CN2640614Y - 单喷头人工模拟降雨装置 - Google Patents

Abstract

单喷头人工模拟降雨装置，喷头筒体为中空圆柱筒体，其顶部出水口外缘为曲面，与其相吻合位于出水口上方的碎流板为曲面变形体，碎流板下部且在上段筒体外围装有滑动套筒，碎流体与上段筒体为动配合，喷头筒体的中部设有凸起隔板，隔板以下在喷头筒体外围装有压力弹簧，弹簧外围安装传力套筒，筒体两则设置传力导板，导板分别与碎流体和传力套筒连接。本装置能满足试验设计喷射控制面积，保证满足模拟雨滴自由落体的高度和试验区域内模拟降雨的均匀度，能模拟大雨强的降雨效果；弹簧调节压力，实现不同压力对应不同雨强的自动调节，结构简单，便于携带，除供水系统外，无须外动力，适于野外作业。

Description

单喷头人工模拟降雨装置

本实用新型涉及一种模拟天然降雨的装置，特别是单喷头人工模拟降雨装置。

目前国内外基本采用研究人工模拟降雨机来模拟天然降雨，通过测定雨滴动能、土壤侵蚀量，研究其雨型、地貌及地质条件、植被类型、土壤条件对水土流失的影响规律，从而实现对水土流失区的动态监测。为了研究水土流失的规律及实现对水土流失的定量预测，20世纪30～80年代，苏联、美国等国家曾研制多种下喷式、侧喷式模拟降雨机。我国在60年代开始相继研制出不同性能及雨谱的侧喷式、下喷式、便携式(针式)、组合式、室内旋转式人工模拟降雨机。其中，适合野外作业的模拟降雨机以侧喷式、下喷式、便携式(针式)、组合式为常用，侧喷式模拟降雨机多采用阀控组合型喷头。从实用的观点看，野外作业便携型下喷针式人工模拟降雨机存在模拟降雨控制面积小(只有几平方米)的弱点，缺乏代表性，适应于定点研究。下喷式人工模拟降雨机要求野外有足够的场地架设仪器，而实际场地往往不能直接满足，因此也不能广泛使用。侧喷式阀控多喷头组合人工模拟降雨机需要动力输出和大型运具设备，组合、装卸非常不便，而且欲测某个降雨强度的降雨，需使用对应的喷头。侧喷式喷头的碎流板，与喷体脱离，增加了结构的复杂性；多喷头组合，体积自然庞大，不便携带。1996年研制的弹片式单喷头模拟降雨装置，虽然解决了单喷头替代多喷头组合的问题，但因受弹片结构限制，不论供水压力为多大，其开口总呈三角形的形状出水，这仅满足小雨强的模拟效果，该装置在模拟大雨强时，则以细雨的形式出现，不能反映大雨强降雨时对地面击溅破坏作用。

本实用新型的任务是克服上述人工模拟降雨装置，特别是单喷头结构降雨装置存在的诸多缺陷，设计一种单喷头变雨强弹簧调节曲面开口的水土流失监测人工模拟降雨装置。

本实用新型针对现有技术做出的最大改进是：将碎流板直平面改为曲面，曲面采用对数曲线型，以保证满足试验设计喷射控制面积；保证满足模拟雨滴的自由落体的高度和实验区域内模拟降雨的均匀度。当供水系统通过供水管路将水输送到喷头筒体2，碎流板1a受到水流冲击而产生上升力，通过连接碎流板左右两翼导板[3，4]和传力套筒6将上升力传递给压力弹簧5，在弹力作用下，碎流体有规律地抬升。当弹力与供水压力平衡时，碎流体抬升停止，形成与对应供水压力的均匀出水断面，水流冲击碎流板后发生折射，沿碎流板内缘设计曲线向一侧空中喷出，水舌在空中充分掺气后，形成水滴，落于地面，完成整个模拟降雨过程。

在这样一个连续的喷体系统内，施加不同的供水压力，就形成不同厚度的水舌，进而形成从小到大的雨强。实现不同供水压力、不同雨强、不同降雨量的模拟试验过程。本实用新型包括喷头筒体[2]、由碎流板[1a]和滑动套筒[1b]构成的碎流体[1]、传力导板[3，4]、压力弹簧[5]、传力套筒[6]和压力调节机构，喷头筒体[2]为底部进水、顶部出水的中空圆柱—圆台—圆柱体，出水口上方装有碎流体[1]。其特征在于：

a)喷头筒体[2]顶部出水口外缘为曲面，与其相对应并位于出水口上方的碎流板[1a]为曲面变形体，碎流板下部且在上段筒体的外围装有滑动套筒[1b]，碎流体[2]与上段筒体为动态配合，使其沿着该筒体作上下滑动。

b)在喷头筒体[2]的中段设有凸起隔板[2b]，隔板以下在喷头筒体外围装有压力弹簧[5]，弹簧外围安装传力套筒[6]。

c)在喷头筒体[2]的两侧设有传力导板[3，4]，该导板分别与碎流体[1]和传力套筒[6]相连接。

本实用新型进一步的实施方案为：喷头筒体[2]顶部出水口外缘以及碎流板[1a]曲面呈对数曲线型，碎流板[1a]为圆台变形体，其上缘α为25°～45°角的切面，左侧为连同滑动套筒一起加厚的棱台，下缘为对数曲线型。喷头筒体[2]两侧传力导板为2个四棱体组成的复合体，其中左侧传力导板[3]上部连接在碎流板及滑动套筒上，右侧导板[4]上部连接在滑动套筒上；两侧传力导板的下部均连接在传力套筒[6]上。

本实用新型的特点：

1、碎流板改直平面为曲面，曲面采用对数曲线。能满足试验设计喷射控制面积，满足模拟雨滴自由落体的高度和试验区域内模拟降雨的均匀度。同时满足碎流板有较好的受力条件，在水的冲击力作用下，向上抬起，以保证喷射口有足够的出水断面，能模拟大雨强的降雨效果。

2、采用弹簧调节压力，实现不同压力对应不同雨强的自动调节。

3、结构简单，体积小，质量轻，便于携带，除供水系统外，无须外动力，适应野外作业。

技术性能：

1、有效降雨控制面积S≥20m²

2、模拟降雨强度I＝30～200mm/h

3、降雨均匀系数k≥0.8

4、雨滴动能、雨滴中数直径等雨滴特征参数随供水压力的变化而自动调节，呈线性正比例变化。

下面通过附图结合本实用新型的实施方式作详细描述。

图1为本实用新型的结构示意图(轴视图)

图2、图3位喷头筒体的主视图和俯视图。

图4为沿图2中A-A向视图

图5、图6、图7分别为碎流体主视图、左视图和俯视图。

图8为防滑键结构视图。

参见图1～图3，喷头筒体2由三段不同口径的空心圆柱或圆台构成整个喷头主体，其中上段2a和下段2e为圆柱体，中段2c为圆台筒体。上部标准空心圆柱体为出水段，顶部出水口外缘为对数曲线型，出水口上方安装碎流体1，碎流体1与喷头筒体2上段空心圆柱体为动配合，使其沿着该筒体作上下滑动，为防止碎流体左右转动，在上段喷头筒体外设有防滑键槽2d，滑动套筒1b一侧设置的防滑键1c置于键槽内。在喷头筒体2的中段设有凸起隔板2b，该隔板2b上缘为碎流体向上运动的起点，隔板两侧开有矩形限位凹槽2f，以限制两翼传力导板左右运动。喷头筒体的下段2e圆柱筒体为进水段，在底部内筒壁和外围均带有螺纹，外螺纹用于配合安装调节压力螺母7，用于调节压力弹簧5的受压状态；内螺纹用于与供水系统连接。

参见图5～图7，碎流体1主要由碎流板1a和滑动套筒1b构成，位于碎流板下面的滑动套筒为空心圆柱体，并套在上段2a喷头筒体外围，滑动套筒1b与右侧传力导板4相连接处且在套筒1b中心线外缘部位有一连接平面，该平面设有连接固定孔8，用于安装固定右翼传力导板4。

碎流板1a为圆台的变形体，其上缘α为25°～45°角的切面，左侧为连同滑动套筒一起加厚的棱台，在侧壁上开有连接孔，用于连接安装左翼传力导板3，碎流板1a下缘为对数曲线型，与喷头筒体出水口外缘的对数曲线型相吻合，完成模拟降雨过程。

喷头筒体2两侧传力导板为2个4棱体组成的复合体，其中左翼传力导板3上4棱体断面加大加厚并连接在碎流板及滑动套筒上，右侧传力导板4上部通过固定螺孔8连接在滑动套筒的连接平面上，两侧传力导板的下部通过连接孔9连接在传力套筒6上。

凸起隔板2b以下在喷头筒体2外围装有压力弹簧5，弹簧5外围安装传力套筒6，在压力弹簧底部装有托板与传力套筒6成一体构成“L”型，用以顶托压力弹簧，托板底部的筒体2外围安装有压力调节螺母7，起调节弹簧压力和支撑传力套筒6的作用。

Claims (7)

1、单喷头人工模拟降雨装置，包括喷头筒体[2]、由碎流板[1a]和滑动套筒[1b]构成的碎流体[1]、传力导板[3，4]、压力弹簧[5]、传力套筒[6]和压力调节机构，喷头筒体[2]为底部进水、顶部出水的中空圆柱一圆台一圆柱体，出水口上方装有碎流体[1]。其特征在于：

a)喷头筒体[2]顶部出水口外缘为曲面，与其相对应并位于出水口上方的碎流板[1a]为曲面变形体，碎流板下部且在上段筒体的外围装有滑动套筒[1b]，碎流体[2]与上段筒体为动态配合，使其沿着该筒体作上下滑动。

b)在喷头筒体[2]的中段设有凸起隔板[2b]，隔板以下在喷头筒体外围装有压力弹簧[5]，弹簧外围安装传力套筒[6]。

c)在喷头筒体[2]的两侧设置传力导板[3，4]，该导板分别与碎流体[1]和传力套筒[6]相连接。

2、按照权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征是所说的筒体[2]顶部出水口外缘以及碎流板[1a]曲面呈对数曲面型，碎流板[1a]为圆台变形体，其上缘α为25°～45°角的切面，左侧为连同滑动套筒一起加厚的棱台，下缘为对数曲线型。

3、按照权利要求1或2所述的人工模拟降雨装置，其特征是喷头筒体[2]两侧传力导板为2个四棱体组成的复合体，其中左侧传力导板[3]上部连接在碎流板[1a]及滑动套筒[1b]上，右侧导板[4]上部连接在滑动套筒[1b]上；两侧传力导板的下部均连接在传力套筒[6]上。

4、按照权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征是在上段喷头筒体外设有防滑键槽[2d]，滑动套筒[1b]一侧设置的防滑键[1c]置于键槽内。

5、按照权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征是在压力弹簧的底部装有托板与传力套筒6成一体构成“L”型。

6、按照权利要求1所述的人工模拟降雨装置，其特征是在凸起隔板[2b]的两侧开有矩形限位凹槽[2f]。

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