第一节喷头_喷灌与微灌技术应用-QQ阅读男生玄幻网

书名：喷灌与微灌技术应用
作者名：郑耀泉刘婴谷严海军李云开郝仲勇姚彬等编著
本章字数：4917字
更新时间：2021-04-25 19:29:58

第一节　喷头

一、常用喷头主要类型与结构原理

（一）摇臂式喷头

1.结构与工作原理

目前我国制造的摇臂式喷头主要结构形式如图7-1和图7-2所示。由旋转密封机构、过水流道、驱动机构、换向机构等四部分组成。

图7-1是单喷管（单喷嘴）摇臂式喷头的基本结构，旋转密封机构包括空心轴套1、减磨密封圈2和空心轴3和防砂弹簧4，减磨密封圈阻止来自喷灌支管和竖管压力水外漏，并保持喷管灵活转动；空心轴3和喷体6、喷管17和喷嘴15组成过水流道，压力水流进入喷管，通过喷嘴，以水柱状喷射到空中，在空气的作用下，被粉碎成雨滴降落到植物冠层和地面，除低压喷头外，在喷管内还安装有稳流器，以降低水流的紊流程度，提高喷头射程、改善喷洒水量分布；由摇臂调位螺钉9、弹簧座10、腰臂轴11、摇臂弹簧12、摇臂13和打击块14组成驱动机构，从喷嘴射出的水流推动摇臂离开喷管至一定距离，在摇臂弹簧力的作用下，回转敲击打击块，推动喷管转动，此时摇臂又进入水流的作用范围，再次推动喷管，这样对打击块的反复敲击推动喷管，使喷管绕竖轴转动，形成全圆或扇形的喷洒湿润面积；换向机构包括换向器7、反转钩8和限位环18，当喷管转到某一角度时，反转钩末端触到换向器的一侧，逼使喷管快速回转，重复下一周期的喷洒，从而形成扇形喷洒，因为限位环的角度可调，换向器设计成可调角度，使喷洒扇形的开度可以根据需要设定。

双喷管（双喷嘴）摇臂式喷头见图7-2。其主要结构和作用原理与图7-1基本相同，不同之处是，采用大小两个喷管和喷嘴，增加近处喷水量，提高了喷洒均匀度。

图7-1　单喷嘴带换向机构的摇臂式喷头示意图

1—空心轴套；2—减磨密封圈；3—空心轴；4—防砂弹簧；5—弹簧罩；6—喷体；7—换向器；8—反转钩；9—摇臂调位螺钉；10—弹簧座；11—摇臂轴；12—摇臂弹簧；13—摇臂；14—打击块；15—喷嘴；16—稳流器；17—喷管；18—限位环

图7-2　双喷管（双喷嘴）摇臂式喷头示意图

1—导水板；2—挡水板；3—小喷嘴；4—摇臂；5—摇臂弹簧；6—三层垫圈；7—空心轴；8—轴套；9—防砂弹簧；10—摇臂轴；11—摇臂垫圈；12—大喷管；13—整流器；14—大喷嘴

图7-1的摇臂为悬臂梁式，而图7-2的摇臂为框架式，结构简单些。图7-2没有换向机构，只能进行全圆喷洒。

2.工作特点

摇臂式喷头是目前国内使用最为广泛的一种喷头，是管道式喷灌系统使用最为主要的灌水器。这类喷头的材料主要有铝合金、塑料和铜三种，具有下列技术特点。

（1）工作压力较低，相对射程较大，能耗较小。摇臂式喷头的使用工作压力一般为150～350kPa，工作时，水流由喷嘴成股射出，在空气的作用下碎裂成雨滴状，降落到植物冠层和地面，因而比固定漫射（散射）式喷头在相同工作压力下的射程远，单位面积相同灌水量的能耗头低。

（2）喷灌强度低。由于摇臂式喷头是转动工作，单喷头控制的喷洒面积大，与固定式喷头比较，相同流量下的喷洒强度小得多，这有助于防止坡地水土流失，减小对幼苗、花卉等织物的打击损害。

（3）适用性强。摇臂式喷头根据实际需要，制造成不同档次工作压力、流量、射程、喷灌强度的系列产品，可适应不同地形、土壤、植物喷灌的要求。此外，还可采用不同仰角，以适应不同高度喷洒的要求。

（4）喷灌质量较高。摇臂式喷头转速稳定且易于调节，喷洒水量的分布可通过调整摇臂撞击频率保持较高的喷灌质量，一般采用多喷头组合喷洒，可以达到较高的喷灌均匀度，不仅保证灌区内不同位置植物正常生长，而且提高水的利用效率。

（5）受风冲击或振动时可能明显降低喷灌质量。摇臂式喷头在有风时，或回转面不水平（竖管倾斜安装）时，或受大的振动时，旋转速度不均匀，会降低喷洒均匀性。因此，在风速达到3级以上时应停止喷灌作业；应避免摇臂式喷头与手扶拖拉机、柴油机、水泵直联使用。为改善摇臂撞击喷管后的受力状况，经常在较大喷头的冲击部位设置橡胶垫。

几种常用摇臂式喷头外形和田间工作状况见图7-3。

图7-3　几种常用摇臂式喷头外形和田间工作状况图

（二）垂直摇臂式喷头

1.结构与工作原理

垂直摇臂式喷头是一种中、远射程喷头，其主要结构与摇臂式喷头相近，垂直摇臂式喷头的基本结构形式见图7-4。这类喷头是利用水流通过垂直摇臂的导流器产生反作用力，获得驱动力矩的旋转式喷头。需要说明的是，垂直摇臂式喷头和摇臂式喷头虽然都是靠摇臂来驱动旋转，但其工作原理和接受能量方式是完全不同的。前者靠水流冲击和重力回位，后者靠摇臂撞击和摇臂弹簧回位。此类喷头流量大，射程远，常称之为喷枪。

2.工作特点

与摇臂式喷头比较，垂直摇臂式喷头具有下列特点。

图7-4　垂直摇臂式喷头的基本结构形式图

1—空心轴套；2—换向架；3—喷体；4—喷管；5—反转摇臂；6—摇臂；7—喷嘴；8—配重铁；9—压力表；10—挡块

（1）工作稳定。由于垂直摇臂不直接撞击喷管，因而受力情况比摇臂式喷头好，工作更为可靠稳定。

（2）工作效率高。垂直摇臂式喷头是一种中高压喷头，喷水量大，射程远。垂直摇臂式喷头的射程可达到50～100m，甚至更远，如单喷头作180°摆动扇形喷洒时，可控制的喷洒面积达6～24亩以上。

（3）适用范围较宽。垂直摇臂式喷头可与移动机械，如与绞盘机结合组成绞盘式喷灌机组，也可安装在固定的立管上，用于农业、绿地、林木灌溉，还可用于矿山工地除尘。

（4）水滴打击强度较大。垂直摇臂式喷头雨滴较大，降速较大，打击力大，如使用不当，可能损害幼苗、花卉，造成水土流失，损坏表层土壤。

两种垂直摇臂式喷头（喷枪）的结构外形和工作状况见图7-5。

图7-5　两种垂直摇臂式喷头（喷枪）的结构外形和工作状况图

（三）叶轮式喷头

1.结构与作用原理

叶轮式喷头的结构类型较多，有单喷嘴、双喷嘴的；叶轮轴有与喷管轴平行的，也有垂直布置的。一种叶轮式喷头结构见图7-6。

叶轮式喷头实现正反转有下列三种方式：

（1）叶轮方向不变，通过一组较复杂的换向机构改变大蜗杆的旋转方向。

（2）通过改变副喷嘴水流冲击叶片的内缘和外缘（叶轮叶片的内外缘方向相反），直接改变叶轮的旋转方向。

（3）通过转动副喷嘴的喷管，使副喷嘴水流冲击叶轮的左侧或右侧，从而改变叶轮的旋转方向。

2.工作特点

叶轮式喷头有下列主要工作特点。

（1）喷头转速均匀、驱动平稳，而且具有自锁性能，对安装要求低，适用于绞盘式喷灌机、固定远射程喷灌等场合。

（2）叶轮转速大，需通过适当机构调整传递，使喷头达到适宜转速。叶轮式喷头是利用水流冲击叶轮获得驱动力矩的旋转式喷头，由于水的射流速度较大，叶轮转速很高，可达1000r/min以上，而喷头工作转速仅0.2～0.35r/min，必须要求大幅度降速。一般降速是通过两级蜗轮蜗杆（或一级蜗轮蜗杆一级棘轮变速）实现的，所以这种喷头也称为蜗轮蜗杆式喷头。

（3）工作效率高，应用范围较宽。叶轮式喷头也是一种中远射程喷头，单喷头喷洒控制面积较大，喷灌成本较低，对于大面积农田、林木等有较大的使用优势。

图7-6　一种叶轮式喷头结构图

1—接座；2—定位螺钉；3—换向机构；4—推杆；5—喷体；6—主喷管；7—稳流器；8—副喷嘴；9—夹叉；10—主喷嘴；11—副喷嘴；12—叶轮；13—夹叉轴承；14—调节拉片；15—叶轮轴；16—轴接头；17—小蜗杆；18—限位销；19—大蜗轮；20—大蜗杆；21—小蜗轮

二、喷头技术参数

（一）结构参数

喷头结构参数是决定喷头水力性能的主要因素，包括进水口直径、喷嘴直径、喷射仰角等。

1.进水口直径

进水口直径是指喷头空心轴或进水口管道的内径，单位为mm。为减小水头损失，通过进水口直径的流速控制在3～4m/s范围内。一个喷头的进水口直径确定后，其过水能力和结构尺寸也大致确定了。我国目前PY系列喷头就以进水口公称直径来命名喷头型号，规定了10mm、15mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、80mm等8种规格。

2.喷嘴直径

喷嘴直径是指喷嘴出水口最小的截面内径，单位为mm。喷嘴直径反映喷头在一定工作压力下通过水流的能力。在工作压力相同的情况下，一定范围内，喷嘴直径愈大，喷头喷水量也愈大，射程也愈远，但其雾化程度相对下降；反之亦然。对于非圆形喷嘴，可用当量直径表示。

喷嘴当量直径可定义为该喷嘴通过的流量等于圆形喷嘴通过相同流量的圆形直径，可用式（7-1）计算确定。

3.喷射仰角

喷射仰角是指喷头射流刚离开喷嘴时水流轴线与水平面的夹角。在一定工作压力条件下，喷头仰角对喷头射程和喷洒水量分布起决定性作用。因此，选择适宜的喷头仰角可以获得最大的射程，从而可以获得小的喷灌强度、增大喷头组合间距、有利于降低管道式喷灌系统管网投资。

目前我国常用喷头的喷射仰角多为27°～30°。为了提高抗风能力，有些喷头已采用21°～25°之间的喷射仰角。对于用于树下喷灌、大型喷灌机等场合，喷头可选用小于20°的喷射仰角。对某些特殊用途的喷灌，还可以将喷射仰角选得更小。

（二）喷头水力性能参数

喷头水力性能参数决定喷头的适用性，影响喷灌成本，是选择喷头的主要依据。

1.压力

喷头压力有工作压力和喷嘴压力两种。工作压力是指喷头工作时，距喷头进水口20cm处测取的静水压力，单位为kPa。喷嘴压力是指喷头出口处的水流总压力（即流速水头）。喷头工作压力与喷嘴压力之差等于喷头流道的压力损失，喷头工作压力和喷嘴压力越接近，表明喷头结构设计和制造工艺越好，产品质量越高。

2.流量

喷头流量是指单位时间内喷头喷出水的体积，单位为m3/h或L/min。影响喷头流量的主要因素是工作压力和喷嘴直径。当喷嘴直径一定时，工作压力愈大，喷头流量愈大，反之亦然。喷头流量可用式（7-2）计算。

3.射程

射程是指在无风条件下，喷头有效喷洒所能达的最大距离，又称喷洒半径，单位为m，可由实测得出。旋转式喷头射程是指在无风条件下正常工作时，对于流量大于0.075m3/h旋转式喷头，量水筒中每小时收集的水深为0.25mm（对于流量不大于0.075m3/h的喷头取0.13mm/h）那一点到喷头旋转中心的水平距离。旋转式喷头射程受喷头工作压力和转速影响较大，在一定工作压力范围，射程随着工作压力增加而增大，但超出某一值，压力增加只会提高雾化程度，而射程不会再增加；射程随转速的增大而减小。在实际使用时，射程受风速和风向的影响很大，风速越大，顺风向射程越大，逆风向射程越大，反之亦然。

4.喷灌强度

喷灌强度是指单位时间内喷洒到单位面积上水的体积，或单位时间内的喷洒水深，单位为mm/h。喷头的计算喷灌强度可用式（7-3）计算。