喷头旋转式散水盘散水齿结构优化设计

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1、2014年12月农业机械学报第45卷第12期doi:10．6041/j．issn．1000-1298．2014．12．011*喷头旋转式散水盘散水齿结构优化设计李红徐敏李一鸣陈超(江苏大学流体机械工程技术研究中心，镇江212013)摘要:通过喷头散水机构对水流的粉碎，可以提高喷头近处水量，改善喷头水量分布。旋转式散水盘在水流的冲击下做间歇式旋转运动，能够在不减少射程的基础上提高喷灌均匀度。散水齿结构尺寸直接影响散水盘对喷头水力性能的影响。以散水齿影响区域的最短射程Ｒ和影响区域角度范围α为散水齿的优化指标，利用正交试验法，研究散水齿结构尺寸

2、(散水齿宽度a，散水齿插入射流深度h和水射流出口至散水齿的距离c)对水力性能的影响，并获得各因素对水力性能的影响规律，提出散水齿的2种最佳结构尺寸，即a=1.6mm、h=1mm、c=4mm以及a=1.6mm、h=0、c=9mm。根据旋转喷头的径向水量分布由散水齿影响的水量分布与无散水齿的水量分布按照一定喷洒次数比率叠加而成的规律，依据最终喷头径向水量分布呈较为理想的“三角形”，建立了散水齿影响区域最短射程的计算方法。关键词:喷头旋转式散水盘散水齿正交试验优化设计中图分类号:S224文献标识码:A文章编号:1000-1298(2014)12

3、-0069-06布多个散水齿，当喷头水流冲击散水齿时，散水盘作引言间歇性步进旋转。这种结构巧妙地解决了射程与喷喷头是实施喷灌的关键设备，喷头的水力性能洒均匀度之间的矛盾关系，克服了传统喷头以牺牲和运转性能在很大程度上决定喷灌系统的灌溉质射程来满足均匀度的困难，实现了喷头对射程和喷量。单喷头射程与喷洒均匀性是考核喷头性能的重洒均匀度的兼顾。［1－5］要指标。目前从结构设计方面提高喷头水力性因此，相对于固定式散水机构，间歇式散水机构能的措施有:合理的副喷嘴、异形喷嘴、新型流道结能够在不减少射程的基础上提高喷灌均匀度。但是［6－13］构和添加散

4、水机构。目前只是看到相关产品，尚未见关于散水机构入水通过喷头散水机构对水流的粉碎，可以提高喷深度与水量分布、射程、均匀度等之间关系的文献报头近处水量，改善喷头水量分布。散水机构可分为道。固定式和间歇式。固定式散水机构通常是在喷嘴的旋转式散水盘在水流的冲击下做间歇式旋转出口前方安装上下可调节的小螺钉，利用螺钉对水运动，因此散水齿尺寸关系到整个旋转式散水盘流的粉碎作用，改善喷头水量分布。这类固定式散对水力性能的影响。本文以不减小喷头射程，同水机构结构简单，易加工，但是以牺牲射程来改善水时提高喷灌均匀度为设计宗旨，采用正交试验［17］量分布。法

5、研究散水齿结构尺寸对水力性能的影响，并间歇式散水机构指散水机构入水深度按照一定获得各因素对水力性能的影响规律，提出散水齿规律变化。美国Hunter公司对升降式喷头进行结的最佳结构尺寸。构改进，在喷嘴出口增加入水深度按周期性变化的1旋转式散水盘结构散水针，该散水针沿凸轮机构的外表面上下移动从而调节入水深度，这样能在保证射程不变的同时获美国Nelson公司生产的Ｒ2000、Ｒ33等系列旋［14］［16］得较好的均匀度。意大利Semi公司推出的涡轮转喷头采用一种环形散水盘的散水结构，如图1涡杆喷枪系列产品也通过增加凸轮机构，来提高喷所示。［15

6、］洒均匀度。另外，美国Nelson公司采用一种环形图2为散水盘的结构示意图，散水齿主要结构［16］散水盘的散水结构，该散水盘在圆周方向均匀分尺寸包括散水齿宽度a、散水齿插入射流深度h和收稿日期:2014-01-02修回日期:2014-01-07*国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2011AA100506)、江苏省水利科技资助项目(2013094)和江苏高校优势学科建设工程资助项目作者简介:李红，研究员，博士生导师，主要从事节水灌溉装备与技术研究，E-mail:hli@ujs．edu．cn70农业机械学报2014年L(x)－(1

7、－k)L1(x)则L2(x)=(2)k令L2(x)=0，则x值为曲线ρ=L(x)与曲线ρ=(1－k)L1(x)的交点，即散水齿影响区域的最短射程Ｒ。当喷头径向水量分布呈较为理想的“三角形”［18］和“梯形”时将利于组合喷洒，此时喷灌均匀度较图1Ｒ33型喷头结构示意图高。由图4可知，为获得“三角形”水量分布，最短Fig．1StructureschemeofsprinklertypedＲ33射程Ｒ≥Ｒ1;为获得“梯形”水量分布，最短射程Ｒ≥1．阻尼结构2．旋转式散水盘3．喷盘4．喷体5．喷嘴Ｒ2，又因为Ｒ2≥Ｒ1，因此所需的受散水齿影响的最6

8、．接头短射程Ｒ至少为Ｒ1，否则近处水量得不到补充，因此正交试验结果衡量的指标之一为Ｒ≥Ｒ1。图4喷头径向水量分布示意图图2旋转式散水盘结构示意图Fig．4Schematicdiagramofr