卷盘式喷灌机及其透平式水涡轮的制作方法

本发明涉及农业机械技术领域，特别是涉及一种用于卷盘式喷灌机的透平式水涡轮，以及包含上述透平式水涡轮的卷盘式喷灌机。

背景技术：

卷盘式喷灌机是20世纪70年代初期在移管式喷灌系统基础上发展起来的自动行走喷灌装备，具有结构紧凑、移动方便、操作简单、智能化程度高等特点。由于其机械化程度高、操作管理简易方便及灌溉效果好等优点，比较适应我国农村发展的需要，是我国喷灌行业的主要机型之一。卷盘式喷灌机的水力驱动装置主要有旋转喷嘴式、水涡轮式、水压缸式和伸缩皮囊式四种形式，其中，水涡轮式驱动装置可靠性高，使用寿命长，是综合性能最佳、目前使用最广的卷盘式喷灌机驱动形式。水涡轮作为水涡轮式驱动装置的核心部件，其水力性能决定了驱动扭矩的大小和输出水流压力降的大小，对喷灌机喷洒性能及能源消耗具有重要的影响。随着国内市场对卷盘式喷灌机需求的进一步加大，对卷盘式喷灌机高效、稳定运行以及节能降耗提出了更高的要求，然而，目前作为卷盘式喷灌机核心部件的水涡轮的水力损失较大、工作效率较低。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的一个目的是提供一种用于卷盘式喷灌机的透平式水涡轮，该透平式水涡轮能够减少水力损失，提高水涡轮的工作效率。

本发明的另一个目的是提供一种包含上述透平式水涡轮的卷盘式喷灌机。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于卷盘式喷灌机的透平式水涡轮，其中，包括涡轮壳体、涡轮盖以及设置在涡轮壳体内的半开式叶轮，在所述涡轮壳体上设置有入水口，在所述涡轮盖上设置有出水口，该透平式水涡轮还包括设置在所述涡轮壳体和所述半开式叶轮之间沿所述半开式叶轮的周向布置的螺旋形流道，该螺旋形流道与所述入水口连接。

其中，所述螺旋形流道在半开式叶轮各轴面内的面积沿着入流方向逐渐减小。

其中，所述螺旋形流道在半开式叶轮各轴面内的断面为梯形。

其中，所述半开式叶轮包括盖板以及沿圆周方向均匀分布在所述盖板上的叶片，所述叶片包括第一圆弧段和与第一圆弧段的一端连接的第二圆弧段，所述第一圆弧段与所述第二圆弧段相切于第一圆弧段与第一圆弧段的连接点。

其中，在所述盖板上设置有平衡孔。

其中，所述叶片采用圆柱形叶片。

其中，在所述出水口的壁面上设置有导流板。

其中，所述导流板的数量为4个，且这4个所述导流板沿周向均匀分布在所述出水口的壁面上。

其中，所述导流板与所述涡轮盖是一体成形的。

本发明还公开了一种卷盘式喷灌机，其包括如上所述的透平式水涡轮。

(三)有益效果

本发明提供的透平式水涡轮通过在涡轮壳体和半开式叶轮之间设置螺旋形流道来代替传统的水流在涡轮腔体内的环形流道，改善了水流进入叶轮的入流条件，从而能够更好地促进水流流动，提供较大扭矩，降低水力损失，提高水涡轮的工作效率。进一步地，在水涡轮的出口处设置导流板，以减少出口水流的漩涡，使水流平稳流入连接管，可有效降低后续管路内的水力损失。此外，该水涡轮叶片采用由圆弧骨线组成的圆柱形叶片，加工工艺简单，并具有良好的水力性能。

附图说明

图1是根据本发明的一种用于卷盘式喷灌机的透平式水涡轮的主视图；

图2是图1中的透平式水涡轮的剖视图；

图3是图1中的透平式水涡轮的叶轮的结构示意图；以及

图4示出了透平式水涡轮的涡轮腔体内呈螺旋形结构的流道。

图中，1：入水口；2：出水口；3：螺旋形流道；4：涡轮盖；5：涡轮壳体；6：叶轮；7：叶片；8：盖板；9：驱动轴；10：导流板；11：密封件；12：平衡孔；13：叶轮螺母；14：键。

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。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出了根据本发明的一种用于卷盘式喷灌机的透平式水涡轮的一个优选实施例。如图1所示，该透平式水涡轮包括涡轮壳体5、扣接在涡轮壳体5上的涡轮盖4，以及设置在涡轮壳体5内的半开式叶轮6，在涡轮壳体5上设置有入水口1，该入水口用于与进水管连接，在涡轮盖4上设置有出水口2，该出水口2用于与出水管连接。该透平式水涡轮还包括驱动轴9，该驱动轴9的一端与半开式叶轮6相连，另一端穿过涡轮壳体5与传动装置相连，为了防止水从涡轮壳体5与驱动轴9之间的间隙中漏出，在驱动轴9与涡轮壳体5连接的部位设置有密封件11。该透平式水涡轮还包括叶轮螺母13和键14，叶轮螺母13和键14将半开式叶轮6固定在驱动轴9上。此外，该透平式水涡轮还包括设置在涡轮壳体5和半开式叶轮6之间沿半开式叶轮6的周向布置的螺旋形流道3，该螺旋形流道3与入水口1连接。使用时，压力水经入水口1流入，通过螺旋形通道3冲击半开式叶轮6，使半开式叶轮6旋转从而带动驱动轴9旋转，驱动轴9的旋转通过传动装置带动卷盘式喷灌机的卷盘缓慢旋转，从而使与出水口2连接的PE软管一层一层缠绕在卷盘上，卷盘式喷灌机的喷灌小车亦随着PE软管的缠绕向卷盘车运动，从透平式水涡轮流出的压力水通过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。

本发明提供的透平式水涡轮通过在涡轮壳体5和半开式叶轮6之间设置螺旋形流道3，以改变传统的水流在涡轮腔体内的环形流道，从而改善了水流进入叶轮6的入流条件，能够更好地促进水流流动，提供较大扭矩，降低水力损失，提高水涡轮的工作效率。

具体地，该螺旋形流道3在半开式叶轮6各轴面内的面积沿着入流方向逐渐减小(例如线性减小)，这样可以更好地集中水压驱动水涡轮转动，并提升水流进入叶轮的均匀性，进而产生较大的驱动力，降低水涡轮内水力损失，提高运行效率，如图2和图4所示。优选螺旋形流道3在半开式叶轮6各轴面内的断面为梯形，该梯形的下底边由涡轮壳体5的内壁面限定，且在该梯形的下底边的两个底角为倒圆角。

进一步地，如图2所示，在水涡轮的出水口2的壁面上沿周向均匀设置有4个导流板10，即相邻两个导流板之间间隔90°，且每个导流板长5cm，通过该导流板10可以消除出口水流旋涡，使水流平顺流出。需要说明的是，虽然在该实施例中示出了4个导流板10，本领域技术人员应当理解，在本发明的其它一些实施例中，导流板10也可以采用其他数量，例如2个或6个等。

半开式叶轮6包括盖板8以及沿圆周方向均匀分布在盖板8上的8个叶片7，每个叶片7均包括第一圆弧段和与第一圆弧段的一端连接的第二圆弧段，且第一圆弧段与第二圆弧段相切于第一圆弧段与第二圆弧段的连接点。优选地，该叶片7采用圆柱形叶片，以简化加工工艺并提升水力性能。此外，在盖板8上还设有4个平衡孔12，用于平衡工作时叶轮6所受的轴向推力。

本发明还公开了一种卷盘式喷灌机，其包括如上所述的透平式水涡轮。

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透平式水涡轮出水口2相连，当卷盘式喷灌机的透平式水涡轮入水口1与田间喷灌压力水的给水栓相连时，压力水经入水口1流入，通过螺旋形流道3冲击半开式叶轮6的叶片7，使半开式叶轮6旋转从而带动驱动轴9旋转，驱动轴9另一端连接传动装置，进而带动卷盘缓慢旋转，PE软管一层一层缠绕在卷盘上，喷灌小车亦随着PE软管的缠绕向卷盘车运动，从透平式水涡轮流出的压力水通过出水口2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。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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。