旋转式射流喷头设计与性能正交试验

提出了一种旋转式射流喷头。选用五因素四水平表,通过正交试验得出影响喷头工作性能的结构参数依次为盖板出口直径、直线段长度、导流段长度、位差、作用区长度、导管长度。分析了各结构参数值对雨量分布、射程和旋转速度的影响,得出10型喷头结构参数最佳组合为:盖板出口直径6.2mm,直线段长度6mm,导流段长度31mm,位差2.6mm,作用区长度22mm,导管长度20mm。利用部分追加法追加盖板出口直径试验点,得出5.2mm是出口直径的下限,7.2mm是出口直径的上限,最佳出口直径为6.2mm。

喷头旋转式散水盘散水齿结构优化设计

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(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=1.6 mm、h=1 mm、c=4 mm以及a=1.6 mm、h=0、c=9 mm。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。

旋转式喷头转速对水力性能影响试验研究

以Nelson R33旋转喷头为样机，通过设置10种不同粘度的阻尼油脂来调节喷头的转速，对其进行水力性能试验分析。结果表明，使用不同粘度的阻尼油脂可以显著改变喷头转速，当采用粘性最大的阻尼油脂KL704时，喷头在150kPa和200kPa工作压力下转速分别为0．085r／min和0．26r／min，而无阻尼时，喷头转速为202r／min和229．59r／min。同时发现，在150kPa和200kPa工作压力下喷头转速低于20r／min时，随着转速的增加射程逐渐减小，减小程度为25％～26．9％，而转速高于20r／min时，喷头射程随着转速变化的幅度趋于平缓。综合转速对射程及组合灌溉均匀度的影响，喷头转速为1r／min左右，更有利于组合喷灌的均匀性及系统布置的经济性。

旋转折射式喷头水量分布与喷灌均匀性试验

为了研究喷头工作压力、喷嘴直径和安装间距对喷灌喷洒水深和喷灌均匀度的影响规律,选用喷嘴直径为2.98、3.37、3.77 mm的R3000型旋转式喷盘的折射式喷头进行了研究。测量了3种喷头在0.1、0.2、0.3 MPa工作压力下的径向水量分布,喷灌强度随着喷头工作压力或喷嘴直径的增加而增大。叠加计算了安装间距为2、3、4、5、6 m几种情况下的组合均匀性系数,并通过组合试验与计算结果进行对比,得出组合均匀性系数试验值与模拟计算值的误差在0.5%~11.0%之间,影响因素的主次顺序为喷头安装间距、工作压力、喷嘴直径。结果表明:喷嘴流量系数平均值在0.9以上,说明喷头的性能良好。3种喷嘴的最佳喷灌均匀性系数分别为75.9%、78.2%和85.1%。提出了自制R3000型旋转折射式喷头最佳组合间距为4 m的计算均匀性系数经验公式,为其在工程中的应用提供了理论数据。

仰角可调摇臂式喷头水力性能试验

在不改变喷头原有结构的基础上,设计了一种由上支撑杆、下支撑杆、限位杆、柔性波纹管组件、内螺纹空心轴、定位螺钉、调节螺钉等组成的喷头仰角调节机构,实现喷头仰角在13°、18°、23°、30°4个角度的调节,并对安装了该机构的喷头进行了水力性能试验。结果表明,喷头仰角为23°时,不同工作压力下喷头的射程均最大;在23°与30°时组合均匀度系数相对较大,最利于组合喷灌。不同工作压力下,平均喷灌强度随着喷头仰角的减小而增大。喷头仰角由23°减小到13°时,喷头喷洒水滴的飘移损失减小,平均喷灌强度增加,因此喷头仰角减小可以增强其抗风、抗坡能力。仰角越小,喷头射程末端降水量变化越剧烈,导致喷头喷洒降水量分布不均,所以仰角调节不宜过小。安装了仰角调节机构的喷头在各象限的转动误差均小于±10%,其转动均匀性符合要求。

旋转喷头变压节能供水变域喷洒控制策略与试验

针对目前变域喷洒喷头能耗高,喷洒形状不理想等问题,通过深入分析水泵变压运行和喷头变域喷洒机理,得到了喷头实现变域喷洒时两种调节方法的运行规律。推导了变频器频率fv与喷头旋转α角度所用时间t之间的关系方程,提出了一种实现喷头变域喷洒的开环控制策略和通过试验设定控制规律的方法。通过水力能耗的计算发现,采用变频调速方法实现变域喷洒比采用动静片方法节约27%的能量。

旋转式喷头质量评价指标定量筛选方法对比分析

对节水灌溉产品质量评价指标进行定量筛选,可实现借助测定有代表性的指标就能开展质量评价的目的。该文依据室内性能测试数据,借助聚类分析法和主成分分析法对旋转式喷头质量评价指标进行定量筛选,对比分析了两种方法的筛选效果和适用性。结果表明,采用两种方法对旋转式喷头质量评价指标进行定量筛选得出的结论基本相近,在常用的旋转式喷头质量评价的7个指标当中,射程与喷射高度的相关性最强,对农业灌溉中常见的中、低射程旋转式喷头应保留射程而筛除喷射高度指标。考虑聚类分析法着重于每对指标间的相关性,而主成分分析法则注重所有指标间的相关程度,因此利用后者对旋转式喷头及其节水灌溉产品质量评价指标进行定量筛选更为有效。

基于钢珠驱动的全地埋式喷灌装置研发

影响耕作、寻找出水口困难是喷灌技术推广过程中遇到的主要问题,现有园林绿化中经常使用的埋藏式喷头无法直接安装在耕作层以下,不利于耕作和农作物收割。针对上述问题,该文研发了能够直接安装在耕作层以下的地埋式喷灌装置,有利于田间耕作。该装置依靠水压力实现升降功能,非灌溉时可安装在耕作层以下,不妨碍耕作;灌溉时,依靠水压力湿润和挤压喷头顶部及其附近土壤,克服土壤阻力顶出地面,实施旋转喷头工作,无需寻找出水口;灌溉后,喷头能够降回耕作层以下,地面无任何影响植物修剪或农作物收割的设施,喷灌作业前后也不需要安装或拆卸任何设施,大大降低了灌溉劳动强度。此外,使用球体打击驱动功能的旋转机构能够实现边旋转边喷灌功能,提高了装置的抗堵塞性。

旋转喷盘喷头喷嘴直径对喷盘转速和喷灌强度的影响

旋转喷盘喷头已经广泛应用于中心支轴式喷灌机上。针对旋转喷盘过高的转速可能导致喷灌范围减小以及喷灌强度增加问题,试验观测了不同压力（0.070、0.140和0.200 MPa）下安装7种不同直径的喷嘴（2.78、3.97、4.76、5.56、6.35、6.75和7.54mm）时的喷盘转速、喷头流量和喷洒半径。结果表明,（1）当工作压力为0.070、0.140和0.200 MPa时,喷盘转速分别为0.431~0.737、0.987~1.639和1.921~3.128r/min,喷嘴直径增大,喷盘转速也增大,喷嘴直径达5.56mm后,转速基本稳定;（2）喷盘转速随喷头流量的增加而增加,0.070、0.140和0.200 MPa下流量分别达0.714、1.135和3.023m3/h时,转速基本稳定;（3）当喷嘴直径大于5.56mm时,喷洒半径开始减小;（4）喷灌强度随喷嘴直径增加而增加。

R2000WF喷头与摇臂式喷头水力性能的比较研究

介绍Nelson公司R2000WF喷头的结构组成和工作原理,对R2000WF喷头和相近摇臂式喷头的水力性能进行了比较试验和分析。研究表明：在相同额定工作压力下,R2000WF喷头与摇臂式喷头相比,其流量平均要小13.2%,射程平均增大4.5%,末端水滴直径小,水量分布更均匀。由于其独特的阻尼部件,R2000WF喷头转速慢而稳定,工作可靠,使用寿命较长。R2000WF喷头在0.2-0.25 MPa工作压力下水力性能优于相近摇臂式喷头,完全符合喷灌工程技术规范。

旋转式微喷头转速对水力性能影响的试验研究

通过试验分析了旋转式微喷头的转速对水力性能的影响，试验处理设置为：3种喷嘴直径，分别为Ф1．4mm、Ф1．8mm和Ф2．4mm；5种阻尼脂量，分别为无阻尼、1／6阻尼脂、1／3阻尼脂、2／3阻尼脂和全阻尼。结果表明，利用阻尼脂可以显著降低微喷头的转速，在100～250kPa工作压力下，微喷头的转速可以从无阻尼时的2230-4225r／min降到全阻尼时的0．1～1．1r／min。与无阻尼的高速旋转微喷头比较，低转速微喷头可以显著增加射程，在100-250kPa工作压力时，其射程增加20．5％～31．8％。而在低转速区，微喷头的射程变化不大，在200kPa工作压力下，直径彩1．8mm喷嘴微喷头转速从0．41r／min增加到6．1r／min时，射程仅降低4．4％。与无阻尼的高转速微喷头比较，低转速微喷头水量分布更趋近于三角形分布。

旋转式喷灌机的研究

针对现有的移动式喷灌设备在运用和管理上存在的管道拆装不便、费时费力以及造价较高等诸多问题 ,为了促进喷灌技术的不断提高与发展 ,研制了旋转式喷灌机。阐述旋转式喷灌机的设计原理 ,介绍已设计出的 2种喷灌机及其性能 ,并将其特点与支管移动式喷灌系统进行了比较 ,该喷灌机具有成本低、移动方便、操作简单、维修方便、整机工作效率高、喷灌均匀性好和实用性强等特点 。

闭式旋转型雨淋喷头的试验研究

介绍闭式旋转型雨淋喷头的结构和工作原理。通过动态热性能试验验证闭式旋转型雨淋喷头玻璃球热反应灵敏度,进行了下垂安装方式两个高度的布水性能试验,通过木垛火灭火试验和不同工作压力的转速试验检验其灭火控制性能,并在0.2 MPa的工作压力下试验连续喷水性能。试验结果表明:闭式旋转型雨淋喷头结构设计利于热传递,具有良好的动态热性能和布水均匀性,且达到轻危险级洒水密度要求,工作稳定可靠。

柔性凸轮控制实现变量喷洒的可行性分析

旋转式喷头广泛应用于园林绿地灌溉,但旋转式喷头存在圆形喷洒域与地块的不规则形状匹配性差的问题。为解决这个问题,以15PY2型旋转式喷头为基体设计一款基于柔性凸轮控制的变域喷洒的变量喷头,介绍了其结构和工作原理。该变量喷头既可以实现不规则喷洒域也可以实现特定形状的喷洒域。根据喷头射程方程、变量喷头工作方程、减压阀流量方程推导建立了变量喷头的水力学模型,并通过试验测试证明了水力学模型的正确性和基于柔性凸轮的变量喷头设计方案的可行性,为变量喷头设计提供理论参考。

旋转式喷头质量模糊综合评价研究

基于随机抽取的样品性能测试数据,借助模糊综合评价方法开展旋转式喷头质量综合评价,分析评价指标权重值对综合评价结果影响的敏感性。研究结果表明,利用模糊综合评价方法可较好解决对合格产品质量评价指标状态进行再分级基础上的综合评价问题,有助于提高旋转式喷头合格产品质量综合评价的科学性。当第一层次评价指标的权重值分别变化±20%时,水力特性和耐久性指标权重值的改变对评价指数的影响相对稍大,但并未改变旋转式喷头样品的质量等级状况,对旋转式喷头质量评价指标权重值的配置基本合理可行。模糊综合评价方法也适用于其它节水灌溉产品和设备质量的综合评价。

双旋转臂直行自走式微喷灌机的研制

主要论述了最新研制的“双旋转臂直行自走式微喷灌机”的主要技术参数、工作原理与技术创新点,并阐述了性能试验结果。该机型与同类喷灌机相比较,在关键部件和整体结构上有较大技术创新与突破。通过性能试验后表明,该机明显具有节水、节能、节省劳力、抗风、适应性强、自动化程度高等特点,对促进节水灌溉技术的实施有着重要作用和意义。

喷嘴直径对旋转折射式喷头水量分布特性的影响

为了深入理解喷嘴直径对旋转折射式喷头水量分布特性的影响规律,以R3000型旋转折射式喷头为研究对象,配备6槽喷盘,选用36种不同直径(1.79~9.92 mm)的喷嘴,在室内无风环境下,采用雨量筒放射线布置法,开展了98、196和294 kPa三种工作压力下的旋转折射式喷头水量分布特性试验。试验结果表明:在98 kPa工作压力下,喷嘴直径1.79~7.54 mm喷头的径向水量分布形式为双驼峰型曲线,喷嘴直径7.94~9.92 mm喷头的径向水量分布形式为单驼峰型曲线;在196和294 kPa工作压力下,喷嘴直径1.79~9.92 mm喷嘴的径向水量分布曲线均呈现单驼峰型曲线。旋转折射式喷头的水量分布均匀性随工作压力增加而下降;在98 kPa工作压力条件下,除个别喷嘴直径(1.79、1.98 mm)以外,喷头的水量分布均匀性均在60%以上。喷头的喷洒半径范围为4~9 m。喷头的喷洒半径随喷嘴直径增加并非呈单调递增趋势;当喷嘴直径超过7.54 mm(对应38#喷嘴),随喷嘴直径增加喷洒半径呈下降趋势。根据试验数据分析结果,确定了喷洒半径随喷嘴直径变化的抛物线模型。喷头的喷灌强度最大值和平均值随喷嘴直径增大而增大,曲线拟合结果表明,喷灌强度最大值和平均值均与喷嘴直径呈明显指数关系,决定系数R2均在0.95以上。研究结果可为低压旋转折射式喷头优化设计、工程应用及促进产品国产化等提供技术依据和参考。

轻小型平移式喷灌机低压末端喷头改进设计与试验

为解决轻小型平移式喷灌机末端喷头低压工况下喷洒射程小、水流破碎不充分以及组合喷洒均匀度低等问题,该研究以NelsonR55型旋转折射式喷头为原型,基于二级破碎、面槽分流、旋转射流和非全圆限制喷洒的工作原理,设计出系列化旋转折射式末端喷头,采用Creo建模与激光快速成型、实测试验、模型计算以及多目标综合评价等方法,完成喷头的实体制作、水力性能测试与评价,确定出喷头最优设计参数。研究结果表明:1)通过调节喷盘曲面与沟槽的分流比可对近远端水量分布进行调控,且以均匀集中的曲面-沟槽分布调控效果为优;2)半圆形与V形流道截面设计相比,射程增幅42.84%~66.03%,峰值喷灌强度降幅36.88%~62.17%;3)优选出“分流比1∶1、曲面-沟槽均匀集中分布、流道截面形式半圆形、喷盘转速100-120 r/min的非全圆喷嘴”的喷头最优设计运行参数,喷头射程可达10.3 m。改进后喷头,相较于R55型末端喷头,在0.10 MPa低压工况下,轻小型平移式喷灌机的组合均匀度提升32个百分点;机组控制幅宽增加38.5%;流量提升5.2 m^(3)/h。该款低压末端喷头,可有效提升机组喷洒幅宽,且与中部喷头适配性高,实现了节能保质灌溉双重目标。

射流式喷头水量分布动态仿真及试验

【目的】研究工作压力,喷头组合间距、组合斱式和旋转速度对射流式喷头及多喷头组合喷灌均匀性系数(CU)和分布均匀系数(DU)的影响。【斱法】采用不同工作条件下单喷头和多喷头组合喷灌水量分布的动态仿真代码,对射流式喷头开展了水力性能试验;研究了射流式喷头在不同工作压力及安装高度条件下对喷灌强度、水量分布的影响;建立了水量峰值强度与工作压力的回归关系式;模拟了单喷头在正斱形和三角形组合喷灌下的空间水量分布。【结果】喷头在1.5 m安装高度、100~300 kPa压力条件下,水量峰值集中在5 mm/h附近,标准偏差(STD)为0.23。喷头在100 kPa工作压力,安装高度为1.1、1.3 m的水量峰值强度分别可高达8.9、10.5mm/h。不同工作压力下的单喷头喷灌的DU和CU标准偏差分别为15.5%、9.3%,且DU对压力的变化相对更为敏感。【结论】在实际喷灌工程中正斱形组合喷灌的间距应小于8m,三角形组合喷头之间的间距应布置在8m附近,此时的喷灌均匀度最高,单个喷灌设备覆盖范围最广,成本最低。

滚球内驱动喷头水力性能试验与工作参数确定

在室内无风条件下对进水口直径为1/2″的滚球内驱动喷头进行了水力性能试验,探讨了导流体有孔或无孔条件下的喷头流量、运转速度和径向水量分布情况,研究了导流体进水口角度对喷头组合喷灌均匀度和末端水滴直径分布的影响,提出了喷头运行工作参数。结果表明,导流体孔口除了对喷头运转速度的影响较大以外,对喷头流量和径向水量分布的影响均不明显;随着工作压力的逐渐增加,导流体有孔或无孔条件下的径向喷灌强度整体有所上升,当工作压力增至0.35 MPa时,其水量分布曲线大致呈三角形。工作压力为0.25 MPa、导流体进水口角度为19°下的喷灌质量和经济性均较好,其适宜水滴频率占33.2%,在所有工况中占比最高。综合喷灌质量和经济性两方面考虑,在实际工程设计时,建议滚球内驱动喷头工作压力设置为0.25 MPa,导流体进水口角度选择19°,且喷头组合间距以14 m×16 m为宜。