一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法，由多个喷灌单元组合而成，单个灌溉单元包括喷头、连接杆和支座三大部分，安装时相邻灌溉单元根据其最小射流半径布设于凹凸坡面上。该喷灌系统以纯水力驱动的全自动化灌溉模式在凹凸坡面运营，消除了凹凸坡面现有喷灌系统所遗漏的灌溉死角，达到了凹凸坡面灌溉覆盖率100%的效果。同时，本灌溉系统的喷头高度可调，且喷水嘴出水射流角度根据凹凸坡面的凸起、凹陷程度灵活多变，因此适应凹凸坡面的多种工况，推广实用性强。

【技术实现步骤摘要】
一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法
本专利技术属于节水灌溉
，具体涉及一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法。
技术介绍
我国是一个多山的国家，遍地开花的基础建设必然开挖出随处可见的赤裸边坡。由于山体地形、工程成本及技术水平等因素的影响，所开挖的坡面多凹凸不平。水分是植物生长必备元素之一，自然降雨不足情况下可采用坡面喷灌的方式补充植物生长用水需求，喷头的设计与安装常依据喷洒半径等间距排列，且其出露坡面高度固定不变。如此布设喷灌系统，当坡面凹凸起伏较大时，喷灌射流将因凸起面的阻挡而无法覆盖所有凹下面，进而遗漏出一定范围的灌溉死角（见图1所示），此范围内的植物生长便因缺水而严重受限。在边坡植被修复工作中，为消除框格梁凹凸坡面的灌溉死角，专利“一种提高框格梁边坡灌溉覆盖率的喷灌系统及其使用方法”（申请号：2020105799887）基于电磁继电器的通断电驱动系统对框格梁凹凸坡面进行全覆盖灌溉。但是，该喷灌系统运营的前提是电力驱动，然则绝大多数野外边坡并不具备长久、持续供电条件，因此现场实践尚存在较大的局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统及其使用方法，此系统以水力驱动系统自动运营，实现凹凸坡面灌溉的全覆盖。为了实现上述的技术特征，本专利技术的目的是这样实现的：一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，它由多个喷灌单元组合而成，安装时相邻喷灌单元根据其最小射流半径等间距排列；单个喷灌单元由喷头、连接杆和支座构成，连接杆连接喷头和支座。所述喷头包括腹板、翼缘、上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴；喷头的整个剖切面呈H型，内部为中空结构，输水管道弯曲处采用圆弧结构，其沿中轴线呈对称结构；所述腹板两端与翼缘长边内侧的正中位置固定连接，腹板长边一侧的正中位置预留卡孔，翼缘的外侧通过万向球头铰接均布安装有上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴；单侧翼缘至少配备三个喷水嘴，且上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴的出水角度由坡面凹凸状况现场调整确定；所述支座包括立柱、导流槽、环圈、支撑轴、摇臂、竖向弹簧和横向弹簧；所述立柱横截面呈圆筒状，立柱上部的直径小于立柱下部的直径，且立柱下部的直径与连接杆直径相等；立柱上部内套于连接杆，两者中心线重合，具备相对旋转与滑移的自由；立柱下部安插于边坡岩土中以固定整个喷灌单元，尾端预留外接灌溉水的接口；所述立柱上部外壁的高度方向自上而下沿圆周分别均布12个下梯形凸块和12个卡槽，相邻下梯形凸块和卡槽间错开15°的相位角；所述环圈将喷头与连接杆环绕于其中，底端开口处分别对称刚接于立柱下部两侧的外壁，顶端正中位置内侧预留卡孔，该卡孔与腹板长边一侧预留的卡孔间活接竖向弹簧，喷头、环圈和竖向弹簧三者间具备相对旋转的自由度。所述导流槽横截面呈U形，顶部弯向连接杆，侧部与立柱上部固定相连，水平方向尺寸宽于立柱上部的横截面尺寸，底部固定于立柱下部的相应位置，并在此位置设置有导流口，以供被摇臂切割的灌溉水顺着导流槽流回立柱内。所述支撑轴刚接在环圈下部内侧，其与立柱和环圈边侧的间距为2:1，高度应确保任何状态均不与翼缘发生相互碰撞；所述摇臂的摇臂尾部的1/3位置处预留圆孔，支撑轴顶端插入该圆孔后采用顶帽限位，摇臂与支撑轴间具备相对旋转的自由度，摇臂尾部与环圈边侧间采用横向弹簧连接，摇臂头部设计有一定的水平角，水平角根据具体情况设计。所述支座的立柱下部内嵌柔性输水管，以保证形成滑顺的输水通道，并保证灌溉水从立柱尾部的接口进入灌溉单元，依次流经立柱、连接杆、腹板及翼缘，最终由上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴以射流方式喷洒于凹凸坡面。所述下梯形凸块和卡槽与上梯形凸块相互匹配，所述上梯形凸块设置于连接杆的内壁上，以组成旋转与滑移导向结构。所述喷头、连接杆与支座发生相对旋转运动；水压及竖向弹簧伸缩作用下，喷头、连接杆与支座发生相对滑移运动；横向弹簧伸缩作用下，摇臂与支撑轴发生相对旋转运动。用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统的使用方法：步骤一：将灌溉水由接口引入立柱，而后流入连接杆和喷头，通过圆弧形输水管道最终由上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴喷出；步骤二：喷出过程中通过摇臂绕支撑轴的水平摆动控制连接杆的升降和旋转，具体过程为：自然状态下，立柱上部内套于连接杆的内部，连接杆内壁上的梯形凸块位于立柱上部外壁的卡槽中，竖向弹簧处于自然伸长状态；当灌溉水以某一流速流入接口后，灌溉水沿立柱上部和连接杆向上输送，连接杆受灌溉水竖直向上的压力作用，沿竖直方向向上滑移，喷头随之亦向上移动，连接杆内壁的上梯形凸块由卡槽的位置开始上滑，顺着立柱上部外壁的下梯形凸块竖直向上滑动，此时竖向弹簧处于收缩状态；恒定的水压可使喷头和连接杆短时间内保持静止，连接杆与立柱上部之间产生小距离的悬空，此时，受横向弹簧的弹力作用往复摆动的摇臂可短暂地切割水流，而后摇臂受灌溉水水平分力的作用弹开，在摇臂切割水流的瞬间，处于压缩状态的竖向弹簧受回弹作用使喷头和连接杆向下滑动，通过上梯形凸块和下梯形凸块的导向滑动作用，使连接杆的上梯形凸块滑入立柱上部的卡槽中，从而使立柱上部内套于连接杆的内部；被灌溉水水平分力弹开的摇臂绕支撑轴摆动，将固接在摇臂尾部的横向弹簧拉长，此时横向弹簧产生收缩的弹力，使得摇臂再次切割灌溉水；通过重复上述步骤，可使喷头与连接杆持续进行逆时针方向的旋转灌溉；步骤三：在摇臂切割水流的过程中，被切割的水流顺着导流槽进入导流口，回流至立柱内，与柔性输水管引出的灌溉水一同向上流入连接杆、腹板、翼缘和喷水嘴，保证水源的高效利用；步骤四：相邻灌溉单元根据其最小射流半径安装于凹凸坡面上，竖向弹簧收缩、回弹1次，可完成逆时针30°的旋转灌溉，每6次收缩、回弹，即可完成一个整圆周的灌溉工作；竖向弹簧以上述收缩、回弹的方式调节喷头高度，并由此改变灌溉水射流半径，从而增大灌溉覆盖区域；步骤五：根据凹凸坡面凸起高度和下凹深度，现场调试喷头腿部上喷水嘴、中喷水嘴和下喷水嘴出水射流角度的最佳组合方式，再联合水力驱动的全自动化工作模式，共同消除灌溉死角，达到凹凸坡面灌溉100%覆盖。本专利技术有如下有益效果：1、通过采用本专利技术的喷灌系统，无需电力驱动，喷灌系统以纯水力驱动的全自动化灌溉模式工作，消除了凹凸坡面现有喷灌系统所遗漏的灌溉死角，达到了凹凸坡面灌溉覆盖率100%的效果。2、本专利技术的喷头高度可调，且喷水嘴出水射流角度根据凹凸坡面的凸起、凹陷程度灵活多变，因此本水力驱动式喷灌系统可适应凹凸坡面的多种凹凸程度，日后推广实用性强。3、本专利技术通过采用导流槽，其可将摇臂切割的灌溉水回流至喷灌系统内，随同输水管引出的水源再次流入杆件，实现水资源的高效利用。4、本专利技术单个喷灌单元相较于一般喷头，喷灌覆盖面更大，可在一定程度上较少喷灌单元数量，进而节约工程建设成本。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是现有的凹凸坡面上现有坡面喷灌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：它由多个喷灌单元（10）组合而成，安装时相邻喷灌单元（10）根据其最小射流半径等间距排列；/n单个喷灌单元（10）由喷头（1）、连接杆（2）和支座（3）构成，连接杆（2）连接喷头（1）和支座（3）。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：它由多个喷灌单元（10）组合而成，安装时相邻喷灌单元（10）根据其最小射流半径等间距排列；
单个喷灌单元（10）由喷头（1）、连接杆（2）和支座（3）构成，连接杆（2）连接喷头（1）和支座（3）。


2.根据权利要求1所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述喷头（1）包括腹板（111）、翼缘（112）、上喷水嘴（101）、中喷水嘴（102）和下喷水嘴（103）；喷头（1）的整个剖切面呈H型，内部为中空结构，输水管道弯曲处采用圆弧结构，其沿中轴线呈对称结构；
所述腹板（111）两端与翼缘（112）长边内侧的正中位置固定连接，腹板（111）长边一侧的正中位置预留卡孔，翼缘（112）的外侧通过万向球头铰接均布安装有上喷水嘴（101）、中喷水嘴（102）和下喷水嘴（103）；单侧翼缘（112）至少配备三个喷水嘴，且上喷水嘴（101）、中喷水嘴（102）和下喷水嘴（103）的出水角度由坡面凹凸状况现场调整确定。


3.根据权利要求1所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述支座（3）包括立柱（22）、导流槽（14）、环圈（4）、支撑轴（41）、摇臂（43）、竖向弹簧（5）和横向弹簧（42）；
所述立柱（22）横截面呈圆筒状，立柱上部（221）的直径小于立柱下部（222）的直径，且立柱下部（222）的直径与连接杆（2）直径相等；立柱上部（221）内套于连接杆（2），两者中心线重合，具备相对旋转与滑移的自由；立柱下部（222）安插于边坡岩土（8）中以固定整个喷灌单元（10），尾端预留外接灌溉水（12）的接口（6）；
所述立柱上部（221）外壁的高度方向自上而下沿圆周分别均布12个下梯形凸块（23b）和12个卡槽（24），相邻下梯形凸块（23b）和卡槽（24）间错开15°的相位角；
所述环圈（4）将喷头与连接杆（2）环绕于其中，底端开口处分别对称刚接于立柱下部（222）两侧的外壁，顶端正中位置内侧预留卡孔，该卡孔与腹板（111）长边一侧预留的卡孔间活接竖向弹簧（5），喷头（1）、环圈（4）和竖向弹簧（5）三者间具备相对旋转的自由度。


4.根据权利要求3所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述导流槽（14）横截面呈U形，顶部弯向连接杆（2），侧部与立柱上部（221）固定相连，水平方向尺寸宽于立柱上部（221）的横截面尺寸，底部固定于立柱下部（222）的相应位置，并在此位置设置有导流口（141），以供被摇臂（43）切割的灌溉水（12）顺着导流槽（14）流回立柱（22）内。


5.根据权利要求3所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述支撑轴（41）刚接在环圈（4）下部内侧，其与立柱（22）和环圈（4）边侧的间距为2:1，高度应确保任何状态均不与翼缘（112）发生相互碰撞；
所述摇臂（43）的摇臂尾部（432）的1/3位置处预留圆孔，支撑轴（41）顶端插入该圆孔后采用顶帽限位，摇臂（43）与支撑轴（41）间具备相对旋转的自由度，摇臂尾部（432）与环圈（4）边侧间采用横向弹簧（42）连接，摇臂头部（431）设计有一定的水平角，水平角根据具体情况设计。


6.根据权利要求3所述一种用于凹凸坡面的水力驱动式喷灌系统，其特征在于：所述支座（3）的立柱下部（222）内嵌柔性输水管（13），以保证形成滑顺的输水通道，并保证灌溉水（12）从立柱（22）尾部的接口（6）进入灌溉单元（10），依次流经立柱（22）、连接杆（2）、腹板（111）及翼缘（112），最终由上喷水嘴（101）、中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周明涛，王辰元，许文年，赵同晖，杜颖，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42