CN114766328B - 一种旋转撞击式喷灌装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种旋转撞击式喷灌装置及方法，包括依次连通且相互转动连接的下轴承、旋转副喷和主喷体，旋转副喷包括射流能够与主喷体射流对撞的副喷喷嘴，主喷体上设有用于驱动主喷体相对旋转副喷异步或异向旋转的驱动机构；方法包括灌溉流体经过下轴承、旋转副喷和主喷体时，旋转副喷在离心力作用下、独立于主喷体在下轴承上自旋转，主喷体在旋转副喷上异步或异向自旋转，使副喷喷嘴射流间歇周期性撞击主喷体射流，撞击时射流提前破碎，促进了射流裂变，喷洒的雾化程度以及均匀性增加，喷灌均匀性提高，未撞击时不影响主喷体射程，实现在提升喷头喷洒均匀度的同时不影响射程的效果，从根本上解决水量分布不均匀的问题，适用于农业灌溉领域推广应用。

Description

一种旋转撞击式喷灌装置及方法

技术领域

本发明属于喷灌技术领域，具体涉及一种旋转撞击式喷灌装置及方法。

背景技术

喷灌系统一般由水源工程、水泵及动力设备、输水管道系统和喷头等部分组成，其中喷头是实施喷灌的关键设备之一，其性能的优劣不仅直接影响喷洒质量，而且关系到整个喷灌系统的经济性。为了分散水射流，改善水量分布提高喷洒均匀性，摇臂式喷头采用了多种水流分散结构与方法，包括采用散水针、副喷嘴、异形喷嘴、附壁元件和掺气管等。

现有的射流分散结构与方法各有特点，但应用时仍然存在一定局限性：散水针的喷头喷洒均匀性较高于未安装散水针的喷头，但增加散水机构会破坏主射流冲击导流器所产生的驱动力，影响喷头的正常运转；特殊结构的副喷嘴如使水量分布曲线由“马鞍形”变为近似“三角形”且射程基本保持不变，但副喷嘴出口面积小，容易产生淤堵；星形、方形等异形喷嘴的工作压力较圆形喷嘴低、提高了雾化程度，但一定程度上减小了射程；在摇臂喷头结构的基础上增加掺气结构形成掺气射流喷头改善了射流中段径向水量分布，但结构复杂，且在更低工作压力下改善效果有限。因此，需要从新方法、新结构出发，既能改善射流的破碎程度，又能不影响喷头的射程，从根本上解决水量分布不均匀的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一，本发明提供一种旋转撞击式喷灌装置及方法，可通过旋转的副喷射流间歇周期性撞击主射流，既能改善射流的破碎程度，又能不影响喷头的射程，具有与众不同的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种旋转撞击式喷灌装置，包括依次连通且相互转动连接的下轴承、旋转副喷和主喷体，所述旋转副喷能够相对于下轴承旋转，旋转副喷包括射流能够与主喷体射流对撞的副喷喷嘴，所述主喷体上设有用于驱动主喷体相对旋转副喷异步或异向旋转的驱动机构。

进一步地，所述旋转副喷通过离心力驱动相对于下轴承全圆旋转，副喷喷嘴用于提供旋转副喷旋转的切向驱动力。

进一步地，所述旋转副喷包括配合相连的第一副喷体和第二副喷体，所述第一副喷体与下轴承转动连接，第一副喷体与下轴承之间设有第一限位环，所述第二副喷体与主喷体转动连接，第二副喷体与主喷体之间设有第二限位环，使旋转副喷通过第一限位环和第二限位环限位转动连接在下轴承与主喷体之间。

进一步地，所述第一副喷体和第二副喷体上均设有若干绕旋转副喷一周间隔设置的球体，所述下轴承和主喷体上均设有与球体限位滚动或滑动配合的第一环槽，所述第一限位环位于第一副喷体内侧，第一限位环与下轴承相连，所述第二限位环位于第二副喷体内侧，第二限位环与主喷体相连，使旋转副喷在第一限位环与下轴承之间、第二限位环与上轴承之间稳定地旋转。

进一步地，所述第一限位环和第二限位环上均设有凸台和第二环槽，所述凸台与第一副喷体或第二副喷体间隙配合，所述第二环槽与第一环槽配合限制球体在旋转副喷周向移动，便于转动安装旋转副喷。

进一步地，所述第一副喷体与下轴承之间、第二副喷体与主喷体之间均设有滚珠轴承，所述第一限位环位于第一副喷体外侧与第一副喷体限位配合，第一限位环与下轴承相连，所述第二限位环位于第二副喷体外侧且与第二副喷体限位配合，第二限位环与主喷体相连，所述副喷喷嘴与旋转副喷可拆卸式连接，便于拆装旋转副喷。

进一步地，所述副喷喷嘴有两个且绕旋转副喷同时针设置，较现有特殊或异形副喷结构可适当增大副喷喷嘴的出口面积，并在离心射流作用下防止副喷产生淤堵，且两个副喷喷嘴使旋转副喷驱动稳定并避免副喷分流过多影响主喷体射流。

进一步地，所述副喷喷嘴相对于水平方向的仰角大于主喷体相对于水平方向的仰角，使副喷喷嘴射流能够与主喷体射流对撞；优选地，副喷喷嘴射流与靠近驱动机构的主喷体后端射流对撞，使射流提前破碎，利于提高喷洒的雾化程度以及均匀性。

进一步地，所述主喷体为摇臂式主喷结构，使主喷体受力相对旋转副喷作全圆周运动。

一种旋转撞击式喷灌方法，基于上述任意一项所述旋转撞击式喷灌装置，喷灌流体依次经过下轴承、旋转副喷和主喷体时，旋转副喷与主喷体分别旋转、使副喷喷嘴射流间歇周期性撞击主喷体射流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

灌溉流体经过下轴承、旋转副喷和主喷体时，旋转副喷在离心力作用下、独立于主喷体在下轴承上全圆自旋转，主喷体在驱动机构作用下、在旋转副喷上相对旋转副喷异步或异向全圆自旋转，使副喷喷嘴射流间歇周期性撞击主喷体射流，具有以下优势：

(1)副喷喷嘴的射流与主喷体的射流发生撞击时，射流提前破碎，促进了射流的裂变，喷洒的雾化程度以及均匀性增加，喷灌均匀性提高。

(2)当副喷喷嘴的射流与主喷体的射流未发生撞击时，旋转副喷不影响主喷体射程，由此实现在提升喷头喷洒均匀度的同时不影响射程的效果。

(3)结构简单紧凑、装配方便，较现有特殊或异形副喷结构可在离心射流作用下防止副喷产生淤堵，撞击作用不影响主喷体正常运转；

(4)旋转副喷自旋转方向与主喷体通过摇臂打击转动方向相反时实现更高频次地撞击主射流，相同异步旋转能够实现较低地撞击主射流，满足不同灌溉需求。

综上，从根本上解决水量分布不均匀的问题，适用于农业灌溉领域推广应用。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例1的立体图；

图2是本发明实施例1的前俯视爆炸图；

图3是本发明实施例1的后仰视爆炸图；

图4是本发明实施例1的部分剖视且A部分放大结构图；

图5是本发明实施例1的旋转副喷俯视图；

图6是本发明实施例1的旋转副喷主视图；

图7是本发明实施例1的摇臂俯视图；

图8是本发明实施例2的立体图；

图9是本发明实施例3的部分剖视图。

图中：下轴承1，第一环槽131，凹部1311；旋转副喷2，第一副喷体21，销槽211，第二副喷体22，销口221，副喷喷嘴23，球体201，第一凸环202，第三环槽203，销钉204，第二凸环205；主喷体3，驱动机构4，摇臂41，偏流板411，导流板412，打击块42，摇臂轴43；第一限位环5，第二限位环6，凸台561，第二环槽562，滚珠轴承7，密封件8，副喷喷嘴23相对于水平方向的仰角θ1，主喷体3相对于水平方向的仰角θ2。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-7所示，为本发明所述旋转撞击式喷灌装置的一种较佳实施方式，所述旋转撞击式喷灌装置包括依次连通且相互转动连接的下轴承1、旋转副喷2和主喷体3，所述旋转副喷2能够相对于下轴承1旋转，旋转副喷2包括射流能够与主喷体3射流对撞的副喷喷嘴23，所述主喷体3上设有用于驱动主喷体3相对旋转副喷2异步或异向旋转的驱动机构4。

进一步地，所述旋转副喷2通过离心力驱动相对于下轴承1全圆旋转，优选地，所述副喷喷嘴23与旋转副喷2连通，使喷罐流体经旋转副喷2、副喷喷嘴23喷出后提供旋转副喷2的切向驱动力，使旋转副喷2在离心力驱动下相对下轴承1和主喷体3自主全圆旋转。

进一步地，所述旋转副喷2包括配合相连的第一副喷体21和第二副喷体22，所述第一副喷体21与下轴承1转动连接，第一副喷体21与下轴承1之间设有第一限位环5，所述第二副喷体22与主喷体3转动连接，第二副喷体22与主喷体3之间设有第二限位环6，使旋转副喷2通过第一限位环5和第二限位环6限位转动连接在下轴承1与主喷体3之间。

进一步地，所述第一副喷体21和第二副喷体22上均设有若干绕旋转副喷2一周间隔设置的球体201，所述下轴承1和主喷体3上均设有与球体201限位滚动或滑动配合的第一环槽131，所述第一限位环5位于第一副喷体21内侧，第一限位环5与下轴承1相连，所述第二限位环6位于第二副喷体22内侧，第二限位环6与主喷体3相连，使整体结构紧凑。

进一步地，所述第一限位环5和第二限位环6上均设有凸台561和第二环槽562，所述凸台561与第一副喷体21或第二副喷体22间隙配合密封，所述第二环槽562与第一环槽131配合限制球体201在旋转副喷2周向移动，第一环槽131和第二环槽562包括与球体201滚动或滑动配合的凹部1311，便于转动安装旋转副喷2。

进一步地，所述副喷喷嘴23与旋转副喷2呈一体式结构或螺纹配合可拆卸连接，所述第一限位环5与下轴承1、第二限位环6与主喷体3螺纹配合连接，优选第一限位环5和第二限位环6内壁呈多边形孔结构，便于拆装时以工具与多边形孔配合限制第一限位环5或第二限位环6旋转，保证旋紧或方便拆除。

进一步地，所述第一副喷体21与第二副喷体22上、第一限位环5与下轴承1上、第二限位环6与主喷体3上择一设有配合的第一凸环202和第三环槽203，用于通过第一凸环202与第三环槽203的保证定位配合和配合增加密封性。

进一步地，所述第一副喷体21与第二副喷体22之间设有销钉204，第一副喷体21上设有销槽211，第二副喷体22上设有销口221，通过销钉204对应销口221和销槽211连接装配旋转副喷2。

进一步地，所述副喷喷嘴23有两个且绕旋转副喷2同时针设置，副喷喷嘴23绕旋转副喷2顺时针设计，使旋转副喷2逆时针旋转，较现有特殊或异形副喷结构可适当增大副喷喷嘴23的出口面积，并在离心射流作用下防止副喷产生淤堵，且两个副喷喷嘴23使旋转副喷2驱动稳定并避免副喷分流过多影响主喷体3射流。

进一步地，所述副喷喷嘴23相对于水平方向的仰角θ1大于主喷体3相对于水平方向的仰角θ2，使副喷喷嘴23射流能够与主喷体3射流对撞。

进一步地，所述主喷体3为摇臂式主喷结构，所述驱动机构4包括摇臂41和打击块42，摇臂41安装在主喷体3的摇臂轴43上，摇臂41与摇臂轴43之间设有扭力弹簧，摇臂41前端设有偏流板411和导流板412，打击块42设置在主喷体3上且用于与摇臂41配合打击，打击块42控制主喷头3的旋转角度，摇臂41驱动原理为：当主喷体3的射流射出后冲击偏流板411、导流板412，使摇臂41产生切向运动力绕摇臂轴43回转一定角度带动扭力弹簧扭转，然后在扭力弹簧回复作用下带动摇臂41绕摇臂轴43反向转动撞击打击块42，使主喷体3受力相对旋转副喷2旋转一定角度，如此往复进行使主喷体3作全圆周运动。

进一步地，所述副喷喷嘴23射流在靠近偏流板411和导流板412的位置与主喷体3后端射流对撞，使射流提前破碎，利于提高喷洒的雾化程度以及均匀性。

上述旋转撞击式喷灌装置的装配方法为：

将第一限位环5套设在第一副喷体21内部后定位安装在下轴承1上，第一副喷体21的若干球体201对应卡入下轴承1第一环槽131，将第一限位环5与下轴承1螺纹配合连接，使配合的第一环槽131和第二环槽562限制第一副喷体21的球体201在旋转副喷2周向移动，实现第一副喷体21与下轴承1的转动连接。

摇臂式主喷体3装配后，同理，将第二限位环6套设在第二副喷体22内部后定位安装在主喷体3上，第二副喷体22的若干球体201对应卡入主喷体3的第一环槽131，将第二限位环6与主喷体3螺纹配合连接，使配合的第一环槽131和第二环槽562限制第二副喷体22的球体201在旋转副喷2周向移动，实现第二副喷体22与主喷体3的转动连接；将第一副喷体21和第二副喷体22定位安装，以销钉204连接第一副喷体21和第二副喷体22，实现喷灌装置的整体装配。结构简单紧凑、装配方便，由于旋转副喷2自旋转方向与主喷体3通过摇臂41打击转动方向相反，能够实现更高频次地撞击主射流，满足相应灌溉需求。

实施例2

如图8所示，为本发明所述旋转撞击式喷灌装置的另一种较佳实施方式，所述旋转撞击式喷灌装置与实施例1的区别在于，副喷喷嘴23绕旋转副喷2逆时针设计，使旋转副喷2顺时针旋转，由于旋转副喷2自旋转方向与主喷体3通过摇臂41打击转动方向相同，异步旋转能够实现较低地撞击主射流，满足相应灌溉需求。

实施例3

如图9所示，为本发明所述旋转撞击式喷灌装置的另一种较佳实施方式，所述旋转撞击式喷灌装置与实施例1的区别在于，所述第一副喷体21与下轴承1之间、第二副喷体22与主喷体3之间均设有滚珠轴承7，所述第一限位环5位于第一副喷体21外侧与第一副喷体21限位配合，第一限位环5与下轴承1相连，所述第二限位环6位于第二副喷体22外侧且与第二副喷体22限位配合，第二限位环6与主喷体3相连，所述副喷喷嘴23与旋转副喷2可拆卸式连接。

进一步地，所述第一副喷体21限位套设在第二副喷体22外部，第一副喷体21与第二副喷体22之间、第一限位环5与下轴承1之间、第二限位环6与主喷体3之间通过螺纹或螺钉连接，副喷喷嘴23与旋转副喷2通过螺纹配合可拆卸连接，在下轴承1、主喷体3的适宜位置设置向滚珠轴承7施润滑油的润滑孔，用于便于装配连接并提高装置稳定性和寿命。

进一步地，所述第一副喷体21与第一限位环5之间、第一副喷体21与下轴承1之间、下轴承1与第一限位环5之间、第二副喷体22与第二限位环6之间、第二副喷体22与主喷体3之间、第二副喷体22与第二限位环6之间、副喷喷嘴23与旋转副喷2之间设有密封件8，用于提高旋转副喷2转动装配后的密封性。

进一步地，所述第一副喷体21和第二副喷体22上均设有第二凸环205，第二凸台561用于与第一限位环5或第二限位环6限位配合，用于限位装配旋转副喷2。

上述旋转撞击式喷灌装的装配过程为：

安装第一副喷体21与下轴承1之间的密封件8，将一个滚珠轴承7定位设置在上轴承上，将第一副喷体21套设在滚珠轴承7内部并以第二凸环205与滚珠轴承7限位，安装第一副喷体21与第一限位环5之间的密封件8，安装第一限位环5与下轴承1的密封件8，将第一限位环5套设在第一副喷体21外部并与第二凸台561限位配合后，连接第一限位环5与下轴承1实现第一副喷体21与下轴承1的密封转动连接。

将摇臂式主喷体3装配后，同理，倒置主喷体3，安装第二副喷体22与主喷体3之间的密封件8，将另一个滚珠轴承7定位设置在主喷体3上，将第二副喷体22套设在滚珠轴承7内部并以第二凸台561与滚珠轴承7限位，安装第二副喷体22与第二限位环6之间的密封件8，安装第二限位环6与主喷体3的密封件8，将第二限位环6套设在第二副喷体22外部并与第二凸环205限位配合后，连接第二限位环6与主喷体3实现第二副喷体22与主喷体3的密封转动连接；连接副喷喷嘴23与第二副喷体22，将第二副喷体22定位插入第一副喷体21内，连接第二副喷体22与第一副喷体21实现整体装配连接，具有便于拆装更换、密封运动可靠的优势。

实施例4

为本发明所述旋转撞击式喷灌方法的一种较佳实施方式，喷灌方法基于上述实施例1/实施例2/实施例3所述旋转撞击式喷灌装置，喷灌流体依次经过下轴承1、旋转副喷2和主喷体3时，旋转副喷2与主喷体3分别旋转、使副喷喷嘴23射流间歇周期性撞击主喷体3射流。

上述旋转撞击式喷灌装置和方法的工作原理为：将喷管装置安装在灌溉出水管道口，打开出水管道口的水泵，使灌溉流体经过下轴承1、旋转副喷2和主喷体3时，小部分灌溉流体经旋转副喷2的副喷喷嘴23喷出，使旋转副喷2在离心力作用下、在下轴承1上全圆自旋转，大部分灌溉流体经主喷体3喷出并在驱动机构4作用下、在旋转副喷2上相对旋转副喷2异步或异向全圆自旋转。

通过旋转副喷2与主喷体3分别旋转、使副喷喷嘴23射流间歇周期性撞击主喷体3射流：当副喷喷嘴23的射流与主喷体3的射流发生撞击时，射流提前破碎，促进了射流的裂变，喷洒的雾化程度以及均匀性增加，喷灌均匀性提高；当副喷喷嘴23的射流与主喷体3的射流未发生撞击时，旋转副喷2不影响主喷体3射程，由此实现在提升喷头喷洒均匀度的同时不影响射程的效果，具有与众不同的优点，从根本上解决水量分布不均匀的问题，适用于农业灌溉领域。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种旋转撞击式喷灌装置，其特征在于，包括依次连通且相互转动连接的下轴承（1）、旋转副喷（2）和主喷体（3），所述旋转副喷（2）能够相对于下轴承（1）旋转，旋转副喷（2）包括射流能够与主喷体（3）射流对撞的副喷喷嘴（23），所述主喷体（3）上设有用于驱动主喷体（3）相对旋转副喷（2）异步或异向旋转的驱动机构（4）；

所述旋转副喷（2）包括配合相连的第一副喷体（21）和第二副喷体（22），所述第一副喷体（21）与下轴承（1）转动连接，第一副喷体（21）与下轴承（1）之间设有第一限位环（5），所述第二副喷体（22）与主喷体（3）转动连接，第二副喷体（22）与主喷体（3）之间设有第二限位环（6）；

所述第一副喷体（21）和第二副喷体（22）上均设有若干绕旋转副喷（2）一周间隔设置的球体（201），所述下轴承（1）和主喷体（3）上均设有与球体（201）限位滚动或滑动配合的第一环槽（131），所述第一限位环（5）位于第一副喷体（21）内侧，第一限位环（5）与下轴承（1）相连，所述第二限位环（6）位于第二副喷体（22）内侧，第二限位环（6）与主喷体（3）相连。

2.根据权利要求1所述的一种旋转撞击式喷灌装置，其特征在于，所述旋转副喷（2）通过离心力驱动相对于下轴承（1）全圆旋转。

3.根据权利要求1所述的一种旋转撞击式喷灌装置，其特征在于，所述第一限位环（5）和第二限位环（6）上均设有凸台（561）和第二环槽（562），所述凸台（561）与第一副喷体（21）或第二副喷体（22）间隙配合，所述第二环槽（562）与第一环槽（131）配合限制球体（201）在旋转副喷（2）周向移动。

4.根据权利要求1所述的一种旋转撞击式喷灌装置，其特征在于，所述第一副喷体（21）与下轴承（1）之间、第二副喷体（22）与主喷体（3）之间均设有滚珠轴承（7），所述第一限位环（5）位于第一副喷体（21）外侧与第一副喷体（21）限位配合，第一限位环（5）与下轴承（1）相连，所述第二限位环（6）位于第二副喷体（22）外侧且与第二副喷体（22）限位配合，第二限位环（6）与主喷体（3）相连，所述副喷喷嘴（23）与旋转副喷（2）可拆卸式连接。

5.根据权利要求1所述的一种旋转撞击式喷灌装置，其特征在于，所述副喷喷嘴（23）相对于水平方向的仰角θ1大于主喷体（3）相对于水平方向的仰角θ2。

6.根据权利要求1所述的一种旋转撞击式喷灌装置，其特征在于，所述主喷体（3）为摇臂式主喷结构。

7.一种旋转撞击式喷灌方法，其特征在于，基于权利要求1~6任意一项所述旋转撞击式喷灌装置，喷灌流体依次经过下轴承（1）、旋转副喷（2）和主喷体（3）时，旋转副喷（2）与主喷体（3）分别旋转、使副喷喷嘴（23）射流间歇周期性撞击主喷体（3）射流。