷头筒体[1]、碎流体[2]、滚筒[4]，其特征在于，以喷头筒体[1]为中心，碎流体[2]置于喷头筒体顶部，碎流体底端固定在滚筒[4]上；滚筒[4]包裹在喷头筒体[1]外围，滚筒[4]与喷头筒体[1]动配合；

喷头筒体[1]底部外接供水系统，水流从底部流入喷头筒体[1]，其筒体中部为渐变段，顶部为圆柱形出水口，其外形分5形态，分别为不同直径的中空圆柱、圆台、圆柱体；

碎流体[2]为双曲面变形体，其上内缘为双曲面，在碎流体[2]与喷头筒体[1]圆柱形出水口水平面平行处，不同水平角，设有两条水平渐开线[3a，3b]，内侧与对应圆柱形出水口内圆连切，外侧在对应喷头筒体[1]外圆结束；以碎流体内缘曲线[2a]为基准，顺时针方向旋转拉伸变形，相交于水平渐开线[3a]，构成凹形双曲面；自外接圆切点起，顺时针方向旋转拉伸变形，相交于水平渐开线[3b]，构成凸形曲面；

在碎流体[2]下端通过螺栓孔[5]固定在滚筒[4]上，滚筒[4]下端凸齿[4a]镶入喷头筒体[1]凹槽[4b]内，滚筒[4]中部为中空圆柱体，滚筒[4]顶部为中空圆台。

2.如权利要求1所述的降雨式节水灌溉喷头，其特征在于，所述两条水平渐开线[3a，3b]开张角为90°～160°。