喷灌喷头sprinkler

将压力水通过收缩流道和喷嘴，以较高的速度喷到空中，在空气阻力作用下，裂散成水滴，进行喷灌作业的器具，亦称喷洒器。它可以安装在固定的或移动的管路上，与泵站设施或井泵装置组成一完整的喷灌系统，也可与动力机、水泵、输水管路等组成各种类型的喷灌机。由于水流最终是由喷头喷洒到田地或作物上，所以它对整个喷灌系统的喷洒质量、工作的可靠性和经济性起着决定性的作用。
喷头的射程大小与水的压力高低直接相关。低压喷头工作压力为0.1～0.2兆帕，射程为5～14米，又称近射程喷头。特点是雾化好，水滴打击强度小，但喷洒范围小，多用于苗圃、温室、花卉和草坪喷灌。中压喷头工作压力为0.2～0.5兆帕，射程14～40米，又称中射程喷头。特点是喷灌强度适中，适用范围广，菜地、果园、经济作物和大田作物都可选用。高压喷头工作压力为0.5～0.8兆帕，射程在40米以上，又称远射程喷头。特点是射程远，喷洒范围大，但水滴打击强度亦大，多用于对喷洒质量要求不高的大田、草原等。喷头的结构型式很多，根据其喷洒特征可分为旋转式、固定式和喷洒孔管三类。
旋转式喷头 工作时绕其自身铅垂轴线旋转的喷头。由流道部分、旋转密封机构、驱动机构和换向机构等组成，可进行全圆或扇形喷洒。根据驱动机构的特点，旋转式喷头又可分为摇臂式、叶轮式和反作用式(包括垂直摇臂式、全射流式和机械限速式等)三种。
摇臂式喷头 由摇臂的撞击力获得驱动力矩的旋转式喷头(图1)。其驱动机构由摇臂、摇臂轴、弹簧座及摇臂弹簧等零件组成。工作时，压力水从喷嘴射出，部分水流冲击摇臂头部导水板，使之获得水流的反作用力，克服摇臂弹簧的扭力矩和其本身的摩擦阻力矩，向外摆动并快速脱离水流；摇臂脱离水流后，在惯性力矩的作用下继续外摆，摇臂弹簧随之逐渐被扭紧，摇臂摆动速度渐小，到摇臂的惯性力矩与摇臂弹簧扭力矩及摩擦力矩平衡时，摇臂停止摆动，并达到最大摆幅，被扭紧的摇臂弹簧积蓄了摇臂从水流获得的能量；此后，摇臂弹簧积蓄的能量做功，摇臂回摆，速度不断增加，并以一定的速度切入水流，入水时摇臂头部挡水板先受水，使部分水流改变方向，从而获得水流的反作用力，使摇臂在水流中加速，最后以较大的角速度撞击喷管或喷体，使喷头克服摩擦阻力矩转动一个角度后而停止。如此反复循环，使喷头作间歇转动进行全圆喷洒。如在喷头上加设限位装置和换向机构，使喷管在转动一定角度后换向转动，即可进行在规定的扇形范围内喷洒。这种喷头结构简单，应用较广。但在有风和安装不平的情况下，由于转速不匀而影响喷洒均匀度，在振动情况下运转不够正常。其弹簧件的结构形式和材质，对运转可靠性有较大的影响。

图1 摇臂式喷头

全射流喷头 借助水射流的反作用力获得驱动力矩后，再利用射流元件的“附壁效应”使射流喷出方向改变，从而使喷头换向的旋转式喷头。全射流喷头是中国首先研制的。其结构简单，无撞击，雾化较好。根据射流元件的工作原理又分为连续式和步进式两种。连续式的射流元件流道的中心线，设计成与喷管中心线成某一偏角α。喷头正转时，射流元件左右控制孔敞开，射流元件相互作用区内两侧压力相等，射流沿元件流道中心线方向喷出。射流反作用力的切向分力，驱动喷头连续向左（逆时针）转动[图2(a)]，反转时右控制孔在换向机构的作用下关闭，元件相互作用区内右壁处压力低，在压差作用下，射流向右弯曲并附于右壁射出，喷头则向右（顺时针）反转[图2(b)]。射流元件绕喷管轴线旋转一角度，即改变了切向力的大小，故可调整喷头转动的快慢。当射流元件处于某一位置和工作压力一定时，驱动喷头旋转的射流反作用力矩也是定值，因此在外界干扰（例如风力的变化等）较大时，转速不易稳定。

图2 连续式全射流喷头射流元件工作原理

步进式全射流喷头的射流元件流道中心线与喷管中心线重合。与连续式全射流喷头相比，具有运转平稳和射程远的优点。当左、右两控制孔都通大气时[图3(a)]，两侧压力平衡，射流直喷。此时有少量压力水经右控制孔进入容室，它充满水后，右控制孔被堵，因卷吸作用，右侧压力下降低于左侧，使射流附壁于右侧，而射流在出口处向左喷出[图3(b)]，射流反作用力矩使喷头向右回转。由于射流附壁右侧，卷吸作用继续抽低压力并将容室中的水抽出，使右控制孔又通大气，两侧压力恢复平衡[图3(c)]，射流恢复为直喷。如此循环往复，使喷头实现了步进动作，实行全圆步进喷洒。左控制孔与换向器相连，喷头正转时孔口与大气相通。当喷头需反转时，换向器堵塞左控制孔，使射流附壁于左侧，射流经出口向右喷射，射流侧向分力使喷头向左转动。当喷头恢复到原始位置时，换向器使左控制孔通大气，两侧压力恢复平衡，射流重又直喷，借此实现扇形喷洒。

图3 步进式全射流喷头射流元件工作原理

1.通换向器；2.左控制孔；3.互作用区；4.容室；5.右控制孔；6.卷吸孔；7.通容室水道

垂直摇臂式喷头 利用水流冲击垂直摇臂前端的导流器时产生的反作用力使喷头作间歇旋转运动。摇臂的回转靠其后端的配重。喷头转动一定角度后，靠轭架滚轮与限位器配合通过传动杆推拉喷嘴前方的反转臂，使其切入或离开喷嘴射流，迫使喷头迅速反转。这种喷头具有受力均衡，工作平稳可靠，射程较远，流量调节范围大等优点，但所需压力较高，结构较复杂。多用于绞盘式喷灌机。
叶轮式喷头 又称蜗轮蜗杆式喷头。是利用主喷管下方设置的副喷管射出的水流，冲击其前方的叶轮，使叶轮旋转。叶轮的旋转通过蜗杆传动机构又带动喷头连续转动，并通过换向机构实现扇形喷灌。这种喷头转速平稳，受风和振动的影响较小，但结构复杂，成本较高。
固定式喷头 亦称散水式喷头或喷嘴。喷洒时，其零部件无相对运动。根据其喷洒特征，可分为折射式、缝隙式和漫射式。折射式喷头，是使喷嘴射出的水流，射到散水锥上被击散成薄水层向四周折射。缝隙式喷头的水流则是通过缝隙形成薄水层射出，然后在空气阻力作用下裂散成小水滴降落。漫射式喷头喷出的薄水层，同时具有径向和切向速度。因此，很快裂散成细水滴而降落。这类喷头结构简单，运行可靠，工作压力低，雾化程度较高，但射程近，且喷头近处的喷灌强度比平均喷灌强度大得多。其材质有金属、塑料和金塑结合三种。用于苗圃、花卉、温室和草坪喷灌，也可用于大中型喷灌机。
喷洒孔管 由一根或几根直径较小的管子组成的简单喷洒装置。管子顶部分布一些小孔，根据喷水孔分布的形式，可分为单列孔管和多列孔管两种。喷洒时，压力水由小孔喷出，细小水流在空气阻力作用下，裂散成水滴降落。其特点是结构简单，制造容易，但喷灌强度大，水流易受风影响，小孔易堵，同时管内压力受地形起伏影响较大，只适用于十分平坦的土地。
随着喷灌技术的日益发展，喷头正朝着节约能源、提高喷洒质量和扩大用途的方向发展，并相继出现了脉冲式喷头、弥雾喷头等新型式。