反冲转子旋转喷头

摘要

本发明涉及具有转动部件的喷射装置，尤其涉及一种应用于灌溉领域的反冲转子旋转喷头。包括喷嘴，所述的喷嘴支撑在升高管上端的台阶孔内，所述的升高管的底端连接有进水口，在升高管内设有进水通道，所述的喷嘴通过中心轴连接有可相对转动的转子，所述的转子位于升高管的上方，所述的转子套接在中心轴上且可以沿中心轴的轴向运动。本发明主要是提供一种结构简单，能够方便地调节射程和灌溉角度，抗风力强、喷灌均匀度高、能单独关闭的反冲转子旋转喷头；解决现有技术所存在的旋转喷头结构复杂，调节、关闭不方便等技术问题，改善旋转喷头的节水性能，扩大旋转喷头的应用范围。

说明书

技术领域

本发明涉及具有转动部件的喷射装置，尤其涉及一种应用于灌溉领域的反冲转子旋转喷头。

背景技术

目前园林、草坪和农业灌溉中旋转喷头的应用已经十分广泛，但旋转喷头的结构性能并非尽如人意，有不少方面需要改进。

例如，中国专利申请号为ZL200320127783.7的“洒水器旋转喷头”，它包括设有内部水道的洒水器本体、出水构件及导转构件；洒水器本体顶端面设有与内部水道连通的组接孔；出水构件包括设有出水道的出水管及供出水管组设的顶座；导转构件包括分流座、转盘部及顶盖；分流座底面设有形成向两侧斜向上延伸的分流面；分流座组设于顶座内并与顶座紧固；转盘部底面的外端缘间隔设有数片叶片；转盘部枢设于分流座上，使分流座的分流面外端开口直指向转盘部底面的外端缘的数片叶片处；顶盖与分流座固接并与转盘部间歇随动。这种洒水器旋转喷头的喷灌均匀度差，射程和喷灌角度均不能调节，容易产生过量喷灌，节水性能不好。

又如，美国专利名称为“用齿轮传动的往复摆动喷头”(REVERSILBLE GEAR OSCILLTING SPRINKLER)，专利号为：4718605的专利产品PGP Roter，是一种直接安装在进水管上使用的单射线往复摆动喷头。它的水轮在水流冲击下旋转后，先利用齿轮减速机构来降低转速，再利用齿轮换向机构来实现喷嘴的往复摆动。这种喷头结构非常复杂，齿轮减速比大，传动效率低，内啮合齿轮副受力不均匀。在调节喷灌角度时，要使用专用钥匙；在调节射程时，需要更换喷嘴；在单独关闭喷头时，需要换装盲孔喷嘴，比较麻烦。

再如，美国专利名称为“可调弧度和流量喷头”(ADJUSTABLE ARC，ADJUSTABLE FLOW TATE SPRINKLER)，美国专利号为US6651905B2，Nov.25 2003的专利产品MP Rotatar，采用可

旋转的涡轮式喷盘，喷盘体上布满了多条四种不同轨迹的凹槽射线(指向圆心)，凹槽外侧带有弯曲圆弧，在水流冲击下旋转后，利用至少部分充填粘性液体的阻尼机构减速。因为喷盘体的体积小，内部零件多，结构比较复杂，过水面积小，水头损失大，所以射程比较小。这种喷头不能直接安装在进水管上，而必须安装在地埋式洒水器喷头体或专用压力调节喷头体上使用，增加了使用成本。在调节流量时需要使用专用工具，否则无法进行。调节后流量最多可降低25％，但不能降低到零而实现关闭。一旦出现异常情况，喷头不能单独关闭，不仅会造成水资源浪费，而且可能对园林和草坪造成损害。

发明内容

本发明主要是提供一种结构简单，能够方便地调节射程和灌溉角度，抗风力强、喷灌均匀度高、能单独关闭的反冲转子旋转喷头；解决现有技术所存在的旋转喷头结构复杂，调节、关闭不方便等技术问题，改善旋转喷头的节水性能，扩大旋转喷头的应用范围。

本发明的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种反冲转子旋转喷头，包括喷嘴，所述的喷嘴支撑在升高管上端的台阶孔内，所述的升高管的底端连接有进水口，在升高管内设有进水通道，所述的喷嘴通过中心轴连接有可相对转动的转子，所述的转子位于升高管的上方，所述的转子套接在中心轴上且可以沿中心轴的轴向运动。在不工作时，转子的下端在小弹簧压力下抵接在喷嘴上，转子的边缘与喷嘴的边缘靠接在一起；在工作时，水流由升高管的进水口进入，克服小弹簧压力将转子弹出，并沿转子上的喷水槽向外喷出。在一定水压下，水流沿中心线偏离圆心的喷水槽向外喷出时产生的反冲力，对圆心形成一个反冲力矩。在这个反冲力矩的作用下，转子克服运动阻力矩产生旋转运动，从而使喷出的水流成为多股旋转射线。利用水流的反冲力矩来驱动转子旋转，传动零件少，结构简单。

作为优选，所述转子的上端设有空腔，在所述的空腔内设有轴套；在转子的下端设有喷灌角度调节装置和射程调节装置，所述的喷灌角度调节装置位于所述的射程调节装置的上方，所述的射程调节装置抵接在升高管上；所述轴套、喷灌角度调节装置和射程调节装置均套接在中心轴上。所述的轴套利用上限位螺母固定在中心轴上，对转子起支持作用。所述的中心轴中部设有台阶，利用下限位螺母将它与喷嘴、底座联接后，中心轴只能转动，不能轴向窜动。操作者只要用手转动喷嘴可以调节喷灌角度，转动轴套可以调节射程。因此，喷头的调节操作十分简便，既不需要更换零件，也不需要利用任何专用工具。

作为优选，所述的轴套的下端面设有环形的凹槽，在凹槽内设有小弹簧，小弹簧的一端抵接在轴套下端的弹簧座上，另一端抵接在凹槽的槽底；所述的弹簧座与转子空腔底部之间设有支承片，所述的支承片用减摩材料制成，以利于转子灵活起动。所述轴套下端的外圆周表面设有长槽，所述的长槽内设有高粘度阻尼脂(不是粘性液体)，可以产生阻尼力矩，限制并稳定转子起动后的旋转速度，从而获得良好的喷灌效果。长槽可以是直线型，或者是曲线型。

作为优选，所述的喷灌角度调节装置包括套接在中心轴上的底座，所述底座的上端面与所述的喷嘴套接在中心轴的支撑面相接。所述底座的下部设有缺口，与所述升高管内壁上的凸起固定结合。所述的喷嘴用环形紧圈套接在升高管的凸肩上，可以转动。所述的紧圈与升高管可以用螺纹联接，也可以采用旋熔工艺联为一体。所述的喷嘴下部包容底座。在所述喷嘴的中部支撑面上和所述底座的侧面分别设有环行窗口，二者组合成水流通道。转动喷嘴可以改变组合窗口水流通道的角度，也就调节了喷头的喷灌角度。

作为优选，所述的射程调节装置包括套接在中心轴上的固定板和活动板，所述的固定板的圆周表面设有缺口，与升高管内壁上的凸起固定连结；固定板与中心轴通过圆孔活动连接，中心轴旋转而固定板不动。所述的活动板与中心轴通过方孔固定连接，中心轴旋转时活动板也旋转。所述的固定板为圆形板，设有扇形的通孔；所述的活动板为扇形。改变固定板与活动板扇形组合缺口的大小，可以控制进入喷嘴的流量，达到调节喷头射程的目的。因为在一定的条件下，进入喷嘴的流量越大，其射程越大；反之，进入喷嘴的流量越小，其射程也越小。

作为优选，所述的射程调节装置包括与中心轴螺纹连接的拱形螺母，在所述的拱形螺母下部设有一个或多个径向外延翼片，在翼片的端部设有缺口，可以沿升高管内壁上的导向凸筋移动；在所述的拱形螺母上部外侧设有与升高管中孔滑动配合的O型圈。用轴套转动中心轴时，拱形螺母不能转动，只能沿中心轴上下移动，从而改变其与升高管中心孔之间开口的大小，使进入喷嘴的流量发生变化，达到调节喷头射程的目的。所述拱形螺母上部外侧O型圈随拱形螺母上升至高位时，可以伸入升高管内的台阶孔中实现密封，将进入喷嘴的流量减小为零。因此，一旦阀门失灵或出现其他异常情况时，可以利用本射程调节装置单独关闭喷头，避免造成不良后果。

作为优选，所述的转子呈陀螺状，在转子的外表面开设有倾斜的喷水槽。所述的喷水槽中心线偏离转子圆心，喷水槽中心线与半径为R的基圆相切，R为喷水槽中心线的偏心距。通过改变偏心距R的大小，可以改变反冲力矩大小，进而控制转速快慢。喷水槽数N≥1。喷水槽的中心线可以是直线、折线、曲线或者它们的组合；喷水槽的截面可以为三角形、矩形、梯形、弧形或者它们的组合；喷水槽截面积沿水流喷出方向可以变化或者保持不变。可以用不同仰角大小来设计不同规格的转子，也可以用若干不同仰角大小的喷水槽组成一个转子，连续进行远近距离不等的喷灌作业，以提高喷灌均匀度。

作为优选，所述的升高管的下端设有过滤器，在过滤器的上方设有大流量单向阀。通过过滤器将进入的水流中一定粒度的杂质去除，防止堵塞喷嘴。过滤器可从升高管内卸下清洗。过滤器上方的大流量单向阀保证了水流的方向不能反向回流，在水压过低的时候不会打开，保证了喷嘴在适当范围内的水压下工作的稳定性，还能避免突然开关阀门时可能产生的水锤现象对喷头造成的破坏。由于大流量单向阀过水面积大，水头损失小，能够保证喷头对射程的需要。

作为优选，所述的升高管的外侧套接有外壳，在升高管的上端设有顶盖，顶盖与外壳连接，在所述的顶盖下方设有弹簧衬垫，在所述顶盖和弹簧衬垫之间设有V形密封垫，在升高管和外壳之间设有大弹簧，大弹簧的一端抵接在升高管下端的凸沿上，另一端抵接在V形密封垫上，所述的外壳内侧设有导向凸筋，与升高管下端凸沿缺口滑动配合。外壳组件与升高管构成动压密封装置，用来防止在喷头工作过程中外壳组件结合部漏水。

带有外壳组件的喷头工作中有两次弹出动作：

打开水源时，水流首先克服外壳内大弹簧的压力，推动升高管带动转子从外壳向上弹出。接着，水流克服小弹簧的压力，使转子自身由喷嘴内部向外弹出，并沿喷水槽向外喷水。

关闭水源时动作顺序相反，转子停止喷水，并在小弹簧压力下缩回喷嘴内部。然后，升高管在大弹簧压力下再缩回外壳内部。

不带外壳组件的喷头因为工作中没有升高管伸缩动作，所以只有一次弹出动作。

如此设计可防止污物在喷头非工作状态时进入喷头内部，影响使用寿命。也可以防止喷头非工作状态时碰伤喷水口，影响水花。

带有外壳组件的结构主要是应用在园林、草坪，喷头安装在地表下面的孔洞内，工作时转子从孔洞中弹出。

不带外壳组件的结构多使用在茶园、果园、农田，或者温室、塑料大棚等处。

可以加大偏心距R获得高转速，适当减小喷水槽的截面积，并采用较高的工作压力，使喷出的水流雾化，制成“反冲转子旋转喷雾头”，用于农业喷药施肥、喷雾防冻，或厂矿企业降温、调湿、净化空气。

可以将喷水槽的仰角反向设计，制成“悬挂式反冲转子旋转喷头”，吊装在温室、塑料大棚或果树小口径进水管上，用来对果树、花卉、盆景、草莓、蔬菜等农作物喷水、喷药，或进行喷雾防冻作业。

还可以改变反冲转子的设计参数，以不同股数、不同射程、不同喷洒角度、不同仰角、不同旋转方向的射线喷水或喷雾，造成奇特的景观效果，制成“反冲转子旋转景观喷头”。

因此，本发明的反冲转子旋转喷头具有下述优点：

(1)转子依靠反冲力矩产生旋转运动，传动零件少，结构简单，降低了旋转喷头的制造成本。

(2)控制转子上喷水槽偏心距大小，并利用高粘度阻尼脂的作用，可以获得喷灌作业所需的转速，性能稳定，工作可靠。

(3)喷头内部过水面积大，水头损失小，可以获得较大的射程。

(4)内置可清洗过滤器和大流量单向阀，不仅能有效地防止喷头堵塞，保证喷头在正常水压下工作的稳定性，避免突然开关阀门时可能产生水锤现象对喷头造成的破坏，而且能满足喷头对射程的需要。

(5)转子具有多条喷水槽且仰角大小不同，可以显著地提高喷射水流的抗风力和喷灌均匀度，改善了喷头的节水性能。

(6)调节操作简便易行：操作者用手转动轴套可以调节射程，转动喷嘴可以调节喷灌角度。既不需要利助专用工具，也不需要更换零件，而且可以在喷灌作业过程中进行。

(7)一旦阀门失灵或出现其他异常情况时，只要拧动轴套即可单独关闭喷头，避免了水资源的浪费，以及过量喷灌对园林、草坪或农作物的伤害，提高了喷头使用的安全性。

(8)可以直立或悬挂安装，可以喷雾或喷水，可以景观造型，可以用于园林、草坪或农业节水灌溉，也可以用于厂矿企业防尘、降温，扩大了旋转喷头的应用范围。

附图说明：

图1是本发明的一种反冲转子旋转喷头的静止状态示意图。

图2是图1内喷头工作状态示意图。

图3是图1内的各个零件分解示意图。

图4是图1内的一种射程调节装置示意图。

图5是图4内零件分解示意图。

图6a是图1内的另一种射程调节装置示意图。

图6b是图6a内的螺母示意图。

图7是底座的结构示意图。

图8是转子的喷水槽示意图。

图9是转子的反冲力矩示意图。

图10是对喷灌角度调节范围的举例说明。

图11是大流量单向阀的分解示意图。

图12是本专利的另一种反冲转子旋转喷头的结构示意图。

图13是图12内的喷头工作状态示意图。

图14是图12内的外壳组件零件分解示意图。

图15是图12内升高管的结构示意图。

图16是图15的K向视图。

具体实施方式：

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1和2所示，一种反冲转子旋转喷头，包括中空的升高管10，在升高管10的下方设有进水口21，进水口的上方通过凸台安装有过滤器15，在过滤器15的上方安装有大流量单向阀23。

如图11所示，大流量单向阀23包括阀体23-1，在阀体23-1内设有阀芯23-2，阀芯23-2上套接有弹簧23-3，在阀体23-1上安装有阀盖23-4。

如图3所示，在升高管10的上侧设有凸肩10-3，喷嘴7中部的台阶7-1支承在升高管10的凸肩10-3上。

环形紧圈8穿过喷嘴与升高管10用螺纹连接后(紧圈与升高管也可以采用旋熔工艺联为一体)，喷嘴7可以转动。在喷嘴7内通过中心轴依次套接有射程调节装置，喷灌角度调节装置和转子1。在转子1内设有轴套2，在轴套2上方通过上限位螺母6将上述部件的轴向位置固定。喷嘴7的中心设有通孔，喷嘴7的上端通过中心轴13套接转子1，转子1的外缘与喷嘴7的内缘相接。不工作时，转子1位于喷嘴7内；工作时，转子1弹出喷嘴7外，通过转子1下表面的喷水槽1-1喷水。

转子1呈陀螺状，在转子1的下表面设有一个或多个喷水槽1-1，喷水槽1-1的中心线偏离转子1的轴线，与半径为的基圆相切，R为喷水槽的偏心距，如图8所示。

如图9所示，在一定的水压下，水流沿喷水槽1-1向外喷出时产生反冲力，对圆心形成一个反冲力矩Mf，其大小可按下式计算：

Mf＝F×R×N

式中，F为反冲力；R为喷水槽偏心距；N为喷水槽数，N≥1。

在反冲力矩Mf的作用下，转子1克服运动阻力矩产生旋转运动，从而使喷出的水流成为多股旋转射线。因为在阻力矩一定时，反冲力矩越大，转速越快，所以改变偏心距R的大小，可以改变反冲力矩的大小，进而控制转速快慢，以满足不同喷灌作业的需要。

转子1的上端设有空腔，在空腔的底部放置有支承片5，在支承片5的上方有弹簧座4。支承片5和弹簧座4的中心设有圆孔，圆孔与中心轴13的圆柱段13-1滑动配合。支承片5、弹簧座4和轴套2依次套接在中心轴13上。支承片5用减摩材料制成，以利于转子灵活起动。

如图4和5所示，轴套2中心为方孔，与中心轴13的方形轴段13-2配合。在轴套2下端的外圆周表面设有多个长槽2-1，在长槽2-1内填充有高粘度阻尼脂(不是粘性液体)，以限制转子1起动后的旋转速度。

在轴套2的下端面设有凹槽2-2，在凹槽2-2内套接有小弹簧3。小弹簧3的一端抵接在弹簧座4上，另一端抵接在凹槽2-2的顶部。打开水源，喷头转子1在水流推动下，克服小弹簧3压力从喷嘴7向外弹出。关闭水源，转子1在小弹簧3压力下缩回喷嘴7内。

如图1所示，在转子1和轴套2、转子1和中心轴13之间分别安装有O型密封圈24，用于防止水流进入转子内部后冲掉阻尼脂。

在喷嘴7的下端通过中心轴13套接有底座9，与喷嘴7及升高管10组成喷灌角度调节装置。如图7所示，底座9包括底板9-1和底板上方的圆桶形凸台9-2。在底板9-1的外边缘设有缺口b，与升高管10内壁上的凸起a固定联接。在圆桶形凸台9-2上设有一定角度的窗口9-3，同时在喷嘴7上也设有与凸台上窗口配合使用的窗口。由于喷嘴与底座可以相对转动，其组合窗口的角度可以变化，从而改变了喷出水流的分布角度，也就调节了喷头的喷灌角度。图10说明如何通过改变底座与喷嘴窗口的组合角度来调节喷灌角度的变化范围。

底座9的圆桶形凸台9-2是中空的，在中空的凸台9-2中设有下限位螺母14，通过下限位螺母14将底座9固定在中心轴13上。在下限位螺母14下方套接着射程调节装置。

如图4和5所示，射程调节装置包括固定在中心轴13下端的固定板11和活动板12。固定板11呈圆形，抵接在升高管10台阶孔上。固定板11通过中心的圆孔与中心轴13滑动连接。在固定板11上设有扇形通孔11-1，在固定板11的边缘设有缺口c，与升高管10台阶孔凸起a固定结合。活动板12呈扇形，与固定板11的扇形孔构成一个扇形通道。转动轴套时，通过中心轴带动活动板12左右摆动，改变了活动板12遮挡固定板11上的扇形孔的面积，从而调整了进入转子1的流量，也就调节了喷头射程。

射程调节装置也可以采用图6a所示的结构。射程调节装置包括升高管和用中心轴13螺纹传动的拱形螺母26。如图6b所示，拱形螺母26下部设有2个径向外延翼片。翼片端部设有缺口26-1，与升高管内壁上的导向凸筋10-1滑动配合。转动轴套时中心轴13随之旋转，而拱形螺母26只能沿中心轴13上下移动，这就改变了它与升高管10中心孔之间的开口大小，进而改变了进入喷嘴的流量，达到调整射程的目的。中心轴13下端切有槽口，装入开口挡圈27，限制拱形螺母26的移动范围，防止其脱落。

如图6a所示，拱形螺母26上部外侧装有O型密封圈24。中心轴13带动它上升到一定位置时，进入升高管中部孔壁10-2中并将其封闭，此时流量减少为零。受升高管内台阶阻挡，拱形螺母26停止上升。如此设计的目的，是为了在阀门失灵或出现其他异常情况时，可以拧动轴套2迅速将喷头关闭。图6a中画出了拱形螺母26上下移动的两个极限位置。

在升高管的底部连接有联接座22，联接座22与升高管10之间设有O型密封圈24，在联接座的内部制成圆锥管螺纹以便与外部水源的水管相接。

打开水源，水流从进水口进入升高管，经过过滤器、大流量单向阀，穿过射程调节装置和喷灌角度调节装置的窗口进入喷嘴，推动转子克服轴套内的小弹簧压力由喷嘴内向外弹出，并沿着转子喷水槽向外喷水。关闭水源，转子停止喷水，并在轴套内小弹簧压力作用下缩回喷嘴内部。

与美国专利产品MP Rotator相比，本发明不仅射程大大超过，射程调节能力大大提高，而且能单独地关闭喷头，扩大了喷头的使用范围；无论调节射程或喷灌角度均不需要专用工具，操作简单。而且可以直接安装在进水管上使用，不需要借助于地埋式洒水器或专用压力调节喷头体，安装方便，降低了旋转喷头的使用成本。

如果将喷水槽的仰角反向设计，可以制成“悬挂式反冲转子旋转喷头”，吊装在塑料大棚或果树小口径进水管上，对果树、花卉、盆景、草莓、蔬菜等农作物喷洒水、农药、生产剂。

如果使用较高的工作压力，适当减小转子的出水横截面，并加大喷水槽偏心距来提高转子的旋转速度，可以使喷射水流雾化，从而制成“反冲转子旋转喷雾头”，除能对农作物进行喷雾防冻作业外，还可以用于工厂、矿山、企业降温、调湿、净化空气等。

还可以改变反冲转子的设计参数，以不同股数、不同喷射半径、不同圆弧角度、不同仰角、不同旋转方向的射线喷水或喷雾，造成奇特的景观效果，从而制成“反冲转子旋转景观喷头”。

实施例2：

如图12和13所示，在升高管10的外侧套接有外壳17，在外壳17的上方通过螺纹连接有顶盖16。在顶盖16的中心设有通孔，便于升高管10弹出壳外。在顶盖16和外壳17相接处设有V型密封垫20，在密封垫20的下方设有弹簧衬圈19。升高管10的下端抵接在外壳17内部的台阶上。升高管10的下端凸沿带有缺口10-4，与外壳内侧导向凸筋17-1滑动配合(参见图14、15及16)。在外壳17的下端设有圆锥管螺纹，用来与外部水源的水管相接。在升高管10与外壳17之间设有大弹簧18，大弹簧18套接在升高管10的外侧，大弹簧18的一端抵接在升高管10下端的凸沿上，另一端抵接在弹簧衬圈19上。

将升高管组件连同大弹簧18、弹簧衬圈19和V型密封垫20一起插入外壳17中，用顶盖16压住密封垫20，并与外壳17拧紧。然后，再将转子组件套接在中心轴13上用螺母6并紧，便组合成为喷头整体。除外壳组件外，本结构的其余部分与实施例1大致相同。

打开水源时，水流推动过滤器带着升高管上升，克服外壳内大弹簧的压力，从外壳向上弹出。接着，进入喷嘴的水流克服轴套内小弹簧的压力，使转子自身由喷嘴内部向外弹出，并向外喷水。关闭水源时动作顺序相反，转子停止喷水，并缩回喷嘴内部，然后升高管再缩回外壳内部。

与美国专利产品PGP Roter相比，零件减少30％以上。不仅因喷头内部过水面积大，水头损失小，能获得较大的射程，而且可以采用多槽变仰角设计，显著提高喷灌均匀度。同时，调节能力大为增强。调节射程或喷灌角度十分方便，既不需要更换零件，也不需要专用工具。还可以在需要时单独关闭喷头。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。