全射流喷头综述

全射流喷头研究综述Array【摘要】与摇臂式喷头相比，全射流喷的水力性能更好、成本更加低廉。

因此对
全射流喷头的研究对节水灌溉技术的发展有重要意义。

我国从80年代起对全射流喷头进行投入研发，有成型的产品，但未能在生产中广泛推广。

现代的研究者为实现全射流喷头的生产化、实用化进行了更多的研究，并用多种软件对其进行模拟计算，这也是喷头研究的重要趋势。

【关键字】全射流喷头、发展现状、存在问题、研究趋势
0、引言：
在目前的生产实践中，喷灌中使用较多的喷头包括摇臂式喷头和全射流喷头，其中大多数为摇臂式喷头。

它虽然有很多优点，但也存在着不足之处。

摇臂式喷头由流道、旋转密封机构、驱动机构、换向机构等几部分组成。

由于它是靠摇臂敲打喷体获得驱动力矩，扇形喷洒喷灌的换向机构复杂，故障多，对工作寿命以及稳定性有一定影响。

全射流喷头是利用水流附壁原理来实现喷体的步进和反向转动功能的喷头。

在水力性能方面，由于在出口前工作区内就已经渗入大气，喷射出来的水流喷灌均匀度、雾化程度都明显好于其它型式的喷头。

在结构方面，与摇臂式喷头相比，运动部件少，无撞击部件；结构相对简单。

全射流喷头制造成本将比同型号的摇臂式喷头降低30％。

这在理论和实际试验中都得到了证明。

国外发展喷微灌的经验表明，喷头的普及与推广与农民购置能力有密切关系，我国的国情决定了农民很需要既节约水量又节约资金的喷灌设备。

因此对全射流喷头这种水力性能较好、价格又低廉的研究是很有必要的。

1、全射流喷头发展历史及现状：
1.1、喷头产品生产状况：
全射流喷头在1975年由水利部立项开发，中国科学院力学研究所为组长单位，江苏大学（原镇江农业机械学院）为副组长单位，进行系统的研究开发。

由于种种原因，后来的全射流喷头研究在全国分为三个课题组分别进行研究。

全射流喷头是我国独创的节能节水产品，20世纪80年代已完成该结构的初步研究。

最终得出几种不同形式的全射流喷头，具体种类结构如下[2]。

（1）由江苏大学研究开发的PSF型反馈式步进全射流喷头。

1984年PSF型反馈式步进全射流
喷头曾获机械工业部科技进步二等奖。

结构图如图一：
图一：PSF型反馈式步进全射流喷头[2]
（2）由江苏大学研究开发的PSBZ自控步进式全射流喷头。

喷头元件结构见图二：
图二：PSBZ自控步进式全射流喷头[2]
（3）由江苏大学研究开发的连续式全射流喷头，喷头元件结构见图三：
图三：连续式全射流喷头[2]
（4）由浙江省嵊县研究开发的PSH互控步进式全射流喷头，浙江省兰溪研究开发的PSZ自控步进式全射流喷头，喷头元件结构见图四。

图四：PSH互控步进式全射流喷头[2]
80年代初，各种结构形式的全射流得以生产并走向市场，特别是江苏大学研究开发的PSF 型反馈式步进全射流喷头、浙江嵊县研究开发的PSH互控步进式全射流喷头已形成一定的生产批量。

但由于对全射流喷头产品科学、系统的研究不够，产品结构在稳定性、加工性方面存在缺陷，又由于当时国家大环境、大气候的影响，没有深入研究下去，产品停止生产。

由于企业科研经费、技术水平的缺乏，至今该产品的研发和生产没有得到重新恢复，市场上没有全射流喷头产品。

1.2、理论及设计方法的研究
80年代，谢福琪等对PSF反馈式全射流喷头的工作原理进行了分析，杨诗通等对该喷头运行稳定性进行了研讨；于浙民等对PSZB自控式全射流喷头的工作原理、自控结构进行了分析，探讨了影响喷头运转频率的因素，对该喷头运行稳定性进行了分析；成都科技大学流控喷头研制组对LSP流控步进式射流喷头进行了研制；韩小杨等对PSH互控射流式喷头、双击同步式全射流喷头进行了研制；干浙民、谢福琪与黄志斌对射流元件的“超位差”、“拟负压切换”概念，以及对喷头运转的影响展开了讨论[7]。

综上所述，虽然已有几种结构形式的全射流在80年代得以生产并走向市场，但由于时间的短促，产品还处于试制、小批量生产阶段，还没有对产品进行深入的理论和试验研究。

射流喷头的理论研究仍处在简单的空气卷吸定性分析及负压切换的原理分析层面上，试验研究只是简单的产品结构尺寸的比较。

设计方法的研究更是空白。

在现代研究中，2005年，朱兴业，袁寿其等人又在实验过程中，对曾经采用过两种不同
的全射流喷头结构形式，一种是小孔节流式，另一种是间隙式进行了比较。

在比较试验的基础上，最后确定采用间隙式全射流喷头[1]。

并用MATLAB等软件对全射流喷头组合喷灌进行计算模拟[4]。

分析处理喷头水量分布数据以实现三维可视化编程的方法．研究表明，MATLAB语言可以方便可靠地将喷头径向水量分布数据转换为网格型数据。

求出不同组合间距系数下的全射流喷头组合均匀系数，实现计算结果可视化。

2008年，李红，杨炎财等[3]也对PXSB型双向步进式全射流喷头进行了原理研究及结构设计。

喷头的双向步进结构提高了喷头工作的稳定性和可靠性．滚动轴承装置和密封结构，优化了喷头的密封性能。

江苏大学与企业合作，已产业化生产出10PXH型塑料全射流喷头[8]。

通过试验提出了8个需要改进的方面，最主要要解决的8个方面是：修改空心轴与连接套配合的尺寸；两片四氟圈相互之间的配合，上片与连接套静配合，与空心轴动配合，下片与空心轴静配合；信号水取水孔、信号水流入孔和反向接嘴补气孔要适当小，起到节流与节气的作用，增大驱动力矩。

改进后可望能将科研知识转化成产业化产品。

2、现存问题：
目前现存的全射流喷头有PS连续转动式全射流喷头、PSBZ型水流自控步进式全射流喷头、PXH型互控式全射流喷头和PSI型自反馈式射流喷头双击同步式全射流喷头。

PS连续转动式全射流喷头由于连续步进导致喷头射程较小，同时无法满足实际应用的要求。

PSBZ型水流自控步进式全射流喷头、PXH型互控式全射流喷头、PSZ型自反馈式射流喷头和双击同步式全射流喷头元件体流道过于复杂，加工难度大，其控制孔道(管)直径很小，既不便加工，又易堵塞。

同时这些喷头对水质和工作环境要求都较高，对推广应用有很大的限制。

因此考虑如何实现由试验研制向真正的实际应用的转变，优化其结构尺寸，提高其工作的稳定性，降低其加工的复杂性，将成为全射流喷头由研制到应用的重要的一个环节。

到目前为止，全射流喷头仍然是我国独创的喷洒器，是具有我国发明专利的创新产品。

随着加工制造业的发展，先进的制造方法及加工工艺己得到广泛应用，全射流喷头的加工难问题将得到有效的解决。

因此对全射流喷头进行深入研究，克服其稳定性、加工性上存在的问题，发扬其射程远、雾化度高的优点，并将产品系列化、产业化，将具有很高的应用价值。

3、发展趋势：
由于全射流喷头的结构特点，全射流喷头具有结构简单，水力性能优秀的优点，且在不改变其它结构的情况下，可通过调整射流元件的安放角、导管长度等途径实现喷头射程、雾化等性能的改变，成为一种多功能喷头。

正好适应了目前喷头向多功能、节能方向的发展趋势[2]。

虽然全射流喷头还存在着射流元件加工难度大，控制孔不易加工，运行的可靠性、稳定性有待进一步深入研究和提高的缺点，但随着加工制造业的发展，先进的制造方法及加工工艺已得到广泛运用，全射流喷头的加工难问题将迎刃而解。

因此对全射流喷头进行射流附壁
理论、性能试验及可靠性试验等方面的深入研究，总结建立全射流喷头设计方法，克服其稳定性、加工性上存在的问题，发扬其射程远、雾化度高等水力性能上的优点，并将产品系列化、产业化，适应喷头产品的发展趋势。

在目前的科研方法和科研条件下，喷头的研究重点将由过去的试验、外特性和孤立研究向理论、内特性和系统化研究发展。

它将采用以下研究手段：①采用先进的测试方法和测试手段（PIV或PDPA）研究内特性，掌握其内部真实流动，提出喷头优化设计准则及计算模式；
②发展适合于喷头内部特性的流动理论，探求喷头内外湍流流动模式，形成以三维湍流数值模拟为核心的流场校核和预测的CAD系统；③应用理论分析结果，提出新的喷头设计方法，基于内特性的喷头设计优化设计计算系统，重点研究多目标、多约束的优化技术，全面提高喷头水力性能[2]。

全射流喷头的研究，将从喷头内特性研究出发，结合外特性研究，了解射流元件之间的相互尺寸关系，以及它们对喷头各项性能指标，可靠性、稳定性的影响，并提出全射流喷头优化设计方法[1]。

4、总结
全射流喷头结构简单、性能优良、成本低廉、水力性能优越，在国内外市场的应用、销售前景非常可观，具有很高的推广应用价值。

全射流喷头的研制成功，将改变我国节水设备“引进仿制、消化吸收”的面貌，真正拥有属于我国原创的新产品。

该产品的研究具有十分广阔的推广应用前景和显著的经济和社会效益。

5、参考文献
[1]朱兴业，袁寿其，全射流喷头的原理及实验研究，排灌机械第23卷第2期；
[2]李红，谢福祺，全射流喷头的研究现状及发展趋势，中国农村水利水电2004年第3期；
[3]李红，杨炎财，PXSB型双向步进式全射流喷头的原理及结构设计，排灌机械，第26卷第5期，2008年9月；
[4]袁寿其，朱兴业,基于MATLAB全射流喷头组合喷灌计算模拟, 排灌机械，第26卷第1期，2008年1月；
[5]李红，隙控式全射流喷头理论及试验研究；
[6]任志远, 隙控式全射流喷头理论及试验研究；
[7]李红，袁寿其，隙控式全射流喷头性能特点及与摇臂式喷头的比较研究，农业工程学报，第22卷第5期，2006年5月；
[8]朱兴业，袁寿其,全射流喷头产业化开发中的问题及其改进, 排灌机械，第24卷第6期，2006年12月；。