一种卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮及其调速方法

1.本发明属于水力机械技术领域，尤其涉及一种卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮及其调速方法。


背景技术：

2.卷盘式喷灌机是一种将牵引pe管缠绕在卷盘上，经动力系统、传动系统驱动卷盘回转，并牵引喷头车自行移动和喷洒的灌溉机械。卷盘式喷灌机机动灵活、维护方便、适合大中小不同地块规模，是我国重要的农业灌溉装备，也是近十年发展最快的喷灌机种类。国内外卷盘式喷灌机90%以上的动力系统都采用水动涡轮驱动，利用喷灌压力水冲击水动涡轮旋转，再经变速装置驱动卷盘回转、带动pe管回收，pe管回收层数变化时，回收速度会随着层数的增加而增加，无法保持在恒定回收速度运行，使喷洒不均匀，影响卷盘式喷灌机的灌溉均匀性，因而需要调速装置实时调节水动涡轮流量使回收速度保持恒定，保证整机性能。
3.本发明所解决的技术问题与水轮机不同，水轮机运行系统为无压，只需将进口能量尽可能多的转化，而本发明水动涡轮运行在有压系统下，既要满足能量转换要求，又要满足系统背压要求。
4.已有的水动涡轮叶片流道间有明显的旋流阻碍流动，出口处有明显的流道堵塞和较大冲击损失，较大的径向和轴向间隙有明显的间隙泄漏流，产生泄漏涡，均会造成水动涡轮的较大水力损失和偏低效率。已有的水动涡轮未安装调速装置，或安装有直列型调速器，调节精度较低、结构松散、费工费料。已有的水动涡轮进口处支流管路结构和传动系统结构复杂，既会产生较多能量损失，又费工费料。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明提供一种卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮及其调速方法，本发明通过设置带扇形调速器的一体式进出水前盖板结构，达到了提高水动涡轮调速精度，加工便捷的效果；通过设置s型长短叶片水动涡轮，达到了减少水力损失、提高效率、扩大高效区的效果；通过设置带后盖板的减速箱壳体，达到了省工省料，减少能耗，简化安装工序的效果。
6.注意，这些目的的记载并不妨碍其他目的的存在。可以从说明书、附图、权利要求书的记载中抽取上述目的以外的目的。
7.本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
8.一种卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，包括一体式的进出水前盖板结构、水动涡轮和减速箱壳体；所述进出水前盖板结构设有扇形调速器，扇形调速器与进出水前盖板结构的进水端连接；所述进出水前盖板结构内转动连接有水动涡轮，所述水动涡轮设有s型叶片；所述水动涡轮上连接有驱动轴，所述驱动轴连接在减速箱壳体上，所述进出水前盖板结构与减
速箱壳体密封连接。
9.上述方案中，所述进出水前盖板结构的进水端设有进水通道一和进水通道二，所述进出水前盖板结构的出水端设有出水通道，所述进水通道一和进水通道二位于所述水动涡轮切向位置，所述进水通道二连接有喷嘴，所述出水通道位于水动涡轮轴向位置。
10.进一步的，所述进水通道一连接有圆形内藏式调速板，所述圆形内藏式调速板包括圆板，圆板安装在转动轴上，转动轴的一端与扇形调速器连接，所述扇形调速器上端设有调速手柄，所述扇形调速器设有若干档位孔，所述档位孔用于连接档位控制螺母，所述档位控制螺母连接有调速拉杆，所述调速拉杆连接有连接杆，所述连接杆与拉紧弹簧一端连接，所述拉紧弹簧另一端用于连接在喷灌机机架上，所述调速拉杆连接有pe管层数感知横杆，所述pe管层数感知横杆用于压紧在卷盘最外层pe管上。
11.上述方案中，所述水动涡轮s型长短叶片水动涡轮，设有s型叶片和轮毂，s型叶片安装在轮毂上，所述s型叶片为s型长叶片、s型短叶片相间布置并沿圆周均匀分布的圆柱形叶片。
12.进一步的，所述s型长叶片和s型短叶片的叶片径向间隙小于水动涡轮直径的1.5%；所述s型叶片均为不等高，高度由叶片中心至叶片边缘不断减小，使轴向间隙保持均匀，且该间隙高度小于最大叶片高度的15%。
13.上述方案中，所述减速箱壳体设有后盖板。
14.进一步的，所述后盖板面中心区域为锥面，所述轮毂呈内凹锥面，其出口端连接子弹头型锁紧螺母；所述出水通道为变截面弯管出水通道，出水通道的直径由前端至末端先逐渐变大后保持不变。
15.上述方案中，所述s型叶片叶型呈“s”型，包括沿流向的前c型段和后c型段，前后c型凹面方向相反，前c型段与转轮旋向相同，后c型段与转轮旋向相反；s型长叶片和s型短叶片的叶型曲线在以出口点为原点，半径为x轴的直角坐标系下拟合后表达式分别为：长叶片：，短叶片：，其中，l1、l2分别为长叶片、短叶片叶型曲线在径向的投影长度。
16.上述方案中，所述扇形调速器的各档位孔大小一致，直径均为d，档位孔按n列错落分布，n≥2，每列档位孔间距均为d，从第1列至第n列的首个档位孔径向距离依次减小，即r
11
《r
21
《
…
《r
n1
，且第1列与第n列的首个档位孔径向距离相距d，即r
n1-r
11
=d，相邻两列首个档位孔相距d/(n-1)，即r
n-r
n-1
=d/(n-1)。
17.一种根据所述卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮的调速方法，包括如下步骤：1喷灌作业前，在扇形调速器上初选档位孔，用档位控制螺母锁定；2喷灌作业调试，测量当前回收速度，若与设定回收速度不一致，则拨动调速手柄
调节；3重复以上步骤，直至当前回收速度达到设定回收速度时，调速手柄转动幅度最小，则选用当前档位孔开始喷灌作业；4喷灌作业开始后，pe管层间变化时，若回收速度与设定速度不一致，则拨动调速手柄进一步调节，使pe管回收速度稳定在设定速度值。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：1、本发明通过设置s型长短叶片，明显减少叶片流道水力损失，在相邻s型长叶片流道间布置s型短叶片，改善内部流动，其中s型短叶片主要起分流作用，起到增大流道过流能力、提高效率、扩大高效区的作用。
19.2、本发明通过设置在水动涡轮出口区域的内凹锥面轮毂、子弹头型锁紧螺母，并配合变截面弯管出水通道，能明显减少出口流动损失，提高效率。
20.3、本发明通过设置圆形内藏式调速板，调节方便迅捷，阻力损失小，流体通过时压降低，可高频率使用，结构紧凑，加工过程省工省料。
21.4、本发明通过设置扇形调速器，使结构紧凑，加工过程省工省料。
22.5、本发明通过设置按列交错布置的档位孔，使调节范围更广，调节精度更高，提高喷灌均匀性。
23.6、本发明通过设置一体式的进出水前盖板结构，省工省料，减少了能耗，提升了效率。
24.7、本发明通过设置带后盖板的减速箱壳体结构，简化了安装工序，省工省料。注意，这些效果的记载不妨碍其他效果的存在。可以从说明书、附图、权利要求书等的记载显而易见地看出并抽出上述以外的效果。
附图说明
25.图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明与卷盘连接部分的结构示意图；图3为本发明扇形调速器及其连接结构示意图；图4为本发明档位孔及相互位置示意图；图5为已有c型叶片叶轮中截面压力梯度；图6为本发明s型长短叶片叶轮中截面压力梯度；图7为已有c型叶片小流量工况下叶轮中截面流线分布；图8为本发明s型长短叶片小流量工况下叶轮中截面流线分布；图9为已有c型叶片额定工况下叶轮中截面流线分布；图10为本发明s型长短叶片额定工况下叶轮中截面流线分布；图11为已有c型叶片大流量工况下叶轮中截面流线分布；图12为本发明s型长短叶片大流量工况下叶轮中截面流线分布；图13为已有c型叶片额定工况下叶轮出口面周向速度分布；图14为本发明s型长短叶片额定工况下叶轮出口面周向速度分布；图15为本发明的s型长短叶片水动涡轮示意图；图16为本发明的s型长短叶片水动涡轮剖面图。
26.图中：1、进出水前盖板结构；11、进水通道一；12、进水通道二；13、喷嘴；14、出水通道；15、圆形内藏式调速板；16、扇形调速器；17、档位孔；18、档位控制螺母；19、调速手柄；110、调速拉杆；111、连接杆；112、拉紧弹簧；113、pe管层数感知横杆；2、水动涡轮；21、子弹头型锁紧螺母；22、s型叶片；23、轮毂；3、减速箱壳体；31、驱动轴。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.图1所述为本发明所述卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮的一种最佳实施方式，所述卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮包括一体式的进出水前盖板结构1、水动涡轮2和减速箱壳体3；所述进出水前盖板结构1设有扇形调速器16，扇形调速器16与进出水前盖板结构1的进水端连接；所述进出水前盖板结构1内转动连接有水动涡轮2，所述水动涡轮2设有s型叶片22；所述水动涡轮2上连接有驱动轴31，所述驱动轴31连接在减速箱壳体3上，所述进出水前盖板结构1与减速箱壳体3密封连接。
31.所述进出水前盖板结构1的进水端设有进水通道一11和进水通道二12，所述进出水前盖板结构1的出水端设有出水通道14，所述进水通道一11和进水通道二12位于所述水动涡轮1切向位置，所述进水通道二12连接有喷嘴13，所述变截面弯管出水通道14位于水动涡轮1轴向位置。
32.变截面弯管出水通道14的直径由前端至末端先逐渐变大后保持不变。
33.所述减速箱壳体3设有后盖板，带后盖板的减速箱壳体3的后盖板面中心为锥面。
34.参照图1，压力水由供水管路流入水动涡轮2进水通道，一部分流入进水通道一11，另一部分流入进水通道二12，由进水通道二12流入的压力水经喷嘴进入水动涡轮室，冲击s型叶片22，驱动水动涡轮2旋转，水动涡轮2位于涡轮室内，涡轮室由一体式的进出水前盖板结构1、带后盖板的减速箱壳体3结构密封合成，水动涡轮2通过驱动轴31连接减速箱输出动力，继而驱动卷盘式喷灌机卷盘旋转回收pe管。由进水通道一11和进水通道二12流入的压
力水最后都汇入变截面弯管出水通道14，流经pe管，再由pe管终端的喷头车喷出进行作物灌溉。
35.参照图1，一体式的进出水前盖板结构1，减少了进口部分的过流部件数量，降低了流经过流部件可能产生的水力损失，最大限度提高了水动涡轮2的水力性能。带后盖板的减速箱壳体3，减了少水动涡轮2与减速箱的安装工序，使结构紧凑，加工过程省工省料。带后盖板的减速箱壳体3后盖板面中心区域的锥面，能更好地与转轮轮毂23型线配合，使涡轮室内转轮背面的死水区尽量减小，降低水力损失，提高水涡轮效率。
36.参照图1，变截面弯管出水通道14用于回收转轮出口水流的部分动能，其直径由前端至末端先逐渐变大后保持不变，前部直径逐渐变大的直锥段相比已有的圆柱形尾水管的动能回收能力更强，更有利于恢复压力、减小转轮出口动能损失，并进一步利用水流能量。由于直锥形出口断面的扩散作用，转轮出口的流速降低，设出口速度由直锥段起始的v2降低到直锥段末端的v5，则多利用了部分的能量，转轮出口的动能损失也由减小到。
37.根据本发明的一个实施方式，优选的，所述进水通道一11连接有圆形内藏式调速板15所述圆形内藏式调速板15包括圆板，圆板安装在转动轴上，转动轴的一端与扇形调速器16连接，扇形调速器16上端设有调速手柄19，扇形调速器16设有若干档位孔17，档位孔17连接有档位控制螺母18，档位控制螺母18连接有调速拉杆110，调速拉杆110连接有连接杆111，连接杆111连接有拉紧弹簧112一端，拉紧弹簧112另一端用于连接在喷灌机机架上，调速拉杆110连接有pe管层数感知横杆113，pe管层数感知横杆113用于压紧在卷盘最外层pe管上。
38.参照图2和图3，卷盘式喷灌机喷灌作业时，pe管不断回收，盘绕层数增加，则pe管的盘绕半径r增大，回收速度v(v=ωr)随之增大，增大的回收速度会使经过地块的喷洒水量减少，影响喷灌均匀性，使灌溉质量下降。因此，需要降低pe管回收速度并使其稳定在设定值，以提高喷灌均匀性。要降低回收速度就需要降低卷盘转速，卷盘又由水动涡轮驱动，即需要通过降低水动涡轮转速来降低回收速度，pe管逐渐回收至盘绕层数增加时，推动pe管层数感知横杆113抬高，pe管层数感知横杆113拉动与其偏心连接的调速拉杆110，调速拉杆110带动扇形调速器16转动，内圆形内藏式调速板15固定连接在扇形调速器16圆心处，即可带动圆形内藏式调速板15转动。
39.参照图1、图2和图3，圆形内藏式调速板15转动即可进行水动涡轮调速，圆形内藏式调速板15在进水通道二12内转动，控制通过进水通道二12的流量，当圆形内藏式调速板15与进水通道二12的进口面平行时，进水通道二12关闭，液流无法流入，当圆形内藏式调速板15与进水通道二12的进口面垂直时，进水通道二12开度最大，可以最大限度流入。进水通道的总进水量进水通道一11进水量+进水通道二12进水量是一定的，控制进水通道二12的流量，就可以间接控制通过通道一11的流量，即控制通过水动涡轮2的流量，而通过水动涡轮2的流量又与水动涡轮2的转速成正比，继而可以达到控制水动涡轮2转速的目的。圆形内藏式调速板15带涂层，或带有软弹性密封件。扇形调速器16、档位孔17、档位控制螺母18、调速手柄19用于卷盘式喷灌机喷灌作业时pe管回收速度的初始调节和pe管层间变化时回收速度的进一步调节，最终都是通过调节圆形内藏式调速板15的转动幅度控制水动涡轮转速。扇形调速器16的档位孔17错开按不同列分布，增加了档位孔17分布密度，减小了相邻档
位间的差距，增加了调速精度。
40.参照图3和图4，扇形调速器16的各档位孔17大小一致，直径均为d，档位孔按n（n≥2）列错落分布，每列档位孔17间距均为d，从第1列至第n列的首个档位孔17径向距离依次减小（即r
11
《r
21
《
…
《r
n1
），且第1列与第n列的首个档位孔17径向距离相距d（即r
n1-r
11
=d），则相邻两列首个档位孔17相距d/(n-1)（即r
n-1
－rn=d/(n－1)）。调速拉杆110带动扇形调速器16转动时，档位控制螺母18移动的距离l一定，扇形调速器16随着档位控制螺母18所在档位孔17的不同转动不同的角度θ，根据θ=2arcsin(l/2r) (0
°
≤θ≤90
°
)可推断，档位孔17所在径向半径r越大，扇形调速器16转动的角度θ越小，圆形内藏式调速板15转动的幅度越小，流量变化越小，水动涡轮转速变化越小，调速精度也就越高。因此，扇形调速器16上第1列第一个档位孔17为最小幅流量调节档，第n列最后一个档位孔17为最大幅流量调节档。
41.参照图4，扇形调速器16的档位孔17错开分n列，档位孔17中心间的径向最小距离均≤d，而已有的直列型调速器的档位孔只有1列，档位孔中心间的径向最小距离需均＞d。调速时，当调速拉杆110拉动档位孔17内的档位控制螺母18移动相同距离，扇形调速器16相比于直列型调速器能控制圆形内藏式调速板15转过更小的幅度，增加了调速精度，也更节省空间。在本发明的一个实施方式中，扇形调速器16的档位孔17错开分2列n= 2，每列有5行，第1列与第2列的首个档位孔径向距离为d，档位孔17中心间的径向距离为d。
42.调节档位控制螺母18的档位孔17位置，档位孔17对应不同机型的卷盘式喷灌机，一个档位对应一个传动比，会产生不同的调速拉杆110位移，对应不同的扇形调速器16转动幅度，得到不同的圆形内藏式调速板15位置，当某一档位下调速手柄19转动最小幅度就能达到设定速度时，当前档位孔17则为该机型的初调档位孔17。pe管回收至层间变化时，回收速度也会与设定速度产生误差，当pe管回收速度过大时，需要进一步拨动调速手柄19将圆形内藏式调速板15开度增大，增大流入进水通道一11的流量，即减少流入进水通道二12的流量，降低水动涡轮转速，使pe管回收速度降低。反之，当pe管回收速度过小时，也需要进一步拨动调速手柄19将圆形内藏式调速板15开度减小，降低流入进水通道一11的流量，即增大流入进水通道二12的流量，提高水动涡轮转速，使pe管回收速度增加。通过两种调节的配合，实现水动涡轮转速可调，以保证pe管回收速度稳定在设定速度。
43.根据本发明的一个实施方式，优选的，所述水动涡轮2s型长短叶片水动涡轮，包括子弹头型锁紧螺母21、s型叶片22、轮毂23，水动涡轮2与带后盖板的减速箱壳体3由驱动轴31固定连接，s型叶片22安装在轮毂23上，所述s型叶片22为s型长叶片、s型短叶片相间布置并沿圆周均匀分布的圆柱形叶片。且所述s型长叶片和s型短叶片的叶片径向间隙小于水动涡轮直径的1.5%，减少喷嘴射流能量损失，降低径向间隙泄漏流量，减少泄漏流进入叶片流道形成的回流区，降低径向间隙泄漏流造成的流动损失。轮毂23呈内凹锥面，顶端固定连接子弹头型锁紧螺母21。s型叶片22均为不等高，高度由叶片中心至叶片边缘不断减小，使轴向间隙保持均匀，且该间隙高度小于最大叶片高度的15%，减少流体在叶轮内流动时跨过叶片工作面流背面的泄漏流量，减小轴向间隙泄漏流在叶片的背面形成的漩涡聚集区以减轻对主流的干扰，降低轴向间隙泄漏流造成的流动损失。s型长短叶片22叶型呈“s”型，沿液流流动方向包括前c型段和后c型段，前后c型段凹面方向相反，前c型段与转轮旋向相同，后c型段与转轮旋向相反。短叶片长度不小于0.4倍叶轮直径。s型长短叶片的叶型曲线在以出口点为原点，半径为x轴的直角坐标系下拟合后表达式分别为：
长叶片：，短叶片：，其中l1、l2分别为长、短叶片叶型曲线在径向的投影长度。
44.水动涡轮2工作时，喷嘴冲击水动涡轮2的某一叶片，该叶片成为这一瞬时的主做功叶片，该叶片与前一叶片所形成的流道为主做功流道，主做功叶片利用喷嘴射流的冲击动能在叶片上形成力矩，其余叶片利用液流压能和动能产生的反作用力，形成力矩。若主做功流道入口大小刚好覆盖喷嘴射流，则能将喷嘴出口的能量尽可能利用，已有的转轮叶片数量略少，流道入口大于喷嘴射流面积，且叶片外缘的径向间隙过大，使得喷嘴冲击叶片时，一部分液流在主做功流道形成旋涡绕流，一部分液流从间隙泄漏流入下一流道，这些都会造成显著的水力损失。在本发明的一个实施方式中，水动涡轮2的叶片数设为14，大于已有的水动涡轮叶片数12，并将叶型设为s型。将叶片数增加后，不仅使流道入口大小刚好匹配喷嘴射流面积，还使叶片做功次数增加，提高了水动涡轮2的轴功率，但增加的叶片数会使叶片出口堵塞，继而将叶片转换为长短叶片，长叶片数为7，短叶片数为7。不同叶型的叶片会形成不同弯曲程度的流道，使流道间压力水随弯曲方向不断改变流动方向和流速大小，并对叶片有反作用力，产生反作用力矩，而s型可以适当增加流道长度，减小流道扩散度以减小局部阻力损失。s型叶片相比已有的c型叶片，流道较长，断面变化较小，因而流道的扩散度较小，速度梯度较小，液流通过时的局部损失也较小。
45.参照图5和图6，s型叶片22相比已有的c型叶片，流道间流动明显改善，流道内速度梯度明显减小。额定流量1.0q工况下如图9和图10所示，s型叶片22主做功叶片的外缘由于缩小的流道进口和径向间隙，未出现明显的旋涡扰动，其余非主做功流道流线也基本符合理想情况，各有一与转轮旋转方向相反的规则轴向涡流，而c型叶片的其余流道均出现两个及以上旋向杂乱的轴向或径向不规则涡流，且在叶片低压面产生回流旋涡，在叶缘间隙产生泄漏涡，这些现象必然要伴随较大的能量损失，使效率降低。小流量0.8q工况（结合图7、图8所示）和大流量1.2q工况（结合图11、图12所示）下，s型叶片22流道内流动情况与额定工况基本相同，并未出现明显的水力损失，说明0.8q至1.2q工况均为其高效运行区域。而c型叶片小流量0.8q工况下，主做功流道出现明显脱流旋涡，其余流道均与额定工况类似，流动较为紊乱，大流量1.2q工况下，其余流道流动仍较为紊乱，且叶片低压面明显产生更多的回流旋涡。
46.参照图15和图16，s型叶片22包括沿流向的前c型段和后c型段，前后c型凹面方向相反，前c型段与转轮旋向相同，以利于收集喷嘴射流的动能；后c型段与前c型段斜率相反，与转轮旋向相反，以利于增加流道长度，使转轮进出口速度矩变化充分，增加水流对转轮的作用力矩，并对叶道间流体起导流作用，减少了低压面回流和叶道涡，使液流能量得到充分利用，提高水涡轮效率。在本发明的一个实施方式中，短叶片长度不小于0.4倍叶轮直径，这
样既不会因为叶片过短使速度矩变化不充分，又不会因为叶片过长而堵塞出口流道。
47.参照图15和图16，出水通道位于转轮出口后平行于转轮的另一径向平面，转轮内液流均处于转轮所在径向平面内流动，已有的叶轮型式在液流从叶轮出口流入出水通道会产生较大的撞击损失，设置子弹头型锁紧螺母21和内凹的锥面轮毂23，并将两者型线相切平滑连接，以抬高转轮出口平面，使其尽量实现法向出流，即使液流离开转轮时沿出水通道轴线方向流出而无旋转运动，减小转轮出口区域的撞击损失，也减少出水通道中的涡流现象。
48.参照图13和图14，s型长短叶片相比已有的c型叶片，在转轮出口截面（即出水通道进口截面）的周向速度极值、周向速度梯度、较大周向速度分布范围都明显减小。
49.卷盘式喷灌机的机型不同，pe管规格就不同，回收速度范围也不同。喷灌作业时，需要通过初调选用合适的档位孔，pe管层间变化产生速度误差时，需用调速手柄进一步调节。pe管回收速度可采用秒表、卷尺人工测量，或专用线速度仪表测量。
50.一种卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮的调速方法包括如下步骤：1）喷灌作业前，在扇形调速器16上初选档位孔17，用档位控制螺母18锁定；2）喷灌作业调试，测量当前回收速度，若与设定回收速度不一致，则拨动调速手柄19调节；3）重复以上步骤，直至当前回收速度达到设定回收速度时，调速手柄19转动幅度最小，则选用当前档位孔17开始喷灌作业；4）喷灌作业开始后，pe管层间变化时，若回收速度与设定速度不一致，则拨动调速手柄19进一步调节，使pe管回收速度稳定在设定速度值。
51.应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
52.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，其特征在于，包括一体式的进出水前盖板结构（1）、水动涡轮（2）和减速箱壳体（3）；所述进出水前盖板结构（1）设有扇形调速器（16），扇形调速器（16）与进出水前盖板结构（1）的进水端连接；所述进出水前盖板结构（1）内转动连接有水动涡轮（2），所述水动涡轮（2）设有s型叶片（22）；所述水动涡轮（2）上连接有驱动轴（31），所述驱动轴（31）连接在减速箱壳体（3）上，所述进出水前盖板结构（1）与减速箱壳体（3）密封连接。2.根据权利要求1所述的卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，其特征在于，所述进出水前盖板结构（1）的进水端设有进水通道一（11）和进水通道二（12），所述进出水前盖板结构（1）的出水端设有出水通道（14），所述进水通道一（11）和进水通道二（12）位于所述水动涡轮（1）切向位置，所述进水通道二（12）连接有喷嘴（13），所述出水通道（14）位于水动涡轮（1）轴向位置。3.根据权利要求2所述的卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，其特征在于，所述进水通道一（11）连接有圆形内藏式调速板（15），所述圆形内藏式调速板（15）包括圆板，圆板安装在转动轴上，转动轴的一端与扇形调速器（16）连接，所述扇形调速器（16）上端设有调速手柄（19），所述扇形调速器（16）设有若干档位孔（17），所述档位孔（17）用于连接档位控制螺母（18），所述档位控制螺母（18）连接有调速拉杆（110），所述调速拉杆（110）连接有连接杆（111），所述连接杆（111）与拉紧弹簧（112）一端连接，所述拉紧弹簧（112）另一端用于连接在喷灌机机架上，所述调速拉杆（110）连接有pe管层数感知横杆（113），所述pe管层数感知横杆（113）用于压紧在卷盘最外层pe管上。4.根据权利要求1所述的卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，其特征在于，所述水动涡轮（2）为s型长短叶片水动涡轮，设有s型叶片（22）和轮毂（23），s型叶片（22）安装在轮毂（23）上，所述s型叶片（22）为s型长叶片、s型短叶片相间布置并沿圆周均匀分布的圆柱形叶片。5.根据权利要求4所述的卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，其特征在于，所述s型长叶片和s型短叶片的叶片径向间隙小于水动涡轮直径的1.5%；所述s型叶片（22）均为不等高，高度由叶片中心至叶片边缘不断减小，使轴向间隙保持均匀，且该间隙高度小于最大叶片高度的15%。6.根据权利要求4所述的卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，其特征在于，所述减速箱壳体（3）设有后盖板。7.根据权利要求6所述的卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，其特征在于，所述后盖板面中心区域为锥面，所述轮毂（23）呈内凹锥面，其出口端连接子弹头型锁紧螺母（21）；所述出水通道（14）为变截面弯管出水通道，出水通道（14）的直径由前端至末端先逐渐变大后保持不变。8.根据权利要求4所述的卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，其特征在于，所述s型叶片（22）叶型呈“s”型，包括沿流向的前c型段和后c型段，前后c型凹面方向相反，前c型段与转轮旋向相同，后c型段与转轮旋向相反；s型长叶片和s型短叶片的叶型曲线在以出口点为原点，半径为x轴的直角坐标系下拟合后表达式分别为：
长叶片：，短叶片：，其中，l1、l2分别为长叶片、短叶片叶型曲线在径向的投影长度。9.根据权利要求4所述的卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮，其特征在于，所述扇形调速器（16）的各档位孔（17）大小一致，直径均为d，档位孔（17）按n列错落分布，n≥2，每列档位孔（17）间距均为d，从第1列至第n列的首个档位孔（17）径向距离依次减小，即r
11
<r
21
<
…
<r
n1
，且第1列与第n列的首个档位孔（17）径向距离相距d，即r
n1-r
11
=d，相邻两列首个档位孔（17）相距d/(n-1)，即r
n-r
n-1
=d/(n-1)。10.一种根据权利要求1-9任意一项所述卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮的调速方法，其特征在于，包括如下步骤：1）喷灌作业前，在扇形调速器（16）上初选档位孔（17），用档位控制螺母（18）锁定；2）喷灌作业调试，测量当前回收速度，若与设定回收速度不一致，则拨动调速手柄（19）调节；3）重复以上步骤，直至当前回收速度达到设定回收速度时，调速手柄（19）转动幅度最小，则选用当前档位孔（17）开始喷灌作业；4）喷灌作业开始后，pe管层间变化时，若回收速度与设定速度不一致，则拨动调速手柄（19）进一步调节，使pe管回收速度稳定在设定速度值。

技术总结
本发明提供一种卷盘式喷灌机一体化可调速水动涡轮及其调速方法，包括一体式的进出水前盖板结构、水动涡轮和减速箱壳体；进出水前盖板结构设有扇形调速器，扇形调速器与进出水前盖板结构的进水端连接；进出水前盖板结构内转动连接有水动涡轮，水动涡轮设有S型叶片；水动涡轮上连接有驱动轴，驱动轴连接在减速箱壳体上，进出水前盖板结构与减速箱壳体密封连接。本发明通过设置带扇形调速器的一体式进出水前盖板结构，达到了提高水动涡轮调速精度，加工便捷的效果；通过设置S型长短叶片水动涡轮，达到了减少水力损失、提高效率、扩大高效区的效果；通过设置带后盖板的减速箱壳体，达到了省工省料，减少能耗，简化安装工序的效果。简化安装工序的效果。简化安装工序的效果。


技术研发人员：汤玲迪 袁寿其 汤跃
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/6/7