CN113477427B - 适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头 - Google Patents

适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，括支撑体，支撑体的顶部设置有励磁阻尼转速调节装置，励磁阻尼转速调节装置的限位杆穿过支撑体且活动连接有漏斗状的旋转式碎水盘，旋转式碎水盘的下方设置有喷嘴，喷嘴与支撑体套接，喷嘴的底部连接进水管。本发明解决了现有喷头在低压条件下喷洒效果差的问题。

Description

适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头
技术领域
本发明属于农业喷灌设备技术领域，涉及一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头。
背景技术
近年来，随着低压低能耗喷灌设备的发展，低压灌水器作为喷灌机中最重要的设备成为研究热点，而减小系统工作压力对降低喷灌机组能耗具有重要意义。多喷头轻小型平移式喷灌机因其喷头工作压力低(<0.1MPa)，抗风性强等优势得到快速推广应用。为进一步增大喷灌机组的喷洒控制面积、提高机组生产效率，往往在桁架末端加装末端喷头。
目前市场上轻小型平移式喷灌机末端喷头以中压摇臂式为主，由于机组工作时尾端压力较低，常见摇臂式末端喷头在不配备加压泵的工况下(低压条件下)往往喷洒效果较差，出现流量小射程小，射流水舌破碎不充分，与中间喷头匹配均匀性差、影响整体喷洒质量等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，解决了现有喷头在低压条件下喷洒效果差的问题。
本发明所采用的技术方案是，适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，包括支撑体，支撑体的顶部设置有励磁阻尼转速调节装置，励磁阻尼转速调节装置的限位杆穿过支撑体且活动连接有漏斗状的旋转式碎水盘，旋转式碎水盘的下方设置有喷嘴，喷嘴与支撑体套接，喷嘴的底部连接进水管。
本发明的特征还在于，
旋转式碎水盘的锥形表面上设置有若干条流道沟槽，若干流道沟槽的面积与剩余锥形表面的面积比为1：0-5。
若干条流道沟槽均匀的分布于旋转式碎水盘的锥形表面上。
若干条流道沟槽等分为多组，多组流道沟槽均匀的分布于旋转式碎水盘的锥形表面上。
若干条流道沟槽紧邻设置成为一组。
每条流道沟槽在XY坐标面上投影所形成的圆的半径R1为39mm，每条流道沟槽在XZ坐标面上投影所形成的圆的半径为R2为36mm，每条流道沟槽出口截面为U形，U形截面的底的半径r为6mm；
每条流道沟槽的流道偏转角α为40°，流道偏转角为每个流道沟槽的进口水流方向与出口处水流方向在XY坐标面内的夹角；
每条流道沟槽的流道出口仰角β为25°，流道出口仰角为每个流道沟槽的出口射流方向与XY坐标面的夹角。
喷嘴包括本体，本体套接有限位体，限位体的上表面上设置有限位台，限位台与设置于支撑体上的限位槽相匹配，本体的出口截面为半圆形且出口的底边上设置有挡板，挡板靠近出口的圆弧一侧设置有半椎体状的凸起，本体的底部连接进水管，本体的内部按照水流的方向依次设置有进口段、收缩段和出口段。
进口段的直径大于出口段的直径。
旋转式碎水盘和喷同轴设置。
旋转式碎水盘和支撑体之间设置有垫片。
本发明的有益效果是，
(1)本发明种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头与平移式喷灌机常用中间喷头适配的均匀性，组合喷洒均匀度不低于80％，符合我国灌溉需求现状；
(2)本发明种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头适用于平移式喷灌机，可在提升机组总流量5m3/h、扩大机组控制幅宽23m的前提下有效降低喷灌机工作能耗，符合绿色低能耗的喷灌理念；
(3)本发明种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头采用“二级破碎+平槽分流+旋转射流”的技术手段，保证低压条件下射流充分破碎，水量分布均匀；
(4)本发明种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头可以通过协同调控喷嘴直径和旋转式碎水盘转速，结合当地自然气候调节有的放矢的优化水量分布，例如对于多风地区，可以通过增大喷嘴直径和降低旋转式碎水盘转速从而适当增大水滴粒径的方式，有效提高喷头的抗风性能。
附图说明
图1是本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头的结构示意图；
图2是本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头的支撑体的结构示意图；
图3是本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头的旋转式碎水盘的结构示意图；
图4是本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头的流道沟槽结构示意图；
图5是本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头的喷嘴的结构示意图；
图6是本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头的喷嘴的另一角度示意图；
图7是本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头的励磁阻尼转速调节装置的结构示意图；
图8是本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头的移动喷洒水量分布图；
图9是本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头与其他类型喷头与喷灌机组中间喷头组合喷洒的移动水量分布对比图。
图中，1.励磁阻尼转速调节装置，2.旋转式碎水盘，3.喷嘴，4.支撑体，5.螺栓，6.垫片，7.第一限位孔，8.限位杆，9.限位台，10.限位槽，11.螺栓孔，12.第二限位孔，13.螺栓槽，14.流道沟槽，15.本体，16.限位体，17.挡板，18.凸起，19.进口段，20.收缩段，21.出口段。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
实施例1
本发明提供一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，结构如图1和图2所示，包括支撑体4，支撑体4包括顶板和底板，顶板和底板之间通过立板连接，支撑体4的顶板设置有励磁阻尼转速调节装置1，如图7所示，励磁阻尼转速调节装置1的限位杆8穿过设置于支撑体4顶板上的第二限位孔12且限位杆8与漏斗状的旋转式碎水盘2上的第一限位孔7活动连接，旋转式碎水盘2和支撑体4之间设置有垫片6，垫片6与旋转式碎水盘2粘接，旋转式碎水盘2的下方设置有喷嘴3，喷嘴3与支撑体4套接，喷嘴3的底部连接进水管，旋转式碎水盘2和喷嘴3同轴设置，以便于喷嘴3射出的水舌可直接冲击旋转式碎水盘2形成力矩带动旋转式碎水盘2转动。
如图3所示，旋转式碎水盘2的高度为40mm，旋转式碎水盘2的锥形表面上设置有若干条流道沟槽14，每条流道沟槽14对喷嘴3射流产生不同的折射作用，以进行分流，若干流道沟槽14的总面积与剩余锥形表面的面积比为1:1；若干条流道沟槽14等分为三组，每组中的每条流道沟槽14紧邻设置，三组流道沟槽14均匀的分布于旋转式碎水盘2的锥形表面上；如图4所示，每条流道沟槽14在XY坐标面上投影所形成的圆的半径R1为39mm，每条流道沟槽14出口截面为U形，U形截面的底的半径r为6mm；每条流道沟槽14的流道偏转角α为40°，流道偏转角为每个流道沟槽14的进口水流方向与出口处水流方向在XY坐标面内的夹角；每条流道沟槽14的流道出口仰角β为25°，流道出口仰角为每个流道沟槽14的出口射流方向与XY坐标面(即喷洒水平面)的夹角，每条流道沟槽14在XZ坐标面上投影所形成的圆的半径为R2为36mm，每条流道沟槽14沿水流射流方向流道断面逐渐增大，流道沟槽14用于压力水流进入、转弯、能量交换和喷射，通过锥形表面与流道沟槽14的分流有效的调控了旋转式碎水盘2近端和远端的水量分布，优化低压条件下的喷灌均匀度，同时通过旋转式碎水盘2的抛射有效增加了射流水束在空气中射流破碎的时间，进而降低了水滴的打击动能。
如图5和6所示，喷嘴3包括本体15，本体15套接有限位体16，限位体16的上表面上设置有限位台9，限位台9与设置于支撑体4上的限位槽10相匹配，本体15的出口截面为半圆形且出口的底边上设置有挡板17，挡板17靠近出口的圆弧一侧设置有半椎体状的凸起18，本体15的底部连接进水管，本体15的侧壁上设置有螺栓槽13，螺栓槽13与设置于支撑体4上的螺栓孔11对应，螺栓孔11内螺纹连接有螺栓5，螺栓5伸入螺栓槽13内固定喷嘴3和支撑体4，本体15的内部按照水流的方向依次设置有进口段19、收缩段20和出口段21，进口段19的直径为30mm，出口段21的直径为14mm，壁厚为25mm，进水管中的紊乱水流经喷嘴3的整流作用后集中成一束、最大限度地把水流压能转变为动能，并且减少了横向水流，使得水流流线平顺，为水流的折射创造了有利条件，经试验测试和匹配计算，该口径下的喷嘴流量与喷灌机组常用中间喷头适配性能最佳，通过喷嘴3、流道沟槽14的协同，使得喷嘴3在较低工作压力下得到较大的喷头流量和射程，同时射流破碎充分，整体喷洒均匀度高，可在降低喷灌机组系统能耗的同时保证良好的灌溉质量。
励磁阻尼转速调节装置1的作用如下：由于水舌流速很高，在低压条件下(0.06MPa-0.15MPa)旋转式碎水盘2转速仍可达150-600r/min，因此必须通过励磁阻尼转速调节装置1控制转速，励磁阻尼转速调节装置1采用MTB系列阻尼器中的MTB-03型号，其输出轴和调节本体之间通过磁性副联接，在输出轴上提供稳定的制动扭矩，可以预设并精确控制张力；水流进入弯曲流道，产生作用力推动旋转式碎水盘2转动并经折射流道，在转速调节装置的作用下，射出的水舌随折射碎水盘作低速旋转(0-10r/min)，喷射出的水束做周向运动，沿四周射出，变成小水滴落在四周地面，励磁阻尼转速调节装,1对转速的调控不仅实现了普通恒定转速喷头难以因地制宜多场合应用的难题，还在不牺牲射程的前提下有效的降低了喷灌强度。
本发明一种适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头的工作原理为：水流从进水管进入喷嘴3，再由喷嘴3垂直向上喷出，以一定出射速度进入旋转式碎水盘2正前方，喷嘴3射出的水舌冲击旋转式碎水盘2，水舌反作用力对折射旋转式碎水盘2形成一个力矩带动旋转式碎水盘转动，通过励磁阻尼转速调节装置1调控转速，射出的水舌随折射旋转式碎水盘2作低速旋转(14r/min)，水流进入弯曲流道产生作用力推动旋转式碎水盘2转动，经折射流道抛射后，水束做周向运动，沿四周射出，变成小水滴落在四周地面；使用时，励磁阻尼转速调节装置1、旋转式碎水盘2、喷嘴3的轴向均垂直于水平面。
本发明喷头的水量分布实验验证：
试验地点为西北农林科技大学旱区节水农业研究院，将本实施例的喷头与市场上现有的喷灌机末端喷枪进行性能对比，测试结构在0.1MPa工作压力下与机组喷头组合的流量、控制幅宽、喷灌强度、组合喷灌均匀度，测试结果如表1和图9所示：
表1本发明和现有喷灌机末端喷枪对比数据
总流量(m<sup>3</sup>/h) 幅宽(m) 喷灌强度(mm/h) 均匀度(％)
实施例 22.49 46.4 46.58 82
缝隙式WFT-15 18.11 32.6 38.06 68
摇臂式ZY-1 18.95 46.2 33.01 55
涡轮涡杆式HY50-18 30.21 55 81.64 57
由此可知，本发明喷头在较低工作压力下得到既可以较大的流量和射程，同时射流破碎充分，液滴动能低，可以在一定程度上削减灌溉水对土壤的打击，并防止地表径流形成；与其他末端喷头相比，总流量提高了4.3m3/h，幅宽增加了11.2m，平均喷灌强度仅变化了16.8％，均匀度平均优于市面上末端喷头24％，可在降低喷灌机组系统能耗的同时保证良好的灌溉质量。在使用时，可以根据不同地区的地理环境、气候条件，利用励磁阻尼转速调节装置进行转速调控，提高喷头抗风性能，进而确保灌溉效率。
通过图8可知，本发明喷头通过协同调控喷嘴3直径、旋转式碎水盘2的结构、旋转式碎水盘2转速，能进一步优化喷头的水量分布，使得喷头在较低工作压力下得到较大的喷头流量和射程，同时射流破碎充分，整体喷洒均匀度高，可在降低喷灌机组系统能耗的同时保证良好的灌溉质量。
实施例2，与实施例1的区别在于：若干条流道沟槽14均匀的分布于旋转式碎水盘2的锥形表面上。
实施例3，与实施例1的区别在于：若干条流道沟槽紧邻设置成为一组，一组流道沟槽14分布于锥形表面上任意一处。
实施例4，与实施例2的区别在于：若干流道沟槽14的总面积与剩余锥形表面的面积比为1:5。
实施例5，与实施例3的区别在于：若干流道沟槽14的总面积与剩余锥形表面的面积比为1:5。
实施例6，与实施例2的区别在于：若干流道沟槽14的总面积与剩余锥形表面的面积比为1:0。
实施例7，与实施例1的区别在于：若干流道沟槽14的总面积与剩余锥形表面的面积比为1:2。
实施例8，与实施例1的区别在于：若干流道沟槽14的总面积与剩余锥形表面的面积比为4:5。
实施例9，与实施例1的区别在于：若干流道沟槽14的总面积与剩余锥形表面的面积比为5:4。
实施例10，与实施例1的区别在于：若干流道沟槽14的总面积与剩余锥形表面的面积比为2:1。
本发明适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，通过设置不同的平槽比(剩余锥形表面的面积与若干流道沟槽14的总面积的比值)，实现了多种不同结构的旋转式碎水盘(2)，能够保证在低压条件下射流充分破碎，水量分布均匀。

Claims (7)

1.适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，其特征在于，包括支撑体(4)，所述支撑体(4)的顶部设置有励磁阻尼转速调节装置(1)，所述励磁阻尼转速调节装置(1)的限位杆(8)穿过支撑体(4)且活动连接有漏斗状的旋转式碎水盘(2)，所述旋转式碎水盘(2)的下方设置有喷嘴(3)，所述喷嘴(3)与支撑体(4)套接，所述喷嘴(3)的底部连接进水管；
所述旋转式碎水盘(2)的锥形表面上设置有若干条流道沟槽(14)，若干所述流道沟槽(14)的面积与剩余锥形表面的面积比为1：0-5；
每条所述流道沟槽(14)在XY坐标面上投影所形成的圆的半径R1为39mm，每条所述流道沟槽(14)在XZ坐标面上投影所形成的圆的半径为R2为36mm，每条所述流道沟槽(14)出口截面为U形，U形截面的底的半径r为6mm；
每条所述流道沟槽(14)的流道偏转角α为40°，所述流道偏转角为每个流道沟槽(14)的进口水流方向与出口处水流方向在XY坐标面内的夹角；
每条所述流道沟槽(14)的流道出口仰角β为25°，所述流道出口仰角为每个流道沟槽(14)的出口射流方向与XY坐标面的夹角；
所述喷嘴(3)包括本体(15)，所述本体(15)套接有限位体(16)，所述限位体(16)的上表面上设置有限位台(9)，所述限位台(9)与设置于支撑体(4)上的限位槽(10)相匹配，所述本体(15)的出口截面为半圆形且出口的底边上设置有挡板(17)，所述挡板(17) 靠近出口的圆弧一侧设置有半锥 体 状的凸起(18)，所述本体(15)的底部连接进水管，所述本体(15)的内部按照水流的方向依次设置有进口段(19)、收缩段(20)和出口段(21)。
2.根据权利要求1所述的适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，其特征在于，若干条所述流道沟槽(14)均匀的分布于旋转式碎水盘(2)的锥形表面上。
3.根据权利要求1所述的适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，其特征在于，若干条所述流道沟槽(14)等分为多组，多组流道沟槽(14)均匀的分布于旋转式碎水盘(2)的锥形表面上。
4.根据权利要求1所述的适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，其特征在于，若干条所述流道沟槽(14)紧邻设置成为一组。
5.根据权利要求1所述的适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，其特征在于，所述进口段(19)的直径大于出口段(21)的直径。
6.根据权利要求1所述的适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，其特征在于，所述旋转式碎水盘(2)和喷嘴(3)同轴设置。
7.根据权利要求1所述的适用于轻小型平移式喷灌机的非全圆喷洒末端低压喷头，其特征在于，所述旋转式碎水盘(2)和支撑体(4)之间设置有垫片(6)。
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