一种卷盘式喷灌机斜击式水涡轮的制作方法

本发明属于水涡轮机领域，具体涉及一种卷盘式喷灌机斜击式水涡轮。

背景技术：

卷盘式喷灌机自上世纪70年代引进我国以来，因其结构紧凑，运输便利，操作简单，灌溉效果好以及智能化程度高等优势在我国得到了广泛应用，是我国北方主要农作物产区的主要喷灌机型之一。卷盘式喷灌机的驱动装置主要有水力驱动型和电机驱动型。其中水力驱动型以其能量回收性、可靠性高和使用寿命长等优点，依然是国外卷盘式喷灌机应用和研发的热点。水涡轮作为卷盘式喷灌机驱动装置的核心部件，其性能好坏，运行稳定与否直接关系着整机的动力扭矩大小和灌溉效果。目前国内卷盘式喷灌机配套的水涡轮均沿用的上世纪90年代末的国外淘汰产品，并未对其进行系统研究和优化改进。因国外和国内农业灌溉配套设备的差异性，现有的水涡轮并不能很好的满足我国自主研发的卷盘式喷灌机需要。

水涡轮的设计需要在一定程度高效率值的基础上，使其具有宽幅的转速调节范围和工作流量范围，尤其是在小流量下可以输出足够驱动卷盘转动的扭矩，使得整机对不同工况具有较强的适应性。国内目前大量使用的水涡轮目前结构只有两种水力模型，均为冲击式设计。喷灌泵输送的高压水，经过安装在转轮入口之前的喷嘴形成高速射流冲击叶片带动转轮转动，固定在转轮上的驱动轴随转轮转动经传动机构带动卷盘转动，从而实现喷头小车的回收作业。

2012年刘念民等人发明的实用新型专利“卷盘式浇灌机的水涡轮”，专利号为CN202645824U，公开了一种卷盘式浇灌机的水涡轮，主要描述了水涡轮的涡轮壳体和进出口结构，通过延长进出口的长度，通过提高喷嘴效率达到提高水涡轮的效率，并未对转轮结构作出详细介绍。2014年牛国平等人发明的实用新型专利“一种小流量卷盘式喷灌机水涡轮”，专利号为CN103573539A，公开了一种适用于小流量下的卷盘式喷灌机水涡轮，主要描述了涡轮壳体结构以及转轮结构，通过设计进出口喷嘴锥度与叶片弯曲度，提高喷嘴效率与转轮效率，但该水涡轮仅适用于小流量工况，适用于小型卷盘式喷灌机，并不适用于大中型卷盘式喷灌机，无法提供大中型卷盘式喷灌机所需的动力扭矩。随着国内对农业机械化的推进，高效率低能耗卷盘式喷灌机将成为将来喷灌机行业发展的重点，作为核心驱动部件的水涡轮有很大改善空间。因此，对水涡轮结构的优化设计能够很大程度上改善卷盘式喷灌机的工作效率与可靠性。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种大中型卷盘式喷灌机斜击式水涡轮，通过对水涡轮结构的优化设计提高水涡轮的工作效率，简化结构降低生产制造成本。

本发明的技术方案是：一种卷盘式喷灌机斜击式水涡轮，包括进口管道、涡轮壳体、涡轮盖、转轮、驱动轴和出口管道；

所述涡轮壳体和涡轮盖均为圆形构造，所述转轮位于涡轮壳体内，涡轮壳体外端扣装涡轮盖；

所述转轮包括若干叶片和轮毂；所述叶片沿圆周方向均匀分布在轮毂顶端端面上，所述叶片为圆柱形，所述叶片的进口安放角α为45°，出口安放角β为21°；

所述驱动轴一端与转轮相连，另一端穿过涡轮盖与传动机构相连；

所述进口管道位于涡轮壳体的一侧，所述出口管道位于涡轮盖的一侧，所述进口管道的中心线与涡轮盖面的夹角为22.5°；所述进口管道和出水管道均为圆锥形结构。

上述方案中，所述进口管道为渐缩段，依次包括进口前平直段、进口锥形段和进口后平直段；

所述进口前平直段直径D₁为45mm，长L₁为60mm；所述进口锥形段锥度为4～7°；所述进口后平直段直径D₂为21mm，长L₂为40mm。

进一步的，所述进口锥形段的锥度5°。

上述方案中，所述进口后平直段到所述转轮入口的距离d小于5倍的直径D₂。

上述方案中，所述出口管道为渐阔段，依次包括出口锥形段和出口平直段；所述出口锥形段的锥度为4～7°。

进一步的，所述出口锥形段的锥度为5°。

上述方案中，所述转轮的入水口与出水口采取等高安装。

上述方案中，所述叶片的数量为22个。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明的转轮叶片为圆柱形叶片，叶片的进口安放角为45°，出口安放角为21°的设计可以减小进口射流冲击损失和出口流速，降低出流能量，使得能量能最大限度被利用，叶片数为22个，由于叶片采用圆柱型叶片，效率相比直立叶片有明显提高，相比现有部分水涡轮叶片数减少，节约制造成本；所述进口管道的中心线与涡轮盖面的夹角为22.5°以冲击叶片的能量可以达到最大，提高机械效率；涡轮壳体进口管道构造为锥型结构能够更好的促进压力流动，降低水力损失，将来流势能转化为射流动能，使射流有足够的速度冲击叶片做功，出口管道的锥形设计可以回收出水口剩余能量；转轮的入水口与出水口采取等高安装，以降低驱动转轮转动提供额定转速及扭矩所需的能头，同时顺滑流道，减少间隙造成的排挤损失；所述进口后平直段到所述转轮入口的距离d小于5倍的直径D₂，减少了射流损失。本发明通过对水涡轮结构的优化设计提高水涡轮的工作效率，简化结构降低生产制造成本。

附图说明

图1是本发明一实施方式的的结构示意图；

图2是图1俯视图；

图3是本发明一实施方式的的转轮结构示意图；

图4是图3侧视图；

图5是本发明一实施方式的叶片结构示意图。

图中：1、进口管道；101、进口前平直段；102、进口锥形段；103、进口后平直段；2、涡轮壳体；3、涡轮盖；4、转轮；5、驱动轴；6、出口管道；601、出口锥形段；602、出口平直段；7、叶片；8、轮毂。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

图1和图2所示为本发明所述卷盘式喷灌机斜击式水涡轮的一种实施方式，所述卷盘式喷灌机斜击式水涡轮，包括进口管道1、涡轮壳体2、涡轮盖3、转轮4、驱动轴5和出口管道6。

所述涡轮壳体2和涡轮盖3均为圆形构造，所述转轮4位于涡轮壳体2内，涡轮壳体2外端扣装涡轮盖3。所述驱动轴5一端与转轮4相连，另一端穿过涡轮盖3与传动机构相连。所述涡轮壳体2、转轮4与涡轮盖3构成涡轮腔室。所述进口管道1焊接在涡轮壳体2的一侧，所述出口管道6焊接在涡轮盖3的一侧，所述进口管道1用于与进水管连接，所述出口管道6用于与出水软管连接。所述进口管道1的中心线与涡轮盖面3的夹角为22.5°，以冲击叶片7的能量可以达到最大，提高机械效率；所述进口管道1和出水管道6均为圆锥形结构，能够更好的促进压力流动，降低水力损失，将来流势能转化为射流动能，使射流有足够的速度冲击叶片做功，出水口锥形设计可以回收出水口剩余能量。

所述进口管道1为渐缩段，依次包括进口前平直段101、进口锥形段102和进口后平直段103；所述进口前平直段101直径D₁为45mm，长L₁为60mm；所述进口后平直段103直径D₂为21mm，长L₂为40mm；所述进口锥形段102锥度为4～7°；优选的，所述进口锥形段102的锥度5°，能够更好的促进压力流动，降低水力损失。

优选的，所述进口后平直段103到所述转轮4入口的距离d小于5倍的直径D₂，以减少射流损失，使得射流冲击叶片的力达到最大。

所述出口管道6为渐阔段，依次包括出口锥形段601和出口平直段602；所述出口锥形段601的锥度为4～7°；优选的，所述出口锥形段601的锥度为5°，可以回收出水口剩余能量。

所述转轮4的入水口与出水口采取等高安装，以降低驱动转轮4转动提供额定转速及扭矩所需的能头，提高效率，同时顺滑流道，减少间隙造成的排挤损失。

如图3和图4所示，所述转轮4包括若干叶片7和轮毂8；所述叶片7沿圆周方向均匀焊接在轮毂8顶端端面上，所述叶片7为圆柱形，效率相比直立叶片有明显提高，相比现有部分水涡轮叶片数减少，节约制造成本。如图5所示，所述叶片7的进口安放角α为45°，出口安放角β为21°，可以减小进口射流冲击损失和出口流速，降低出流能量，使得能量能最大限度被利用，其中，所述进口安放角为叶片7的首端切线与垂直于驱动轴5平面的夹角；所述出口安放角为叶片7的尾端切线与垂直于驱动轴5平面的夹角。优选的，所述叶片7的数量为22个。

本发明的工作过程如下：卷盘式喷灌机首先在拖拉机的牵引下，转移到田间喷灌作业区，将PE软管平铺在田间，PE软管一端与喷灌小车相连，另一端缠绕在卷盘上并与水涡轮出口管道6相连，当卷盘式喷灌机水涡轮进口管道1与田间喷灌压力水的给水栓相连时，压力水入机，压力水经进口管道1流入，通过进口管道1内的圆锥形结构冲击转轮4的叶片7，使一端与转轮4相连的驱动轴5旋转，驱动轴5另一端带动皮带传动，皮带传动驱动链传动，链传动带动卷盘缓慢旋转，PE软管一层一层缠绕在卷盘上，喷头小车亦随着PE软管的缠绕向卷盘车运动，从水涡轮流出的压力水通过水涡轮出口管道6与PE软管相连，压力水通过PE软管流经喷嘴喷洒而出，喷灌小车上的喷头开始喷水作业，随着PE软管的回收，喷灌小车靠近卷盘车时自动停止工作，然后整机转180°或将卷盘式喷灌机由拖拉机牵引至下一个工作地点进行喷灌作业。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。