本发明涉及水力应用技术领域，特别涉及一种水力工作装置及其水力叶轮、水力喷淋装置和工作头。
背景技术：
在现有技术中，水除可用于传统的居家使用外，还可以作为天然的动力输出源。其中专利申请cn2143071y便公开了一种水轮刷，利用水的冲压力实现洗刷效果，其中，水流通过喷嘴进入外壳，进而带动外壳内的叶轮旋转，之后即从出水孔中喷出，但此过程中，整个外壳内是充满水的，因此，叶轮的运动阻力大，水能的利用率低。此外，该水轮刷采用刷毛作为清洗结构，实际使用时容易在离心力的作用下翘起，清洗效果差。
除此之外，另有专利申请cn206314750u公开了一种家用水力清洁棒，利用自来水实现清洗效果，但是，该清洁棒亦存在相同的问题：水流充满整个外壳，使得叶轮的运动阻力大，水能的利用率低。而且，该家用水力清洁棒的叶轮具有8片叶片，亦即叶轮每转动一周，仅能利用8次水流的冲击动能，水能的利用率低。进而为了确保清洁效果，一般需要加大冲水量或加大水压来保证水力清洁装置的清洁能力，水资源浪费较为严重，此外上述两个专利提供的水轮刷和家用水力清洁棒，其喷出的水流是凌乱且短程的，并不均匀，可造成实际使用不便或无法使用的情况。
此外，现有的水轮刷或水力清洁棒，其目的基本仅用于清洁，用途较为单一。
因此，有必要开发一种高效的水力工作装置及其水力叶轮、水力喷淋装置和工作头，其具有多种用途，在保证工作效果的前提下，还能够节约用水，并能方便舒适地使用。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种水力工作装置及其水力叶轮、水力喷淋装置和工作头，以解决现有的水力工作装置的水能利用率低、水资源浪费比较严重和用途单一等问题。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种水力叶轮，包括圆柱形的叶轮本体，所述叶轮本体的外周面上沿周向均匀分布有多个齿叶，其中：
所述齿叶具有第一面以及共边设置的第二面和第三面；所述第一面与所述叶轮本体的所述外周面相匹配；所述第二面和所述第三面分别与所述第一面沿周向的两相对侧连接；所述第二面为迎水面并相对于所述叶轮本体的径向具有第一角度，所述第一角度在165°～195°之间；所述第三面为背水面并用于与水流方向一致。
可选的，所述水力叶轮还包括与所述叶轮本体同轴设置的两个盖板，所述齿叶还具有平行设置的第四面和第五面，所述第四面和所述第五面分别与所述第一面沿轴向的两相对侧连接，且所述第四面和所述第五面分别与所述叶轮本体的两端对齐，两个所述盖板分别与多个所述齿叶的所述第四面和所述第五面连接。
可选的，所述第二面与所述第三面均垂直于所述第四面和所述第五面。
可选的，所述水力叶轮还包括设置于所述叶轮本体中心的叶轮轴；所述叶轮轴的至少一端为棱柱形，且穿过一个所述盖板并用于与外部机构连接，所述叶轮轴的为棱柱形的一端还设有用于与所述外部机构连接的第一结合部，所述第一结合部为与所述棱柱形相一致的倒角结构。
可选的，所述第一角度为180°。
可选的，所述水力叶轮的厚度在2～20mm之间，所述叶轮本体的外半径在2～200mm之间，所述齿叶为15～200个，并且，所述第二面与所述第三面的公共边与所述叶轮本体的轴线平行，所述公共边与所述外周面间的垂直距离与所述叶轮本体的外半径的比值在0.015～0.20之间。
可选的，所述水力叶轮的厚度为9.0mm或11.0mm，所述叶轮本体的外半径为25.60mm或24.15mm，所述齿叶为37个或17个，所述垂直距离与所述叶轮本体的外半径的比值为0.084或0.149。
可选的，所述水力叶轮用于在预定流速和预定流量的水流驱动下旋转，且所述预定流速在0.5～6.0m/s之间，所述预定流量在0.06～35.0l/min之间。
另一方面，本发明还提供了一种水力喷淋装置，包括第一壳体以及如上述任一项所述的水力叶轮；所述第一壳体通过一分隔部分隔为第一腔体和第二腔体，所述第一腔体与所述第二腔体通过一穿透所述分隔部的连通道连通，且所述第一壳体上还设有与所述第一腔体连通的进水孔；所述水力叶轮设置于所述第一腔体内；
其中：通过所述进水孔将水流送入所述第一腔体以驱动所述水力叶轮旋转，且驱动所述水力叶轮旋转后的水流直接通过所述连通道排至所述第二腔体并进一步排出所述第一壳体。
可选的，所述第一腔体与所述连通道通过第一挡板分隔，所述水力叶轮设置于所述第一腔体的中央，所述连通道的一端通过沿所述水力叶轮的周向设置的第一开口与所述第一腔体连通，另一端通过沿所述水力叶轮的轴向设置的第二开口与所述第二腔体连通，其中：
所述第一挡板沿着所述水力叶轮的一部分外周布置，用于阻隔驱动所述水力叶轮旋转后的水流继续沿所述水力叶轮的外周流入所述第一腔体，同时还用于引导驱动所述水力叶轮旋转后的水流通过所述第一开口流向所述连通道，进而通过所述第二开口进入所述第二腔体。
可选的，所述第一腔体与所述水力叶轮构成一环形内腔，所述环形内腔中还设有沿着所述水力叶轮的一部分外周布置的第二挡板；所述第二挡板设置于所述环形内腔沿所述水力叶轮的旋转方向的末端，且至少一部分位于所述水力叶轮与所述第一挡板之间，用于进一步阻隔因未被所述第一挡板阻隔而进入所述环形内腔的水流，同时引导水流排出所述第一壳体。
可选的，所述分隔部朝向所述第一腔体的一侧为由中心朝向四周倾斜的坡面。
可选的，所述分隔部的四周至少设有一个泄水孔。
可选的，至少一个所述泄水孔位于所述环形内腔沿所述水力叶轮的旋转方向的末端，且位于所述第二挡板与所述第一挡板之间，用于将流入所述第一腔体的水流排出所述第一壳体。
可选的，所述第一挡板的一端与所述第一开口邻接，所述第一挡板与所述第一开口邻接的一端还设置有第三挡板，所述第三挡板沿所述水力叶轮的径向设置，所述第三挡板的一端与所述第一挡板连接，另一端沿所述水力叶轮的径向与所述连通道的内壁间具有空隙。
可选的，所述空隙的宽度自远离所述第二腔体的一侧向靠近所述第二腔体的一侧递减、保持不变或者先递减后递增。
可选的，所述第三挡板为弧面，和/或所述第三挡板与所述分隔部垂直设置。
可选的，所述第一壳体还具有第一工作壁；所述第一工作壁位于所述第一腔体并覆盖所述水力叶轮的一部分外周，且一侧与所述进水孔邻接并用于引导所述进水孔流出的水流驱动所述水力叶轮旋转。
可选的，所述连通道具有第二工作壁，和/或，第三工作壁；当所述连通道具有第二工作壁时，所述第二工作壁沿所述水力叶轮的周向设置，一端通过一缓冲段与所述第一工作壁邻接，所述缓冲段用于缓冲和引导流出所述水力叶轮后的水流；当所述连通道具有第三工作壁时，所述第三工作壁沿所述水力叶轮的轴向设置，且设置于所述连通道远离所述第二腔体的一侧。
可选的，所述缓冲段为直线段、曲线段、曲直共设段或者突变段，用于缓冲流出所述水力叶轮后的水流。
可选的，所述第一工作壁为与所述水力叶轮同心设置的圆弧面；当所述连通道具有第二工作壁时，所述第二工作壁为球面，所述球面的法线指向所述第二腔体；当所述连通道具有第三工作壁时，所述第三工作壁的至少一部分以螺旋方式自所述第一腔体朝所述第二腔体方向延伸。
可选的，所述连通道还具有与所述第三工作壁相对设置的第五工作壁，所述第五工作壁沿所述水力叶轮的轴向设置，且设置于所述连通道与所述第二腔体邻接的一侧，所述第五工作壁的一端与所述分隔部连接，所述第五工作壁上远离所述水力叶轮的一侧还开设有一沿所述水力叶轮的周向延伸的缝隙；所述缝隙连通所述连通道与所述第二腔体，用于使进入所述连通道的水流通过所述缝隙流入所述第二腔体。
可选的，所述第一腔体与所述第二腔体在所述水力叶轮的轴向上分布。
可选的，所述水力叶轮包括设置于所述叶轮本体之中心的叶轮轴，所述叶轮轴的一端通过一轴承与所述第一壳体位于所述第一腔体的一侧连接，另一端穿过所述分隔部并与所述分隔部通过另一轴承连接。
可选的，所述第一壳体上还设有多个与所述第二腔体连通的出水孔，用于将所述第二腔体内的水排出所述第一壳体。
可选的，所述第一壳体上还设有一个贯穿所述第二腔体的贯穿体，所述贯穿体上设有两个贯穿孔，一个所述贯穿孔用于允许所述水力叶轮的叶轮轴穿设，另一个所述贯穿孔用于构成所述分隔部上的泄水孔。
可选的，所述第一壳体上还设有两个贯穿所述第二腔体的贯穿体，所述两个贯穿体上分别设有一个贯穿孔，一个所述贯穿孔用于允许所述水力叶轮的叶轮轴穿设，另一个所述贯穿孔用于构成所述分隔部上的泄水孔。
可选的，所述第一壳体还具有用于卡接外部工作头的卡扣座，所述卡扣座设置于所述第一壳体位于所述第二腔体的一侧。
可选的，所述水力喷淋装置还包括与所述第一壳体连接的手柄，所述手柄包括两端开放的中空通道，所述中空通道的一端与所述进水孔连接，另一端用于与外部供水端连接。
可选的，所述手柄由一个或多个连接段组成，每个所述连接段的两端设有互相匹配的连接部。
可选的，所述连接部为螺纹段或卡接段。
可选的，所述进水孔为矩形，所述进水孔的宽度在0.5～20mm之间，所述进水孔的长度在2～20mm之间，所述进水孔的有效深度在1.0-30mm之间。
可选的，所述进水孔的宽度为1.81mm，所述进水孔的长度为6.88mm，所述进水孔的有效深度为3.0mm。
又一方面，本发明还提供了一种使用上述任意一项所述的喷淋装置的工作头，包括工作部以及与所述工作部连接的传动部；所述传动部用于与所述水力叶轮连接，用于将所述水力叶轮的旋转运动转换为配合所述工作部的运动，以使所述工作部通过对应的所述运动工作。
可选的，所述传动部包括至少一个运动框、至少一个轨道、一个伞状齿轮和一个偏心轴；所述偏心轴具伞状齿并与所述伞状齿轮相齿合；所述伞状齿轮与所述水力叶轮之叶轮轴同轴连接，用于将所述水力叶轮的旋转运动转换为所述偏心轴的旋转运动；所述偏心轴还具有至少一个与其轴线偏心设置的偏心轮；所述运动框具有矩形的内框，所述内框的至少两相对边与所述偏心轮外切，且所述两相对边的长度不小于两倍偏心距与偏心轮直径之和；至少一个所述运动框套接在一个所述偏心轮上，用于将偏心轴的旋转运动转换为所述运动框沿所述叶轮轴的轴向的往复运动；至少一个所述运动框设置在一个所述轨道上，用于在所述轨道限定的区域内作往复运动；所述工作部与两个所述运动框连接，以驱动所述工作部与所述运动框同步运动。
可选的，所述传动部包括一个偏心轮、一个运动框和一个轨道；所述偏心轮与所述水力叶轮之叶轮轴偏心设置；所述运动框具有矩形的内框，所述内框的至少两相对边与所述偏心轮外切，且所述两相对边的长度不小于两倍偏心距与偏心轮直径之和；所述运动框套接于所述偏心轮上，用于将叶轮轴的旋转运动转换为所述运动框沿所述叶轮轴径向的往复运动；所述运动框设置在所述轨道上，用于在所述轨道限定的区域内作往复运动；所述工作部分别与所述运动框以及所述偏心轮连接，用于将所述水力叶轮的旋转运动转换为沿所述水力叶轮径向的往复运动，并带动所述运动框沿所述叶轮轴的径向作往复运动。
可选的，所述传动部包括轨道、转子、敲击块、两个轨道环和一个固定部，所述轨道环具有首尾相连的凹凸曲面状的端面，所述固定部分别与所述两个轨道环连接，用于固定两个轨道环的相对位置，所述固定部设置在所述轨道上，用于在所述轨道限定的区域内作往复运动，且所述两个轨道环之间具有间隙；所述转子与所述水力叶轮之叶轮轴同轴连接，用于与所述叶轮轴同步转动；所述转子具有凸起部，所述凸起部设置于所述间隙中，用于通过所述轨道环的首尾相连的凹凸曲面状的端面将所述转子的旋转运动转换为所述敲击块沿所述叶轮轴轴向的往复运动；所述敲击块分别与所述转子以及所述工作部连接，用于带动所述工作部沿所述叶轮轴的轴向作往复运动。
可选的，所述传动部包括多个依次齿合的齿轮，所述多个齿轮的轴线互相平行；其中一个所述齿轮与所述水力叶轮之叶轮轴同轴连接，用于将所述叶轮轴的旋转运动转换为所述多个齿轮的旋转运动；所述工作部具有多个子工作部，并分别与一个所述齿轮连接，用于由所述多个齿轮的旋转运动带动所述多个子工作部作旋转运动。
可选的，所述传动部包括一传动轴，所述传动轴的一端与所述水力叶轮之叶轮轴同轴连接，另一端与所述工作部连接，用于驱动所述工作部作旋转运动。
可选的，所述工作部具有支撑部和设置在所述支撑部上的接触部，所述接触部用于接触工作对象；所述支撑部由弹性材料制成，所述接触部由柔性材料制成。
可选的，所述接触部包裹所述支撑部，或者所述接触部与所述支撑部并列设置。
可选的，所述弹性材料为海绵、缝制纺织品、聚氨酯和橡胶中的一种或多种组合，所述柔性材料为海绵或者纺织品中的一种或两种组合。
可选的，所述工作头包括第二壳体和结合轴；所述第二壳体用于以可拆卸的方式与所述第一壳体连接；所述结合轴穿设于所述第二壳体中，且一端伸出所述第二壳体并用于与所述水力叶轮连接，另一端用于与所述传动部连接。
可选的，所述第二壳体用于通过卡扣与所述第一壳体连接，所述卡扣为单向旋入式卡扣，用于与所述水力叶轮的旋转方向同向旋入并与所述第一壳体连接，和/或，所述结合轴具有多边形的内腔，所述内腔为盲孔并用于与所述水力叶轮的叶轮轴配合。
可选的，所述结合轴设有所述内腔的一端的外部设有第二结合部，所述第二结合部为锯齿状并用于自动对准所述叶轮轴的第一结合部，用于定位所述结合轴与所述叶轮轴。
再一方面，本发明还提供了一种水力工作装置，包括：上述任意一项所述的水力喷淋装置；以及上述任意一项所述的工作头；所述水力喷淋装置和所述工作头连接，所述水力喷淋装置用于将水流转化为动力提供给所述工作头并驱动所述工作头运动。
可选的，所述水力喷淋装置还用于向外部工作对象表面喷吐水。
与现有技术相比，本发明提供的水力工作装置及其水力叶轮、水力喷淋装置和工作头具有如下有益效果：
第一、在本发明提供的水力叶轮中，所述水力叶轮的齿叶的第一面与叶轮本体的外周面相匹配，所述齿叶的第二面和第三面分别与第一面沿周向的两相对侧连接，而且所述第二面相对于叶轮本体的径向具有第一角度，且所述第一角度在165°～195°之间，同时所述第三面为背水面并用于与水流方向一致，其中，所述第二面为迎水面以接受水流的作用而驱动水力叶轮转动，其所具有的第一角度能够有效地利用水流的冲击动能，提高水能的利用率；此外，所述第三面为背水面以引导水流进入齿叶之间的凹口，其设置方向与水流冲击方向几乎一致，从而能够减少水流进入所述凹口的阻力，以此降低水力叶轮的运动阻力，提升水能的利用率；进一步的，还能够防止水流蓄积于水力叶轮内部，避免因水流蓄积而增加的水流动能损耗，更进一步的，在保证驱动效率的前提下，还能够控制驱动水力叶轮后的水流飞溅离开水力叶轮的范围缩小，有利于对水流的控制。
第二、在本发明提供的水力喷淋装置中，所述第一壳体通过一分隔部分隔为第一腔体和第二腔体，两个腔体通过一连通道连通，且水力叶轮设置于第一腔体中并由流入第一腔体的水流带动其旋转，由于驱动水力叶轮旋转后的水流能够通过所述连通道排至所述第二腔体并流出所述第一壳体，使得第一腔体基本为无水空腔，而第二腔体基本为充满水的腔体，从而使得第二腔体成为一个压力腔，因此，进一步减小了水力叶轮的转动阻力，提升了水能的利用率，并避免了水资源和其中的能量的浪费，特别的，还可以将所述第二腔体收集的水资源作为外部工作用水，使得水资源得到了二次利用；进一步的，因第二腔体为满水的压力腔，故而水在其中蓄积后，能够利用进水的压力均匀且可控地喷出所述第一壳体，因此，本发明提供的水力喷淋装置不仅可以单独作为传统喷淋装置使用，还可以对外提供驱动力以驱动工作头工作。
第三、在本发明提供的工作头中，所述传动部可以将所述水力喷淋装置所提供的旋转动力转化为多种其他运动方式，以使得工作头可以以往复、敲击、单点旋转和多点旋转等运动方式清洁物体，进而应对各种工作的需要，用途广泛，适应性好。
第四、在本发明提供的水力工作装置中，所述水力喷淋装置和工作头配套使用，在工作头运动工作的同时，提供喷水，能够润滑工作面并减少工作阻力，或者直接以喷淋的水对工作面进行清洁，进而起到更好的工作效果，更为有效的节约了用水。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是本发明优选实施例的水力叶轮的主视图；
图2是图1所示的水力叶轮的左视图；
图3是本发明优选实施例的水力叶轮之齿叶的立体图；
图4是本发明优选实施例的水力喷淋装置的主视局部剖面图，其中不设第三挡板；
图5是图4所示的水力喷淋装置不含水力叶轮时沿b-b连线的剖面图；
图6是图4所示的水力喷淋装置不含水力叶轮时沿a-a连线的剖面图；
图7是图4所示的水力喷淋装置的后视图；
图8是图6所示的水力喷淋装置与水力叶轮配合后的剖面图；
图9是本发明优选实施例的水力喷淋装置的整体剖面图；
图10是图4所示的水力喷淋装置之第一腔体的主视剖面示意图；
图11是本发明优选实施例的水力喷淋装置的主视局部剖面图，其中设有第三挡板；
图12a是本发明优选实施例的缓冲段的剖面示意图；
图12b是本发明优选实施例的缓冲段的剖面示意图；
图12c是本发明优选实施例的缓冲段的剖面示意图；
图12d是本发明优选实施例的缓冲段的剖面示意图；
图13是本发明优选实施例的进水孔的剖面示意图；
图14a是本发明优选实施例的第二腔体的主视局部剖面示意图，其中设有一个贯穿体；
图14b是本发明优选实施例的第二腔体的主视局部剖面示意图，其中设有两个贯穿体；
图15a是图11所示的水力喷淋装置沿b-b连线的剖面示意图；
图15b是本发明优选实施例的水力喷淋装置的主视局部剖面图，其中第三挡板斜向设置；
图16a是本发明优选实施例的水力叶轮与结合轴相结合的示意图；
图16b是图16a所示结构的沿b-b连线的剖面示意图；
图16c是图16a所示结构的沿a-a连线的剖面示意图；
图17是本发明优选实施例的工作部的示意图；
图18是本发明第一个实施例中的工作头的爆炸图；
图19是本发明第二个实施例中的工作头的剖面装配图；
图20是本发明第三个实施例中的工作头的爆炸图；
图21是本发明第四个实施例中的工作头的爆炸图；
图22是本发明第五个实施例中的工作头的爆炸图。
图中：
10-水力叶轮；11-叶轮本体；111-外周面；12-齿叶；121-第一面；122-第二面；123-第三面；124-第四面；125-第五面；13-盖板；14-叶轮轴；141-第一结合部；
20-水力喷淋装置；21-第一壳体；211-第一腔体；2110-环形内腔；2111-首端；2112-末端；212-第二腔体；2121-贯穿体；2122-贯穿孔；213-连通道；2131-第一开口；2132-第二开口；2133-缝隙；214-进水孔；215-出水孔；216-卡扣座；221-第一工作壁；222-第二工作壁；223-第三工作壁；224-第四工作壁；225-第五工作壁；226-缓冲段；23-分隔部；231-坡面；232-泄水孔；241、242-轴承；251-第一挡板；252-第二挡板；253-第三挡板；26-手柄；261-中空通道
30-工作头；31-工作部；311-支撑部；312-接触部；32-传动部；321-偏心轮；322-运动框；323-轨道；3231-轨道环；3232-固定部；324-伞状齿轮；325-偏心轴；326-转子；327-敲击块；328-传动轴；329-齿轮；33-第二壳体；331-卡扣；332-支架；34-结合轴；341-内腔；342-第二结合部。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。且根据下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。
需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
如在所附权利要求书以及本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在所附权利要求书以及本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外。
请参考图1至图3，图1是本发明优选实施例的水力叶轮的主视图，图2是图1所示的水力叶轮的左视图，图3是本发明优选实施例的水力叶轮之齿叶的立体图。如图1和图2所示，本发明实施例一提供一种水力叶轮10，其包括一个圆柱形的叶轮本体11，所述叶轮本体11的外周面上沿周向均匀分布有多个齿叶12，多个齿叶12优选首尾连续设置，即相邻齿叶12相连设置。
如图3所示，所述齿叶12为五面体，其具有第一面121、第二面122、第三面123、第四面124和第五面125。其中：所述第一面121与叶轮本体11的外周面111相匹配，即，所述第一面121实际上为一圆周面；所述第二面122和第三面123共边设置，并分别与第一面121在叶轮本体11周向上的两相对侧连接，第二面122与第三面123的公共边优选与所述叶轮本体11的轴线平行；所述第四面124和第五面125互相平行，并分别与第一面121在叶轮本体11轴向上的两相对侧连接，且所述第二面122与第三面123优选均垂直于第四面124和第五面125。
本发明中，所述第二面122为迎水面并与叶轮本体11的径向存在165°～195°的第一角度α，该第一角度α也是第二面122与叶轮本体11的中垂面的夹角。此处的中垂面是指，所述第二面122和外周面111的交线与叶轮本体11之中心轴线所在的平面。此外，所述第三面123为背水面并用于与水流方向s一致(平行)，具体的，这里的水流方向s是指水流临界接触到齿叶12时的方向，亦即水流冲击并接触到齿叶12的瞬时，水流的方向。还应理解的是，图1绘示了本发明一优选的方案，即，所述第一角度α为180°，本领域技术人员根据该图绘示，应能理解所述第一角度α还可以为其他角度。
本发明中，所述第二面122用于面对水流的直接冲击，其与水流所呈的角度与水能利用效率息息相关，实验表明，当所述第二面122与叶轮本体11的径向之间的第一角度α在165°～195°时，水流对齿叶12进行冲击时水能的利用效率较高，尤其当所述第一角度α为180°时，水流对水力叶轮所产生的力矩最大，水能利用效率最高。此外，所述第三面123用于引导水流进入齿叶12之间，该第三面123的设置方向与水流临界接触齿叶12时的瞬时方向几乎一致，从而可以减少水流进入齿叶12之间的阻力，以此降低叶轮的运动阻力，提升水能的利用率，此外还可以防止水流冲向叶轮本体11并蓄积于水力叶轮10内，进而避免因水流蓄积而增加的水流动能损耗。
进一步，所述水力叶轮10还包括两个与叶轮本体11同轴设置的盖板13，其设置于叶轮本体11互相平行的两个端面上，并分别与第四面124以及第五面125连接。本实施例中，第四面124和第五面125优选分别与叶轮本体11的两端对齐，此时所述齿叶12的厚度，即为第四面124与第五面125间的距离，其与叶轮本体11的厚度相等，而水力叶轮10的厚度t则为叶轮本体11的厚度与两端两个盖板13的厚度之和(如图1所示)。所述盖板13可为一圆形，其外缘与多个齿叶12所限定形成的外接圆重合(即直径相等)，以使得两个盖板13与每两个齿叶12间围合成一三角形或梯形的凹口，使得水流在冲击齿叶12进而驱动水力叶轮10转动后，不会沿叶轮本体11的轴向溅射流出而造成动能损失，进一步，当水力叶轮10具有工作负载时还有利于持续将水流的动能集中在齿叶12上，从而提高所述水力叶轮的水能利用率。
更进一步，所述水力叶轮10还包括一个叶轮轴14，所述叶轮轴14设置于叶轮本体11的中心。优选的，所述叶轮轴14的一端穿过其中一块盖板13，更优选穿过该盖板13的一端设有第一结合部141，该第一结合部141用于与外部机构配合，以定位外部机构在叶轮轴14上的安装位置，该外部机构在本发明中具体为下述的工作头。这里，所述叶轮轴14作为叶轮本体11的转轴，用于旋转并对外输出动力。较佳的，所述叶轮轴14穿过所述其中一块盖板13的一端优选为棱柱形，该棱柱形的一端用于与外部机构连接时可以方便齿合输出转矩。另外，该棱柱形的一端设有第一结合部141，所述第一结合部141优选为与所述棱柱形的棱数一致的倒角结构，倒角面可为三角形或梯形。多个倒角面沿叶轮轴14的轴线中心对称分散设置，形成一个棱锥或棱台。该第一结合部141用于与外部的工作头连接时，能够使叶轮轴14的棱边与工作头相齿合时自动定位并对准。
再进一步，本发明的水力叶轮10用于在预定流速v和预定流量q的水流驱动下旋转，其中预定流速v的范围在0.5～6.0m/s之间，所述预定流量q的范围在0.06～35.0l/min之间，以使本发明的水力叶轮10通过相对较小压力的水流驱动，比如生活用水，如自来水。更为具体来说，所述水力叶轮10的厚度t优选在2～20mm之间，叶轮本体11的外半径r优选在2～200mm之间，所述齿叶12的数量优选为15～200个，同时，所述第二面122与第三面123的公共边相对于叶轮本体11之外周面111具有一垂直距离d，且该垂直距离d与叶轮本体11的外半径r的比值优选在0.015～0.20之间。这里，垂直距离d实际上是所述齿叶12的齿叶深度，该齿叶深度d与叶轮本体之外半径r的比值范围在0.015～0.20之间，亦即所述齿叶深度相对叶轮本体而言，为浅齿。发明人发现，当预定流速v和预定流量q越小时，水力叶轮10的厚度t和外半径r应当越小、齿叶12的数量越少，以适应小流量的水流。
应当知晓，现有的水力叶轮存在多种构造，可接受不同流速和流量的水流驱动，比如水力发电机叶轮，具有大而深的齿叶，相对于本发明的水力叶轮10，齿叶较少，这是因为水力发电机的叶轮需要应对更大流量和更大流速的水流，其水流具有较高的动能。但是，本发明的水力叶轮10，主要用于应对一种相对较小流速和较小流量的水流，比如城市管网所提供的自来水、水泵所抽取的水流或者具有一定高度的水箱所提供的水流等，如此，便限定了水力叶轮的规模，亦即小水流推不动厚大的叶轮，由此限定了水力叶轮的厚度和半径不能太大。此外，小水流也推不动大而深的齿叶，因而本发明的齿叶限定为浅齿，且齿叶数量相对较多，这样能够更有效地利用小水流有限的动能。
在一些实施例中，所述水力叶轮10可应用于小规模水力叶轮装置，例如口腔清洁器等，此时优选预定流速v为0.5m/s，预定流量q为0.06l/min，垂直距离d与叶轮本体11的外半径r的比值d/r＝0.15，水力叶轮10的厚度t＝2mm，叶轮本体11的外半径r＝2mm，齿叶为200个。
在另一些实施例中，所述水力叶轮10可应用于中等规模水力叶轮装置，例如手持淋浴器，此时优选预定流速v为6m/s，预定流量q为5l/min，垂直距离d与叶轮本体11的外半径r的比值d/r＝0.084，水力叶轮10的厚度t＝9mm，叶轮本体11的外半径r＝25.6mm，齿叶为37个。
在其他一些实施例中，优选的，预定流速v为6m/s，预定流量q为5l/min，垂直距离d与叶轮本体11的外半径r的比值d/r＝0.149，水力叶轮10的厚度t＝11mm，叶轮本体11的外半径r＝24.15mm，齿叶为17个。
以上列举了一些水力叶轮10尺寸与预定流速v以及预定流量q的关系，需要说明的是，本发明所述的水力叶轮10尺寸与预定流速v以及预定流量q的配合方案包括但不限于上述所示，例如所述水力叶轮10还可应用于大规模水力叶轮装置，例如地面清洁器，此时优选预定流速v为2.1m/s，预定流量q为35.0l/min，垂直距离d与叶轮本体11的外半径r的比值d/r＝0.015，水力叶轮10的厚度t＝20mm，叶轮本体11的外半径r＝200mm，齿叶为15个；其他尺寸与不同的预定流速v以及预定流量q的配合方案，均在本发明的保护范围之内。
为了更好的提高水能的利用率，所述叶轮本体11优选设计为中空结构，以此减轻整个水力叶轮的重量，提高水能的利用效率。此处的中空结构，可以为一层中空结构，该中空结构设置于外周面111与叶轮轴14之间，为一个中空的环状结构，该环状结构与所述叶轮本体11同心布置；或者，这里的中空结构也可以为多层中空结构，亦即具有多个内外层叠布置的中空的环状结构。
进一步，发明人发现，针对水力叶轮于空气中旋转和浸没于水中旋转，两者的旋转阻力差别很大，相对而言，叶轮于空气中旋转时的阻力更小，故其水能的利用率也更高。另一方面，若简单地将水流冲击叶轮后即导离水轮，虽可保证叶轮能够于空气中旋转，但水流亦因空气的存在，以及水流速度较快的原因，很难像花洒一样利用其自身水压使水流变向，难以用于进一步的清洁工作，实际上浪费了这部分水以及其带有的余压，为此，本发明实施例一还提供了一种水力喷淋装置。
请参考图4至图15b，图4是本发明优选实施例的水力喷淋装置的主视局部剖面图(不设第三挡板)，图5是图4所示的水力喷淋装置不含水力叶轮时沿b-b连线的剖面图，图6是图4所示的水力喷淋装置不含水力叶轮时沿a-a连线的剖面图，图7是图4所示的水力喷淋装置的后视图，图8是图6所示的水力喷淋装置与水力叶轮配合后的剖面图，图9是本发明优选实施例的水力喷淋装置的整体剖面图，图10是图4所示的水力喷淋装置之第一腔体的主视剖面示意图，图11是本发明优选实施例的水力喷淋装置的主视局部剖面图(设有第三挡板)，图12a-图12d是本发明优选实施例的缓冲段的剖面示意图，图13是本发明优选实施例的进水孔的剖面示意图，图14a和图14b是本发明优选实施例的第二腔体的主视局部剖面示意图，图15a是图11所示的水力喷淋装置的沿b-b连线的剖面示意图，图15b是本发明优选实施例的水力喷淋装置的主视局部剖面图。
如图4至图15b所示，一种水力喷淋装置20，其包括第一壳体21以及如前所述的水力叶轮10。其中，所述第一壳体21通过分隔部23分隔为第一腔体211和第二腔体212，本发明实施例中，所述第一腔体211和第二腔体212优选在水力叶轮10的轴向上布置。此外，所述第一腔体211与第二腔体212通过穿透所述分隔部23的连通道213相连通。另外，所述第一壳体21上还设有与第一腔体211连通的进水孔214，与此同时，所述水力叶轮10设置于第一腔体211内。
实际中，所述分隔部23在第一壳体21内沿水力叶轮10的径向设立，从而将所述第一壳体21在轴向上分隔形成所述第一腔体211和所述第二腔体212，但本发明对第一壳体21的分隔方向不作特别的限制，只要能够形成两个腔体即可。
所述水力喷淋装置20实际使用时，水流通过所述进水孔214流入第一腔体211并驱动水力叶轮10旋转，之后，该部分驱动水力叶轮10旋转的水流通过连通道213流入第二腔体212并进一步排出第一壳体21。为此，实际使用时，所述第一腔体211除水流直接冲击水力叶轮10的区域外，基本为无水空腔，而所述第二腔体212基本为充满水的腔体，因此，将水力叶轮10设置在第一腔体211内，因第一腔体211基本无水，水不会对水力叶轮10的转动形成阻力，故而能够高效地利用水能，并进而节约用水，而所述第二腔体212则基本为充满水的腔体，可以充分利用水压的传导作用，从而将水改变方向并均匀喷出，以用于其他需求，比如用于清洁或润滑。显然，本发明的水力喷淋装置可作为传统花洒使用，其具有传统花洒的全部功能和优点。
进一步的，所述第一腔体211与所述连通道213通过第一挡板251分隔，并将所述水力叶轮10设置于所述第一腔体211的中央，且所述连通道213的一端通过沿所述水力叶轮10周向设置的第一开口2131与所述第一腔体211连通，另一端通过沿所述水力叶轮轴向设置的第二开口2132与所述第二腔体212连通。其中，所述第一挡板251沿着所述水力叶轮10的一部分外周布置，用于阻隔驱动水力叶轮10旋转后的水流继续沿所述水力叶轮10的外周流入所述第一腔体211，同时还用于引导驱动水力叶轮10旋转后的水流通过所述第一开口2131流向所述连通道213，进而通过所述第二开口2132进入所述第二腔体212。这里，所述第一腔体211内除水流冲击水力叶轮10直接工作的部分外，基本为无水腔体，故而用第一挡板251将第一腔体211和连通道213分隔限定。优选的，所述第一挡板251大体为背向水力叶轮10方向凹陷的月牙形，该月牙形优选仅有一个在周向位置的尖端，更优选该尖端邻近水流冲击水力叶轮10的区域，以更好地起到分离水流的作用。
如图10所示，所述第一腔体211实际上与所述水力叶轮10构成一环形内腔2110(图中阴影部分)，所述环形内腔中2110内还设有沿着所述水力叶轮10的一部分外周布置的第二挡板252，所述第二挡板252的至少一部分位于所述水力叶轮10与所述第一挡板251之间。这里，所述环形内腔2110被进水孔214分隔为两端，该环形内腔2110中水力叶轮10顺着旋转方向d且背离进水孔214的一端为首端2111，而水力叶轮10顺着旋转方向d且朝向进水孔214的一端为末端2112，亦即水流从进水孔214进入环形内腔2110后，顺着水力叶轮10的旋转方向依次经过环形内腔2110的首端2111、第一开口2131和第一挡板251后，极少量的残留水会跟随水力叶轮10的旋转并进入环形内腔2110的末端2112。故而，在所述环形内腔2110沿所述水力叶轮10的旋转方向d的末端2112设置第二挡板252，用于进一步阻隔因未被所述第一挡板251阻隔而进入所述第一腔体211的水流，同时引导水流排出所述第一壳体21。倘若所述第一挡板251无法完全将驱动水力叶轮10旋转的水流阻隔，少量残余的水还是会继续沿水力叶轮10继续流至所述环形内腔2110，并且由于该部分水会因离心力而贴附于环形内腔2110的壁面，为避免这部分残余的水对水力叶轮10的正常运作产生影响，故而设置了第二挡板252来对这部分水进一步阻隔，进一步保证了水力叶轮10能够于空气中旋转。
进一步，如图6所示，并结合图4、图5和图8，所述分隔部23朝向所述第一腔体211的一侧为由中心朝向四周倾斜的坡面231，优选在分隔部23的四周还设有泄水孔232，该泄水孔232更优选位于所述环形内腔2110沿所述水力叶轮10的旋转方向的末端，且位于所述第二挡板252与所述第一挡板251之间，用于将流入所述第一腔体211的水流排出所述第一壳体21。综上可知，所述第一腔体211基本为无水空腔，而在实际使用中，并无法完全保证所有的水全部沿第一挡板251及连通道213所引导的方向流动，极少量残留的水继续随水力叶轮10旋转，最后沉积于第一腔体211内，这部分水虽极少，但若是长期不排出，则会在第一腔体211内积少成多，进而影响水力叶轮10的使用效率，因此，利用水力叶轮10的离心力，将这部分水甩出后，依据所述第二挡板252与第一挡板251的引导，这部分水可以通过泄水孔232排出第一腔体211外。此外，将分隔部23设计为具有坡面231并将所述泄水孔232开设于其边缘，可以更方便地利用其坡度将残留水排出第一腔体211，进一步通过第一壳体21排出整个水力喷淋装置外。
请参考图11，结合图15a和图15b，优选的，所述第一挡板251的一端与所述第一开口2131邻接，所述第一挡板251与所述第一开口2131邻接的一端还设置有第三挡板253，所述第三挡板253沿所述水力叶轮10的径向设置，发明人发现，所述第一开口2131的开口大小与水流速度息息相关，特别当水流速度较快时，其会沿水力叶轮10分散飞溅，此时需要加大所述第一开口2131的开口，以使水流能够进入所述连通道213。而当水流速度进一步加快时，则可以通过设置第三挡板253来对水流进行阻隔与引导，这样可增大连通道213的宽度以及增大通往第二腔体212的开口，以降低水流的阻力，而此时设置的第三挡板253，便具有使水流单向通过的作用，其能够防止由于第二腔体212的水压较大造成水流向第一腔体211回流。这里第三挡板253沿所述水力叶轮10的径向设置，并非狭义上理解的仅朝向水力叶轮10的径向通过水力叶轮10的圆心设置，而应广义理解为，还可偏离水力叶轮10的圆心设置，亦即可斜向设置，只要不是沿水力叶轮10的周向设置即可，优选的，第三挡板253的延伸方向顺着所述水力叶轮10的旋转方向(这里第三挡板的延伸方向定义为自靠近水力叶轮10的一端向远离水力叶轮10的一端的方向)，此时第三挡板253与水流之间所呈的角度相对更小，从而能够更好地聚拢水流，另外，斜向设置还能够延长第三挡板253的有效长度，如图15b所示。进一步的，所述第三挡板253的一端与第一挡板251连接，另一端在所述水力叶轮10的径向上，与所述连通道213的内壁间具有空隙2134，该空隙2134优选与此时离开水力叶轮10的水流的宽度和高度保持一致，因此该空隙2134根据水流速度的不同，亦会产生多种不同形状的方案。优选的，空隙2134的宽度自远离所述第二腔体212的一侧向靠近所述第二腔体212的一侧递减、保持不变或者先递减后递增，这里，空隙2134实际上用于使水流单向通过，其截面形态与水流分散离开所述水力叶轮10时的形态匹配，以便于水流通过。根据不同速度的水流，其截面形态亦不同，其中的空隙2134的宽度自远离所述第二腔体212的一侧向靠近所述第二腔体212的一侧递减；而宽度保持不变，实际上则是指第三挡板253的边缘与连通道213的一内壁平行；空隙2134的宽度先递减后递增则是指，第三挡板253的边缘之中段向连通道213的一内壁凸出，如图15a所示。该三种不同形态的空隙2134，能适应不同流速的水流形态，其中，连通道213的一内壁，可以是下文所述的第二工作壁222。特别的，第三挡板253的一端与所述第一挡板251连接，并非狭义指第三挡板253的端部与第一挡板251连接，还可以是第三挡板253靠近端部的部分与第一挡板251连接，第三挡板253的端部还可以向朝向水力叶轮10的方向延伸，亦即第三挡板253和第一挡板251相交形成t字型，如图15b所示，这种情况可以适应连通道213比较狭窄的情况，以便增加第三挡板253的有效长度。可选的，所述第三挡板253为弧面，其圆心背向水流方向，亦即该第三挡板253圆滑地朝向水流，以进一步减小阻力(如图11所示)。另外，所述第三挡板253优选与所述分隔部23垂直设置，其能更好地用于引导水流，当然该第三挡板253还可以相对所述分隔部23斜向设置，其斜面优选朝向第二腔体212一侧，亦可减少飞溅的水流。
请参考图5，并结合图4、图6和图8，本实施例中，所述第一壳体21还具有第一工作壁221，所述第一工作壁221位于所述第一腔体211并覆盖所述水力叶轮10的一部分外周，且一侧与所述进水孔214邻接并用于引导所述进水孔214流出的水流驱动所述水力叶轮10旋转。沿水力叶轮10的旋转方向来看，自进水孔214起，经过第一工作壁221后即为第一开口2131的起始点，该第一开口2131的起始点优选位于水力叶轮10主溅射范围的前侧，而第一开口2131的终止点(亦即第一挡板251的起始点)则优选位于水力叶轮10主溅射范围的后侧。这里的主溅射范围，指水流在推动水力叶轮10后，大部分溅射离开水力叶轮10的范围，该范围具体根据水流速度的不同而变化。
此外，所述连通道213的横截面优选为c形，具体由第二工作壁222、第三工作壁223和第四工作壁224组成，所述第二工作壁222沿所述水力叶轮10的周向设置，其一端通过一缓冲段226与所述第一工作壁221邻接，所述缓冲段226用于缓冲和引导流出所述水力叶轮10后的水流；可选的，第二工作壁222的一部分覆盖所述第一开口2131；所述第四工作壁224设置于所述水力叶轮10与所述第二工作壁222之间，且与所述第二工作壁222相对设置，所述第三工作壁223沿所述水力叶轮10的轴向设置，且设置于远离所述第二腔体212的一侧，所述第三工作壁223分别与所述第四工作壁224和所述第二工作壁222连接，并具有公共边。这里，由于连通道213的一端与所述第一腔体211连接，使得水流在推动水力叶轮10旋转后，继续以高速姿态进入所述连通道213，此时，因连通道213特殊的壁面构型，使水流主要贴附于壁面流动，可使贴壁流动的水直接进入第二腔体212，并减少水流在连通道213内的反弹和溅射。
所述连通道213还优选具有与所述第三工作壁223相对设置的第五工作壁225，所述第五工作壁225沿所述水力叶轮10的轴向设置，且设置于所述连通道213与所述第二腔体212邻接的一侧，所述第五工作壁225的一端与所述分隔部23连接，所述第五工作壁225上远离所述水力叶轮10的一侧还开设有一沿所述水力叶轮10的周向延伸的缝隙2133；所述缝隙2133连通所述连通道213与所述第二腔体212，用于使进入所述连通道213的水流通过所述缝隙2133流入所述第二腔体212。第五工作壁225的设置，能够进一步减小水流在连通道213内的反弹和溅射，另外，所述缝隙2133的设置也能够使一部分贴壁流动的水直接进入第二腔体212。优选的，当水流速度增大时，第五工作壁225可缩小宽度，以增大所述缝隙2133的宽度，减少水流通过的阻力。特别的，当水流速度较大时，第五工作壁225可不设置，亦即此时以缝隙2133代替了第五工作壁225，连通道213的截面呈一侧开口的c形。
请参考图8，并结合图4和图5，所述水力叶轮10的叶轮轴14的一端可通过轴承241与第一壳体21连接，另一端通过另一轴承242与分隔部23连接并延伸出分隔部23。由于水力叶轮10与第一壳体21及分隔部23通过轴承连接，由于轴承需要降低阻力，故优选采用开敞式轴承，若不设置坡面231，部分残余水可能会从轴承间流出，影响轴承的工作。另外，开敞式轴承具有一定的松旷量，导致水力叶轮10的周边可能会沿轴向跳动，而坡面231的设置，保证了该水力叶轮10周边的跳动不会与分隔部23发生摩擦。
优选的，所述第一工作壁221为圆弧面，与水力叶轮10同心设置，实际中，所述第一工作壁221与水力叶轮10的外周轮廓基本贴合，两者之间具有很小的间隙，该间隙可以消化一部分轴承带来的误差。具体的，在工作中，由于轴承并非全封闭式结构，使得水力叶轮10可能会产生沿轴向或径向的跳动，而所述的间隙即可防止水力叶轮10在运转时与第一工作壁221碰撞或摩擦，避免产生振动或不必要的阻力。另一方面，圆弧形的第一工作壁221的设置可防止水力叶轮10在受负载阻力时，水流从外侧弹射，从而使水流能集中在水力叶轮10上，并提高工作效率，因此第一工作壁221能够很好地引导水流驱动水力叶轮的转动。显然，所述第一工作壁221具有一定的长度用以保证引导水流能够驱动水力叶轮10转动，比如，所述第一工作壁221的长度可以大于0.5个齿叶间距，这里的齿叶间距指水力叶轮10上两个齿叶12的尖端之间的距离，第一工作壁221的长度优选大于或等于2个齿叶间距，以便更好地引导水流，并且在水力叶轮10带载并受到阻力时，避免水流从水力叶轮10的边缘溅射出来，从而集中水流的推动力。
优选的，所述第二工作壁222为球面，其法线指向所述第二腔体212，亦即，所述第二工作壁222为斜向的球壁，其开口朝向第二腔体212。当水流完成对水力叶轮10的驱动后，将沿第一工作壁211流出并进入该球壁，进而，水流因受到球壁之向心力的作用，改变运动方向，由于该球壁的法线指向所述第二腔体212，故而水流也会向第二腔体212方向流动。其中，球面可以是圆球面，也可以是椭球面、抛物面、双曲面等多种三维曲面，其均能产生迫使水流变向的作用。
优选的，所述第三工作壁223的至少一部分以螺旋方式沿腔体的分隔方向延伸，例如自所述第一腔体211朝所述第二腔体212方向延伸。所述第四工作壁224优选为圆弧面且法线朝向所述水力叶轮10。进一步的，所述第三工作壁223和所述第五工作壁225均与所述第四工作壁224垂直设置。这里，所述第三工作壁223实际上为朝向第二腔体212方向缓缓下降的螺旋形的下压面，当水流沿第二工作壁222流动时，该第三工作壁223通过其螺旋形下压面可以与第二工作壁222协同工作，将水流压过所述第二开口2132并进入第二腔体212。实际工作时，水流由于其自身的流动方向和较高的速度，主要会贴附于第二工作壁222流动，另外，贴壁运动的水流有向四周延展的趋势，当水流跨过第二工作壁222到达第三工作壁223后，即被螺旋形下压的第三工作壁223引导并贴附与其表面流动，最终通过第二开口2132进入第二腔体212。另一方面，当水流跨过第二工作壁222到达第五工作壁225时，由于缝隙2133的设置，能够使一部分贴附第二工作壁222流动的水直接进入第二腔体212，并减少水流在连通道213内的反弹和溅射。可选的，所述第三工作壁223还可以为部分平直面与螺旋面组合使用，亦即水流在进入所述连通道213时，所述第三工作壁223为与第五工作壁225平行的平直面，该平直面优选与分隔部23平行，进而当水流在连通道中降低一定的速度后，第三工作壁223改变为下压的螺旋面。所述平直面与螺旋面组合使用的设计能减少水流在连通道213中的溅射。可选的，在所述第三工作壁223远离水流进入连通道213的一侧，也可以设置一段沿水力叶轮10轴向设置的平直面，平直面的设置相对螺旋面，可以增加水流流通的截面积，从而降低阻力。这里的平直面亦优选与分隔部23平行。
特别的，上述连通道213，根据适用水流速度的不同，可以单独设置第二工作壁222或第三工作壁223，也可以同时设置第二工作壁222和第三工作壁223，当然，若是水流速度不大的情况下，还可以同时不设第二工作壁222和第三工作壁223，此外，第四工作壁224和第五工作壁225亦可根据需要选择性设置，极端的例子，在水流速度较低的情况下，连通道213的横截面甚至可以为一普通圆管状，此时低速的水流能够自动适应其截面的形状并流入第二腔体212。因此，本发明对连通道213的多种侧壁组合情况不作限定，其均在本发明的保护范围内。
请参考图12a至图12d，其是本发明优选实施例的缓冲段的剖面示意图。
优选的，所述缓冲段226为直线段、曲线段、曲直共设段或者突变段，用于缓冲和引导流出所述水力叶轮后的水流。在第一工作壁221和第二工作壁222之间设置缓冲段226，能够使流出所述水力叶轮后的水流得到缓冲，并能够根据水流速度的不同情况，对水流进行阻挡或者引导，如减缓速度或改变流向，进而更好地进入所述连通道213。所述缓冲段226可优选为直线段，如图12a所示，缓冲段226沿第一腔体211的径向截面为一直线段，优选的，该直线段与进水孔214的轴线平行或重合，这样，水流在流过该缓冲段226时，阻力较小。更优选的，该缓冲段226与分隔部23垂直设置。所述缓冲段226可优选为曲线段，如图12b所示，缓冲段226沿第一腔体211的径向截面为一曲线段，该曲线段优选为圆弧形或抛物线形，其与所述第一工作壁221相接之一端的切线与进水孔214的轴线平行或重合，另一端优选与所述第二工作壁222平滑相接，这样设计的缓冲段226能使水流以较小的阻力平顺地通过并平缓地改变方向。所述缓冲段226可优选为曲直共设段，如图12c所示，缓冲段226沿第一腔体211的径向截面为一曲直共设段，具体的，其与所述第一工作壁221相接之一端为一直线段，该直线段优选与进水孔214的轴线平行或重合，而与所述第二工作壁222相接之一端为一曲线段，该曲线段优选分别与所述直线段与所述第二工作壁222平滑相接，该方案兼有直线段方案和曲线段方案的优点。所述缓冲段226还可优选为突变段，如图12d所示，缓冲段226沿第一腔体211的径向截面为一折角形，其与所述第一工作壁221相接后突变转向，通过一折角后，与所述第二工作壁222连接。这里的突变段，形成了一个小腔体，可以暂存少量流过该缓冲段226的水，从而使水流更平顺地通过该缓冲段226。特别的，缓冲段226的长度可以根据水流速度的不同而不同，在某些水流速度下，甚至还可以仅为一线段，亦即此时第二工作壁222与第一工作壁221直接相接，其连接处的转折线即为缓冲段226。
接着参考图4，并结合图5和图6，对本实施例提供的水力喷淋装置的工作原理作进一步说明。如图4所示，水流从进水孔214进入第一腔体211后即冲击水力叶轮10的齿叶12，进而带动水力叶轮10旋转，明显地，图中的水力叶轮为顺时针方向旋转，因水力叶轮10具有浅齿及两端的盖板13，使得水流驱动完水力叶轮10后立刻从其中流出，进而在第一壳体21的第一工作壁221的引导下通过连通道213进入第二腔体212，由此使得第一腔体211基本为无水空腔，故而水力叶轮10在所述第一腔体211内转动时，其阻力很小，从而能够高效地利用水能。
进一步，参考图6和图7，所述第一壳体21还具有与第二腔体212连通的出水孔215，水流在通过连通道213进入第二腔体212后，基本充满第二腔体212，这样，水流可以利用液体压力的传导能力，改变流向后以一定的速度从出水孔215中均匀喷出。因此，所述第一腔体211与第二腔体212的存在，提高了水力叶轮10水能利用效率的同时，还保证了出水孔215中喷出的水流具有所需要的方向和一定的速度，并能保证水流均匀喷出。优选的，所述出水孔215为锥形，进口大出口小，以利于水流喷出时将静压转化为动压，进一步提升喷出水流的流速和顺畅性。所述出水孔215不限于一个，也可以为多个，当出水孔215为多个时，优选在第一壳体21邻接第二腔体212的一侧上均匀分布，以便均匀出水。
如图14a所示，在一些实施例中，所述第一壳体21上还优选设有一个贯穿所述第二腔体212的贯穿体2121，所述贯穿体2121上设有两个贯穿孔2122，一个所述贯穿孔2122用于允许所述水力叶轮10的叶轮轴14穿设，另一个所述贯穿孔2122用于构成所述分隔部23上的泄水孔232。由于叶轮轴14和泄水孔232实际上都需要贯穿通过第二腔体212，所以需要将其与第二腔体212密封隔离开。实际中，为便于第一壳体21的制造和装配，第一壳体21分为上下盖两部分来制造和装配，这样，设置一个贯穿体2121的方案便于提高第一壳体21上下盖两部分之间的密封性。而如图14b所示，在另一些实施例中，所述第一壳体21上还优选设有两个贯穿所述第二腔体212的贯穿体2121，所述两个贯穿体2121上分别设有一个贯穿孔2122，一个所述贯穿孔2122用于允许所述水力叶轮10的叶轮轴14穿设，另一个所述贯穿孔2122用于构成所述分隔部23上的泄水孔232。设置一个贯穿体2121时，第二腔体212实际上被该贯穿体2121分隔为一个口字形的空腔，因此，出水孔215也仅能沿该口字形的范围来设置，相对分布不均匀(如图14a所示)。而分开设置两个贯穿体2121时，第二腔体212被两个贯穿体2121分隔为一个日字形的空腔，相比口字形的空腔，多了一条中间的水流通道，这样，出水孔215的分布也可以更均匀(如图14b所示)，从而能使得喷淋出水更均匀。当然，贯穿体2121的数量也不限于一个或者两个，还可以是多个，设置多个贯穿体2121能够降低壳体的变形，只要保证水流能够在第二腔体212内均匀分布并能从出水孔215中均匀喷出即可，故而本发明对贯穿体2121的数量不作限定。
进一步，所述第一壳体21在第二腔体212的一侧具有用于卡接下述工作头的卡扣座216。因此，本实施例提供的水力喷淋装置，可用于配套连接外部的工作头使用，该工作头与水力喷淋装置的第一壳体21，通过卡扣连接，可以保证连接的可靠性与牢固性，此外，通过卡扣连接的方式还可以轻松地拆卸和更换不同的工作头。
如图9所示，所述水力喷淋装置20还包括与第一壳体21连接的手柄26，该手柄26基本沿水力叶轮10的径向延伸，但不应理解只能沿径向延伸，实际只要不与沿径向垂直的轴向延伸便可。所述手柄26优选包括两端开放的中空通道261，该中空通道261的一端与进水孔连接，另一端用于与外部的供水端连接，因此中空通道261实际上可用作进水管，结构简单。这里，所述手柄26优选由一个或多个连接段组成，每个连接段的两端设有互相匹配的连接部，所述连接段用于单独使用或多个连接段互相连接延长使用。具体的，当需要用于空间局促的场合，手柄26可以仅由一个连接段构成，其与第一壳体21通过一个连接部连接。而当需要用于一些狭长的场合，则手柄26可以由多个连接段组合而成，其多个连接段之间互相通过匹配的连接部连接。优选的，所述连接部为螺纹段或卡接段，例如采用螺纹段，则每个连接段的一端设有外螺纹，另一端设有与前述外螺纹配合的内螺纹，使得两者可以互相配合连接使用，显然，分段化的手柄可以应对更多的使用状况，随时加长或缩短，更加方便使用。更优选的，连接段的两端具有互相配合的内外螺纹，使多个连接段可以方便且稳固地互相接合，也方便与供水端接合，特别的，可采用g1/2的螺纹，其可以方便地与常用的淋浴水管相接合使用。
可选的，所述进水孔214为矩形，所述进水孔214的宽度w在0.5～20mm，所述进水孔的长度l在2～20mm，所述进水孔的有效深度td在1-30mm之间，当进水孔214的尺寸在上述这些范围内时，可将水流离开进水孔214后，限定为一束与所述水力叶轮之齿叶12相配合的矩形水流，该矩形水流在驱动水力叶轮10时具有较高的效率，另外，进水孔214的截面积优选小于进水管道的截面积，从而能够加快水流在从进水管道流入进水孔214后的流速，进而使得水力叶轮10的旋转效率更高。这里，由于进水孔214的轴线并非与第一腔体211的内壁相垂直，故进水孔214在第一腔体211的开口实际上相对进水孔214的轴线是一个斜向的开口，有效深度td指进水孔214在第一腔体211的开口边缘与该进水孔214与所述中空通道261连接处的最短距离，如图13所示。更优选的，所述进水孔214的宽度w为1.81mm，长度l为6.88mm，有效深度td为3.0mm，此时，相匹配的水力叶轮10为中等规模，可用于手持淋浴器等装置。
参考图16a至图22，本发明实施例还提供了一种工作头30，该工作头30用于配合本实施例提供的水力喷淋装置20使用，所述工作头30包括工作部31以及与所述工作部31连接的传动部32，所述传动部32用于与水力叶轮10连接，并用于将水力叶轮10的旋转运动转换为配合工作部31的运动方式，如径向往复运动、敲击、单点旋转、多点旋转等运动方式，以使所述工作部31通过对应的所述运动工作。
在第一个实施例中，如图18所示，所述传动部32包括两个运动框322、两个轨道323、一个伞状齿轮324和一个偏心轴325。所述偏心轴325具有伞状齿并与伞状齿轮324相齿合，所述齿轮324与所述水力叶轮10之叶轮轴14同轴连接，用于将所述水力叶轮10的旋转运动转换为所述偏心轴325的旋转运动。所述偏心轴325还具有两个与其轴线偏心设置的偏心轮，所述运动框322具有矩形的内框，所述内框的至少两相对边与所述偏心轮外切，且所述两相对边的长度不小于两倍偏心距与偏心轮直径之和。特别的，这里运动框322具有矩形的内框，并不限定于狭义的矩形，也可以是圆角矩形，甚至是胶囊形，亦即两对边平行，另两侧为两个半圆形的形状，当矩形内框为圆角矩形或胶囊形时，所述两相对边的长度，非指其直线段的长度，而是指该两相对边包括圆弧段的总长度，例如为胶囊形时，两相对边的长度即指该胶囊形两凸端间的距离。这些形状都可以看做是广义的矩形，其均能达到相同的效果。两个所述运动框322分别套接在一个所述偏心轮上，用于将偏心轴325的旋转运动转换为所述运动框322沿所述叶轮轴14轴向的往复运动。此外，两个所述运动框322各设置在一个所述轨道323上，用于在所述轨道323所限定的区域内作往复运动。所述工作部31与两个所述运动框322连接，以驱动所述工作部31与所述运动框322同步运动。这里通过沿所述水力叶轮10的轴向的往复运动可实现物体的清洁，此运动方式适用于敲击，可用于对皮肤进行按摩并清洁。可选的，所述运动框322、偏心轮以及轨道323还可以均为一个，此时工作部31仅与该一个运动框322连接，其也可达到类似的效果，故而，本发明对运动框322、偏心轮以及轨道323的数量不作限定。
进一步，所述工作头还包括第二壳体33和结合轴34；所述第二壳体33用于以可拆卸的方式与所述第一壳体21连接；所述结合轴34穿设于所述第二壳体33中，且一端伸出所述第二壳体33并用于与所述水力叶轮10连接，另一端用于与所述传动部32连接。较佳的，所述第二壳体33通过卡扣331与第一壳体21上的卡扣座216卡接，具体而言，所述第二壳体33的卡扣331进入所述卡扣座216后，通过将工作头30旋转一定角度将两者卡固，特别的，所述卡扣331为单向旋入式卡扣，所述工作头30的旋转角度优选与水力叶轮10的旋转方向一致，这样，在水力叶轮10不断旋转的过程中，会将工作头30进一步旋紧，使两者保持紧密结合而不至脱离。
进一步，请参考图16a-图16c，并结合图18，所述结合轴34的一端用于与叶轮轴14同轴连接，另一端则用于与偏心轮321偏心连接。所述结合轴34用于与叶轮轴14连接的一端优选具有多边形的内腔341，该内腔341为盲孔并用于与棱柱形的叶轮轴14配合。优选的，所述结合轴34和叶轮轴14均为六边形。此外，所述结合轴34设有所述内腔341的一端具有锯齿状的第二结合部342，可与叶轮轴14上的第一结合部141相配合，通过锯齿状的第二结合部342来推动棱锥或棱台形的第一结合部141，使结合轴34和叶轮轴14的棱边自动对准，使用更为方便。具体来说，当所述工作头30通过卡扣331与卡扣座216卡固时，所述工作头30与水力喷淋装置20具有一相对固定的角度，而此时，六边形的结合轴34和叶轮轴14并不一定为相同角度，这时，通过第二结合部342锯齿状台阶的驱动，使六边形的结合轴34和叶轮轴14两者自动对准，进而使两者套设结合，可以实现快速定位连接。
更进一步，所述工作部为31分层构造，具有支撑部311和设置在支撑部311上的接触部312，所述支撑部311由弹性材料制成，所述接触部312由柔性材料制成。所述接触部312用于接触工作对象。在一个实施例中，所述接触部312包裹所述支撑部311，或者所述接触部312与所述支撑部311并列设置。由于水力喷淋装置具有较高的水能利用效率，例如在使用城市供水管网的自来水作为供水端时，其水力叶轮的转速已经相当可观，可达每分钟数千转，其配合使用的工作头用于清洁时，亦具有同样的高转速，因此工作部材料的选择也相应选择不易变形但具有柔软表面的材料，故而，选用一种具有弹性的材料作为基体(支撑部311)，并选用一种柔性体材料作为接触工作对象的接触面(接触部312)，可以满足需求。优选的，所述弹性材料为、缝制纺织品、聚氨酯和橡胶中的一种或多种组合，这里的缝制纺织品，指将纺织品折叠并用线缝制后的产品；所述柔性体为海绵和纺织品中的一种或两种组合，其中的纺织品例如丝绸或绒布等，其均具有比较光滑柔软的特性。比如当清洁对象为皮肤时，丝绸表面相比海绵，能减少因粘连摩擦效应，也能降低阻力，进而更柔和地清洁皮肤，避免擦破皮肤。当然类似纺织品均可以采用，本发明对此不作限定。可选的，所述接触部312包裹在所述支撑部311外，这样，通过支撑部311提供支撑力，使得接触部312能够更好地接触工作对象表面。可选的，所述支撑部311和接触部312不限于采用两种不同的材料制成，其还可以是同一种材料通过不同成型方式制成，例如支撑部311和接触部312同样采用海绵，将海绵的表面通过热处理，制成柔性且致密光滑的表面，以此表面作为接触部，内部的海绵作为支撑部，这样可以兼有海绵的弹性以及光滑表面带来的小摩擦阻力的优点。又例如，可采用同一种绒布，多层折叠，一部分用线缝合，另一部分即为多个u形的自由端，缝合的部分，相对不缝合的部分，具有一定的弹性和支撑能力，可作为支撑部311，而不缝合的部分则比较柔软，可作为接触部312使用，如图17所示，此时，接触部312与支撑部311为并列设置。当然，接触部312也不限于包裹于支撑部311之外或与支撑部311为并列设置，还可以在部分支撑部311表面粘贴接触部等，本发明对此不作限定。可选的，所述工作部为31还优选具有底板，该底板可与所述支撑部311连接，用于增加整个工作部31的强度和固定该工作部31。
如图19所示，在第二个实施例中，所述传动部32包括一个偏心轮321、一个运动框322和一个轨道323，所述偏心轮321与水力叶轮之叶轮轴14偏心设置，所述运动框322具有矩形的内框，所述内框的至少两相对边与所述偏心轮321外切，且所述两相对边的长度不小于两倍偏心距与偏心轮直径之和。其中，运动框322具有矩形的内框，亦是指广义的矩形，具体请参考第一个实施例，此处不再赘述。所述运动框322套接在偏心轮321上，用于将叶轮轴14的旋转运动转换为所述运动框322沿所述叶轮轴14径向的往复运动。所述运动框322设置在所述轨道323上，用于在所述轨道323限定的区域内作往复运动。所述工作部31分别与所述运动框322以及所述偏心轮321连接，用于将所述水力叶轮10的旋转运动转换为沿所述水力叶轮径向的往复运动，并带动所述运动框322沿径向作往复运动，这里通过径向往复运动实现物体的清洁，此运动方式适用于清洁方形表面，对一些角落部位亦具有很好的清洁效果，能够无死角地完成清洁工作。进一步，所述轨道323远离运动框322的一侧设有第二壳体33，所述第二壳体33优选以可拆卸的方式与前述第一壳体21连接。其具体构造与实施例一类似，在此不再赘述。
如图20所示，在第三个实施例中，所述传动部32包括轨道、转子326和敲击块327、两个轨道环3231和一个固定部3232，两个所述轨道环3231均具有首尾相连的凹凸曲面状的端面，所述固定部3232分别与所述两个轨道环3231连接，用于固定两个轨道环3231的相对位置，所述固定部3232设置在所述轨道上，用于在所述轨道限定的区域内作往复运动。这里，轨道优选沿所述叶轮轴14的轴向设置在第二壳体33的内壁上，而同时，固定部3232具有与该轨道相匹配的凹槽或凸起，这样，所述固定部3232以及其所固定的两个轨道环3231可以一起沿该轨道作沿叶轮轴14轴向的往复运动。进一步，两个轨道环3231之间具有间隙。优选的，所述固定部3232可以是轨道卡套，可以将两个轨道环3231的外周卡固并限定两个轨道环3231之间的间隙。所述转子326与所述水力叶轮之叶轮轴14同轴连接，用于与所述叶轮轴同步转动。所述转子326具有凸起部，所述凸起部设置于两个所述轨道环3231之间的间隙中，用于通过所述轨道环3213的首尾相连的凹凸曲面状的端面将所述转子326的旋转运动转换为所述敲击块327沿所述叶轮轴轴向的往复运动，优选的，该凸起部可以为球状或棒槌状，该凸起部的直径与两个轨道环3231之间的间隙相配合。所述轨道环3231的端面优选为首尾相连的凹凸曲面状，该凹凸曲面状的端面是指轨道环3231的端面为高低起伏的平滑曲面状，两个所述轨道环3231的凹凸优选互相匹配，亦即两个凹凸曲面状端面平行，更优选的，该凹凸曲面可以是正弦函数曲面，其凹凸具有周期性且首尾顺滑地相连，故当转子326旋转时，会因其凸起部沿该凹凸曲面状的间隙运动而带动所述敲击块327沿叶轮轴14的轴向作往复运动，所述敲击块327分别与所述转子326以及所述工作部31连接，用于带动所述工作部31沿所述叶轮轴14轴向作往复运动。此运动方式适用于敲击按摩，可用于对皮肤进行按摩。
如图21所示，在第四个实施例中，所述传动部32包括多个依次齿合的齿轮329，所述多个齿轮329的轴线互相平行。其中一个所述齿轮329与所述水力叶轮之叶轮轴14同轴连接。用于将所述叶轮轴14的旋转运动转换为多个所述齿轮329的旋转运动。所述工作部31具有多个子工作部，并分别与一个所述齿轮329连接，用于由多个齿轮329的旋转运动带动多个子工作部作旋转运动。发明人发现，当一个工作部的直径很大时，其周边的线速度相当大，用于清洁时不安全，另外在移动工作部时，很大范围均属于重复清洁，效率不高。此外，驱动大的工作部需要比较高的能量，相应地，需要提高水压或水流量，故而比较浪费水。而本实施例提供的工作头，多个旋转的子工作部排列为一直线状，在使用时，较少重复清洁一个区域，效率较高。因此，此运动方式适用于皮肤进行清洁，优选的，多个依次齿合的齿轮329可作相向旋转运动，其多个相向旋转的子工作部还具有挤压按摩的效果。
如图22所示，在第五个实施例中，所述传动部32包括传动轴328，该传动轴328的一端与水力叶轮之叶轮轴14同轴设置，另一端与所述工作部31连接，用于驱动所述工作部31作旋转运动。优选的，在本实施例中，支撑部311的材料优选为橡胶，接触部的材料为优选海绵或绒布，该工作头20可以用于清洁细小的部位，比如指缝或瓷砖缝等。
另外，在本实施例中，所述第二壳体33还包括一支架332，该支架332与第二壳体33连接，用于限定传动轴328的位置。
最后，本发明实施例还提供了一种水力工作装置，其包括所述的水力喷淋装置20以及所述的工作头30，所述水力喷淋装置20和工作头30连接，所述水力喷淋装置20用于将水流转化为动力提供给工作头30并驱动工作头30运动。具体的，该水力工作装置可以有多种用途，例如可以作为口腔清洁器、淋浴按摩装置或地面洗刷器等，其具体功能包括但不限于清洁、按摩和娱乐等。
优选的，所述水力喷淋装置20还能够向外部工作对象表面喷吐水，以利用驱动叶轮转动后的水流润滑或清洁外部工作对象表面，从而使工作头30的工作更高效。
需要说明的是，本发明所述的传动部之组件包括但不限于上述所示，所述的传动部之组件组合方式也不限于上述所示，以及工作部的运动方式比如往复、敲击、旋转、震动等，本发明并不限定，任何采用类似组件构成的传动部以及传动部组件不同组合的情况下，所形成的类似运动方式，均在本发明的保护范围之内。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。