CN112889629A - 一种基于水涡轮的喷灌方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于水涡轮的喷灌方法，其方法包括以下步骤：S1：数据采集，通过转速测量仪测量涡轮主体的转速，并将数据传输至微处理器；S2：数据处理，微处理器将接受的信号进行处理计算，得出涡轮主体的实际转速；S3：数据对比，将得出的数据与预先设置的数据进行比对；S4：转速调节，微处理器通过控制电机转动，调节第一进水口的开口度，实现调节进入蜗轮主体内的压力水流量的目的，从而调节涡轮主体的转速。通过设置进水调节机构，能够调节进入水涡轮中的压力水的流量，从而进一步调节水涡轮的转速，满足了实际中调节转盘转速的目的。

Description

一种基于水涡轮的喷灌方法
技术领域
本发明属于灌溉方法技术领域，尤其涉及一种基于水涡轮的喷灌方法。
背景技术
卷盘式喷灌机主要由喷头车、输水软管、卷盘、驱动机构、减速箱、传动系统和底盘等主要部分组成，喷灌机喷灌作业前，由牵引车将喷头牵引至田块地头，开启水泵给喷灌机供水，卷盘在动力机的驱动下开始回卷PE管，喷头车在PE管的牵引下一边回收一边喷灌，当PE管全部盘绕至卷盘上后，关闭水泵，然后移动喷灌机至下一个地块继续喷灌作业。卷盘式喷灌机具有适应性强、机动方便、自动化程度高的优点，能够适应大中小不同规模的地块。
在卷盘式喷灌机中，经常将水涡轮作为驱动系统，灌溉压力水输入水涡轮中，将水的压力能转化为机械能，驱动水涡轮转动，在实际应用中，需要根据实际情况调节转盘的转速，而传统的调节方式为在卷盘上施加外力达到调节转盘转速的目的，但是此种调节方式，则损失了压力水的压力，降低了喷头车的射程，能量利用率较低。
发明内容
针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种基于水涡轮的喷灌方法，解决了背景技术中提出的问题。
本发明提供如下技术方案：
一种基于水涡轮的喷灌方法，其方法包括以下步骤：
S1：数据采集，通过转速测量仪测量涡轮主体的转速，并将数据传输至微处理器；
S2：数据处理，微处理器将接受的信号进行处理计算，得出涡轮主体的实际转速；
S3：数据对比，将得出的数据与预先设置的数据进行比对；
S4：转速调节，微处理器通过控制电机转动，调节第一进水口的开口度，实现调节进入蜗轮主体内的压力水流量的目的，从而调节涡轮主体的转速。
优选的，所述测量的数据为涡轮旋转的角速度W。
优选的，步骤S2中，根据涡轮主体旋转的角速度计算出转盘上水管的线速度V。
优选的，步骤S3中，数据对比后对数据进行存储，便于了解装置的运行情况。
优选的，在步骤S4中，所述电机为伺服电机，所述伺服电机与微处理器电连接。
优选的，在步骤S1中，数据采集过程中，采取至少三组数据，对采集的数据取平均值，提高数据的精确度。
优选的，在步骤S1中，进入蜗轮主体内的压力水经出水口后流入卷盘上的PE管内，进行灌溉使用。
一种实现喷灌方法的卷盘式喷灌机水涡轮系统，包括：设置在卷盘式喷灌机上的涡轮主体，所述涡轮主体的输出轴与喷灌机上的卷盘连接；所述涡轮主体的进水口处设置有进水调节机构；所述进水调节机构设置有第一进水口和第二进水口；所述第一进水口通过水管与涡轮主体的进水口连通；所述第二进水口与第一水管连接；所述涡轮主体的出水口设置有第二水管；所述第二水管与第一水管连通；所述第一水管远离进水调节机构的一端设置有连接法兰。
优选的，所述进水调节机构包括壳体；所述壳体内设置有隔板；所述隔板与壳体的内腔之间形成第一进水口和第二进水口。
优选的，所述壳体内设置有调节板；所述调节板通过转轴与壳体连接；所述调节板能够绕转轴转动。
优选的，所述壳体的上侧设置有涡轮，所述涡轮与转轴同轴设置；所述壳体上侧设置有蜗杆；所述蜗杆与涡轮啮合。
优选的，所述壳体上设置有固定座；所述蜗杆贯穿固定座；所述蜗杆能够在固定座内转动；所述蜗杆远离涡轮的一端设置有转动机构。
优选的，所述涡轮主体内侧设置有转盘；所述转盘上设置有扇叶。
优选的，所述扇叶为曲线形结构状。
优选的，所述扇叶的曲线为阿基米德螺旋线，所述曲线的极坐标方程为：r（θ）=a+b（θ），式中，a为当θ为度时的极径，单位为mm；b为阿基米德螺旋系数，单位为mm/°。
优选的，所述涡轮主体包括第一外壳和第二外壳；所述第一外壳与第二外壳连接；所述第二外壳上设置有限位圈，当第一外壳与第二外壳扣接时，所述限位圈位于第一外壳的腔体内。
优选的，所述第二外壳中心设置有圆孔；所述第二水管设置在圆孔处。
优选的，所述连接法兰上设置有流量计。
优选的，所述涡轮主体的输出轴上设置有转速测量仪；所述转速测量仪连接有微处理器，所述转动机构为伺服电机，所述伺服电机与微处理器连接。
优选的，为了能够平稳的调节涡轮主体的转速，所述调节板的长度L、所述壳体的腔体内宽度S和调接板的转速W之间满足以下关系：
W=α·（L/S）1/2；
其中L、S的单位为mm；W的单位为rad/s；α为相关系数，取值范围为0.8-1.4。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明一种基于水涡轮的喷灌方法，在数据采集过程中，采集多组数据，对采集的数据取平均值，提高数据的精确度。
（2）本发明一种基于水涡轮的喷灌方法，通过设置进水调节机构，能够调节进入水涡轮中的压力水的流量，从而进一步调节水涡轮的转速，满足了实际中调节转盘转速的目的。
（3）本发明一种基于水涡轮的喷灌方法，通过设置转速测量仪，能够对涡轮主体的转速进行检测，便于了解涡轮主体的运行状，提高了装置的运行效率。
（4）本发明一种基于水涡轮的喷灌方法，所述扇叶为曲线形结构状，所述曲线为阿基米德螺旋线，由传统的压力水域扇叶的直接冲击变为柔性冲击，能够减少压力水进入涡轮主体的压力损失，提高了压力水的压力利用率。
（5）本发明一种基于水涡轮的喷灌方法，通过限定调节板的长度L、所述壳体的腔体内宽度S和调接板的转速W之间的关系，增加了涡轮主体运行的平稳性，减小了涡轮转速调节过程中的振动量，使用过程及其稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明的流程示意图。
图2是本发明的整体结构示意图。
图3是本发明的图1后视示意图。
图4是本发明的进水调节机构示意图。
图5是本发明的第一外壳示意图。
图6是本发明的第二外壳示意图。
图7是本发明的图6剖视图。
图中：1、涡轮主体；2、连接法兰；3、流量计；4、第一水管；5、第二水管；6、进水调节机构；7、壳体；8、转动机构；9、固定座；10、蜗杆；11、涡轮；12、转轴；13、调节板；14、第一进水口；15、隔板；16、第二进水口；17、第一外壳；18、转盘；19、扇叶；20、第二外壳；21、限位圈；22、圆孔。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1，一种基于水涡轮的喷灌方法，其方法包括以下步骤：
S1：数据采集，通过转速测量仪测量涡轮主体的转速，并将数据传输至微处理器；
S2：数据处理，微处理器将接受的信号进行处理计算，得出涡轮主体的实际转速；
S3：数据对比，将得出的数据与预先设置的数据进行比对；
S4：转速调节，微处理器通过控制电机转动，调节第一进水口的开口度，实现调节进入蜗轮主体内的压力水流量的目的，从而调节涡轮主体的转速。
所述测量的数据为涡轮旋转的角速度W。
步骤S2中，根据涡轮主体旋转的角速度计算出转盘上水管的线速度V，所述V=WR,R为转盘水管的半径。
步骤S3中，数据对比后对数据进行存储，便于了解装置的运行情况。在步骤S4中，所述电机为伺服电机，所述伺服电机与微处理器电连接。在步骤S1中，数据采集过程中，采取至少三组数据，对采集的数据取平均值，提高数据的精确度。在步骤S1中，进入蜗轮主体内的压力水经出水口后流入卷盘上的PE管内，进行灌溉使用。
实施例二：
如图2-7所示，一种用于卷盘式喷灌的水涡轮系统，包括：设置在卷盘式喷灌机上的涡轮主体1，所述涡轮主体1的输出轴与喷灌机上的卷盘连接，所述涡轮主体1提供动力，驱动卷盘转动；所述涡轮主体1的进水口处设置有进水调节机构6，所述进水调节机构6用于调节进入涡轮主体1内的压力水的流量，从而进一步实现调节涡轮主体1的转速；所述进水调节机构6设置有第一进水口14和第二进水口16；所述第一进水口14通过水管与涡轮主体1的进水口连通；所述第二进水口16与第一水管4连接，所述第一水管4内的水用于灌溉；所述涡轮主体1的出水口设置有第二水管5；所述第二水管5与第一水管4连通；所述第一水管4远离进水调节机构6的一端设置有连接法兰2，所述连接法兰2与卷盘式喷灌机的喷水管连接。
所述进水调节机构6包括壳体7；所述壳体7内设置有隔板15；所述隔板15与壳体7的内腔之间形成第一进水口14和第二进水口16，所述壳体7内设置有调节板13；所述调节板13通过转轴12与壳体7连接；所述调节板13能够绕转轴12转动，通过转动调节板13，改变调节板13的倾斜角度，实现调节第一进水口14开口的大小，改变第一进水口14内的压力水的流量，进一步改变涡轮主体1的转速。
所述壳体7的上侧设置有涡轮11，所述涡轮11与转轴12同轴设置；所述壳体7上侧设置有蜗杆10；所述蜗杆10与涡轮11啮合，转动蜗杆10，蜗杆带动涡轮11转动，从而实现旋转调节板13的目的。
所述壳体7上设置有固定座9；所述蜗杆10贯穿固定座9；所述蜗杆10能够在固定座9内转动，所述固定座9用于固定蜗杆10；所述蜗杆10远离涡轮11的一端设置有转动机构8。所述涡轮主体1内侧设置有转盘18；所述转盘18上设置有扇叶19。所述扇叶19为曲线形结构状。
所述涡轮主体1包括第一外壳17和第二外壳20；所述第一外壳17与第二外壳20连接；所述第二外壳20上设置有限位圈21，当第一外壳17与第二外壳20扣接时，所述限位圈21位于第一外壳17的腔体内。所述第二外壳20中心设置有圆孔22；所述第二水管5设置在圆孔22处。所述转盘18位于第一外壳17的腔体内，所述转盘18与第一外壳17同轴设置。
实施例三：
结合实施例二，所述壳体7上设置有固定座9；所述蜗杆10贯穿固定座9；所述蜗杆10能够在固定座9内转动，所述固定座9用于固定蜗杆10；所述蜗杆10远离涡轮11的一端设置有转动机构8。所述涡轮主体1内侧设置有转盘18；所述转盘18上设置有扇叶19。所述扇叶19为曲线形结构状。所述扇叶19的曲线为阿基米德螺旋线，所述曲线的极坐标方程为：r（θ）=a+b（θ），式中，a为当θ为0度时的极径，单位为mm；b为阿基米德螺旋系数，单位为mm/°。所述a等于圆孔22的半径r1，所述b为转盘18的半径r2，θ的角度为0-90度。所述扇叶19采用阿基米德螺旋线，压力水流沿曲线方向冲击，与直线型扇叶相比，能够减小压力水流10%的压力损失，提高了压力水流的利用率。
实施例四：
与实施例二不同之处在于，所述连接法兰2上设置有流量计3，所述流量计3用于灌溉水的流量。所述涡轮主体1的输出轴上设置有转速测量仪；所述转速测量仪连接有微处理器，所述转动机构8为伺服电机，所述伺服电机与微处理器连接，所述微处理器连接有显示器，所述显示器上设置有控制按钮，所述转速测量仪用于测量涡轮主体1的转速，所述转速测量仪将测量的数据传输至微处理器，所述微处理器对数据进行计算，通过显示器显示最终数据，若实际测量的数据大于预先设置的阈值时，微处理器向伺服电机发出信号，伺服电机转动，减小第一进水口14的开口度，进入第一进水口14内的压力水的流量减少，涡轮主体1的转速降低；若实际测量的数据小于预先设置的阈值时，微处理器向伺服电机发出信号，伺服电机转动，增加第一进水口14的开口度，进入第一进水口14内的压力水的流量增加，涡轮主体1的转速升高。使得涡轮主体1的转速始终保持在一个合理的范围内。
实施例五：
为了能够平稳的调节涡轮主体的转速，所述调节板13的长度L、所述壳体7的腔体内宽度S和调接板的转速W之间满足以下关系： W=α·（L/S）1/2；其中L、S的单位为mm；W的单位为rad/s；α为相关系数，取值范围为0.8-1.4。在调节板转动的时候，改变了水流的流量，流动的水与壳体7之间产生瞬间的冲击力。当α小于0.8时，调接板的转速W较小，整个调节过程较长，不利于实际灌溉使用，当α大于1.4时，调接板的转速W较大，在调节过程中，对壳体7产生较大的振动冲击，装置运行不稳定，影响灌溉质量。
实施例六：
结合实施例五，对装置进行实验，通过测量α分别取0.8、1.1和1.4时，水流对涡轮主体的冲击，为了控制无关变量，取水流的流速为5m/s,测量调接板转动过程中壳体的振动幅度和调节过程所用的时间T，时间T为调节板开始转动时至装置稳定运行为止之间的时间差，当α为0.8时，所述壳体的振动幅度为2mm，完成调节过程所需的时间T为8s；当α为1.1时，所述壳体的振动幅度为4mm，完成调节过程所需的时间T为5s；当α为1.4时，所述壳体的振动幅度为5mm，完成调节过程所需的时间T为4s。
通过上述技术方案得到的装置是一种用于卷盘式喷灌的水涡轮系统，通过设置进水调节机构，能够调节进入水涡轮中的压力水的流量，从而进一步调节水涡轮的转速，满足了实际中调节转盘转速的目的。
以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于水涡轮的喷灌方法，其特征在于，其方法包括以下步骤：
S1：数据采集，通过转速测量仪测量涡轮主体的转速，并将数据传输至微处理器；
S2：数据处理，微处理器将接受的信号进行处理计算，得出涡轮主体的实际转速；
S3：数据对比，将得出的数据与预先设置的数据进行比对；
S4：转速调节，微处理器通过控制电机转动，调节第一进水口的开口度，实现调节进入蜗轮主体内的压力水流量的目的，从而调节涡轮主体的转速。
2.根据权利要求1所述一种基于水涡轮的喷灌方法，其特征在于，步骤S1中，所述测量的数据为涡轮旋转的角速度W。
3.根据权利要求1-2任一项所述一种基于水涡轮的喷灌方法，其特征在于，步骤S2中，根据涡轮主体旋转的角速度计算出转盘上水管的线速度V。
4.根据权利要求1或3所述一种基于水涡轮的喷灌方法，其特征在于，步骤S3中，数据对比后对数据进行存储，便于了解装置的运行情况。
5.根据权利要求1-4任一项所述一种基于水涡轮的喷灌方法，其特征在于，在步骤S4中，所述电机为伺服电机，所述伺服电机与微处理器电连接。
6.根据权利要求1任一项所述一种基于水涡轮的喷灌方法，其特征在于，在步骤S1中，数据采集过程中，采取至少三组数据，对采集的数据取平均值，提高数据的精确度。
7.根据权利要求1任一项所述一种基于水涡轮的喷灌方法，其特征在于，在步骤S1中，进入蜗轮主体内的压力水经出水口后流入卷盘上的PE管内，进行灌溉使用。
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