垂直搖臂式噴頭關(guān)鍵水力部件水力性能的影響.pdf

1、噴頭是實施噴灌的關(guān)鍵設(shè)備，噴頭的水力性能直接影響噴灌系統(tǒng)的質(zhì)量。目前，應(yīng)用最為廣泛和最具有代表性的中高壓噴頭為垂直搖臂式噴頭。但是垂直搖臂式噴頭結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，生產(chǎn)制造要求高，實踐應(yīng)用中產(chǎn)品主要從國外進口。穩(wěn)流器和導(dǎo)流器是垂直搖臂式噴頭的關(guān)鍵水力部件，其性能決定了噴頭的水力性能。本文深入研究穩(wěn)流器和導(dǎo)流器對噴頭水力性能的影響，為建立垂直搖臂式噴頭設(shè)計方法提供依據(jù)。本文主要研究內(nèi)容如下:
　　(1)采用正交試驗法與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法來

2、研究穩(wěn)流器形式、穩(wěn)流器的長度及穩(wěn)流器的安放位置等因素對噴頭流量和出口湍動能的影響，并尋找噴頭穩(wěn)流器的最佳結(jié)構(gòu)形式和參數(shù)。分析結(jié)果表明:對噴頭出口湍動能的影響大小依次為穩(wěn)流器形式、穩(wěn)流器長度和穩(wěn)流器安放位置;對噴頭流量的影響大小依次為穩(wěn)流器形式、安放位置和穩(wěn)流器長度。
　　(2)采用單因素試驗方法，根據(jù)試驗方案所確定的不同試驗參數(shù)值，利用快速成型加工導(dǎo)流器樣機進行試驗，逐個分析導(dǎo)流器葉片彎曲段寬度、葉片直線段寬度和葉片數(shù)的取值范圍等

3、對噴頭步進角度、搖臂頻率、噴灌變差系數(shù)和水量分布等性能的影響。試驗結(jié)果表明:噴頭步進角度和搖臂頻率分別與導(dǎo)流器葉片彎曲段寬度和工作壓力呈線性變化;增加葉片數(shù)和葉片彎曲段寬度有利于提高噴頭的噴灌變差系數(shù)。
　　(3)采用二次回歸正交組合試驗研究導(dǎo)流器的位置參數(shù)對噴頭的搖臂頻率、步進角度和噴灌均勻度的影響規(guī)律，并得到導(dǎo)流器的最優(yōu)位置參數(shù)，繼而通過實驗，驗證所得到最優(yōu)位置參數(shù)的正確性。研究結(jié)果表明:搖臂頻率隨著導(dǎo)流器與搖臂轉(zhuǎn)軸之間的距離

4、增大而減小，隨著導(dǎo)流器偏移射流中心的角度和導(dǎo)流器直葉片與射流中心線夾角增大而增大;噴頭的步進角度隨著三者的增大而減小。導(dǎo)流器位置參數(shù)優(yōu)化之后，噴頭近處的水量較優(yōu)化之前增加25％左右;隨著組合間距的增加，優(yōu)化之后的噴灌均勻度要大大高于優(yōu)化之前。
　　(4)采用單向流固耦合的方法，初步建立噴頭驅(qū)動力，即導(dǎo)流器從水射流中獲取驅(qū)動力的數(shù)值計算模型，從定常計算結(jié)果中獲取驅(qū)動力的大小，并通過試驗值驗證數(shù)值模擬結(jié)果的準確性。將定常計算結(jié)果加載到

5、導(dǎo)流器上，對導(dǎo)流器進行了靜力學(xué)分析和模態(tài)分析。研究結(jié)果表明:模擬所得導(dǎo)流器水平和垂直方向的驅(qū)動力要小于試驗測定值，最大誤差為15.98％。導(dǎo)流器的最大應(yīng)力為54.322MPa，小于材料的許用應(yīng)力，滿足設(shè)計要求。導(dǎo)流器的受力變形主要分布在葉片彎曲部分。導(dǎo)流器的前三階振形基本一致，最大振動位移都出現(xiàn)在導(dǎo)流器葉片彎曲部分的頂點處;第四階振動位移出現(xiàn)在第一組葉片中間部分;五階固有振動對導(dǎo)流器的影響與六階固有振動的影響相似，最大振動位移都出現(xiàn)在第