卷盤式噴灌機及其透平式水渦輪的製作方法
2023-05-05 02:08:06
本發明涉及農業機械技術領域，特別是涉及一種用於卷盤式噴灌機的透平式水渦輪，以及包含上述透平式水渦輪的卷盤式噴灌機。
背景技術：
卷盤式噴灌機是20世紀70年代初期在移管式噴灌系統基礎上發展起來的自動行走噴灌裝備，具有結構緊湊、移動方便、操作簡單、智能化程度高等特點。由於其機械化程度高、操作管理簡易方便及灌溉效果好等優點，比較適應我國農村發展的需要，是我國噴灌行業的主要機型之一。卷盤式噴灌機的水力驅動裝置主要有旋轉噴嘴式、水渦輪式、水壓缸式和伸縮皮囊式四種形式，其中，水渦輪式驅動裝置可靠性高，使用壽命長，是綜合性能最佳、目前使用最廣的卷盤式噴灌機驅動形式。水渦輪作為水渦輪式驅動裝置的核心部件，其水力性能決定了驅動扭矩的大小和輸出水流壓力降的大小，對噴灌機噴灑性能及能源消耗具有重要的影響。隨著國內市場對卷盤式噴灌機需求的進一步加大，對卷盤式噴灌機高效、穩定運行以及節能降耗提出了更高的要求，然而，目前作為卷盤式噴灌機核心部件的水渦輪的水力損失較大、工作效率較低。
技術實現要素：
(一)要解決的技術問題
本發明的一個目的是提供一種用於卷盤式噴灌機的透平式水渦輪，該透平式水渦輪能夠減少水力損失，提高水渦輪的工作效率。
本發明的另一個目的是提供一種包含上述透平式水渦輪的卷盤式噴灌機。
(二)技術方案
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種用於卷盤式噴灌機的透平式水渦輪，其中，包括渦輪殼體、渦輪蓋以及設置在渦輪殼體內的半開式葉輪，在所述渦輪殼體上設置有入水口，在所述渦輪蓋上設置有出水口，該透平式水渦輪還包括設置在所述渦輪殼體和所述半開式葉輪之間沿所述半開式葉輪的周向布置的螺旋形流道，該螺旋形流道與所述入水口連接。
其中，所述螺旋形流道在半開式葉輪各軸面內的面積沿著入流方向逐漸減小。
其中，所述螺旋形流道在半開式葉輪各軸面內的斷面為梯形。
其中，所述半開式葉輪包括蓋板以及沿圓周方向均勻分布在所述蓋板上的葉片，所述葉片包括第一圓弧段和與第一圓弧段的一端連接的第二圓弧段，所述第一圓弧段與所述第二圓弧段相切於第一圓弧段與第一圓弧段的連接點。
其中，在所述蓋板上設置有平衡孔。
其中，所述葉片採用圓柱形葉片。
其中，在所述出水口的壁面上設置有導流板。
其中，所述導流板的數量為4個，且這4個所述導流板沿周向均勻分布在所述出水口的壁面上。
其中，所述導流板與所述渦輪蓋是一體成形的。
本發明還公開了一種卷盤式噴灌機，其包括如上所述的透平式水渦輪。
(三)有益效果
本發明提供的透平式水渦輪通過在渦輪殼體和半開式葉輪之間設置螺旋形流道來代替傳統的水流在渦輪腔體內的環形流道，改善了水流進入葉輪的入流條件，從而能夠更好地促進水流流動，提供較大扭矩，降低水力損失，提高水渦輪的工作效率。進一步地，在水渦輪的出口處設置導流板，以減少出口水流的漩渦，使水流平穩流入連接管，可有效降低後續管路內的水力損失。此外，該水渦輪葉片採用由圓弧骨線組成的圓柱形葉片，加工工藝簡單，並具有良好的水力性能。
附圖說明
圖1是根據本發明的一種用於卷盤式噴灌機的透平式水渦輪的主視圖；
圖2是圖1中的透平式水渦輪的剖視圖；
圖3是圖1中的透平式水渦輪的葉輪的結構示意圖；以及
圖4示出了透平式水渦輪的渦輪腔體內呈螺旋形結構的流道。
圖中，1：入水口；2：出水口；3：螺旋形流道；4：渦輪蓋；5：渦輪殼體；6：葉輪；7：葉片；8：蓋板；9：驅動軸；10：導流板；11：密封件；12：平衡孔；13：葉輪螺母；14：鍵。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
圖1示出了根據本發明的一種用於卷盤式噴灌機的透平式水渦輪的一個優選實施例。如圖1所示，該透平式水渦輪包括渦輪殼體5、扣接在渦輪殼體5上的渦輪蓋4，以及設置在渦輪殼體5內的半開式葉輪6，在渦輪殼體5上設置有入水口1，該入水口用於與進水管連接，在渦輪蓋4上設置有出水口2，該出水口2用於與出水管連接。該透平式水渦輪還包括驅動軸9，該驅動軸9的一端與半開式葉輪6相連，另一端穿過渦輪殼體5與傳動裝置相連，為了防止水從渦輪殼體5與驅動軸9之間的間隙中漏出，在驅動軸9與渦輪殼體5連接的部位設置有密封件11。該透平式水渦輪還包括葉輪螺母13和鍵14，葉輪螺母13和鍵14將半開式葉輪6固定在驅動軸9上。此外，該透平式水渦輪還包括設置在渦輪殼體5和半開式葉輪6之間沿半開式葉輪6的周向布置的螺旋形流道3，該螺旋形流道3與入水口1連接。使用時，壓力水經入水口1流入，通過螺旋形通道3衝擊半開式葉輪6，使半開式葉輪6旋轉從而帶動驅動軸9旋轉，驅動軸9的旋轉通過傳動裝置帶動卷盤式噴灌機的卷盤緩慢旋轉，從而使與出水口2連接的PE軟管一層一層纏繞在卷盤上，卷盤式噴灌機的噴灌小車亦隨著PE軟管的纏繞向卷盤車運動，從透平式水渦輪流出的壓力水通過PE軟管流經噴嘴噴灑而出，噴灌小車上的噴頭開始噴水作業。
本發明提供的透平式水渦輪通過在渦輪殼體5和半開式葉輪6之間設置螺旋形流道3，以改變傳統的水流在渦輪腔體內的環形流道，從而改善了水流進入葉輪6的入流條件，能夠更好地促進水流流動，提供較大扭矩，降低水力損失，提高水渦輪的工作效率。
具體地，該螺旋形流道3在半開式葉輪6各軸面內的面積沿著入流方向逐漸減小(例如線性減小)，這樣可以更好地集中水壓驅動水渦輪轉動，並提升水流進入葉輪的均勻性，進而產生較大的驅動力，降低水渦輪內水力損失，提高運行效率，如圖2和圖4所示。優選螺旋形流道3在半開式葉輪6各軸面內的斷面為梯形，該梯形的下底邊由渦輪殼體5的內壁面限定，且在該梯形的下底邊的兩個底角為倒圓角。
進一步地，如圖2所示，在水渦輪的出水口2的壁面上沿周向均勻設置有4個導流板10，即相鄰兩個導流板之間間隔90°，且每個導流板長5cm，通過該導流板10可以消除出口水流旋渦，使水流平順流出。需要說明的是，雖然在該實施例中示出了4個導流板10，本領域技術人員應當理解，在本發明的其它一些實施例中，導流板10也可以採用其他數量，例如2個或6個等。
半開式葉輪6包括蓋板8以及沿圓周方向均勻分布在蓋板8上的8個葉片7，每個葉片7均包括第一圓弧段和與第一圓弧段的一端連接的第二圓弧段，且第一圓弧段與第二圓弧段相切於第一圓弧段與第二圓弧段的連接點。優選地，該葉片7採用圓柱形葉片，以簡化加工工藝並提升水力性能。此外，在蓋板8上還設有4個平衡孔12，用於平衡工作時葉輪6所受的軸向推力。
本發明還公開了一種卷盤式噴灌機，其包括如上所述的透平式水渦輪。
本發明的工作過程如下：卷盤式噴灌機首先在拖拉機的牽引下，轉移到田間噴灌作業區，將PE軟管平鋪在田間，PE軟管一端與噴灌小車相連，另一端纏繞在卷盤上並與透平式水渦輪出水口2相連，當卷盤式噴灌機的透平式水渦輪入水口1與田間噴灌壓力水的給水栓相連時，壓力水經入水口1流入，通過螺旋形流道3衝擊半開式葉輪6的葉片7，使半開式葉輪6旋轉從而帶動驅動軸9旋轉，驅動軸9另一端連接傳動裝置，進而帶動卷盤緩慢旋轉，PE軟管一層一層纏繞在卷盤上，噴灌小車亦隨著PE軟管的纏繞向卷盤車運動，從透平式水渦輪流出的壓力水通過出水口2與PE軟管相連，壓力水通過PE軟管流經噴嘴噴灑而出，噴灌小車上的噴頭開始噴水作業。隨著PE軟管的回收，噴灌小車靠近卷盤車時自動停止工作。然後整機轉180°，或將卷盤式噴灌機由拖拉機牽引至下一個工作地點進行噴灌作業。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。