第三章喷灌设备结构与设计--第1-2节

1、第三章第三章 喷灌设备结构与设计喷灌设备结构与设计n第一节第一节 喷头喷头n第二节第二节 微喷头与滴头微喷头与滴头n第三节第三节 管材与管件管材与管件n第四节第四节 控制控制/量测量测/安全设备安全设备n第五节第五节 水泵水泵1.1 1.1 喷头的综述喷头的综述一、喷头发展史一、喷头发展史n国外n1933年，发明了第一只摇臂式喷头n20世纪50年代，发明叶轮式喷头n20世纪60年代末，发明垂直摇臂式喷头n20世纪70年代，我国发明全射流喷头n20世纪90年代初，出现双导流器垂直摇臂式喷头n20世纪90年代末，出现喷头阀门一体的喷头、阻尼喷头n21世纪初，出现可调仰角喷头、微电子控制角度的喷头一

2、、喷头发展史一、喷头发展史n国内n1954年，我国第一套引进苏联的喷灌系统在城郊蔬菜基地建成n5060年代，引进仿制阶段n70年代初，研制创新阶段n70年代中期80年代中期，系列化、标准化攻关阶段，成立联合设计组、制定技术规范、试验标准n2001年，在国家“863”项目、国家自然科学基金项目等资助下，进一步研究、开发与推广工作二、国内喷头发展现状二、国内喷头发展现状n产品种类少，规格单一，性能可靠性差，没有形成系列化、成套化。n对喷头的设计理论还不够成熟，研发力度不够，技术转化能力弱，只有少数研究单位孤兵作战，企业几乎缺乏研究人员。n企业追求利润，竞相仿制、缺乏性能测试环节， 造成喷头性能达不

3、到设计要求，影响喷灌系统的灌水质量和使用寿命。与国外相比：二、国外喷头发展现状二、国外喷头发展现状n喷头种类多、规格齐全，与喷灌系统（喷灌机组）配套的喷头齐全，性能参数覆盖范围广。n建立专门的研究机构，研发力量主要以企业为主体，建有先进的性能测试技术与装置，企业每年投入稳定的研究经费，不断研发新产品进入市场。n采用先进的制造技术、测试技术，应用新材料、新工艺、新设计分析方法等研发新喷头。三、喷头发展趋势三、喷头发展趋势n朝“低压、节能”方向发展n新材料的应用n多功能、多用途、新结构的喷头发展n新的设计理论、分析手段、试验方法的应用n拓展新的应用领域喷头应用管道式喷灌系统喷头应用喷灌机组喷头应用

4、条条 播播圆形播圆形播密植播密植播喷灌机组喷头应用喷灌机组喷头应用草坪喷灌喷头应用草坪喷灌喷头应用高尔夫球场喷灌喷头应用防霜冻喷灌喷头应用除尘作业1.2 1.2 喷头分类及其特点喷头分类及其特点一、按工作压力和射程分类一、按工作压力和射程分类低压喷头、近射程喷头：H=1020m、R=515m中压喷头、中射程喷头：H=2040m、R=1530m高压喷头、远射程喷头：H=4080m、R=3075m、 甚至超过100m喷头漫射式喷头漫射式喷头（固定式）（固定式）射流式喷头射流式喷头（旋转式）（旋转式）孔管式喷头孔管式喷头（固定式）（固定式）折射式喷头折射式喷头缝隙式喷头缝隙式喷头离心式喷头离心式喷头

5、摇臂式喷头（撞击式）摇臂式喷头（撞击式）反作用式喷头反作用式喷头叶轮式喷头（蜗轮蜗杆式）叶轮式喷头（蜗轮蜗杆式）垂直摆臂式喷头垂直摆臂式喷头全射流式喷头全射流式喷头单列单向喷头单列单向喷头多列多向喷头多列多向喷头喷头喷头二、按结构形式和喷洒特征分类二、按结构形式和喷洒特征分类1.3 摇臂式喷头结构与工作原理摇臂式喷头结构与工作原理常见摇臂式喷头PY1、PY2系列常见摇臂式喷头ZY1、ZY2系列常见摇臂式喷头出口挡水板出口挡水板顶部安置折射板顶部安置折射板特殊部件喷嘴出口处安装夹喷嘴出口处安装夹板，增加雾化性能，板，增加雾化性能，但减少了射程。但减少了射程。特殊部件导流器分体式低仰角、极低仰角喷

6、头特殊部件特殊部件喷嘴安装有可变形弹性垫，用于调节流量特殊结构特殊结构材料工程塑料工程塑料锌基合金锌基合金铸铝铸铝黄铜黄铜结构特点结构特点单向双喷嘴喷头单向双喷嘴喷头双向双喷嘴喷头双向双喷嘴喷头n分为单嘴、双向双嘴、单向双嘴和三嘴等形式分为单嘴、双向双嘴、单向双嘴和三嘴等形式结构组成结构组成过水流道、旋转密封机构、驱动机构、换向机构过水流道、旋转密封机构、驱动机构、换向机构偏流板导流板摇臂摇臂弹簧换向机构防砂弹簧喷体/喷管结构组成结构组成驱动机构驱动机构n组成n摇臂、摇臂轴、摇臂弹簧、弹簧座等n分类n悬臂梁式n桥架式（框架式）驱动机构驱动机构n摇臂套装在摇臂轴上，摇臂轴固定在喷管或喷体的上方，

7、摇臂弹簧一端插入摇臂框架，一端插入弹簧座。可调整旋转弹簧的张开角度改变弹力。n摇臂由摇臂体、摇臂轴衬和导水器组成，主要是驱动喷头旋转。n导水器由偏流板和导流板组成，个别在两者之间安置连接托板（多用小喷头） 桥架式桥架式（框架式）（框架式）驱动机构驱动机构悬臂梁式悬臂梁式驱动机构驱动机构换向机构换向机构n又叫扇形机构，包括换向器、限位装置、反转部件三部分；n作用：使喷头在规定角度范围内作往返扇形喷洒；n换向器：双稳态突变挡销机构，包括突变挡销，传动弹簧，拨杆和限位挡杆等组成；n传动弹簧：由拨杆和限位挡杆等组成。换向机构换向机构n突变挡销n在某一个稳定位置时，突变挡销卧下，摇臂能正常摆开，正向旋转

8、；n在另一个稳定位置时，突变挡销跳起，摇臂不能正常摆开，反向旋转；n实际上是具有限位装置的双摇杆机构。换向机构换向机构n分类n转钩式n由挂钩、扭簧、拨杆、凸块组成；n转块式n由转块、轴、扭簧、拨杆和销组成；n卧钩式n由卧钩、卧钩轴、拨杆、拨杆、扭簧等组成；n挺杆式n由挺杆、杆座、拨块轴、拨杆、拨杆轴、扭簧组成；n摆块式n由摆块、摆块轴、限位块、扭簧、拨杆和拨杆轴组成。换向机构换向机构n分类n按轴的数量分n同轴式n异轴式n按轴的布置方位分n立轴n斜轴n卧轴转钩式换向机构转钩式换向机构转块式换向机构转块式换向机构卧钩式换向机构卧钩式换向机构挺杆式换向机构挺杆式换向机构摆块式换向机构摆块式换向机构限

9、位装置n卡簧式限位环n螺柱式n滑环式卡簧式限位环卡簧式限位环n用普通弹簧钢丝(或钢片)制成，靠弹力固定在空心轴套上，通常一长一短两臂；n限位卡簧共两根，上下相对方向装置，工作时扇形中心角应位于长臂之间；n结构最简单，可调角度简单，但必须注意开口大小，装配前需有一个预紧力。螺柱式螺柱式n在空心轴套外镶一套圈（用静配合），或直接在空心轴套上铸出凸台，每隔一定角度打一螺孔，用两根螺柱作为限位销，限制拨杆；n结构简单，工作可靠，但不能任意调节扇形角度。滑环式滑环式n在空心轴套外面套上两个滑环，每个滑环上有一个攻穿的螺孔，分别用两个螺钉定位并做限位销；n也用一个滑环按螺柱式每隔一定角度设一通孔并攻丝，用

10、两个螺丝定位并兼做限位销；n工作可靠，结构简单。旋转密封机构n作用n保证喷头工作时既能绕竖管转动，又不漏水。n分类n端面密封n径向密封端面密封n端面密封n原理：喷头工作时靠水流作用力使空心轴端面压紧各垫圈的摩擦面，喷头工作时由防砂弹簧胀紧，防止水流和泥砂外漏。n组成：由空心轴、空心轴套、橡胶垫圈、减磨密封垫圈、防砂弹簧等组成。n三片式n二片式端面密封n三片式n由橡胶垫圈、聚四氯乙烯（减磨垫圈）、橡胶垫圈组成；n多用于塑料喷头和金属中小喷头。n二片式n橡胶垫圈和聚四氯乙烯组成；n多用于金属大喷头。n在一些中压和高压喷头中，在空心轴与空心轴套接合的端面设置滚珠轴承，用来减少摩擦阻力矩，此时常采用径

11、向密封。径向密封径向密封nV型胶圈一面与空心轴压紧，水压越高，V型胶圈与空心轴套和空心轴两壁面贴合越紧，达到密封目的。旋转密封机构设计n端面密封材质的选择n轴与轴套间的止水靠12层橡胶垫圈，轴与喷体间的密封靠O型密封橡胶圈，减少摩擦阻力靠减磨密封垫圈。nO型密封胶圈和垫圈要求遇水不能膨胀，而且有一定的要求，一般选择硬质耐油橡胶，如“橡胶I-2”制作。n减磨密封垫圈用静动摩擦系数很小且接近的材质，如聚四氟乙烯、青铜等。n聚四氟乙烯的摩擦系数极低，仅0.04；几乎不吸水（吸水率0.005%），非常适合于运动速度较低的喷头工作。旋转密封机构设计n防砂弹簧n因聚四氟乙烯的硬度较低，当有杂质（尤其中砂粒

12、）进入滑动面之间时，磨损更严重。n结构上采用防砂弹簧或V型胶圈。其作用是使摩擦面经常保持贴合状态，并补偿摩擦面磨损后产生的间隙。n防砂弹簧的设计要点： 弹力（最小负荷）=喷头上部重量（去掉空心轴套） 一般应考虑减磨垫圈磨损了3mm后能承受的负荷。工作原理工作原理n摇臂式喷头的转动是靠摇臂敲击喷管（喷体）来实现的。n全圆喷洒包括n脱水阶段n外摆阶段n回摆阶段n入水阶段n撞击阶段n扇形喷洒除上述五阶段外，还有快速反转阶段。高速摄影摇臂受水运动过程(4000张/秒)工作原理自由运动状态入水开始工作原理入水过程撞击阶段脱水阶段偏流板对水流偏挡作用偏流板对水流偏挡作用工作原理工作原理n脱水阶段射流偏流板

13、导流板水舌转向60120导流器获得动能摇臂外摆扭簧扭转获得扭力矩摇臂获得旋转角速度工作原理工作原理n外摆阶段（减速阶段）惯性力矩使摇臂张角达到最大摇臂获得最大扭力矩，弹簧能最大、角速度为零惯性力矩=弹簧扭力矩+摩擦阻力矩工作原理工作原理n回摆阶段弹簧最大扭力矩，使摇臂回摆势能转为动能角速度增大，速度越来越大工作原理工作原理n入水阶段（切入射流阶段）摇臂切入射流偏流板受水改变水流方向导水板部分正负功抵消偏流板处于射流正中时，偏流板获得最大动能工作原理工作原理n撞击阶段（碰撞阶段）惯性力偏流板切向附加力摇臂达到Wmax，撞击喷管使喷头转动35在摩擦阻力矩作用下，喷头暂时停止运动工作原理工作原理n扇

14、形喷洒n换向器突起构件限制摇臂大幅度摆动，撞击在第一阶段末发生，能量在摇臂后部反转钩和换向器的突起构件之间传递。n反转过程中，快速进行、射程近，补充喷头近处的水量。过水流道设计过水流道设计n空心轴n喷体n喷管n稳流器n喷嘴空心轴：内径n空心轴既是流道的一部分，又是喷头的旋转轴，设计时要注重两方面：提高流道通过性能、降低机械摩擦阻力；n内径D由喷头的设计流量和经济流速决定；D值应尽可能取大些，但应符合国标；n为减少水流阻力，可将空心轴设计成倒角。空心轴：长度n其上端用螺纹和喷体（弯头）相连，并承受水压对喷头的上托力，喷头侧向喷水，空心轴上、下各受有方向相反的力，形成倾复力矩；n当水压一定时，Rx

15、Ly=const、RxLy=N1L1;n摩擦阻力F=N1f，适当增加L1，可降低N1和F。空心轴：壁厚和材质n在喷头结构紧凑的前提下，空心轴壁厚应具有足够强度，一般取34mm；n材质应考虑防锈蚀和耐磨，一般用黄铜和不锈钢制作，且表面应加防锈蚀措施，如镀铬或镍磷镀等。喷体：水流流态n当水流沿曲线管道运动时，因离心力作用，弯道外壁处的压力比内壁大，而相反内壁处的流速却高于外壁。因压力差，沿侧壁产生次生流，水流由内壁向外壁横流，在喷体中形成了螺旋前进的涡流。n因涡流区在喷管内存在，缩小了水流断面，加剧了流速的不均匀分布，紊流损失加大。喷体：喷体转弯半径n增加喷体转弯半径能够减少水流的阻力系数；n转弯

16、半径等于流道直径11.5倍比较合适；nPY系列摇臂喷头的喷体相对弯径（喷体转弯半径与流道直径之比）为11.3。喷体：仰角n一般用21 40 ，树下采用7 14 ；n试验得到，当32 时，射流式喷头的射程最远。喷体n喷体内腔断面形状多为圆形，表面粗糙度越低越好；n在中高压喷头的喷体中，设置隔流板，对提高射程是有效的，但不适合于小喷头。喷管n喷体和稳流器的作用是将喷体转弯后被干扰的水流改造成平顺的水流，降低紊流程度，以断面流速比较均匀的形式进入喷嘴，使喷头能获得比较理想的射程；n喷管的设计主要是选择适宜的喷管形式、直径，确定喷管的长度和锥度；n喷管应与喷体、喷嘴、摇臂轴等零件的连接型式。喷管：形式

17、n直管稳流锥管过渡喷嘴出流n渐缩管稳流喷嘴出流n直管稳流喷嘴出流喷管：长度n指与喷体连接处断面至喷嘴入口断面之间的连接长度。n射程随喷管相对长度增加而增加；n远射程喷头，喷管长度可适当大些，采用78 D内径；对中近射程喷头来说，采用56 D内径。喷管：锥角n锥角应适中，过大往往产生涡流，过小锥管长度过大，一般以1213合适。稳流器n作用是增加横向水流碰壁机会，使横向水流尺寸尽快消失；n各部分水流横向尺寸减少，雷诺数降低，水流尽量接近层流，提高射程；n稳流器的设计要求：n形式n最适宜长度n安放位置稳流器稳流器喷嘴n作用是最大限度地将水流压能转变为动能，且使水流具有较低的紊流程度不再产生横向水流，

18、提高喷头射程，是影响喷灌质量和喷头水力性能的重要部件。n结构形式n圆锥形喷嘴n流线形喷嘴n流线圆锥形喷嘴圆锥形喷嘴n结构简单、加工方便n主要参数：n喷嘴直径dn喷嘴圆柱形长度 l n内腔锥角 流线形喷嘴n水流平顺、减少水流冲击、可适当提高射程8%12%；n加工麻烦。流线形喷嘴异形喷嘴n非圆形断面形状非圆形断面形状n方形方形n三角形三角形n双锥形双锥形n菱形菱形n双矩形双矩形l末端最大水滴直径小，雾化末端最大水滴直径小，雾化效果好，但射程略有减少。效果好，但射程略有减少。l在保持末端水滴直径和喷洒在保持末端水滴直径和喷洒均匀系数相同条件下需要的工均匀系数相同条件下需要的工作压力较圆形喷嘴少，具有

19、节作压力较圆形喷嘴少，具有节能优势。能优势。喷嘴设计n喷嘴直径nCp换算系数；Pd为雾化指标；为喷灌强度n喷嘴收缩断面直径41000 2pQdgHz(1 0 16sin)2cdd.220 23dp.PdC喷嘴设计n内腔锥角n列别捷夫：60100n伊沙耶夫：4050n国内PY系列：40摇臂的正转运动过程n非自由运动状态非自由运动状态n在摇臂的第一、四阶段，摇臂的导流器始终与水流直接接触，摇臂运动主要由水射流作用力决定，虽然同时还受有弹簧扭力作用，但摇臂导流器在水中转动角度很小，弹簧扭矩变化不大，近乎等于弹簧初始扭矩，且此扭矩值与水射流作用力矩相比仍微不足道，可忽略。 摇臂的正转运动过程n自由运动

20、状态自由运动状态n在摇臂的第二、三阶段，导流器不与水质点接触，不受水射流直接冲击，只受有弹簧扭力作用，因此运动仅由弹簧特性决定。n碰撞运动阶段碰撞运动阶段n正向撞击的第五阶段，作用时间极短而作用力极大，以至可以忽略其它非碰撞力的作用，运动速度急剧改变。 摇臂的反转运动过程n摇臂张开受换向机构挡块限制，摇臂弹簧受扭的力矩小，蓄能少。当摇臂反回射流时，弹簧释放的能量少，摇臂获得的动能小，回摆角速度慢；摇臂没有回到原来的初始位置，导水板就提前受到射流的冲击，摇臂每次撞击碰管产生的反转角度小，反转撞击角速度也比正向转动时的角速度小得多。n整个反转运动过程近似认为只有非自由运动和碰撞运动两种状态。摇臂的

21、运动方程n摇臂张角n摇臂撞击频率02020maxkJbb0012arctgbbbfJk()Jk弹簧刚度系数k弹簧初始转角0摇臂对转轴的转动惯量bJ摇臂初始角速度0摇臂运动小结n当不考虑摩擦力情况下，摇臂转动惯量越大越好。但是转动惯量与摩擦力是相矛盾的。由于强度和刚度的原因，转动惯量的增加往往导致重量的增加，也不可避免地增大了摩擦力，增加了阻力矩，因而转动惯量无限值是不可能的，即最大动能也是不可能实现的。但是不同转动惯量的增加对于动能的增加是不同的。一般认为摇臂转动惯量的合适范围是在9C2Jb16C2。sin2212FRdC 摇臂的受力分析1.4 垂直摇臂式喷头特点n靠改变射流方向产生的反作用力

22、推动其间歇旋转。n常力驱动，受力比水平摇臂式喷头明显改善，喷头转动平稳。n可调部位较多，工作压力范围宽，采用环形喷嘴、异形喷嘴等。n用平衡重块回位，避免摇臂弹簧疲劳损坏。n进水口直径40以上的主要喷头形式,应用于圆形喷灌机末端喷枪，绞盘式喷灌机和固定角喷系统，也可适用于运动场、采矿场等场合。n美国Nelson公司Big Gun系列,Rainbird公司的100、200及SR3000系列，Komet公司的TWIN系列，澳大利亚的南十字架公司的SP200NSY型，前苏联的系列等。n我国研制起始于70年代中期，定型产品有PYC-40和PYC-60。结构组成结构组成结构组成n由过水流道、旋转密封机构、

23、驱动机构、换向机构和限速机构等五部分组成。n过水流道由空心轴、喷体、喷管、稳流器和喷嘴组成。喷管长度约为进口直径的8倍。n旋转密封机构采用轴向密封，由空心轴、轴承体、推力滚珠轴承、O形密封圈等组成。n驱动机构由正转臂、导流器、配重铁（平衡铁）、反转臂、摇臂轴等组成。n换向机构由反转臂、传动杆、换向轭架、滚轮、正转挡块，反转挡块等组成。n限速机构由磨擦片、磨擦垫、压力弹簧、调节螺栓等组成。工作原理n第一阶段：摇臂脱离射流阶段（获能阶段）n第二阶段：摇臂减速阶段（蓄能阶段）n第三阶段：摇臂回摆阶段（释能阶段）n第四阶段：摇臂切入射流阶段（增能阶段）第一阶段-脱离射流阶段n射流冲击导流器，对导流器的

24、冲击力可分成垂射流冲击导流器，对导流器的冲击力可分成垂直向下的分力和水平分力。直向下的分力和水平分力。n垂直分力可使摇臂克服自身重力（含配重铁）垂直分力可使摇臂克服自身重力（含配重铁）和摇臂摩擦阻力，绕摇臂轴向下摆动而逐渐脱和摇臂摩擦阻力，绕摇臂轴向下摆动而逐渐脱离水流。离水流。n水平切向分力推动摇臂绕轴旋转，并克服旋转水平切向分力推动摇臂绕轴旋转，并克服旋转密封机构和限速机构的摩擦阻力。密封机构和限速机构的摩擦阻力。工作原理水平切向分力垂直向下分力第二阶段-减速阶段n摇臂脱离射流区，水平切向分力消失。摇臂依摇臂脱离射流区，水平切向分力消失。摇臂依惯性继续摆动，摇臂尾部重心逐渐升高，直至惯性继

25、续摆动，摇臂尾部重心逐渐升高，直至动能完全转变成摩擦阻力。动能完全转变成摩擦阻力。n摇臂导流器到达最低点，重力势能增加，到达摇臂导流器到达最低点，重力势能增加，到达最高点，瞬间停止。最高点，瞬间停止。第三阶段-回摆阶段n摇臂在自身重力作用下回摆，重力势能转化为摇臂在自身重力作用下回摆，重力势能转化为转动动能。转动动能。n在导流器重新接触射流的瞬间，势能全部转化在导流器重新接触射流的瞬间，势能全部转化为转动动能。为转动动能。n因能量损失，入水速度略小于第一阶段初速度。因能量损失，入水速度略小于第一阶段初速度。第四阶段-切入射流阶段n回摆摇臂具有一定初速度，摇臂导流器受水使回摆摇臂具有一定初速度，

26、摇臂导流器受水使动能有所增加。动能有所增加。n摇臂回到初始位置，进入第二轮循环。摇臂回到初始位置，进入第二轮循环。扇形喷洒n在换向机构作用下，使反转臂切入射流，在换向机构作用下，使反转臂切入射流，射流连续冲击反转臂的挡片部分，产生切射流连续冲击反转臂的挡片部分，产生切向推力。向推力。n反转臂挡片使射流偏转方向与导流器相反，反转臂挡片使射流偏转方向与导流器相反，喷头快速反转。喷头快速反转。n在正转挡块作用下，迫使滚轮脱开，反转在正转挡块作用下，迫使滚轮脱开，反转臂脱离射流，停止反转，恢复正转状态。臂脱离射流，停止反转，恢复正转状态。导流器新结构n采用双向导流器，摇臂（摆臂体）采用框采用双向导流器

27、，摇臂（摆臂体）采用框架整体式结构。架整体式结构。n正、反转转动平稳，转速几乎一致，国外正、反转转动平稳，转速几乎一致，国外称称SR系列，即系列，即Slow,Steady Revolve Action。n结构更加简单，是目前的中高压喷头的发结构更加简单，是目前的中高压喷头的发展潮流。展潮流。导流器新结构RainBird公司SR3000SR3003Nelson公司SR100SR150SR200喷枪阀门一体化新结构1.5 1.5 全射流喷头全射流喷头全射流喷头n我国于1974年研制的一种用于农田灌溉的新型喷头，也属反作用式喷头。n关键部件：水射流元件，喷洒部件和驱动部件，可以完成喷头喷洒和正反旋转

28、目的。n运动部件少、无撞击部件、构造简单、喷洒性能好；但喷嘴直径不能更换、工作范围窄，工作孔窄小、易堵且不易加工。n附壁式水射流元件，分连续式和步进式两种。结构组成结构组成n过水流道：空心轴、喷体、喷管、稳流器和射流元件n旋转密封机构：空心轴、空心轴套、减磨密封圈、防砂弹簧等n换向机构：换向开关、限位装置等工作原理工作原理n直射状态n水束封住了元件出口左侧，但反向接嘴开着，仍可补充空气，水束右侧因元件出口处与水束之间形成间隙C补入空气。因间隙C较小，从C补气的压力损失比左腔大，右腔的绝对压力比左腔略小些，但此压力差较小，不足以推动主射流向右附壁。射流呈直射状态。n接嘴1取得部分信号水进入信号管

29、4并缓慢流向接嘴2。 1. 信号接嘴1，2. 信号接嘴2，3. 反向接嘴，4. 信号传递管工作原理n步进状态n信号水到达2号接嘴时被主射流卷吸并进入元件右腔，旋涡区内的水流随着时间推移越积越多，而从间隙补入空气越来越少。主射流左右腔形成的压力差越来越大。当旋涡区水流积到某一临界时，左右两侧的压力差将主射流推向右侧附壁，而间隙C被堵死，向右步进、旋转。n同时因主射流弯曲，1信号嘴脱空，不能再取到信号水，只有空气补给，当导流管中信号水被全部卷空后，右腔下侧又进入空气，出现旋涡，左右侧压力差消失，恢复直射状态。 工作原理n反向状态n反向开关限位杆关闭换向接嘴。左腔中不再有空气从反向嘴3补入，形成负压

30、旋涡区，而此时右腔仍有空气从间隙C补入，左右腔形成压力差，推动主射流向左侧弯曲并附壁，产生连续反向转动。n直至换向机构的限位装置撞击反转拨杆，换向接嘴重新打开，反向嘴重新吸气。当左腔与右腔的大气压力相平衡时，反向运动停止，恢复直射。 1.6 1.6 蜗轮蜗杆式喷头蜗轮蜗杆式喷头 （叶轮式喷头）（叶轮式喷头）特点n也称蜗轮蜗杆式喷头，是一种靠水力冲动叶轮旋转而驱动喷体绕自轴转动的喷头。n驱动力矩大，由于蜗轮蜗杆自锁作用，使转速平稳，安装条件要求低；但结构复杂，制造工艺高，叶轮破坏射流的连续性，射程有所减少。n在高速射流冲击下，叶轮转速高达10002000r/min，喷头旋转速度仅有15r/min

31、，减速比大，靠两级蜗轮蜗杆（或一级蜗杆一级棘轮）减速。n结构类型较多，单喷嘴、双喷嘴；叶轮轴与喷管轴平行或垂直放置。结构组成双喷管蜗轮蜗杆式喷头 单喷管蜗轮蜗杆式喷头结构组成一级蜗轮一级棘轮叶轮式喷头（英国）结构组成意大利蜗轮蜗杆式喷头结构组成结构组成n过水流道：空心轴、喷体、喷管、稳流器和喷嘴。在喷管和喷嘴间加设一段锥管，使水流逐渐收缩。流道总体呈直管稳流、锥管过渡、喷嘴出流形式。n驱动机构：叶轮、叶轮轴、小蜗轮、小蜗杆、大蜗轮、大蜗杆等组成。n换向机构：换向齿轮、换向双联齿轮，牙嵌离合器，限位销等组成。工作原理n工作时，水射流冲击叶轮，叶轮旋转并通过叶轮轴带动小蜗轮转动，在小蜗轮轴上另一端

32、套装有大蜗杆，小蜗轮转动大蜗杆转动，大蜗杆和固定在空心轴座上的大蜗轮啮合。n叶轮转动，通过两对蜗轮蜗杆减速，推动喷头正向转动。n反向转动有三种：n借助专门换向机构（换向双联齿轮与换向齿轮），改变大蜗杆旋转方向；n改变水流冲击叶轮叶片的内缘或外缘，改变叶轮旋转方向；n改变叶轮受水的左侧或右侧，改变叶轮旋转方向。第二节第二节 微喷头与滴头微喷头与滴头微喷灌技术微喷灌是通过低压管道系统将有压水送到作物根部附近，用微喷头或微喷带将灌溉水喷洒在土壤表面进行灌溉的一种新型灌水方法。微喷灌时水流以较大的速度由微喷头喷出，在空气的作用下粉碎成细小的水滴落在地面。由于微喷头出流孔口的直径和出流流速(或工作压力)

33、比滴灌滴头大，从而大大地减少了堵塞。微喷灌技术微喷灌技术（一）微喷灌系统组成微喷灌系统的组成主要由水源、首部/分首部控制枢纽、管网系统、微喷头四部分组成。微喷头-灌水器,微喷头是微喷灌系统的关键设备。微喷灌技术（二）特点优点：节水效果好，采用管道输水进行灌溉；灌水质量高；防堵塞性能好； 应用范围广，可以实现水肥共施；还可应用于降温、除尘、防霜冻、调节田间小气候、人工造景等多方面；管理方便、劳动效率高。缺点：投资高，水源设备、首部设备和管道设备需要耗资；使用方式受到一定限制；对水源质量有一定要求。折射式喷头n外支座圆锥折射式n内支座圆锥折射式n半启射式圆锥折射式n外支架全圆锥折射式折射式喷头折射

34、式喷头外观及喷洒示意图折射式喷头外观及喷洒示意图特点n一般由喷嘴、折射锥（碎水板）和支架组成。n折射锥表面有光滑的、凹凸的，喷洒图形有全圆的、扇形的。n锥高、嘴径、锥角或碎水板表面形状、工作压力是影响喷洒性能的重要因素。n支架的形状对喷洒质量有影响n材料多为塑料，少为铜。n连接方式为螺纹或快速接头。n多数微喷头多为折射式喷头，主要用于微喷灌或大型喷灌机的低压喷洒。n压力较低、喷灌强度较大、射程较近。结构组成与工作原理n组成n喷孔、折射面、喷体n工作原理n压力水从喷孔射出，具有一定流速的射流作用在折射面上，呈膜状或细小射流状射向周围或扇形状，在空气阻力作用下，裂散成细小水滴均匀降落。折射式喷头结

35、构双侧支架单侧支架结构悬挂（倒挂）式插杆式折射式喷头适用于大型喷灌机、悬挂式安装适用于大型喷灌机、悬挂式安装工作性能参数以色列Plastro公司Rondo 折射式微喷头n又称旋轮式喷头。设有运动部件，辅助水流呈水束状喷出并产生旋转。n喷洒图形一般圆形或扇形。n由于旋轮式喷头出流道相对较长，其射程较折射式喷头远，喷灌强度较低。n可通过对出流流道的专门设计，可获得不同水量分布曲线和满足不同的用途。n对制造精度要求高。对微喷头材料的热稳定性和光稳定性要求高，要求连续工作1500h后流量偏差小于10%，要求材料具有耐磨损及良好自润滑性。旋转式喷头旋转式喷头旋转式喷头单侧流道单侧流道双侧流道双侧流道作业

36、场景单侧流道单侧流道双侧流道双侧流道以色列以色列PlastroPlastro公司公司Rondo XL Rondo XL 旋转式微喷头旋转式微喷头工作性能参数缝隙式喷头n在喷嘴出口端加工出一定形状的缝隙，使水流以一定的喷洒形状散成均布水滴，多为扇形喷洒。n结构简单、加工方便，材料多为金属。n喷嘴易堵，喷洒质量差。n结构与植保农药喷头类似。缝隙式喷头离心式喷头n由喷管和喷嘴的外壳组成，水流沿蜗壳内壁表面的切线方向进入蜗壳，使水流绕垂直旋转。n经喷嘴射出的水膜同时具有离心速度和圆周速度。n材料多为金属。n目前较少见。离心式喷头微喷灌在温室中应用主要应用方式扦插式微喷灌扦插式微喷灌降温悬挂式微喷灌降温

37、悬挂式微喷灌清洗、降温微喷灌清洗、降温微喷灌管上式上喷管上式上喷管上式下喷管上式下喷悬挂式下喷悬挂式下喷微喷灌在温室中应用n主要应用方式 雾化喷头特例1防滴雾化微喷头组合四组合雾化喷头雾化喷头高压超细雾化喷头微喷带-特例2n孔管式以小管作为灌水器，水滴的破碎主要是通过空气阻力、阻力和喷孔处的水压作用，结构简单、成本低。n喷洒面积小、喷灌强度大，可达50mm/h。n水滴直径小，对作物叶面打击强度小，可实现局部灌溉。n喷水带（微喷带）是孔管式喷头的一种。n可分单孔管、双孔管、多孔管。微喷带 早期金属穿孔管微喷带工作场景滴头滴灌(Drip Irrigation(Drip Irrigation，缩写，

38、缩写DI)DI)是是2020世纪世纪5050年代发展起年代发展起来的一种新的灌水方法。它是利用低压管道系统通过滴来的一种新的灌水方法。它是利用低压管道系统通过滴头，将作物生长所需的水分和养分均匀而又缓慢地滴入头，将作物生长所需的水分和养分均匀而又缓慢地滴入作物根部附近，借重力作用使水渗入作物根区，使土壤作物根部附近，借重力作用使水渗入作物根区，使土壤经常保持最佳含水状态的一种灌水方法，属于局部灌溉。经常保持最佳含水状态的一种灌水方法，属于局部灌溉。滴灌主要适用于果树、蔬菜、花卉、温室等经济作物；滴灌主要适用于果树、蔬菜、花卉、温室等经济作物；水源极缺的地区、高扬程抽水灌区；地形起伏较大地区水源

39、极缺的地区、高扬程抽水灌区；地形起伏较大地区的灌溉以及在透水性强的砂质土壤上和咸水地区。的灌溉以及在透水性强的砂质土壤上和咸水地区。（一）滴灌的特点（一）滴灌的特点 1 1、优点：优点：省水节能省水节能; ; 灌水均匀灌水均匀; ; 土壤和地形的适应性强土壤和地形的适应性强; ; 增加产量，提高品质增加产量，提高品质; ; 省工省肥（药）省工省肥（药）。 2 2、缺点：缺点：投资高投资高; ; 管道和滴头容易堵塞管道和滴头容易堵塞; ; 对水质要求高。对水质要求高。滴头n对滴头的基本要求：n出水量小;n出水均匀、稳定;n抗堵塞性能好;n制造精度高、制造偏差小;n价格便宜、结构简单。n滴头选择n一般原则;