某履帶式防火噴霧機噴霧系統的設計

摘要：近十年，我國常發性林業病蟲害的發生面積不斷增加，并且總體顯現出上升趨勢，偶發性林業病蟲害大面積暴發，之前很難做出觀測，一旦爆發，很難控制，損失嚴重，危險性病蟲害擴散蔓延速度非常快，一旦發生，對森林資源、生態環境都會構成巨大威脅，多種次要害蟲由于人們的重視不夠，很快在一些地方上升為主要害蟲，經濟林病蟲危害，日趨嚴重，嚴重制約著山區經濟的發展和林農脫貧致富進程，而履帶式防火噴霧機，其附著性高、通過能力強、作業穩定性好等優點，在這些地區作業進行病蟲害防治將會有著很大的優勢。

關鍵詞：履帶式;防火噴霧機;噴霧系統

本文所設計的為高射程靜電噴霧機，主要由發動機供電，通過風送系統、噴霧系統、供藥系統進行工作。

一、噴霧系統工作原理

噴霧系統是使藥水霧化并將霧化好的藥水滴風送出去的裝置，噴霧系統是安裝在支架上面的，并且噴筒能自由旋轉方向以保證施藥的要求，支架是由支撐噴筒的架子和驅動噴筒旋轉的機構所共同組成，支架能自由旋轉，以保證施藥的不同角度的要求，支架上的小型電機和連桿保證了噴筒自動旋轉，節省了人力。

霧化噴射裝置是風送噴霧機的主要工作部件，藥液的霧化和傳輸原理是研究霧化噴射裝置的基礎。風送霧化過程可分為三個階段：藥液離開液力噴頭時的一次霧化，霧滴經過靜電場區域被荷電;高速氣流作用下的二次霧化，并由軸流風機產生的氣流把農藥霧滴強制噴入作物株冠層中;氣流攜帶霧滴飛行、穿透、沉降和附著階段。

二、噴霧系統的設計

（一）風送系統結構組成

霧化噴射裝置是風送噴霧車的主要工作部件，藥液的霧化和傳輸原理是研究霧化噴射裝置的基礎。風送系統主要由軸流風機、噴筒、導流葉片、集流器、整流錐、噴頭組等組成。

（二）軸流風機的選擇

噴霧機的噴霧效果以及防治病蟲害的效果與霧滴的穿透距離有很大關系。當采用風送霧化裝置時，風送噴霧的氣流載體有很大的初始速度和流量。氣流初始動能傳遞給懸浮在其中的霧滴時，就把霧滴帶送至較遠的目標。氣流中的霧滴尺寸要控制在一定范圍之內。霧滴尺寸的范圍一般以50～150為宜。其選型過程如下：

1.確定射程S

射程：垂直20～25米 水平 38～45米。

2.射流理論

依據射流理論，選擇噴筒噴頭半徑為 r=200mm，取s=45m，s處藥液的速度um= 1.5米/秒，紊流系數

=0.068，計算出 ? ? =24.2m/s 。

3.選擇出口流量 ? ? ， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?=3.14××24.2 =3.0 ? ? ? ? =10800 ? ? ? 。

4.噴筒阻力R

，

，

，

。

5.計算風機全壓P（動壓和靜壓）

靜壓 ? ? ? ? ? ? =267Pa;動壓

= ? ?; ? ?=351Pa;全壓：

=618Pa。

6.計算風機流量Q，

7.風機效率

確定風機效率 ? ?至少應達到80%。

8.計算空氣功率， ? =PQ=1947W。

9.計算風機軸功率N， ? ? ? ? ? ? ? 。

10.風機選型

根據所計算的全壓P、流量Q和轉速n計算風機比轉速

軸流風機比轉速為 ? ? ? ? ? ? ? ? ，故選用軸流式風機。

（三）噴筒的設計

為了提高風送噴霧車的射程，須在風機的出口處加上一段導流噴筒。噴筒的形式有漸縮型噴筒、等徑型噴筒及漸擴型噴筒。為了提高氣流的噴筒出口速度，為了提高噴筒出口射流速度噴筒在此選用漸縮圓噴口。

通過經驗公式： ? ? ? ? ? ? ? ，

計算出L的范圍： ? ?=500mm ，

=400mm，所以：

= ? ? ? ? ? ? ?=407mm。取 L=410mm。

風筒與風機的聯結：將風筒與風機聯結的一端焊接一個法蘭，并且風機上的法蘭用螺栓聯結，并在兩法蘭之間加密封墊以防漏風，從而保證氣流的平穩流動。

（四）導流葉片

在噴筒設計導流葉片，以便進一步改善氣流的軸向流動狀態。合適的導流裝置不僅能夠減小紊流系數，還可以保證氣流流過噴筒內壁時流線型的穩定以及保證良好的氣流出口狀態，起到增大射程的作用。采用8片導流葉片，用焊接的方式將導流葉片固定在風筒上。合適的導流裝置不僅能夠減少紊流系數，還可以保證氣流流過噴筒內壁時流線型的穩定狀態以及保證良好的氣流出口形狀，起到增大射程的作用。導流器的基本功能是將葉輪中的流出來的速度壓力，轉化為靜壓力，使靜壓力得到進一步的提升，并把氣流導向軸向方向流出風機。

為了保證氣流的質量，設計采用8片導流葉片，導流葉片用4mm厚的鋼板制成。導流葉片采用手工焊接的方法與噴筒內壁相聯接。

（五）集流器的設計

集流器的作用是使進氣速度場均勻，提高風機的效率。集流器外型一般為圓弧形，圓弧半徑R應等于或者大于葉輪直徑D的0.2倍。R≥0.2D，取R為 111mm。

為了使進氣條件更為完善，并減少風機的噪音，在葉輪前必須裝置與集流器相適應的整流器。整流罩可以作成半球形的或半橢圓球形。

（六）整流錐

為了使進氣條件更為完善，并減少風機的噪音，在葉輪前必須裝置整流罩。與此相同，為了改善排氣條件，并降低噪音，需要在電機后面裝置整流錐。由于風機本身不帶這種整流錐，所以需要設計排氣整流錐。

整流錐還能使氣流在其中得到加速，在壓力損失很小的情況下保證進氣速度場均勻。設計良好的集流氣可使用風機效率提高10%～15%。

為了改善風機性能，提高風機效率，目前大型通風機中，采用了將整流器與擴壓芯筒做成一個流線形體。如下圖所示。此流線形體的最大直徑dmax，即為風機的輪轂直徑Dh，最大直徑位于全長L的40%處。將頭部（全長的40%）作為整流器，而尾部（全長的60%）作為擴壓器的芯筒。L大致為（2.5～3.4）Dt。

圓弧半徑 R≥0.25D，集流器外徑 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?。

在設計中，可將風機輪轂直徑作為此流線體的最大直徑，取L=500mm，結合風機的尺寸，計算出整流器的外輪轂尺寸。

整流錐用螺栓與電機聯接，利用電機后部外殼上的四個螺栓聯接整流錐。

（七）噴頭組的設計

藥水由液泵加壓后進入噴頭組，經噴嘴噴出后成為一定直徑范圍的液滴。噴頭的設計或選用的原則應保證霧滴粒譜適宜，尺寸分布集中，小于30 的霧滴所占比例不宜大。因為過小的霧滴初始動能小，而且在高速輸送氣流作用下易大量漂移擴散，甚至蒸發干涸，很難飛行到較遠的目標物上。霧滴尺寸過大，在氣流中的飛行距離很短，不易被氣流所傳輸。理論分析和試驗表明，風送霧化裝置的霧滴分布在50～150 范圍，能獲得較遠的射程。所以用于一次霧化的液力噴頭，其工作壓力不宜過高，但霧滴尺寸應盡可能均勻。在噴頭安裝是考慮到順氣流噴射是霧滴獲得的初始動能比較大，所以采用順氣流噴射將噴頭安裝于噴口處的環行管上。

根據設計需要，安裝6個噴頭。

三、結語

本文從風送系統、軸流風機、噴筒、導流葉片、集流器、整流錐以及噴頭組結構這幾個方面對履帶式防火噴霧機的噴霧系統進行了設計，實現了良好的工作特性及穩定性，在發生病蟲害的地區、林場或者經濟林果園等地形復雜的地區進行病蟲害防治將會有著很大的優勢。

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作者簡介：王哲，男，碩士研究生，上海汽車集團股份有限公司培訓中心培訓師，研究方向：汽車發動機、汽車CAD/CAE、新能源汽車、消防設備。