專利名稱：：一種變量噴灑噴頭動(dòng)靜片設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于節(jié)水灌溉噴灌系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)方法，特別是一種變量噴灑噴頭動(dòng)靜片設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：21世紀(jì)將是我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的時(shí)代，也是水資源供需矛盾空前尖銳的時(shí)代。大力發(fā)展節(jié)水灌溉是解決我國農(nóng)業(yè)用水短缺的根本出路。噴頭是影響噴灌灌水質(zhì)量的關(guān)鍵設(shè)備。傳統(tǒng)的噴頭是以全圓噴灑域搖臂式噴頭為主，其性能穩(wěn)定以及適用范圍廣而得到廣泛應(yīng)用。但該噴頭在單個(gè)或單列配置使用時(shí)，往往噴灑周界與噴灑地塊不配套，造成大量漏噴，超噴與界外噴現(xiàn)象。在組合區(qū)域內(nèi)，全圓噴灑面積疊加不均勻，造成均勻性系數(shù)下降。研究能夠?qū)崿F(xiàn)非全圓噴灑噴頭具有明顯的節(jié)水意義。對于變量噴灑噴頭，壓力調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)有很多種，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜沒有廣泛應(yīng)用，對其研究主要為通過噴頭空心軸及轉(zhuǎn)體尺寸，確定動(dòng)靜片的外圓尺寸，動(dòng)片與空心軸壓配，靜片螺紋固定在下轉(zhuǎn)體處。根據(jù)噴灑形狀，設(shè)最大截面積為噴嘴處截面積。寫出噴灑形狀的邊界方程。其次根據(jù)理論關(guān)系公式，得到進(jìn)口壓力流量變化規(guī)律。其中這些研究沒有形成一套設(shè)計(jì)方法，將其系列化及標(biāo)準(zhǔn)化，因此對變量噴灑噴頭壓力調(diào)節(jié)裝置關(guān)鍵水力尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，提出一套實(shí)用的設(shè)計(jì)方法具有很重要的意義。噴頭在旋轉(zhuǎn)過程中壓力與射程隨著旋轉(zhuǎn)角度周期性的改變，從而實(shí)現(xiàn)非圓形噴灑。目前較為典型的是中國發(fā)明專利申請?zhí)?00610104497.7，在噴頭進(jìn)口處采用壓力調(diào)節(jié)裝置可實(shí)現(xiàn)壓力改變，設(shè)計(jì)了動(dòng)靜片的形式，提高裝置的密封性，但對動(dòng)靜片內(nèi)部尺寸沒有按照理論截面積變化形成一套設(shè)計(jì)方法。與專利200610104497.7的根本區(qū)別在于所述的設(shè)計(jì)方法為一種按照理論截面積變化形成的新型動(dòng)靜片水力尺寸的確定方法，在已公開的專利中沒有涉及變量噴灑噴頭動(dòng)靜片設(shè)計(jì)方法的研究。
發(fā)明內(nèi)容為了完善變量噴灑噴頭的設(shè)計(jì)，本發(fā)明的目的在于提出一種變量噴灑噴頭壓力調(diào)節(jié)裝置動(dòng)靜片的設(shè)計(jì)方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案—種變量噴灑噴頭動(dòng)靜片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，根據(jù)理論關(guān)系公式，得到噴頭進(jìn)口截面積變化規(guī)律的公式。設(shè)定截面積最小狀態(tài)為旋轉(zhuǎn)角度為零度時(shí)，并設(shè)定此狀態(tài)值為基本圓孔面積，從而得到基本孔半徑，設(shè)為r。。將隨噴頭旋轉(zhuǎn)而變化的進(jìn)口截面積值減去基本圓孔面積值，從而得到除基本圓孔外的變化部分截面積，將此部分面積轉(zhuǎn)化成圓的面積，得到相應(yīng)的圓的半徑，設(shè)為ri。在不同旋轉(zhuǎn)角度下，將基本孔半徑r。與該角度下的半徑ri相加得到一點(diǎn)作為圓心，并在該角度上畫半徑為ri的圓，與基本圓孔相外切。將每個(gè)外切圓圓心與動(dòng)片圓心相連接，并延長，得到射線。將每條射線與其所對應(yīng)的外切圓的交點(diǎn)連接起來，光滑過渡，并相應(yīng)對稱成全圓360度范圍。按照上述步驟則繪制出了動(dòng)片的結(jié)構(gòu)圖。3靜片采用的結(jié)構(gòu)形式為中間開圓孔，其圓孔與動(dòng)片的基本圓孔完全相同，另外動(dòng)靜片相對運(yùn)動(dòng)改變進(jìn)口截面積，因此，靜片的基本圓孔外伸出一定角度的扇形，外切圓最大直徑設(shè)為cLw最大半徑設(shè)為ri^，其中dimax=2rimax。扇形外圓的半徑為動(dòng)片基本圓孔的半徑r。與外切圓最大直徑dimax的和，其中dimax=2rimax。根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度為最大截面積的大小及扇形的外圓尺寸，已知?jiǎng)屿o片相互重疊面積的值，從而選擇靜片結(jié)構(gòu)中扇形的角度，使在該角度下，動(dòng)靜片相對運(yùn)動(dòng)時(shí)的過流截面積與理論值保持接近。從而得到了靜片的結(jié)構(gòu)圖。7-2一sin2a(1)其中上述理論關(guān)系公式為/_v=^/2gp(2)v=2■(3)」其中p為速度系數(shù)；P為噴頭工作壓力，單位為m;a為噴頭仰角，單位為。；v為速度，單位為m/s;g為重力加速度，單位為m2/s;Q為流量，單位為m3/s，R為射程，單位為m;A為進(jìn)口截面積，單位為m2。將(3)式代入(2)式后再代入(1)式，得到噴頭進(jìn)口截面積變化規(guī)律的公式，即進(jìn)口截面積與射程的比例關(guān)系為4=^7(4)其中A"4為不同旋轉(zhuǎn)角度下的進(jìn)口截面積，單位為m2，R15!^為不同旋轉(zhuǎn)角度下的射程。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提供一種變量噴灑噴頭動(dòng)靜片設(shè)計(jì)方法，為變量噴頭壓力調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)提供一種方法，且能夠達(dá)到預(yù)期效果。圖1為三角形噴灑域示意圖圖2為基本孔直徑圖3為r。及ri位置圖4為內(nèi)切圓繪制圖5為三角形噴灑域動(dòng)靜片結(jié)構(gòu)形式a動(dòng)片b靜片具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和發(fā)明人完成的具體實(shí)例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本發(fā)明是一種變量噴灑噴頭動(dòng)靜片的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合30PXH型號(hào)噴頭實(shí)現(xiàn)三角形噴灑域?yàn)槔?，該方法的步驟包括步驟一確定噴頭的型號(hào)噴頭的進(jìn)口直徑根據(jù)噴頭的型號(hào)而定，則D=30mm。步驟二確定噴頭進(jìn)口動(dòng)靜片的外圓尺寸動(dòng)片與空心軸壓配尺寸，取動(dòng)片外圓直徑Di=39mm。靜片固定在下轉(zhuǎn)體螺紋尺寸，取靜片外圓直徑D2=30mm。所示。步驟三確定噴頭動(dòng)靜片相對運(yùn)動(dòng)中最大過流截面尺寸根據(jù)噴灑形狀，最大截面積為噴嘴處截面積。Smax=S,，=85.398rnrn2。步驟四確定進(jìn)口動(dòng)靜片相對運(yùn)動(dòng)過流截面積變化規(guī)律主要根據(jù)噴灑形狀及進(jìn)口截面積變化，讀取進(jìn)口截面積變化曲線的數(shù)據(jù)。如表1表1三角形變量噴灑動(dòng)靜片不同旋轉(zhuǎn)角度下進(jìn)口截面積參數(shù)變化數(shù)據(jù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中，u=U「U。，i=1，2，3，..步驟五確定動(dòng)靜片過流截面積的基本孔直徑根據(jù)理論截面積變化率，設(shè)定最小截面積為噴頭旋轉(zhuǎn)角度為零度，并設(shè)定此狀態(tài)下的過流截面積為基本圓孔面積。則其最小截面積基本圓孔S。二P。S^，其基本圓孔半徑5為r。。以30PXH三角形動(dòng)靜片為例，其基本圓孔半徑為r。=3.088，取其為r。=3C如圖2所示。步驟六確定變化面積部分尺寸表2三角形變量噴灑動(dòng)靜片不同旋轉(zhuǎn)角度下除基本孔截面積外參數(shù)變化數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)角度(0)截面積變化Cmm2)S,.除基本孔外截面積變化(mm2)S除基本孔外面積換算外切圓圓心距動(dòng)片圓心的距離。'=。+r。029.94908003612182430364248546030.854332.314634.4153937.3360141.3497146.883554.6803466.0211983.3313785.3980.905222.365524.466317.3869311.4006316,9344224,7312636.0721153.3822955.448920.5367870.8677381.1923381.5334061.9049762,3217222.8057453.3885264.1221494.2011833.5367873.8677384.1923384.5334064.9049765.3217225.8057456,3885267.1221497.201183s=Si-S。，i=1，2，3，，例如三角形中r。及ri的位置，如圖3所示。步驟七根據(jù)尺寸繪制外切圓根據(jù)所列表2中的外切圓圓心距動(dòng)片圓心的距離和旋轉(zhuǎn)角度繪制外切圓，并將每條射線與該外切圓的交點(diǎn)(即外切圓與其中心線頂部的點(diǎn))連接起來，如圖4所示，將接點(diǎn)光滑過渡，以60度角度的射線為基準(zhǔn)線，將繪制的一條曲線對稱，得到兩條曲線，兩條曲線相應(yīng)環(huán)形陣列成全圓360度范圍。按照上述步驟則繪制出了動(dòng)片的結(jié)構(gòu)圖。靜片采用的結(jié)構(gòu)形式為中間為圓孔，其圓孔與動(dòng)片基本圓孔完全相同，另外動(dòng)靜片相對運(yùn)動(dòng)改變進(jìn)口截面積，因此，靜片的基本孔外伸出部分一定角度的扇形，外圓大小為d=(3+2X4.2)X2=22.8，取d=小24mm。根據(jù)在60度時(shí)，變化部分截面積為85.398mm2，選擇靜片結(jié)構(gòu)中扇形的角度為14°時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面積為84.00698mm、基本保持一致，從而得到了靜片的結(jié)構(gòu)圖。如圖5所示按照上述步驟繪制了動(dòng)靜片的結(jié)構(gòu)形式及結(jié)構(gòu)圖，對結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，將設(shè)計(jì)方法得到的結(jié)構(gòu)面積變化與理論截面積變化進(jìn)行對比，如表3所示，得到其結(jié)果基本一致，設(shè)計(jì)方法效果較好。表3三角形變量噴灑動(dòng)靜片不同旋轉(zhuǎn)角度下設(shè)計(jì)的形狀其結(jié)構(gòu)面積變化旋轉(zhuǎn)角度(o)截面積變化(mm2)S,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)面積變化(mm2)029.9490831.14308630.854330.579781232.314633.965781834.4153937.182382437.3360141.5艦83041.3497147.218283646.883554.278184254.6803462.549184866.0211972.574585483.3313780.893586085.39884.00698權(quán)利要求一種變量噴灑噴頭動(dòng)靜片設(shè)計(jì)方法，其特征在于，設(shè)計(jì)方法按下列步驟進(jìn)行步驟一根據(jù)理論關(guān)系公式，得到噴頭進(jìn)口截面積變化規(guī)律的公式；步驟二設(shè)定截面積最小狀態(tài)為旋轉(zhuǎn)角度為零度時(shí)，并設(shè)定此狀態(tài)值為基本圓孔面積，從而得到基本孔半徑，設(shè)為r0；步驟三將隨噴頭旋轉(zhuǎn)而變化的進(jìn)口截面積值減去基本圓孔面積值，從而得到除基本圓孔外的變化部分截面積，將此部分面積轉(zhuǎn)化成圓的面積，得到相應(yīng)的圓的半徑，設(shè)為ri。步驟四將基本孔半徑r0與步驟三中半徑ri相加，為不同旋轉(zhuǎn)角度下ri的圓心，畫半徑為ri的圓，與基本圓孔相外切；步驟五將每個(gè)外切圓圓心與動(dòng)片圓心相連接，并延長，得到射線；步驟六將每條射線與其所對應(yīng)的外切圓的交點(diǎn)連接起來，光滑過渡，并相應(yīng)對稱成全圓360度范圍，則繪制出了動(dòng)片的結(jié)構(gòu)圖；靜片采用的結(jié)構(gòu)形式為中間開圓孔，其圓孔與動(dòng)片的基本圓孔完全相同，根據(jù)截面積的大小，選擇靜片結(jié)構(gòu)中扇形的角度及扇形外圓大小，從而得到了靜片的結(jié)構(gòu)圖。2.權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟一中理論關(guān)系公式為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage2</formula>其中P為速度系數(shù)；P為噴頭工作壓力，單位為m;a為噴頭仰角，單位為。；v為速度，單位為m/s;g為重力加速度，單位為m7s;Q為流量，單位為mVs，R為射程。3.權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟一中噴頭進(jìn)口截面積變化規(guī)律的公式為A"A2為不同旋轉(zhuǎn)角度下的進(jìn)口截面積，單位為m2，&，R2為不同旋轉(zhuǎn)角度下的射程。4.權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟三中除基本圓孔外的變化部分截面積為動(dòng)靜片相對運(yùn)動(dòng)的開孔部分重疊的面積。5.權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于步驟六中選擇靜片結(jié)構(gòu)中扇形的角度及扇形外圓大小的方法具體為設(shè)外切圓最大直徑為di^，設(shè)最大半徑為ri^，其中dimax=2rimax;扇形外圓的半徑為動(dòng)片基本圓孔的半徑r。與外切圓最大直徑di^的和，其中dimax=2rimax;根據(jù)旋轉(zhuǎn)角度為最大截面積的大小及扇形的外圓尺寸，已知?jiǎng)屿o片相互重疊面積的值，從而選擇靜片結(jié)構(gòu)中扇形的角度，使在該角度下，動(dòng)靜片相對運(yùn)動(dòng)時(shí)的過流截面積與理論值保持接近。6.權(quán)利要求1所述的設(shè)計(jì)方法，其特征在于該方法適用于噴灑域?yàn)橄嗷ΨQ形狀的動(dòng)靜片的設(shè)計(jì)。全文摘要一種變量噴灑噴頭動(dòng)靜片設(shè)計(jì)方法，屬于節(jié)水灌溉噴灌系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備的設(shè)計(jì)方法。具體為在確定噴頭的型號(hào)的情況下確定噴頭進(jìn)口直徑、噴頭進(jìn)口動(dòng)靜片的外圓尺寸。根據(jù)噴灑形狀，最大截面積為噴嘴處截面積。根據(jù)理論公式得到射程、流量、壓力，確定進(jìn)口截面積變化規(guī)律。將其結(jié)果采用內(nèi)切圓方法繪制動(dòng)靜片結(jié)構(gòu)，得到動(dòng)靜片結(jié)構(gòu)圖。該設(shè)計(jì)方法同時(shí)適用于其它規(guī)則噴灑域形狀設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)簡單，噴灑效果優(yōu)良。文檔編號(hào)B05B15/04GK101716562SQ200910234329公開日2010年6月2日申請日期2009年11月24日優(yōu)先權(quán)日2009年11月24日發(fā)明者劉俊萍,向清江,朱興業(yè),李紅,湯躍,袁壽其申請人:江蘇大學(xué)