垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于節(jié)水灌溉設備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，特別是關于一種垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法。本發(fā)明將二次回歸正交試驗結(jié)合工程最優(yōu)理論方法用于垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化設計；本發(fā)明在傳統(tǒng)方法和試驗數(shù)據(jù)的基礎上，應用二次回歸正交試驗設計方法，以噴灌均勻度為考核指標，建立垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的三個參數(shù)與噴灌均勻度的二次關系式；通過規(guī)劃求解得到一組最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)；經(jīng)試驗測試，通過本發(fā)明得到的最優(yōu)位置參數(shù)應用于同類產(chǎn)品時，噴頭近處的水量分布較優(yōu)化之前補充更為充分，3到20米內(nèi)水量增加25%左右，隨著組合間距系數(shù)的增加，位置參數(shù)優(yōu)化之后的噴灌均勻度要大大高于優(yōu)化之前的噴灌均勻度。
【專利說明】垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于節(jié)水灌溉設備的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，特別是關于一種垂直搖臂式 噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法。

【背景技術】
[0002] 當前，推廣以噴灌、微灌為代表的先進節(jié)水灌溉技術是發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)，提高水利用 系數(shù)的重要措施；與傳統(tǒng)的大水漫灌相比，噴灌可節(jié)水50%以上，噴頭作為噴灌系統(tǒng)中最重 要的部件之一，它能夠?qū)⒂袎核畤娚涞娇罩校⒊杉毿∷尾⒕鶆蛏⒙湓谒韫喔鹊拿娣e 上；噴頭是實施噴灌的關鍵設備，噴頭的結(jié)構(gòu)和水力性能在很大程度上決定了噴灌系統(tǒng)的 灌溉質(zhì)量；因此，對噴頭的結(jié)構(gòu)和水力性能進行優(yōu)化設計非常重要；垂直搖臂式噴頭因在 其工作時各部件受力較好和具有相同的正反轉(zhuǎn)速度等特點，在噴灌系統(tǒng)中得到廣泛應用； 導流器是噴頭搖臂接受能量的裝置，位于搖臂的最前端，與射流軸線在水平和垂直方向呈 一夾角；導流器的作用主要有兩個：一是從射流中獲取驅(qū)動力以驅(qū)動搖臂向下轉(zhuǎn)動和噴頭 步進，二是補充噴頭近處的水量，改善噴頭的水量分布；導流器安裝位置參數(shù)包括導流器與 搖臂轉(zhuǎn)動軸之間的距離、導流器直葉片與射流中心線的夾角、導流器中心線偏移射流中心 的角度。
[0003] 導流器安裝位置對噴頭的步進角度、搖臂頻率和水量分布都有較為明顯的影響； 傳統(tǒng)的導流器安裝位置較隨意，由于噴頭在正常工作時的導流器安裝位置參數(shù)是可以在一 定的范圍內(nèi)變動，因此，傳統(tǒng)方法難以確定導流器安裝位置的最優(yōu)參數(shù)；因此導流器安裝位 置參數(shù)缺乏科學、準確的計算模型來指導，其結(jié)果必定是：采用傳統(tǒng)方法時，噴頭的水力性 能不一定是最優(yōu)，且要確定一個最佳方案是很困難的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種能快速確定導流器的最優(yōu)安裝位置，提 高噴頭的水力性能的導流器安裝位置優(yōu)化方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術方案： 一種垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法，其包括以下步驟： 1)選擇作為模型的垂直搖臂式噴頭的導流器。
[0006] 2)根據(jù)試驗確定垂直搖臂式噴頭能正常工作時的導流器安裝位置參數(shù)的范圍，導 流器的安裝位置參數(shù)包括：導流器與搖臂轉(zhuǎn)動軸之間的距離L、導流器直葉片與射流中心 線的夾角:和導流器中心線偏移射流中心的角度σ。
[0007] 3)以垂直搖臂式噴頭為正方形布置和間距系數(shù)為丨時的噴灌均勻度作為考核導 流器對垂直搖臂式噴頭水力性能影響的評價指標；噴灌均勻度Q的表達式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法，其特征在于包括以下步驟： 1) 選擇作為模型的垂直搖臂式噴頭的導流器； 2) 根據(jù)試驗確定垂直搖臂式噴頭能正常工作時的導流器安裝位置參數(shù)的范圍；所述導 流器安裝位置三個參數(shù)為導流器與搖臂轉(zhuǎn)動軸之間的距離Z、導流器直葉片與射流中心線 的夾角〃i和導流器中心線偏移射流中心的角度〃； 3) 將需要優(yōu)化確定的三個參數(shù)在步驟2)確定的參數(shù)范圍內(nèi)按照二次回歸正交試驗方 法得到導流器安裝位置的多個方案，對得到的每一種方案進行試驗，得到不同方案下的水 量分布數(shù)據(jù)，以垂直搖臂式噴頭為正方形布置和間距系數(shù)為1時的噴灌均勻度作為考核導 流器對垂直搖臂式噴頭水力性能影響的評價指標，計算得到不同方案下的噴灌均勻度，建 立噴灌均勻度與三個參數(shù)之間的二次回歸公式； 4) 將步驟3)得到的回歸公式在步驟2)確定的范圍內(nèi)進行規(guī)劃求解，得到噴灌均勻度 最商時的一組參數(shù)，以確定最優(yōu)方案； 5) 根據(jù)步驟4)確定的一組最佳安裝位置參數(shù)進行調(diào)整安裝，并進行性能測試。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法，其特征在 于：所述噴灌均勻度的計算公式為：
式中：$-噴灑面積上的平均噴灑水深，mm，計算公式為：
hi一某點的降水深度，mm; &一某點代表的噴灑面積，m2 ; n一測點的雨量筒個數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法，其特征在 于：所述垂直搖臂式噴頭導流器為Nelson-SRIOO垂直搖臂式噴頭導流器。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法，其特征在 于：所述Nelson-SRlOO垂直搖臂式噴頭導流器的噴灌均勻度與安裝位置參數(shù)之間的計算 關系式：
式中:_7-為噴灌均勻度； A-導流器與搖臂轉(zhuǎn)軸之間的距離，mm; A-導流器中心線偏移射流中心的角度，（° ); ^r3-導流器直葉片與射流中心線的夾角，（° )。
5. 如權(quán)利要求3所述的一種垂直搖臂式噴頭導流器安裝位置的優(yōu)化方法，其特征在 于：所述Nelson-SRIOO垂直搖臂式噴頭導流器與搖臂轉(zhuǎn)軸之間的距離Z=273mm、導流器中 心線偏移射流中心的角度〃i=4°、導流器直葉片與射流中心線的夾角a=13°。
【文檔編號】G06F17/50GK104268313SQ201410454902
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月9日
【發(fā)明者】李紅, 湯攀, 陳超 申請人:江蘇大學