喷头的种类及其工作原理
喷头（又称为喷灌器）是喷灌机与喷灌系统的主要组成部分。它的作用是将有压的集中水流喷射到空中，散成细小的水滴并均匀地散布在它所控制的灌溉面积上，因此喷头的结构形式及其制造质量的好坏直接影响喷灌的质量。
喷头的种类很多，按其工作压力及控制范围大小可分为低压喷头（或称近射程喷头）、中压喷头（或称中射程喷头）和高压喷头（或称远射程喷头），这种分类目前还没有明确的划分界限，但大致可以按表3-6所列的范围分类。用得最多的是中射程喷头，这是由于它消耗的功率小而比较容易得到较好的喷灌质量。
表3-6 喷头按工作压力与射程分类表
按照喷头的结构形式与水流形状可以分为旋转式、固定式和孔管式3种。
1.旋转式喷头(https://www.daowen.com)
旋转式喷头是目前使用得最普遍的一种喷头形式。一般由喷嘴、喷管、粉碎机构、转动机构、扇形机构、弯头、空心轴、轴套等部分组成。压力水流通过喷管及喷嘴形成一股集中水舌射出，由于水舌内存在涡流又在空气阻力及粉碎机构（粉碎螺钉、粉碎针或叶轮）的作用下水舌被粉碎成细小的水滴，并且转动机构使喷管和喷嘴围绕竖轴缓慢旋转，这样水滴就会均匀地喷洒在喷头的四周，形成一个半径等于喷头射程的圆形或扇形湿润面积。
旋转式喷头由于水流集中，所以射得远（可以达80m以上），是中射程和远射程喷头的基本形式。目前我国在农业上应用的喷头基本上都是这种形式。
转动机构和扇形机构是旋转式喷头的重要组成部分，因此常根据转动机构的特点对旋转式喷头进行分类，常用的形式有摇臂式、叶轮式、反作用式等。又可以根据是否装有扇形机构（亦即是否能作扇形喷灌）而分成全圆转动的喷头和可以进行扇形喷灌的喷头两大类，在平坦地区的固定式系统，一般用全圆周转动的喷头就可以了；而在山坡地上和移动式系统及半固定系统以及有风时喷灌，则要求作扇形喷灌，以保证喷灌质量和留出干燥的退路。
1）摇臂式喷头，其喷头的转动机构是一个装有弹簧的摇臂。在摇臂的前端有一个偏流板和一个勺形导水片，喷灌前偏流板和导水片是置于喷嘴的正前方，当开始喷灌时水舌通过偏流板或直接冲到导水片上，并从侧面喷出，由于水流的冲击力使摇臂转动60°～120°并把摇臂弹簧扭紧，然后在弹簧力作用下摇臂又回位，使偏流板和导水片进入水舌，在摇臂惯性力和水舌对偏流板的切向附加力的作用下，敲击喷体（即喷管、喷嘴、弯头等组成的一个可以转动的整体）使喷管转动3°～5°，于是又进入第二个循环（每个循环周期为0.2～2.0s不等），如此周期往复就使喷头不断旋转，其结构形式可参见图3-7。
图3-7 PY140摇臂式单喷嘴喷头
1—套轴；2—减磨密封圈；3—空心轴；4—限位环；5—防砂弹簧；6—弹簧罩；7—扇形机构；8—弯头；9—喷管；10—反转钩；11—摇臂；12—摇臂调位螺钉；13—摇臂弹簧；14—摇臂轴；15—稳流器；16—喷嘴；17—偏流板；18—导流板
摇臂式喷头的缺点是：在有风与安装不水平（或竖管倾斜）的情况下旋转速度不均匀，喷管从斜面向下旋转时（或顺风）转得较快，而从斜面向上旋转（或逆风）则转动得比较慢，这样两侧的喷灌强度就不一样，严重影响了喷灌均匀性。但是它结构简单，便于推广，在一般情况下，尤其是在固定式系统上使用的中射程喷头运转比较可靠。因此，现在这种喷头使用得最普遍。
2）叶轮式喷头（又称蜗轮蜗杆式喷头）是靠喷嘴射出的水舌冲击叶轮，带动传动机构使喷头旋转如图3-8所示即为一例。由于水舌流速很高，叶轮的转速可高达1000～2000r/min以上。而喷头要求3～5r/min的转速，因此必须通过两级蜗轮蜗杆或一级蜗轮蜗杆一级棘轮变速。这种喷头加工制造比摇臂式喷头复杂，再加上扇形机构，使整个喷头制造工艺要求较高，所以其推广受一定的限制。但它不受振动的影响，可以直接装在拖拉机上作移动式机组之用。这种喷头多用于中、高压移动式喷灌机。在坡地也可装在倾斜的竖管上，可适当改善水量分布的均匀性。
3）反作用式喷头就是利用水舌离开喷嘴时对喷头的反作用力直接推动喷管旋转。这类喷头结构一般比较简单，但其共同缺点是工作不可靠，所以推广受到很大限制。
图3-8 叶轮式喷头
2.固定式喷头
固定式喷头也称为漫射式喷头或散水式喷头，它的特点是在喷灌过程中所有部件相对于竖管是固定不动的，而水流是在全圆周或部分圆周（扇形）同时向四周散开。和旋转式喷头比较，因其水流分散，喷得不远，所以这一种喷头射程短（5～10m），喷灌强度大（15～20mm/h以上），多数喷头的水量分布不均匀，近处喷灌强度比平均喷灌强度高得多，因此其使用范围受到很大的限制，但其结构简单，没有旋转部分，所以工作可靠，而且一般工作压力较低，被用于公园、菜地和自动行走的大型喷灌机上。按其结构形式可以分为折射式、缝隙式和离心式三种。
1）折射式喷头：一般由喷嘴、折射锥和支架组成（图3-9）。水流由喷嘴垂直向上喷出，遇到折射锥即被击散成薄水层沿四周射出，在空气阻力作用下即形成细小水滴散落在四周地面上。
2）缝隙式喷头：其结构如图3-10所示，就是在管端开出一定形状的缝隙，使水流能均匀地散成细小的水滴，缝隙与水平面成30°角，使水舌喷得较远，其工作可靠性比折射式要差，因为缝隙易被污物堵塞，所以对水质要求较高，水在进入喷头之前要经过认真的过滤。但是这种喷头结构简单，制作方便。一般用于扇形喷灌。
3）离心式喷头：由喷管和带喷嘴的蜗形外壳构成。工作时水流沿切线方向进入蜗壳，使水流绕垂直轴旋转，这样经过喷嘴射出的水膜，同时具有离心速度和圆周速度，所以水膜离开喷嘴后就向四周散开，在空气阻力作用下，水膜被粉碎成水滴散落在喷头的四周。
图3-9 折射式喷头
3.孔管式喷头
孔管式喷头由一根或几根较小直径的管子组成，在管子的顶部分布有一些小喷水孔，喷水孔直径仅为1～2mm。有的孔管是一排小孔，水流是朝一个方向喷出（图3-11），并装有自动摆动器，使管子往复摆动，喷洒管子两侧的土地；也有的孔管有几排小孔，以保证管子两侧都能灌到，这样就不要自动摆动器，结构比较简单，要求的工作压力低（100～200kPa）。
图3-10 缝隙式喷头
图3-11 移动式单列孔管示意图
孔管式喷头的共同缺点是：喷灌强度较高；水舌细小受风影响大；由于工作压力低，支管上实际压力受地形起伏的影响大，通常只能用于平坦的土地，此外孔口太小，堵塞问题也非常严重，因此其使用范围受到很大的限制。