КАПЕЛЬНОЕ ОРОСИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2007 года по МПК A01G25/02 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к устройствам для капельного полива сельскохозяйственных культур методами капельного орошения. Изобретение может быть использовано для удобрения или увлажнения различных сельскохозяйственных культур при их выращивании в открытом грунте, теплицах, садах и виноградниках. Особенно эффективно использование изобретения в засушливых районах, где количество пригодной для полива растений воды ограничено.

Капельный полив - наиболее перспективный способ поддержания требуемой влажности почвы, необходимой для увлажнения и питания растений. Он заключается в подаче к корням растений малых доз воды или питательного раствора. Следует сказать, что используемые при изложении сути заявленного изобретения слова "вода" и "трубопровод" следует понимать более широко, а именно: трубопровод - средство для подачи текучей среды от источника к орошаемому растению, будь то гибкий шланг или жесткая труба любого известного профиля; вода - любая текучая среда, преимущественно жидкий питательный раствор, для подкормки или увлажнения растений.

Известны и широко используются различные системы и устройства для капельного полива. Наиболее распространены системы полива, состоящие из трубопроводов с выходными отверстиями и последовательно установленными внутри турбулизаторами потока - эмиттерами, значительно понижающими напор потока и этим формирующими каплеобразование. (Например, патент ЕПВ №0309162, МПК⁴ A01G 25/02, 1989; заявка WO 98/02251, МПК⁶ В05В 15/00; заявка WO 98/50167, МПК⁶ В05В 15/00). Указанные каплеобразующие системы вызывают уменьшение каплеобразования по длине трубопровода вследствие больших потерь напора на турбулизацию потока в месте установления эмиттеров. Системы подвержены частому забиванию, а забивание трубопровода в одном месте приводит к неработоспособности всего устройства.

Известны также системы, в которых каплеобразующие элементы установлены вдоль стенки трубопровода. Каплеобразующее устройство имеет входное отверстие, соединенное с отверстием в стенке трубопровода, и выходное отверстие. Входное и выходное отверстия соединены между собой лабиринтным каналом, проходящим вдоль всей длины трубопровода. (Например, патенты США №3870236 НКИ 239-542, МКИ В05В 15/00, 1975; №3873030, НКИ 239-542, МКИ В05В 1/30, 1975; №3896999, НКИ 239-107, МКИ В05В 1/32, 1975). Эти системы обладают теми же недостатками, что и описанные выше системы, поскольку в них сохраняется та же схема последовательного пропускания всего потока через все лабиринтные каналы.

Известны также наиболее близкие по принципу действия к заявляемому решению конструкции капельных оросительных устройств, выполненных в виде встраиваемых в трубопроводы капельных элементов. (Патенты США №5111996, НКИ 239-542, МКИ В05В 1/30, 1992; №4687143, НКИ 239-542, МПК ⁴ A01G 25/16, 1987).

Наиболее близким из них по совокупности существенных признаков является капельное оросительное устройство, описанное в патенте США №4687143, НКИ 239-542, МПК⁴ A01G 25/16, 1987. Капельное оросительное устройство состоит из трубопровода с выпускными отверстиями и капельных элементов, установленных вдоль трубопровода с определенным промежутком. К одному концу трубопровода присоединено средство для соединения с источником воды под давлением. Капельные элементы выполнены в виде полых трубчатых втулок с проходными каналами для протекания воды по трубопроводу. Втулки имеют утолщенную часть, выполненную с внутренней стороны стенки трубчатого элемента. Каждый элемент имеет на периферийной части каждого конца уплотнительные выступы, которые образуют участки выхода воды на наружной поверхности элемента, расположенные в месте выполнения указанных выпускных отверстий в трубопроводе и ограничивающие перетекание в трубопровод собирающихся на боковой поверхности капель. В утолщенной части элемента, между наружной и внутренней поверхностями, выполнена полость регулирования выхода воды, образующая наружную и внутреннюю стенки, объединенные поперечной стенкой. В полости регулирования установлена гибкая мембрана, зафиксированная указанной поперечной стенкой от тангенциального смещения относительно элемента. Мембрана своей наружной поверхностью, а также поверхностями наружной и поперечной стенок образует надмембранную полость регулирования выхода воды. Периферийная область мембраны жестко закреплена от перемещения между наружной и внутренней стенками утолщенной части. Во внутренней стенке утолщенной части выполнен сквозной канал, образующий подмембранную полость регулирования выхода воды. Канал герметично перекрыт мембраной. Подмембранная полость не связана с надмембранной, но мембрана при этом подвержена влиянию давления воды в трубопроводе. Вода из трубопровода попадает только в надмембранную полость. Для этого в элементе на боковой его поверхности выполнено отдельное впускное отверстие. Впускное отверстие соединено со входом системы лабиринтных каналов на боковой наружной поверхности элемента. Выход из системы лабиринтных каналов соединен с надмембранной полостью регулирования через канал, выполненный на наружной поверхности элемента. Надмембранная полость в свою очередь через выходной канал соединена с участком выхода воды на наружной поверхности элемента. При этом выходной канал выполнен так, что мембрана может частично перекрывать его проходное сечение. При повышении давления воды в трубопроводе и увеличении потока, попадающего в каналы капельного элемента, гибкая мембрана прогибается, уменьшая при этом надмембранную полость и перекрывая проходное сечение выходного канала.

Недостатками описанного устройства являются его недостаточная чувствительность к изменению давления и невысокое быстродействие срабатывания при невысоких значениях давления. Это вызвано конструктивными особенностями устройства, а именно тем, что мембрана защемлена, и работает только ее малая, гнущаяся центральная часть. Большой прогиб мембраны и, соответственно, заметное изменение количества пропущенной воды возможно лишь при большом сечении или при большом поперечном сечении сквозного канала, что невозможно в описанной конструкции капельного элемента. Кроме того, с течением времени поток воды засоряет подмембранную полость, забивает защемленные края мембраны. Мембрана еще больше теряет свою чувствительность.

В основу изобретения поставлена задача создания капельного оросительного устройства, в котором путем конструктивных изменений в утолщенной части, направленных на увеличение площади мембраны, подвергающейся воздействию давления, достигают повышения чувствительности и быстродействия устройства. При этом введенные конструктивные изменения повышают защиту устройства от загрязнения и создают возможность профилактической очистки.

Поставленная задача решена следующим образом.

Капельное оросительное устройство содержит трубопровод с, по меньшей мере, одним выпускным отверстием, средство для его соединения с источником воды под давлением и, по меньшей мере, один трубчатый капельный элемент с проходным каналом для пропускания через него воды по трубопроводу. Количество капельных элементов не ограничено. Оно зависит от величины орошаемой пощади и выращиваемых на ней культур. Каждый капельный элемент установлен в трубопроводе и имеет, по меньшей мере, один участок выхода воды на своей наружной поверхности, расположенный в месте выполнения указанного выпускного отверстия в трубопроводе. Количество выпускных отверстий зависит от количества капельных элементов и количества участков выхода воды на каждом из элементов. Каждый капельный трубчатый элемент содержит утолщенную часть, выполненную с внутренней стороны его стенки. В утолщенной части элемента выполнена полость, образующая в ней наружную и внутреннюю стенки, объединенные поперечной стенкой. В указанной полости установлена гибкая мембрана. Поперечная стенка элемента предотвращает тангенциальное смещение мембраны относительно трубчатой его части. Мембрана ограничивает своей наружной поверхностью, а также поверхностями наружной и поперечной стенок надмембранную полость регулирования выхода воды. Капельный элемент содержит также впускное отверстие, соединяющее проходной канал элемента и полость в его утолщенной части с подмембранной полостью, систему лабиринтных каналов, вход которой соединен с впускным отверстием, канал, соединенный с выходом системы лабиринтных каналов и через указанную систему соединяющий впускное отверстие с надмембранной полостью, выходной канал, соединяющий надмембранную полость с участком выхода воды на наружной поверхности элемента. Во внутренней стенке полости выполнен сквозной канал, перекрытый мембраной, образующий подмембранную полость регулирования выхода воды. Согласно изобретению, сквозной канал, выполненный во внутренней стенке полости, представляет собой одновременно впускное отверстие, т.е. он не только управляет перемещением мембраны, но также перепускает поток воды к выпускному отверстию трубопровода. Для этого гибкая мембрана установлена с возможностью изменения степени перекрытия впускного отверстия и имеет возможность ограниченного перемещения в радиальном направлении относительно элемента. Кроме того, в части, контактирующей с мембраной, указанный сквозной канал имеет бурт, выступающий внутрь полости, и гибкая мембрана опирается на этот бурт. При этом подмембранная полость дополнительно включает в себя пространство, ограниченное буртом, нижней поверхностью мембраны и поперечной стенкой. Таким образом, площадь воздействия давления воды на мембрану увеличивается до величины площади мембраны. Следовательно, по сравнению с прототипом при равных давлениях в трубопроводе усилие воздействия на мембрану в заявляемом решении будет больше, чем в прототипе. Подмембранная полость соединена со входом системы лабиринтных каналов через выполненный в элементе дополнительный канал. Для предотвращения засорения капельного элемента, согласно изобретению, на входе каждого впускного отверстия установлен решетчатый фильтр. Преимущественным, согласно изобретению, является выполнение устройства, в котором на участке выхода воды, в месте его соединения с выходным каналом, соединяющим его с надмембранной полостью, выполнено углубление. Углубление также может быть выполнено в месте соединения выхода из системы лабиринтных каналов и канала, соединенного с надмембранной полостью.

Преимущественным является выполнение капельного элемента, в котором наружная стенка утолщенной части выполнена в виде выпуклой обечайки, которая повторяет форму капельного элемента и закреплена на соответствующей ей ответной части внутренней стенки утолщенной части. При этом на внутренней поверхности обечайки выполнен кольцевой выступ, ограничивающий перемещение периферийной части мембраны.

На фигурах чертежей представлено преимущественное выполнение капельного оросительного устройства.

На фиг.1 представлено сечение части трубопровода с расположенным в нем капельным элементом; на фиг.2 - вид капельного элемента сверху со снятой обечайкой; на фиг.3 - вид капельного элемента сбоку.

Представленное изображение устройства вместе с приведенным описанием примера конкретного выполнения устройства ни в коей мере не ограничивает объем притязаний, выраженный формулой и раскрытый в описании.

Капельное оросительное устройство содержит гибкий пластиковый трубопровод 1, стойкий к негативному влиянию температурного воздействия, ультрафиолетового излучения, влиянию агрохимических препаратов. К одному концу трубопровода присоединено средство для соединения с источником воды под давлением (на фиг. не показано). Второй конец трубопровода может быть соединен, например, с баком. В трубопроводе размещены капельные элементы 2, количество которых может быть любым в зависимости от длины трубопровода. Расстояние между капельными элементами также может быть любым. Указанные признаки являются несущественными и не влияют на суть изобретения. Капельные элементы 2 выполнены в виде полых трубчатых втулок, через проходные каналы 3 которых беспрепятственно по трубопроводу 1 протекает поток воды. Втулки имеют утолщенную часть 4, выполненную с внутренней стороны стенки элемента 2. Каждый элемент имеет на периферийной части каждого конца уплотнительный выступ 5. Вторая пара выступов 6, расположенных на наружной боковой поверхности капельного элемента ближе к его середине, образует полости на его концах - участки 7 выхода воды, расположенные на наружной поверхности элемента. В месте расположения капельного элемента, точнее в месте расположения участков 7 в трубопроводе, выполнены выпускные отверстия 8. В утолщенной части 4 элемента 2 между наружной и внутренней поверхностями выполнена полость 9. Полость 9 образует в утолщенной части наружную 9 и внутреннюю 10 стенки, объединенные поперечной кольцевой стенкой 11. В указанной полости установлена гибкая мембрана 12, зафиксированная от тангенциального смещения поперечной стенкой 11. Мембрана ограничивает своей наружной поверхностью 13, а также поверхностями наружной 9 и поперечной 11 стенок надмембранную полость 14 регулирования выхода воды. Во внутренней стенке 10 выполнен сквозной канал, являющийся впускным отверстием 15. В части, контактирующей с мембраной, указанное отверстие 15 имеет бурт 16, направленный внутрь полости. Гибкая мембрана 12 опирается на бурт 16. Пространство, ограниченное впускным отверстием 15, буртом 16, нижней поверхностью 17 мембраны и поперечной стенкой 11, образует подмембранную полость 18. Мембрана 12 установлена с возможностью изменения степени перекрытия впускного отверстия 15 и имеет возможность ограниченного перемещения в радиальном направлении относительно элемента 2. Кольцевой выступ 20, образованный в наружной стенке 9, ограничивает перемещение периферийных участков 19 мембраны. Наружная стенка 9 выполнена в виде выпуклой обечайки, повторяющей форму капельного элемента, и закреплена на соответствующей ей ответной части внутренней стенки утолщенной части. На наружной поверхности элемента выполнен дополнительный канал 21, соединенный с впускным отверстием 15 через подмембранную полость. Канал 21 другим своим концом соединен со входом системы лабиринтных каналов 22, выполненной на наружной боковой поверхности капельного элемента. Выход системы лабиринтных каналов соединен с каналом 23, который также выполнен на наружной боковой поверхности элемента и соединен с надмембранной полостью 14. Кроме того, капельный элемент содержит выходной канал 24, соединяющий верхнюю часть надмембранной полости 14 с участком 7 выхода воды. На входе впускного отверстия 15 установлен решетчатый фильтр 25. На участке выхода воды, в месте его соединения с выходным каналом, соединяющим его с надмембранной полостью, выполнено углубление 26. Подобное углубление 27 выполнено также в месте соединения выхода из системы лабиринтных каналов и канала, соединенного с надмембранной полостью.

Регулирование каплеобразования в зависимости от изменения давления в трубопроводе происходит следующим образом.

При подаче воды по трубопроводу 1 она через фильтр 25 и впускное отверстие 15 попадает под мембрану 12. Обычно давление воды в системе выше атмосферного, поэтому оно старается отжать мембрану. Поскольку мембрана закреплена с возможностью ограниченного перемещения, а давление в надмембранной полости при отсутствии воды в устройстве соответствует атмосферному давлению, минимальное повышение давления приподнимает мембрану над буртом. Давление в подмембранной полости повышается до уровня давления в трубопроводе, мембрана поднимается, связывая подмембранную полость с дополнительным каналом 21. По дополнительному каналу 21 вода через систему лабиринтных каналов 22 перетекает и накапливается в углублении 27, переполняет его и по каналу 23, соединенному с выходом из системы лабиринтных каналов поступает в надмембранную полость 14, частично потеряв при этом напор. При неизменном давлении напор в подмембранной полости больше напора в надмембранной полости, поэтому мембрана находится о приоткрытом состоянии, не перекрывает герметично входное отверстие. Канал 21 остается открытым. Вода наполняет надмембранную полость 14. После заполнения мембранной полости F_надм=F_подм; p_надм·S+mgh=p_подм·S, где р_надм и р_подм - давление в надмембранной и подмембранной полостях соответственно; S - площадь мембраны; mgh - вес воды в подмембранной полости. Из этого следует, что мембрана, находясь в равновесном состоянии, открыта, канал 21, соответственно, тоже открыт. По нему поступает вода. Надмембранная полость заполнена водой, и, поскольку на участке 7 выхода давление р_изб.=0, вода из мембранной камеры вытекает по выходному каналу 24, попадает в углубление 26, заполняет его и из углубления 26 стекает через выпускное отверстие трубопровода в грунт.

При повышении давления в системе повышается давление в подмебранной камере, мембрана почти мгновенно реагирует на это повышение. Однако мембрана имеет ограниченную возможность перемещения за счет выступа 20, поэтому объем надмембранной полости изменяется незначительно, только за счет увеличения прогиба центральной части мембраны. Изменение давления передается в надмембранную полость. Давление в полостях выравнивается, мембрана снова занимает рабочее положение. Система регулирования устройства снова приходит в равновесное состояние.

Фильтр 25, установленный на входе, противодействует попаданию в систему крупных нежелательных включений, засоряющих проходные каплеобразующие каналы. Особенности выполнения и соединения указанных каналов в устройстве способствуют вымыванию микрочастиц, оседающих на стенках каналов.

Расход воды при использовании такого устройства минимален. Он зависит от параметров устройства, в частности от длины и проходного сечения трубопровода, количества выпускных отверстий, давления воды в трубопроводе. Устройство работоспособно при давлении в сети, начиная с 0,3 бар. Рабочим диапазоном преимущественно является диапазон 0.8-3.5 бар.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, а именно к устройствам для капельного полива сельскохозяйственных культур методами капельного орошения. Капельное оросительное устройство содержит трубопровод с выпускными отверстиями, средство для его соединения с источником воды под давлением и трубчатые капельные элементы с проходным каналом для пропускания воды по трубопроводу. Каждый капельный элемент установлен в трубопроводе и имеет по меньшей мере один участок выхода воды на своей наружной поверхности, расположенный в месте выполнения указанного выпускного отверстия в трубопроводе. Каждый капельный трубчатый элемент содержит утолщенную часть, выполненную с внутренней стороны его стенки. В утолщенной части элемента выполнена полость, образующая в ней наружную и внутреннюю стенки, объединенные поперечной стенкой. В указанной полости установлена гибкая мембрана. Мембрана ограничивает своей наружной поверхностью, а также поверхностями наружной и поперечной стенок надмембранную полость регулирования выхода воды. Капельный элемент содержит также впускное отверстие, соединяющее проходной канал элемента и полость в утолщенной части элемента с подмембранной полостью, систему лабиринтных каналов, вход которой соединен с впускным отверстием, канал, соединенный с выходом системы лабиринтных каналов и через указанную систему соединяющий впускное отверстие с надмембранной полостью, выходной канал, соединяющий надмембранную полость с участком выхода воды на наружной поверхности элемента. Во внутренней стенке полости выполнен сквозной канал, перекрытый мембраной, образующий подмембранную полость регулирования выхода воды. Сквозной канал, выполненный во внутренней стенке полости, представляет собой одновременно впускное отверстие, т.е. он не только управляет перемещением мембраны, но также перепускает поток воды к выпускному отверстию трубопровода. Для этого гибкая мембрана установлена с возможностью изменения степени перекрытия впускного отверстия и имеет возможность ограниченного перемещения в радиальном направлении относительно элемента. В части, контактирующей с мембраной, указанный сквозной канал имеет бурт, выступающий внутрь полости, и гибкая мембрана опирается на этот бурт. При этом подмембранная полость дополнительно включает в себя пространство, ограниченное буртом, нижней поверхностью мембраны и поперечной стенкой. Таким образом, площадь воздействия давления воды на мембрану увеличивается до величины площади мембраны. Для предотвращения засорения капельного элемента на входе каждого впускного отверстия установлен решетчатый фильтр. Изобретение позволяет повысить защиту устройства от загрязнения и создать возможность профилактической очистки. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Капельное оросительное устройство, включающее трубопровод, содержащий, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, средство для соединения с источником воды под давлением и, по меньшей мере, один установленный в трубопроводе трубчатый капельный элемент с проходным каналом для пропускания через него воды по трубопроводу, причем наружная поверхность элемента имеет, по меньшей мере, один участок выхода воды, расположенный в месте выполнения указанного выпускного отверстия в трубопроводе, утолщенную часть, выполненную с внутренней стороны стенки трубчатого элемента, полость, в утолщенной части элемента, образующую в ней наружную и внутреннюю стенки, объединенные поперечной стенкой, гибкую мембрану, установленную в указанной полости так, что ее наружная поверхность, поверхности внешней и поперечной стенок образуют надмембранную полость регулирования выхода воды, при этом мембрана зафиксирована от тангенциального смещения поперечной стенкой, сквозной канал, выполненный во внутренней стенке полости, перекрытый мембраной, образующий подмембранную полость регулирования выхода воды, впускное отверстие, соединяющее проходной канал элемента с полостью в утолщенной части, систему лабиринтных каналов, вход которой соединен с впускным отверстием, канал, соединяющий выход системы лабиринтных каналов с надмембранной полостью, выходной канал, соединяющий надмембранную полость с участком выхода воды на наружной поверхности элемента, отличающееся тем, что сквозной канал, выполненный во внутренней стенке полости, является одновременно впускным отверстием, при этом в части, контактирующей с мембраной, указанный сквозной канал имеет бурт, выступающий внутрь полости, гибкая мембрана опирается на бурт, установлена с возможностью изменения степени перекрытия впускного отверстия и имеет возможность ограниченного перемещения в радиальном направлении, подмембранная полость дополнительно включает в себя пространство, ограниченное буртом, нижней поверхностью мембраны и поперечной стенкой, и соединена со входом системы лабиринтных каналов через выполненный в элементе дополнительный канал, а выходной канал соединяет верхнюю часть надмембранной полости с участком выхода воды.2. Капельное оросительное устройство по п.1, отличающееся тем, что на входе каждого впускного отверстия установлен решетчатый фильтр.3. Капельное оросительное устройство по п.1, отличающееся тем, что на участке выхода воды, в месте его соединения с выходным каналом, соединяющим его с надмембранной полостью регулирования, выполнено углубление.4. Капельное оросительное устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что в месте соединения выхода из системы лабиринтных каналов и канала, соединенного с надмембранной полостью регулирования, выполнено углубление.5. Капельное оросительное устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что наружная стенка утолщенной части элемента выполнена в виде выпуклой обечайки, повторяющей форму капельного элемента, закрепляемой на соответствующей ей ответной части внутренней стенки утолщенной части.6. Капельное оросительное устройство по п.5, отличающееся тем, что на внутренней поверхности обечайки выполнен кольцевой выступ, ограничивающий перемещение периферийной части мембраны.