本發(fā)明屬于水渦輪機(jī)領(lǐng)域，具體涉及一種卷盤式噴灌機(jī)斜擊式水渦輪。

背景技術(shù)：

卷盤式噴灌機(jī)自上世紀(jì)70年代引進(jìn)我國(guó)以來(lái)，因其結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)輸便利，操作簡(jiǎn)單，灌溉效果好以及智能化程度高等優(yōu)勢(shì)在我國(guó)得到了廣泛應(yīng)用，是我國(guó)北方主要農(nóng)作物產(chǎn)區(qū)的主要噴灌機(jī)型之一。卷盤式噴灌機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置主要有水力驅(qū)動(dòng)型和電機(jī)驅(qū)動(dòng)型。其中水力驅(qū)動(dòng)型以其能量回收性、可靠性高和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，依然是國(guó)外卷盤式噴灌機(jī)應(yīng)用和研發(fā)的熱點(diǎn)。水渦輪作為卷盤式噴灌機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的核心部件，其性能好壞，運(yùn)行穩(wěn)定與否直接關(guān)系著整機(jī)的動(dòng)力扭矩大小和灌溉效果。目前國(guó)內(nèi)卷盤式噴灌機(jī)配套的水渦輪均沿用的上世紀(jì)90年代末的國(guó)外淘汰產(chǎn)品，并未對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究和優(yōu)化改進(jìn)。因國(guó)外和國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)灌溉配套設(shè)備的差異性，現(xiàn)有的水渦輪并不能很好的滿足我國(guó)自主研發(fā)的卷盤式噴灌機(jī)需要。

水渦輪的設(shè)計(jì)需要在一定程度高效率值的基礎(chǔ)上，使其具有寬幅的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍和工作流量范圍，尤其是在小流量下可以輸出足夠驅(qū)動(dòng)卷盤轉(zhuǎn)動(dòng)的扭矩，使得整機(jī)對(duì)不同工況具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。國(guó)內(nèi)目前大量使用的水渦輪目前結(jié)構(gòu)只有兩種水力模型，均為沖擊式設(shè)計(jì)。噴灌泵輸送的高壓水，經(jīng)過(guò)安裝在轉(zhuǎn)輪入口之前的噴嘴形成高速射流沖擊葉片帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)輪上的驅(qū)動(dòng)軸隨轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)卷盤轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)噴頭小車的回收作業(yè)。

2012年劉念民等人發(fā)明的實(shí)用新型專利“卷盤式澆灌機(jī)的水渦輪”，專利號(hào)為CN202645824U，公開(kāi)了一種卷盤式澆灌機(jī)的水渦輪，主要描述了水渦輪的渦輪殼體和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)，通過(guò)延長(zhǎng)進(jìn)出口的長(zhǎng)度，通過(guò)提高噴嘴效率達(dá)到提高水渦輪的效率，并未對(duì)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)作出詳細(xì)介紹。2014年牛國(guó)平等人發(fā)明的實(shí)用新型專利“一種小流量卷盤式噴灌機(jī)水渦輪”，專利號(hào)為CN103573539A，公開(kāi)了一種適用于小流量下的卷盤式噴灌機(jī)水渦輪，主要描述了渦輪殼體結(jié)構(gòu)以及轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)出口噴嘴錐度與葉片彎曲度，提高噴嘴效率與轉(zhuǎn)輪效率，但該水渦輪僅適用于小流量工況，適用于小型卷盤式噴灌機(jī)，并不適用于大中型卷盤式噴灌機(jī)，無(wú)法提供大中型卷盤式噴灌機(jī)所需的動(dòng)力扭矩。隨著國(guó)內(nèi)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的推進(jìn)，高效率低能耗卷盤式噴灌機(jī)將成為將來(lái)噴灌機(jī)行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，作為核心驅(qū)動(dòng)部件的水渦輪有很大改善空間。因此，對(duì)水渦輪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)能夠很大程度上改善卷盤式噴灌機(jī)的工作效率與可靠性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問(wèn)題提供一種大中型卷盤式噴灌機(jī)斜擊式水渦輪，通過(guò)對(duì)水渦輪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提高水渦輪的工作效率，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)降低生產(chǎn)制造成本。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種卷盤式噴灌機(jī)斜擊式水渦輪，包括進(jìn)口管道、渦輪殼體、渦輪蓋、轉(zhuǎn)輪、驅(qū)動(dòng)軸和出口管道；

所述渦輪殼體和渦輪蓋均為圓形構(gòu)造，所述轉(zhuǎn)輪位于渦輪殼體內(nèi)，渦輪殼體外端扣裝渦輪蓋；

所述轉(zhuǎn)輪包括若干葉片和輪轂；所述葉片沿圓周方向均勻分布在輪轂頂端端面上，所述葉片為圓柱形，所述葉片的進(jìn)口安放角α為45°，出口安放角β為21°；

所述驅(qū)動(dòng)軸一端與轉(zhuǎn)輪相連，另一端穿過(guò)渦輪蓋與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連；

所述進(jìn)口管道位于渦輪殼體的一側(cè)，所述出口管道位于渦輪蓋的一側(cè)，所述進(jìn)口管道的中心線與渦輪蓋面的夾角為22.5°；所述進(jìn)口管道和出水管道均為圓錐形結(jié)構(gòu)。

上述方案中，所述進(jìn)口管道為漸縮段，依次包括進(jìn)口前平直段、進(jìn)口錐形段和進(jìn)口后平直段；

所述進(jìn)口前平直段直徑D₁為45mm，長(zhǎng)L₁為60mm；所述進(jìn)口錐形段錐度為4～7°；所述進(jìn)口后平直段直徑D₂為21mm，長(zhǎng)L₂為40mm。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)口錐形段的錐度5°。

上述方案中，所述進(jìn)口后平直段到所述轉(zhuǎn)輪入口的距離d小于5倍的直徑D₂。

上述方案中，所述出口管道為漸闊段，依次包括出口錐形段和出口平直段；所述出口錐形段的錐度為4～7°。

進(jìn)一步的，所述出口錐形段的錐度為5°。

上述方案中，所述轉(zhuǎn)輪的入水口與出水口采取等高安裝。

上述方案中，所述葉片的數(shù)量為22個(gè)。

本發(fā)明的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的轉(zhuǎn)輪葉片為圓柱形葉片，葉片的進(jìn)口安放角為45°，出口安放角為21°的設(shè)計(jì)可以減小進(jìn)口射流沖擊損失和出口流速，降低出流能量，使得能量能最大限度被利用，葉片數(shù)為22個(gè)，由于葉片采用圓柱型葉片，效率相比直立葉片有明顯提高，相比現(xiàn)有部分水渦輪葉片數(shù)減少，節(jié)約制造成本；所述進(jìn)口管道的中心線與渦輪蓋面的夾角為22.5°以沖擊葉片的能量可以達(dá)到最大，提高機(jī)械效率；渦輪殼體進(jìn)口管道構(gòu)造為錐型結(jié)構(gòu)能夠更好的促進(jìn)壓力流動(dòng)，降低水力損失，將來(lái)流勢(shì)能轉(zhuǎn)化為射流動(dòng)能，使射流有足夠的速度沖擊葉片做功，出口管道的錐形設(shè)計(jì)可以回收出水口剩余能量；轉(zhuǎn)輪的入水口與出水口采取等高安裝，以降低驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)提供額定轉(zhuǎn)速及扭矩所需的能頭，同時(shí)順滑流道，減少間隙造成的排擠損失；所述進(jìn)口后平直段到所述轉(zhuǎn)輪入口的距離d小于5倍的直徑D₂，減少了射流損失。本發(fā)明通過(guò)對(duì)水渦輪結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提高水渦輪的工作效率，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)降低生產(chǎn)制造成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1俯視圖；

圖3是本發(fā)明一實(shí)施方式的的轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3側(cè)視圖；

圖5是本發(fā)明一實(shí)施方式的葉片結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、進(jìn)口管道；101、進(jìn)口前平直段；102、進(jìn)口錐形段；103、進(jìn)口后平直段；2、渦輪殼體；3、渦輪蓋；4、轉(zhuǎn)輪；5、驅(qū)動(dòng)軸；6、出口管道；601、出口錐形段；602、出口平直段；7、葉片；8、輪轂。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。

圖1和圖2所示為本發(fā)明所述卷盤式噴灌機(jī)斜擊式水渦輪的一種實(shí)施方式，所述卷盤式噴灌機(jī)斜擊式水渦輪，包括進(jìn)口管道1、渦輪殼體2、渦輪蓋3、轉(zhuǎn)輪4、驅(qū)動(dòng)軸5和出口管道6。

所述渦輪殼體2和渦輪蓋3均為圓形構(gòu)造，所述轉(zhuǎn)輪4位于渦輪殼體2內(nèi)，渦輪殼體2外端扣裝渦輪蓋3。所述驅(qū)動(dòng)軸5一端與轉(zhuǎn)輪4相連，另一端穿過(guò)渦輪蓋3與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連。所述渦輪殼體2、轉(zhuǎn)輪4與渦輪蓋3構(gòu)成渦輪腔室。所述進(jìn)口管道1焊接在渦輪殼體2的一側(cè)，所述出口管道6焊接在渦輪蓋3的一側(cè)，所述進(jìn)口管道1用于與進(jìn)水管連接，所述出口管道6用于與出水軟管連接。所述進(jìn)口管道1的中心線與渦輪蓋面3的夾角為22.5°，以沖擊葉片7的能量可以達(dá)到最大，提高機(jī)械效率；所述進(jìn)口管道1和出水管道6均為圓錐形結(jié)構(gòu)，能夠更好的促進(jìn)壓力流動(dòng)，降低水力損失，將來(lái)流勢(shì)能轉(zhuǎn)化為射流動(dòng)能，使射流有足夠的速度沖擊葉片做功，出水口錐形設(shè)計(jì)可以回收出水口剩余能量。

所述進(jìn)口管道1為漸縮段，依次包括進(jìn)口前平直段101、進(jìn)口錐形段102和進(jìn)口后平直段103；所述進(jìn)口前平直段101直徑D₁為45mm，長(zhǎng)L₁為60mm；所述進(jìn)口后平直段103直徑D₂為21mm，長(zhǎng)L₂為40mm；所述進(jìn)口錐形段102錐度為4～7°；優(yōu)選的，所述進(jìn)口錐形段102的錐度5°，能夠更好的促進(jìn)壓力流動(dòng)，降低水力損失。

優(yōu)選的，所述進(jìn)口后平直段103到所述轉(zhuǎn)輪4入口的距離d小于5倍的直徑D₂，以減少射流損失，使得射流沖擊葉片的力達(dá)到最大。

所述出口管道6為漸闊段，依次包括出口錐形段601和出口平直段602；所述出口錐形段601的錐度為4～7°；優(yōu)選的，所述出口錐形段601的錐度為5°，可以回收出水口剩余能量。

所述轉(zhuǎn)輪4的入水口與出水口采取等高安裝，以降低驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪4轉(zhuǎn)動(dòng)提供額定轉(zhuǎn)速及扭矩所需的能頭，提高效率，同時(shí)順滑流道，減少間隙造成的排擠損失。

如圖3和圖4所示，所述轉(zhuǎn)輪4包括若干葉片7和輪轂8；所述葉片7沿圓周方向均勻焊接在輪轂8頂端端面上，所述葉片7為圓柱形，效率相比直立葉片有明顯提高，相比現(xiàn)有部分水渦輪葉片數(shù)減少，節(jié)約制造成本。如圖5所示，所述葉片7的進(jìn)口安放角α為45°，出口安放角β為21°，可以減小進(jìn)口射流沖擊損失和出口流速，降低出流能量，使得能量能最大限度被利用，其中，所述進(jìn)口安放角為葉片7的首端切線與垂直于驅(qū)動(dòng)軸5平面的夾角；所述出口安放角為葉片7的尾端切線與垂直于驅(qū)動(dòng)軸5平面的夾角。優(yōu)選的，所述葉片7的數(shù)量為22個(gè)。

本發(fā)明的工作過(guò)程如下：卷盤式噴灌機(jī)首先在拖拉機(jī)的牽引下，轉(zhuǎn)移到田間噴灌作業(yè)區(qū)，將PE軟管平鋪在田間，PE軟管一端與噴灌小車相連，另一端纏繞在卷盤上并與水渦輪出口管道6相連，當(dāng)卷盤式噴灌機(jī)水渦輪進(jìn)口管道1與田間噴灌壓力水的給水栓相連時(shí)，壓力水入機(jī)，壓力水經(jīng)進(jìn)口管道1流入，通過(guò)進(jìn)口管道1內(nèi)的圓錐形結(jié)構(gòu)沖擊轉(zhuǎn)輪4的葉片7，使一端與轉(zhuǎn)輪4相連的驅(qū)動(dòng)軸5旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)軸5另一端帶動(dòng)皮帶傳動(dòng)，皮帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)鏈傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)帶動(dòng)卷盤緩慢旋轉(zhuǎn)，PE軟管一層一層纏繞在卷盤上，噴頭小車亦隨著PE軟管的纏繞向卷盤車運(yùn)動(dòng)，從水渦輪流出的壓力水通過(guò)水渦輪出口管道6與PE軟管相連，壓力水通過(guò)PE軟管流經(jīng)噴嘴噴灑而出，噴灌小車上的噴頭開(kāi)始噴水作業(yè)，隨著PE軟管的回收，噴灌小車靠近卷盤車時(shí)自動(dòng)停止工作，然后整機(jī)轉(zhuǎn)180°或?qū)⒕肀P式噴灌機(jī)由拖拉機(jī)牽引至下一個(gè)工作地點(diǎn)進(jìn)行噴灌作業(yè)。

應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說(shuō)明書是按照各個(gè)實(shí)施例描述的，但并非每個(gè)實(shí)施例僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說(shuō)明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見(jiàn)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說(shuō)明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。

上文所列出的一系列的詳細(xì)說(shuō)明僅僅是針對(duì)本發(fā)明的可行性實(shí)施例的具體說(shuō)明，它們并非用以限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡未脫離本發(fā)明技藝精神所作的等效實(shí)施例或變更均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。