本发明涉及农业机械技术领域，更具体地，涉及一种水涡轮。
背景技术：
卷盘式喷灌机近几年推广应用发展比较迅速的行喷式喷灌机械，具有对地形适应性强、省工、灵活、喷洒质量好等优点。
卷盘式喷灌机的水力驱动装置主要有水压缸式、橡皮囊式和水涡轮式三种，其中水压缸式为防止柱塞缸磨损，对水质要求比较严格，工作的废水排在卷盘车附近，影响喷洒质量。橡皮囊式对水质要求也较苛刻。水涡轮式驱动轴装置工作平稳、无振动、对水质要求较低且无废水泄漏，是综合性能最佳、目前使用最广的水力驱动装置。作为水涡轮式驱动装置的核心部件，水涡轮的工作性能决定了驱动力矩和水力损失的大小，对喷灌机整体工作性能有重要的影响。
目前国内典型的卷盘式喷灌机水涡轮大多沿用上世纪90年代中期引进的国外产品，其喷嘴出口端面与喷嘴中心轴线垂直，且喷嘴出口与水涡轮叶片距离较大，喷嘴射流作用至水涡轮叶片的过程中射流速度大幅降低，导致水涡轮对喷嘴射流能量的利用率不高，水涡轮产生的驱动力矩偏小，水涡轮效率偏低。
技术实现要素：
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的水涡轮。
本发明提供一种水涡轮。一种水涡轮，包括涡轮壳、叶轮以及驱动所述叶轮旋转的喷嘴，所述叶轮同轴装设于涡轮壳内，所述叶轮的中心连接有传动轴，所述涡轮壳的侧边设有进水管，所述涡轮壳的顶端设有出水管，所述涡轮壳底部扣接有涡轮盖，所述传动轴穿过所述涡轮盖，所述喷嘴装设于所述进水管内，所述喷嘴沿水流方向逐渐收缩，所述喷嘴的出口端面位于所述涡轮壳的内壁面所在的圆柱面内。
优选地，所述喷嘴与所述进水管的内壁贴合，所述进水管和所述喷嘴的收缩角为10～20度。
优选地，所述叶轮包括叶轮盖板，所述叶轮盖板的中心与所述传动轴固定连接，所述叶轮盖板上均匀分布有多个圆柱形叶片，所述叶片由远离所述叶轮中心的一端至靠近所述叶轮中心的一端均匀变薄，所述叶片在靠近所述叶轮中心的端面上部为倾斜切割面。
优选地，所述倾斜切割面的切割位置为：在叶片的顶部端面上距靠近所述叶轮中心的端面1/3叶片径向长度处以及在叶片靠近所述叶轮中心的端面上距所述叶轮盖板2/3叶片高度处。
优选地，所述进水管内包括分流管和旁通管，所述喷嘴装设于所述分流管内，所述旁通管位于所述分流管的上方，所述旁通管与所述出水管连通。
优选地，所述旁通管前端装设有蝶阀。
优选地，所述叶轮盖板上均匀分布有多个平衡孔。
本发明提供的一种水涡轮，通过将喷嘴的出口端面设为与涡轮壳内壁面半径所在圆柱面贴合的曲面，使得水流能够更好地保持高速射入叶轮，提高喷嘴射流对水涡轮冲击力矩，降低水涡轮内压力损失，在水流量一定的条件下为外部传动装置提供更大的驱动力矩，从而提高水涡轮的工作效率，并且通过调整旁通管上蝶阀的开度，可控制射入水涡轮叶轮的水量，调节水涡轮为外部传动装置提供的驱动力矩，扩大喷灌及运行范围。
附图说明
图1为根据本发明的一种水涡轮的结构示意图；
图2为图1的剖面图；
图3为根据本发明的一种水涡轮的喷嘴的结构示意图；
图4为根据本发明一个优选实施例的一种水涡轮的结构示意图；
图5为根据本发明一种水涡轮的叶轮的结构示意图；
附图标记：
1-涡轮壳；2-叶片；3-出水管；
4-喷嘴；5-进水管；6-涡轮盖；
7-传动轴；8-叶轮；9-平衡孔；
10-出口端面；11-旁通管；12-分流管；
13-蝶阀；14-叶轮盖板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1为根据本发明的一种水涡轮的结构示意图，图2为图1的剖面图，图3为根据本发明的一种水涡轮的喷嘴的结构示意图，结合图1至图3所示，一种水涡轮，包括：涡轮壳1、叶轮8和以及驱动所述叶轮旋转的喷嘴4，叶轮8同轴装设于涡轮壳1内，叶轮8的中心连接有传动轴7，涡轮壳1的侧边设有进水管5，涡轮壳1的顶端设有出水管3，涡轮壳1底部扣接有涡轮盖6，传动轴7穿过涡轮盖6，喷嘴4装设于进水管5内，喷嘴4沿水流方向逐渐收缩，喷嘴4的出口端面10位于涡轮壳1的内壁面所在的圆柱面内。
具体地，为了最大限度地提高水力性能，将喷嘴4的出口端面10设计成圆弧面，并且与涡轮壳1的内壁面所在的圆柱面贴合，相当于喷嘴4的出口端面10成为涡轮壳1的内壁面所在圆柱面的一部分，喷嘴4喷射出的水流保持高速冲击到叶轮8的叶片间隙，为叶轮提供更大的驱动力，从而使得叶轮产生更大的力矩。水涡轮工作时，水流从进水管5进入涡轮壳1，由于喷嘴4装设于进水管5处，流入涡轮壳1的水流首先进入喷嘴4，由于喷嘴4沿水流方向逐渐收缩，水流流经喷嘴4被加速，因而喷嘴4出口处的水流具有较高的速度，从而带动叶轮8旋转产生力矩，由于叶轮8的中心与传动轴7固定连接，并且传动轴7对叶轮8起支撑作用，叶轮8旋转的同时带动传动轴7转动，进一步带动喷灌机的卷盘旋转，实现对软管的回收。由于涡轮盖6扣接在涡轮壳1的底部并密封，带动叶轮8旋转的水流最终从出水管3流出，经喷头喷洒进行作物灌溉。
上述实施例提供的水涡轮，通过将喷嘴的出口断面设为圆弧面，并与涡轮壳内径所在的圆柱面重合，使得水流能够更好地进入叶轮，降低水流损失，在水流量一定的条件下为外部传动装置提供更大的传动力矩，从而提高水涡轮的工作效率。
基于上述实施例的内容，如图1所示，所述喷嘴4与所述进水管5内壁贴合，所述进水管和所述喷嘴的收缩角度为10～20度。
具体地，为了进一步提高水力性能，将喷嘴4出口端面10设为与涡轮壳3内径所在的圆柱面重合，并将喷嘴4的外壁与分流管12的内壁紧密配合，消除了传统水涡轮喷嘴出口流道突扩的影响，避免在喷嘴4出口附近形成回流区，从而改善水流进入叶轮8的入流条件，确保水流流经喷嘴4高速喷射到叶轮8上，增加叶轮8的驱动力矩，降低水涡轮内压力损失，提高水涡轮的工作效率。具体安装是通过喷嘴4入口处的4个定位块来确定喷嘴4的安装方位。将喷嘴4的收缩角度和分流管12的收缩角度设为一致的，均为10～20度之间，这样能保证水涡轮主要工况范围内形成相对最优的射流速度和冲击力。本实施例中，喷嘴的入口直径为48mm，出口直径为22mm，喷嘴长度为75mm，收缩角为19.6度。
基于上述各实施例的内容，如图1所示，叶轮8包括叶轮盖板14，叶轮盖板14的中心与传动轴7固定连接，叶轮盖板14上均匀分布有多个圆柱形叶片2，叶片2由远离叶轮8中心的一端至靠近叶轮8中心的一端均匀变薄，叶片2在靠近叶轮8中心的端面上部为倾斜切割面。倾斜切割面的切割位置为在叶片2的顶端面上距靠近叶轮8中心的端面1/3叶片径向长度处以及在叶片2靠近叶轮8中心的端面上距叶轮盖板14为2/3叶片高度处。
具体地，叶轮8为半开放式叶轮，由叶轮盖板14以及均匀分布在叶轮盖板14上的多个圆柱形叶片2组成，叶轮盖板14的中心通过键与传动轴7固定连接。为了提高水涡轮的出流能力，对靠近叶轮8中心的叶片2的端面上部进行切削加工，叶片2在靠近叶轮8中心的端面上部为倾斜切割面，倾斜切割面由远离出水管3向靠近出水管3扩开，使叶轮8的有效出流半径变大，经喷嘴4喷射进入叶轮8的水流更顺畅地流出涡轮壳1，减小了叶片出口侧流动对叶片流道内部流动的阻滞作用。具体倾斜切割面的切割位置为在叶片2的顶端面上距靠近叶轮8中心的端面1/3叶片径向长度处以及在叶片2靠近叶轮8中心的端面上距叶轮盖板14为2/3叶片高度处，形成一个倒角面。其中，叶片2设计为圆柱形非扭曲叶片，加工工艺简单，并且具有良好的水力性能。另外，叶片2由远离叶轮8中心的一端至靠近叶轮8中心的一端均匀变薄，也是为了增加出流能力。
本实施例提供的水涡轮，通过对叶片进行切削处理，增大过流能力，减少叶轮内水力损失，从而降低水涡轮的压力损失和运行能耗。
基于上述实施例的内容，图4为根据本发明的一个优选实施例的一种水涡轮的结构示意图，如图4所示，进水管5包括分流管12和旁通管11，喷嘴4装设于分流管12内，旁通管11位于分流管12的上方，旁通管11于出水管3直接连通，且旁通管11前端装设有蝶阀13。
具体地，水流在进水管5内，一部分经分流管道12以及喷嘴4流入涡轮壳1，冲击叶轮8从而产生驱动力矩，由于旁通管11位于分流管12的上方，使另一部分水流经旁通管11与出水管3连通直接流出水涡轮，通过旁通管路11对水流进行分流，可以有效调控经喷嘴4喷射入叶轮8的流量。具体对旁通管路11进行调节的装置采用蝶阀13来实现，蝶阀13的开口变大时，进入旁通管11的水流量增加，相应的进入分流管12的水流量减小，冲击叶轮8的水力减小，从而导致叶轮8受到的冲击力及产生的驱动力矩减小，叶轮8的转速降低；反之，蝶阀13的开口变小时，进入旁通管11的水流量减小，相应的进入分流管12的水流量增加，水流冲击叶轮8的冲击力增大，从而导致叶轮8的旋转速度增大，通过调控蝶阀13的开度大小来调节叶轮8的转速。其中，蝶阀又叫翻板阀，是一种结构简单、围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的调节阀，蝶阀启闭件是一个圆盘形的蝶板，在阀体内绕其自身的轴线旋转，从而达到启闭或调节的目的。
上述实施例提供的水涡轮，通过设置旁通管道并利用蝶阀调节水流的分流量，从而调节水涡轮转速，为水涡轮提供更宽的调速范围，有效扩展喷灌机的运行工况范围。
基于上述各实施例的内容，图5为根据本发明的一种水涡轮的叶轮的结构示意图，如图5所示，叶轮盖板14上均匀分布有多个平衡孔9。平衡孔9的作用在于平衡叶轮盖板14在工作时的轴向推力，因为当叶轮盖板14正常工作时，从喷嘴4喷射的大量水流都集中叶轮8的叶片流道内，沿传动轴轴向在叶轮盖板14的上下表面存在压力差，该压力差产生轴向作用力将导致叶轮在其轴向窜动，长期这样工作会影响叶轮8和轴承的使用寿命。因而通过在叶轮盖板14上设计多个平衡孔9，在叶轮盖板14两侧的压差作用下，一部分水流可经平衡孔9从高压侧流向低压侧，平衡一部分叶轮8受到的轴向力。本实施例中对称布置4个平衡孔9用于减小叶轮8的轴向推力。
本发明提供的水涡轮，通过将喷嘴的出口端面设为与涡轮壳内壁面所在的圆柱面贴合，使得水流能够更好地进入叶轮，提高叶轮的驱动力矩，降低水涡轮内压力损失，在水流量一定的条件下为外部传动装置提供更大的驱动力矩，并且通过改变叶轮叶片设计，提升水涡轮通流能力，减小水力损失，从而提高水涡轮的工作效率，扩大水涡轮及喷灌机工作范围。
最后，本发明中的装置仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。