六方型摇臂式喷头试验研究

采用先进的高速摄影技术,对py130摇臂式喷头的导流器受水射流冲击进行了试验研究,得到了摇臂运动规律,并与摇臂解析公式进行了对比分析。结果表明正转撞击周期随着进口工作压力增大而增大,反转撞击周期和正、反转过程的非自由运动时间随着进口工作压力的增大而减少。正转过程的自由运动时间要远大于非自由运动时间,反转过程的非自由运动时间约占撞击周期的25%。在正转过程的自由运动阶段,摇臂角位移变化呈正弦曲线;在正、反转运动过程的非自由运动阶段,角速度变化无明显规律。角位移和角速度的试验值与计算值在数量级上是一致的,试验值高于计算值。

摇臂式喷头工作的科学原理 摇臂式喷头是很多水利工程都会使用的机器，然而大部分的人 都会想知道摇臂式喷头的一些原理。下面为您精心推荐了摇臂式喷头 工作科学原理，希望对您有所帮助。 在喷头的工作过程中，摇臂它的作用是撞击喷体(或喷灌)使喷 头旋转;偏流板它和导流板的作用是给摇臂的运动加速的，使水流的 动能它最大限度地转换为摇臂的撞击的能量;摇臂弹簧它的作用是使 摇臂回位和蓄、放摇臂的能量。这几个部件它是喷头运转的关键的部 件。摇臂的外形尺寸它和重心位置、摇臂弹簧的弹性大小它和导水器 各部分的尺寸、相对位置都将直接影响喷头的正常工作的。 (1)利用水流的冲击，将水流它的动能传递给摇臂，喷体的静摩 擦转动力矩它大于摇臂的静摩擦转动力矩的，喷体它不转动而摇臂沿 与喷头转动相反的方向转动;由于摇臂弹簧的作用，摇臂它在转过一 定角度后开始向回转动。如不考虑摩擦，出水

在室内模拟试验的基础上分析了六方(四方)形摇臂式喷头的压力、流量、能耗等水力学特征,为深入探求该类喷头的水力学本质和进一步优化结构打下了良好的理论与实验基础。

对六方(四方)形摇臂式喷头在一种新型固定式管道喷灌系统中的田间管网布置形式进行了分析。结果表明,方形喷头在该型管网布置形式中的应用可以降低工程投资一半以上,并有效地提高了水资源的利用率和喷灌效率。为促进固定式管道喷灌系统的进一步推广提供了新的证据。

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用线切割机床将雨鸟30ibh摇臂式喷头内流道切割成a,b两部分,使三维光学扫描仪的投影光束能够到达其表面进行多视扫描,获取不同视角下流道a,b的点云数据。去除多视点云中的噪点后,用三点法拼接多视点云,得到流道a,b的点云数据;再将流道a,b的点云数据拼接成喷头内流道的点云数据;采用弦偏差采样法将点云数据精简后,用基于边的方法把点云分割成喷管和小喷嘴两部分,选择非均匀有理b样条(nurbs)模型分别按照点-线-面的顺序进行曲面重构。曲面重构的精度分析结果表明,最大几何误差为0.2929mm,平均几何误差为0.0762mm,满足预期的精度要求,实现了摇臂式喷头的内流道曲面重构。

提出臂式喷头和全射流喷头的计算公式,通过实验对比它们的参数。结果表明,全射流喷头步进角度和步进频率主要由导管长度决定,导管越长则步进角度越大,步进频率越小。对于臂式喷头,它的步进角度和步进频率的可改变幅度不大,因此全射流喷头具有一定优越性。提出了全射流喷头步进角度与管长之间的关系式,左右压差与导管长度和工作压力的经验公式。

我国摇臂式喷头的研究与发展 摘要：综述了国内外摇臂式喷头的发展历程和未来趋势，详细分析了近期摇臂式喷头的新型 结构与适用特点，结合我国实际情况论述了我国在摇臂式喷头的研究与生产中存在的研究手 段单一、研究力量单薄、企业缺乏产业化等问题，提出要应用新发展的计算流体动力学、计 算结构动力学和粒子成像速度场仪等技术进行喷头基础理论研究，加强联合攻关，建立质量 监督体系等发展摇臂式喷头的对策和建议。 关键词：摇臂式喷头；喷灌设备；节水灌溉 前言 当前，推广以喷灌、微灌为代表的先进节水灌溉技术是发展节水农业、提高水利用系数的重 要举措。截止到2002年底，我国的喷微灌技术推广面积已达273万h㎡。摇臂式喷头是喷 灌系统和喷灌机组中最重要的设备之一，对其基础理论、设计方法和喷洒性能等的研究一直 是关注热点。近几年，新发展的理论与技术在摇臂式喷头（包括垂直摇臂式喷头）中

采用承雨筒测量法,对目前市场上常用的zy-2摇臂式喷头采用18m×18m布置方式在不同气象条件下的组合喷灌主要技术参数开展田间试验研究。结果表明,组合喷灌均匀系数、喷洒水利用系数均在0.8以上,蒸发漂移损失的测试值为0.8%~14.28%,主要集中在4%~10%。构建了组合喷灌主要技术参数与主要气象因素、工作压力的回归模型,分析得出影响喷洒水利用系数、蒸发漂移损失的最主要因素是风速,其次是温度,相对湿度的影响最小。影响组合喷灌均匀系数的主要因素依次为空气温度和风速。

用pro/e软件建立喷头内流道的三维实体模型,选择rngk-ε模型在cfd软件fluent中模拟了雨鸟30psh型摇臂式喷头在10种入口压力和4种主喷嘴直径组合下的内流道流场,分析了喷头主副喷嘴的流量、入口压力与出口平均速度等参数的关系。研究结果表明:主喷嘴直径增大时,副喷嘴流量几乎不变;主、副喷嘴的流量分配比例由主喷嘴直径决定,与入口压力无关。入口压力增大,主喷嘴出口平均速度增大,但副喷嘴出口平均速度不变。喷头主、副喷嘴的平均湍动能随入口压力增大而增大,不受主喷嘴直径变化的影响。主喷嘴出口静压力、湍动能和速度的标准差、副喷嘴出口静压力标准差与入口压力近似成正比;而副喷嘴出口湍动能和速度的标准差随主喷嘴直径或入口压力增大产生较大的无规律变化。喷头内流道流场的可视化结果显示喷头副喷嘴与弯管连接处静压力较大,接近喷头入口静压力。

该文针对摇臂式喷头副喷嘴为圆形,径向水量分布中部较高不利于组合的问题,根据水射流原理,设计出一种新型结构的副喷嘴,其上端设有盖板,起到阻挡水流的作用,使副喷嘴水流射出后主要分散在近处,从而有利于提高组合喷洒的均匀性。分别对15py、20py、30py摇臂式喷头副喷嘴改进前后的水量分布进行了对比试验,同时,以正方形布置方式为例,计算出不同组合间距下的喷洒匀性系数。结果表明:副喷嘴的改进消除了改进前喷头中间部分水量,使径向水量分布呈"三角形"。改进副喷嘴后提高了均匀性系数,不同组合间距下的值均为80%以上,平均喷灌强度符合喷灌规范中的要求。最后,提出副喷嘴改进后15py,20py,30py摇臂式喷头的最佳组合间距分别为1.2r,1.3r,1.1r,计算出组合均匀性系数值分别为85.6%,86.3%,85.3%。改进后的副喷嘴对喷洒均匀性有较好的改善作用。

随着喷灌技术快速发展,非圆形喷洒域问题引起人们重视。本文指出了传统全圆或扇形喷洒域喷头存在的问题,讨论了非圆形喷洒域喷头实现意义,并对国内外非圆形喷洒域喷头实现方法及其优缺点进行了归纳总结;在此基础上,通过分析喷头射程的影响因素,给出了非圆形喷洒域喷头实现的理论途径,为以后摇臂式喷头非圆形喷洒域实现方法的研究提供了依据。

全射流及摇臂式喷头水量分布形状分析及组合计算

应用cfd通用软件fluent模拟了py140型摇臂式喷头的内流道在安装两种常用稳流器和不安装稳流器情况下的三维黏性流场,分析了三种稳流器情况下喷头流量、内流道静压力分布以及出口断面平均湍动能随进口工作压力的变化规律,并进行了试验验证。研究结果表明不同进口工作压力下喷头流量的计算值要高于实测值约11%,但两者的变化趋势非常一致。喷头安装稳流器有助于消除内流道中的涡流和横向流,降低喷头出口湍动能值,但在一定程度会增加内流道阻力损失,影响喷头的过流能力。此外,常用的90°出口扩散角的圆锥形喷嘴容易在喷嘴出口附近产生逆流。数值模拟和试验表明,减少喷嘴出口扩散角可改善喷嘴出口流态,提高喷头流量。

喷头的射程及其变化规律决定喷洒域的大小和形状,而喷嘴前的水流压力和喷嘴直径则是影响喷头射程的主要因素。在分析喷嘴前水流压力与喷头出流量关系、喷头射程与喷头出水流量之间的关系的基础上,提出了在喷头座的下端增加一个流量调节附加装置可实现全圆旋转摇臂式喷头的非圆形域喷洒方案。采用具有“十”字孔结构的流量调节器,十字孔的宽度为πd嘴/4,长度为5πd嘴/8,可实现方形喷洒。

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0.2~0.25mpa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。

为了比较nelson公司生产的r2000wf喷头和相近摇臂式喷头的组合喷灌性能,分别对两种喷头采用正方形布置12m×12m和矩形布置12m×16m条件下的组合喷灌均匀性开展了田间试验研究。结果表明:在工作压力0.20～0.30mpa时,r2000wf喷头和摇臂式喷头的喷灌均匀系数cu分别为0.78～0.85、0.68～0.83;由单喷头水力性能曲线组合模拟求得的cu值也表明,在相同工作压力、组合形式及间距条件下,与摇臂式喷头相比,r2000wf喷头具有更高的喷灌均匀性,更适合于低压条件下工作。

分析了摇臂式喷头摇臂断裂的主要原因，根据对摇臂动应力变化的实际测量，对如何分析与提高摇臂强度进行了探讨。

中喷ZY系列摇臂式喷头

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。

为了解决现有喷灌系统能耗较高的问题,选取10型号摇臂式喷头为研究对象,设计7组方案的喷头主副喷嘴结构,使其实现低压均匀喷洒。分别对7组方案进行水力性能试验及分析,结果表明:7组方案对它们射程的影响并不明显。方案7在主喷嘴上增加凹槽,径向水量分布较为平缓,性能优越。分别对7组方案在组合间距为1r、1.1r、1.2r、1.3r和1.4r下进行仿真计算,得到方案7组合均匀性最好,均匀性系数值均高于0.8,且在1.4r时均匀性系数最大,值为0.83。与其他方案相比,方案7可以增大喷头的组合间距。研究结果降低了摇臂式喷头的工作压力,低压下提高了喷洒均匀性,实现降低系统能耗的效果。

插臂式喷头摇臂是变截面、冲击动载荷构件。文中对这一构件进行了强度分析与计算，建立了强度计算的受力模型，给出了摇臂强度计算公式及计算实例。