三维喷洒装置及带有该装置的波涌式变量喷洒灌溉系统技术领域
本发明涉及农田灌溉技术领域，尤其涉及三维喷洒装置及带有该装置的波涌式变
量喷洒灌溉系统。
背景技术
喷灌是农田节水灌溉的主要形式之一，具有调节田间小气候，改善收获物品质等
优点；现有的喷灌系统是由旋转喷头通过输水管连接水泵构成；水泵将水通过输水管传送
至旋转喷头处，驱动旋转喷头做圆周运动从而实现旋转喷水灌溉的目的；其主要缺陷是：洒
水强度（水量）呈现环状集中，接近洒水最大射程处的降水强度（水量）远高于靠近喷头处或
其它地方的降水强度（水量），洒水均匀性差，且出流量越稳定洒水强度（水量）环状集中的
现象越明显，造成灌溉农田的洒水分布不均匀，不利于农作物的生长。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供三维喷洒装置，其克服了现有喷灌系统降水强
度呈环状集中分布、洒水均匀性差的缺陷。
本发明还要解决的另一技术问题是提供带有三维喷洒装置的波涌式变量喷洒灌
溉系统，其克服了现有喷灌系统降水强度呈环状集中分布、洒水均匀性差的缺陷。
为解决技术问题，本发明采用下述技术方案：三维喷洒装置，它包括进水竖管、旋
转轴承、旋转竖管、喷水左臂、喷水右臂、左铰轴和右铰轴、左臂进水软管、右臂进水软管；
进水竖管套接于旋转轴承下端，旋转竖管套接于旋转轴承上端，旋转竖管、旋转轴承以
及进水竖管同轴，且旋转竖管可相对于进水竖管自转；
喷水左臂和喷水右臂均为两端封闭的管状腔体，喷水左臂和喷水右臂同一端分别通过
左铰轴和右铰轴可旋转固定于旋转竖管上部外侧壁上，以便在波涌式变量喷洒灌溉时，喷
水左臂和喷水右臂可以绞轴为轴上下转动，在增加喷洒灌溉面积的同时，保证灌溉喷洒均
匀，喷水左臂的前侧壁或后侧壁上开设有若干等距的左臂喷水孔，喷水右臂的后侧壁或前
侧壁上开设有若干等距的右臂喷水孔，且喷水左臂的左臂喷水孔与喷水右臂的右臂喷水孔
开孔方向相反，以便由于喷水的反作用力，喷水左臂和喷水右臂带动旋转竖管转动，并在旋
转离心力的作用下，喷水左臂和喷水右臂克服重力作用，分别以绞轴为轴向上抬起；
左臂进水软管两端分别连通于旋转竖管顶端和靠近左铰轴一端的喷水左臂上侧壁处；
右臂进水软管对应于左臂进水软管位置，其两端分别连通于旋转竖管顶端和靠近右铰
轴一端的喷水右臂上侧壁处，以保证喷水左臂、喷水右臂和旋转竖管在喷水旋转的过程中
的轴向稳定性；压力和流量随波涌信号发生器的波形发生变化的压力水，通过进水竖管、旋
转轴承、旋转竖管、左臂进水软管和右臂进水软管分别进入喷水左臂和喷水右臂后，分别从
喷水左臂的喷水孔和喷水右臂的喷水孔喷出，喷射水流的反作用力，驱动喷水左臂、喷水右
臂带动旋转竖管在旋转轴承上旋转，同时，在旋转离心力的作用下，喷水左臂、喷水右臂克
服重力，分别以左铰轴和右铰轴为轴向上抬起喷射，实现了精确的三维喷洒。
所述旋转竖管的顶端密封，左臂进水软管的上端和右臂进水软管的上端分别连通
于旋转竖管的顶端面处。
所述旋转竖管顶端为三通结构，旋转竖管上部为三通结构的垂向进水口，水平两
通为左右出水口，左臂进水软管的上端和右臂进水软管的上端分别连通于旋转竖管顶端的
左右出水口处。
所述喷水左臂的左臂喷水孔与喷水右臂的右臂喷水孔在水平方向错位设置，其目
的是使喷水左臂和喷水右臂在喷水旋转的过程中，灌溉农田的洒水分布均匀，避免出现洒
水强度（水量）呈现环状集中的问题；或者所述喷水左臂的左臂喷水孔与喷水右臂的右臂喷
水孔在水平方向对应设置。
所述喷水左臂和喷水右臂与旋转竖管的夹角α匹配一致，该夹角α都为15度-30度，
避免喷水臂平行于旋转竖管且上端受进水软管束缚，在喷水强度不大旋转速度不高时，喷
水臂不易上扬的问题，同时，在压力和流量随波涌信号发生器的波形发生变化的压力水的
作用下，喷水臂上扬或下垂，使得一个喷水孔喷射出的水环半径递增或递减，基本覆盖了相
邻的喷水孔的初始喷射水环的位置，解决了现有技术抛射环形喷洒灌溉出现的降水强度呈
线环集中分布、洒水均匀性差的缺陷。
所述左臂进水软管的下端与喷水左臂上侧壁设有左臂夹角，该夹角为30度-60度；
所述右臂进水软管的下端与喷水右臂上侧壁设有右臂夹角，该右臂夹角与左臂夹角匹配一
致，也为30度-60度，避免进水软管中的液体垂直喷入喷水臂带来的动能损耗。
工作原理
三维喷洒装置包括进水竖管，进水竖管的上端固定在旋转轴承的外套上，旋转竖管的
下端固定在旋转轴承的旋转内套上，旋转竖管能相对于进水竖管作水平旋转运动，旋转轴
承上安装聚四氟尼龙润滑止水，保证在旋转竖管作水平旋转运动时水流从进水竖管顺畅而
不外泄地进入旋转竖管，旋转竖管的上部左侧固定有左铰轴，旋转竖管的上部右侧固定有
右铰轴，左铰轴的活动端安装有喷水左臂，右铰轴的活动端安装有喷水右臂，喷水左臂能围
绕左铰轴做垂直面的上下运动，其相对于旋转竖管的运动初始角度为15°，喷水右臂能围绕
右铰轴做垂直面的上下运动，其相对于旋转竖管的运动初始角度也为15°，喷水左臂靠近左
铰轴的一端安装有左臂进水软管，左臂进水软管的另一端通向旋转竖管上端的左侧，喷水
右臂靠近右铰轴的一端安装有右臂进水软管，右臂进水软管的另一端通向旋转竖管上端的
右侧，喷水左臂上迎面朝里开有若干个左喷水孔，喷水右臂上迎面朝外开有若干个右喷水
孔，喷水左臂为管状腔体，远离左铰轴的一端封闭，喷水右臂为管状腔体，远离右铰轴的一
端封闭，水只能从左喷水孔和右喷水孔喷出，带动喷水左臂和喷水右臂旋转以及上下摆动。
为解决另一技术问题，本发明采用下述技术方案：带有三维喷洒装置的波涌式变
量喷洒灌溉系统，包括水源、电动水泵、正弦波脉冲波形信号发生器、变频调速器、过滤器和
三维喷洒装置；
变频调速器的一端与正弦波脉冲波形信号发生器电连接，正弦波脉冲波形信号发生器
是控制变频调速器，像正弦波一样变化，变频调速器的另一端与电动水泵电连接，以控制水
泵电动机的转速，水源通过管道与电动水泵连通，电动水泵通过管道与过滤器连通，过滤器
通过管道与三维喷洒装置连通；水源的水通过水泵加压经过过滤器过滤供给三维喷洒装
置，供给三维喷洒装置的压力水的压力和流量可根据不同作物以及作物生长期的喷洒平均
强度要求设定，随正弦波脉冲波形信号发生器的“正弦波”波形发生变化，正弦波脉冲波形
信号发生器是控制变频调速器，像正弦波一样变化，变频调速器控制水泵电动机的转速，使
水泵转速像正弦波一样变化，流量和压力都发生相应的变化；三维喷洒装置在正弦波脉冲
波形信号发生器波形的控制下，实现了精确的三维喷洒。
本发明克服了现有喷灌系统降水强度呈环状集中分布、洒水均匀性差的缺陷。
附图说明
图1是本发明三维喷洒装置结构示意图。
图2是本发明带有三维喷洒装置的波涌式变量喷洒灌溉系统示意图。
图3是本发明三维喷洒装置另一实施例结构示意图。
具体实施方式
实施例1
参见图1所示，三维喷洒装置1，它包括进水竖管11、旋转轴承12、旋转竖管13、喷水左臂
14、喷水右臂15、左铰轴16和右铰轴17、左臂进水软管18、右臂进水软管19；
进水竖管11套接于旋转轴承12下端，旋转竖管13套接于旋转轴承12上端，旋转竖管13、
旋转轴承12以及进水竖管11同轴，且旋转竖管13可相对于进水竖管11自转；
喷水左臂14和喷水右臂15均为两端封闭的管状腔体，喷水左臂14和喷水右臂15同一端
分别通过左铰轴16和右铰轴17可旋转固定于旋转竖管13上部外侧壁上，喷水左臂14的前侧
壁或后侧壁上开设有若干等距的喷水孔141，喷水右臂15的后侧壁或前侧壁上开设有若干
等距的喷水孔151，且喷水左臂14的喷水孔141与喷水右臂15的喷水孔151开孔方向相反；
左臂进水软管18两端分别连通于旋转竖管13顶端和靠近左铰轴16一端的喷水左臂14
上侧壁处；
右臂进水软管19对应于左臂进水软管18位置，其两端分别连通于旋转竖管13顶端和靠
近右铰轴17一端的喷水右臂15上侧壁处。
所述旋转竖管13顶端为三通结构，旋转竖管13上部为三通结构的垂向进水口，水
平两通为左右出水口，左臂进水软管18的上端181和右臂进水软管19的上端191分别连通于
旋转竖管13顶端的左右出水口处。
所述喷水左臂14的喷水孔141与喷水右臂15的喷水孔151在水平方向错位设置。
所述喷水左臂14和喷水右臂15与旋转竖管13的夹角α都为25度。
所述左臂进水软管18的下端182与喷水左臂14上侧壁设有左臂夹角，该夹角为45
度；所述右臂进水软管19的下端192与喷水右臂15上侧壁设有右臂夹角，该右臂夹角与左臂
夹角匹配一致，也为45度。
参见图1-图2所示，带有三维喷洒装置的波涌式变量喷洒灌溉系统，包括：水源、电
动水泵、正弦波脉冲波形信号发生器、变频调速器、过滤器和三维喷洒装置；
变频调速器的一端与正弦波脉冲波形信号发生器电连接，变频调速器的另一端与电动
水泵电连接，水源通过管道与电动水泵连通，电动水泵通过管道与过滤器连通，过滤器通过
管道与三维喷洒装置连通；三维喷洒装置1，它包括进水竖管11、旋转轴承12、旋转竖管13、
喷水左臂14、喷水右臂15、左铰轴16和右铰轴17、左臂进水软管18、右臂进水软管19；
进水竖管11套接于旋转轴承12下端，旋转竖管13套接于旋转轴承12上端，旋转竖管13、
旋转轴承12以及进水竖管11同轴，且旋转竖管13可相对于进水竖管11自转；
喷水左臂14和喷水右臂15均为两端封闭的管状腔体，喷水左臂14和喷水右臂15同一端
分别通过左铰轴16和右铰轴17可旋转固定于旋转竖管13上部外侧壁上，喷水左臂14的前侧
壁或后侧壁上开设有若干等距的左臂喷水孔141，喷水右臂15的后侧壁或前侧壁上开设有
若干等距的右臂喷水孔151，且喷水左臂14的左臂喷水孔141与喷水右臂15的右臂喷水孔
151开孔方向相反；
左臂进水软管18两端分别连通于旋转竖管13顶端和靠近左铰轴16一端的喷水左臂14
上侧壁处；
右臂进水软管19对应于左臂进水软管18位置，其两端分别连通于旋转竖管13顶端和靠
近右铰轴17一端的喷水右臂15上侧壁处。
所述旋转竖管13顶端为三通结构，旋转竖管13上部为三通结构的垂向进水口，水
平两通为左右出水口，左臂进水软管18的上端181和右臂进水软管19的上端191分别连通于
旋转竖管13顶端的左右出水口处。
所述喷水左臂14的左臂喷水孔141与喷水右臂15的右臂喷水孔151在水平方向错
位设置。
所述喷水左臂14和喷水右臂15与旋转竖管13的夹角为25度。
所述左臂进水软管18的下端182与喷水左臂14上侧壁设有左臂夹角，该夹角为45
度；所述右臂进水软管19的下端192与喷水右臂15上侧壁设有右臂夹角，该右臂夹角与左臂
夹角匹配一致，也为45度。
实施例2
参见图3所示，三维喷洒装置1，其与实施例1不同之处在于，所述旋转竖管13的顶端密
封，左臂进水软管18的上端181和右臂进水软管19的上端191分别连通于旋转竖管13的顶端
面处。
所述喷水左臂14的喷水孔141与喷水右臂15的喷水孔151在水平方向对应设置。
如上所述，本发明三维喷洒装置及带有该装置的波涌式变量喷洒灌溉系统，所述
的实施例及图，只是本发明较好的实施效果，并不是只局限于本发明，凡是与本发明的结
构、特征等近似、雷同者，均应属于本发明保护的范围。