ПОЛИВНОЙ ТРУБОПРОВОД С КАПЕЛЬНЫМИ ВОДОВЫПУСКАМИ
IRRIGATION PIPELINE WITH DRIP WATER OUTLETS

Изобретение относится к устройствам регулируемого капельного орошения с помощью полиэтиленовых трубопроводов для многолетних насаждений на сложном рельефе, цветочных, овощных и ягодных культур в открытом грунте, а также может быть применено при выращивании виноградников и при возделывании раннего картофеля в зоне неустойчивого увлажнения.
Системы капельного орошения стали широко использоваться для полива растений для разных рельефных условий местности, так как они обеспечивают минимум воды для корневой области растений. Регулируемые капельницы тоже получили широкое распространение, так как они дают довольно равномерный выходной поток, несмотря на колебания давления на входе и по длине поливного трубопровода, и тем самым дают линиям капельного орошения возможность иметь относительно большую длину и использоваться на неровной местности и уклона.
Для регулирования капельниц было разработано много способов. Некоторые включают в себя изменение поперечного сечения лабиринта в ответ на изменение давления на входе, тогда как другие включают в себя изменение поперечного сечения камеры управления или выпускного отверстия в ответ на изменение давления на входе.
Известна капельница, содержащая смонтированный в отверстиях трубопровода корпус с водовыпускной трубой, изготовленной из упругого эластичного материала, регулирующий подвижный и пористый элементы, в которой с целью повышения эксплуатационной надежности путем обеспечения самопромывки, обеспечения регулируемой подачи и упрощения конструкции регулирующий элемент выполнен в виде обжимающей втулки с внутренним коническим отверстием, подвижной втулки с продольными разрезами от меньшего к большему основанию и опорной шайбой в большом основании, при этом подвижная коническая втулка расположена между обжимающей втулкой и водовыпускной трубкой, причем обжимающая втулка имеет накидную гайку, взаимодействующую с шайбой с возможностью осевого перемещения конической втулки относительно внешней поверхности водовыпускной трубки, в выходном канале, в которой расположен пористый элемент из набранных инертных волокон (Патент RU №2045167, A01G 25/02 от 10.10.1995).
К недостаткам описанной капельницы относится недостаточная эксплуатационная надежность, а также степень неравномерности выдачи поливной нормы, сложность конструкции, влияющая на цену.
Известен водовыпуск, смонтированный на выходном отверстии трубопровода и включающий уплотнитель и зазорообразующий элемент, в котором уплотнитель установлен на наружной поверхности трубопровода, а зазорообразующий элемент свободно размещен между уплотнителем и трубопроводом в зоне выходного отверстия; уплотнитель выполнен в виде кольца, охватывающего трубопровод; зазорообразующий элемент выполнен в виде петли; зазорообразующий элемент выполнен из капроновой лески; выходное отверстие трубопровода выполнено в виде поперечной прорези (Патент RU №2056734, A01G 25/02 от 27.03.1996).
Описанный водовыпуск не обеспечивает заданной поливной нормы. При перепадах давления воды в полости трубопровода зазорообразующий элемент не обеспечивает заданную поливную норму. Уплотнитель в виде кольца и зазорообразующий элемент в виде петли исключает уборку водовыпуска, т.е. мешает работе эксплуатационного штата при обработке растений.
Известна капельница, содержащая корпус с входным и выходным отверстиями, эластичную мембрану, при этом верхняя часть корпуса закреплена на стенке трубопровода, а внутри трубопровода расположена часть корпуса с регулирующим органом, включающим канал и камеру, которая выполнена с возможностью регулирования сечения по высоте за счет изгиба эластичной мембраны, в которой корпус выполнен из эластичного материала, канал регулирующего органа имеет форму синусоиды, а эластичная мембрана установлена с возможностью перекрытия канала и камеры (Патент RU №2238638, A01G 25/02 от 27.10.2004).
Недостатком описанной капельницы относятся высокое гидравлическое сопротивление в полости трубопровода из-за выступающих частей корпуса, низкая эксплуатационная надежность капельниц, высокая себестоимость и неудовлетворительное качество полива.
Наиболее близким техническим решением является водовыпуск, выполненный в виде установленного в отверстие трубопровода пистона, снабженного пористым элементом, перекрывающим отверстие трубопровода и прижатым к пистону, например, при помощи жесткой связанной с ним пластины (Авторское свидетельство SU №471094, A01G 2, В05В 1/20 от 25.05.1975).
Недостатками данного водовыпуска являются ограниченные функциональные возможности, низкая эксплуатационная надежность, отсутствие возможности регулирования подачи воды и обуславливает высокую стоимость. Кроме того, происходит неравномерность выдачи поливных норм водовыпусками по длине поливного трубопровода, забивание пористого элемента почвой, нетехнологичность изготовления, проблемы сматывания и разматывания современных гибких полиэтиленовых поливных трубопроводов (в виде шланговых лент), имеющих при изготовлении твердые гибкие стенки, в конце и в начале поливного сезона в бухту из-за выступающей над пистоном пластины в целом.
В результате поиска были найдены технические средства капельного орошения, патенты: RU №2283582, A01G 25/02 от 13.04.2005, RU №2294628, A01G 25/02 от 10.03.2007, RU №2300188, A01G 25/02 от 10.06.2007, RU №2307500, A01G 25/02 от 10.04.2007, RU №2325799, A01G 25/02 от 10.06.2008, RU №2314676, A01G 25/02 от 20.01.2008, RU №2328109, A01G 25/02 от 10.07.2008, RU №2337527, A01G 25/02 от 10.11.2008.
Однако недостатками известных технических решений являются невозможность поддержания равномерного расхода воды при малых ее расходах и больших перепадах давлений в поливном трубопроводе при использовании их на разных рельефах местности, что снижает эффективность их работы; сложность конструкции и большие габариты; сложность монтажа и демонтажа этих устройств в поливных трубопроводах значительной длины с заданным шагом и на заданном расстоянии; затруднен процесс очистки рабочих полостей устройства от засорения и различных отложений, а также трудоемкость монтажа.
Технический результат - повышение надежности путем снижения засоренности и снижение стоимости капельницы, а также чтобы обеспечить новую конструкцию для устройства ограничителя регулируемого расхода, в частности для капельниц капельного орошения, имеющих простую конструкцию для регулируемой подачи воды, которая будет описана более подробно ниже.
Следует отметить, что лучшим исполнением поливного трубопровода с водовыпускными отверстиями по его длине является то, что он по всей длине имеет постоянное поперечное сечение, а значит, практически без сопротивлений и сужений это учитывают новые предложенные капельницы из упругоэластичного элемента внутри, которого размещен трубчатый и продольный пористый элемент на наружной поверхности трубопровода с возможностью перекрытия отверстия в стенке поливного трубопровода, отверстия с диаметром 1,5-3 мм, вдоль последнего и фиксации в заданном положении. Таким образом, в зависимости от действующего напора производится заданная регулировка расхода через регулирующие отдельные патрубки по все длине трубопровода.
Технический результат достигается тем, что поливной трубопровод с капельными водовыпусками, включающий трубопровод, имеющем в стенке отверстия, устройство для перекрытия отверстий с наружной стороны, отличающийся тем, что поливной трубопровод с отверстиями в стенке выполнен из гибкого пластмассового материала высокой прочности, снабжен выполненными, и охватывающими его упругоэластичными элементами виде ребристых регулировочных трубчатых патрубков высокой прочности, при этом внутренняя часть стенок трубчатых патрубков снабжена трубчатым пористым элементом с возможностью перекрытия отверстия в стенке поливного трубопровода, кроме того, регулировочные трубчатые патрубки выполнены подвижными различной длины от начала до конца поливного трубопровода с возможностью фиксации каждого из них с помощью закрепленных хомутов, размещенных на наружной поверхности патрубка, один конец которого свободен, а другой конец зафиксирован с удалением от водовыпускного отверстия в стенке поливного трубопровода, и длина каждого отдельно взятого упругоэластичного элемента с трубчатым пористым элементом последовательно изменяется от начала поливного трубопровода к его концу при увеличении нагнетаемой текущей среды и поддержания равномерного потока к выпускному концу патрубка с пористым элементом независимо от изменения давления нагнетаемой текущей среды.
Кроме того, длина начального участка трубчатого патрубка с трубчатым пористым элементом в сторону движения текущей среды по отношению расположения первого отверстия в стенке полиэтиленового поливного трубопровода имеет соотношение , средние регулирующие трубчатые патрубки с пористым элементом, разнесенные отдельно по длине поливного трубопровода с отверстиями, имеет каждый, соответственно, соотношение  по отношению расположения средних отверстий в стенке, а последний регулирующий трубчатый патрубок имеет, соответственно, , при этом отверстия расположены на поливном трубопроводе на одной продольной оси, перекрывающими их регулирующими патрубками с трубчатым пористым элементом.
Кроме того, по варианту выполнения регулирующий трубчатый патрубок с трубчатым пористым элементом внутри, в верхней своей части может быть выполнен разрезом с целью свободного надевания и охватывания по наружной поверхности поливного трубопровода, имеющего при монтаже большую длину на орошаемом участке, которые в верхней части между собой, затем скрепляются, например, липучкой или соединены посредством винтов, выполненных впотай.
Такая конструкция устройства, применяемая в качестве капельницы капельного орошения, закрывающая наружную поверхность водовыпускного отверстия поливного трубопровода может в тоже время смещаться регулируемо в ручную легко и просто в направлении продольной оси относительно наружной поверхности стенки гладкого полиэтиленового поливного трубопровода повышенной прочности в ту или другую сторону регулирующего упругоэластичного (резинового) трубчатого патрубка, внутренняя часть которого снабжена трубчатым пористым элементом по его длине с возможностью перекрытия свободного отверстия в стенке поливного трубопровода. Этим самым придавая сопротивлению потоку текущей среды непосредственно в регулирующем
патрубке с его элементом. Кроме того, трубчатый пористый материал по длине регулирующего короткого патрубка меняет гидравлическое сопротивление текущей среды в ответ на колебания давления нагнетаемой текущей среды в поливном трубопроводе (иногда его называют шлангом из гибкого материала для сворачивания в бухту), который изготавливается из полиэтиленовой крошки разогретого полиэтилена на поточной линии завода.
Следует важно отметить, что при этом размещение упругоэластичного трубчатого элемента (патрубка) зависит от соотношения его длины размещения, охватывающим отверстие в стенке трубопровода, по существу достигая равномерного потока в капельнице, расход которой является величиной конкретной капельницы (расход водовыдела от 1,6 до 2,5 л/ч), зависящей при прочих условиях (равных) от упругих свойств всех предложенных элементов, т.е. от изменения давления нагнетаемой текущей среды к водовыпускному отверстию в стенке трубопровода по отношению размещения регулирующего трубчатого короткого отдельного патрубка, снабженного трубчатым пористым элементом (например, материала из поролона). Такое устройство капельницы может быть изменено путем установки их комплекта на наружной поверхности поливного полиэтиленового трубопровода с разными длинами самих патрубков в заданном положении на орошаемом участке с помощью его фиксации хомутом (зажимом) по его наружной поверхности одного из концов, при этом оставляя другой свободным для выпуска воды. Кроме того, уменьшается чувствительность капельницы к закупориванию, т.е. новая конструкция проста по своей природе и способна самопромываться во время полива, так как она свободно перемещается на наружной поверхности полиэтиленового трубопровода, открывая при этом полностью водовыпускное отверстие в трубопроводе, как в начале, так в средней и в конце поливной работы. Кроме того, капельница, выполненная в виде регулирующего трубчатого патрубка с трубчатым пористым элементом для капельного орошения, может иметь двухсторонний водовыпуск, что расширяет область использования поливного водовыпуска (патрубка).
Регулирующий трубчатый патрубок выполняется упругоэластичным элементом в виде резиновых трубчатых отрезков высокой прочности, а дискретное размещение водовыпусков может варьироваться в любых комбинациях их соотношении длин, вплоть до полного закрытия отверстия в трубопроводе в заданном месте, а значит, вода поступает в виде капель с равной периодичностью, попадает на орошаемую поверхность. Конструкция капельницы проста и надежна в эксплуатации и обеспечивает ее массовое промышленное производство, как и самих поливных полиэтиленовых гибких трубопроводов, изготавливаемых заводским методом с определенными размерами отверстий и расстояний между отверстиями на поточной линии завода, и изготовления всего комплекта.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображена схема сети капельного орошения с капельницами, смонтированными над водовыпускными отверстиями в стенке поливного трубопровода; на фиг. 2 - поливной трубопровод с капельницами; на фиг. 3 изображен упругоэластичный элемент, иллюстрирующий вид капельницы капельного орошения, сконструированной в соответствии с настоящим изобретением (сечение поливного трубопровода не показано); на фиг. 4 - сечение трубопровода с капельницей.
Сведения, подтверждающие реализацию заявляемого изобретения, заключаются в следующем.
Капельницы размещаются охватывающими корпусом 1, 2 и 3 и крепятся на наружной поверхности пластмассового поливного трубопровода 4 диаметром от 6 до 24 мм, водовыдел воды от 1,6 до 2,5 л/ч. Корпусу 1, 2 и 3 придана форма трубчатого упругоэластичного элемента, например, в виде резиновых ругулировочно коротких отдельных патрубков, или они могут быть выполнены также из полимеров, пластмасс. Внутренняя проточная часть корпуса 1, 2 и 3 (патрубка) снабжена трубчатым пористым элементом 5. Длина каждого трубчатых корпусов, выполненных в виде коротких патрубков 1, 2 и 3, определяется для первого трубчатого регулирующего патрубка 1 по отношению к водовыпускному отверстию 6 расчетом при соотношение  для среднего регулирующего трубчатого патрубка 2, соответственно, к водовыпускному отверстию 7, соотношением , а для концевого регулирующего трубчатого патрубка 3, соответственно, соотношением  с трубчатым пористым элементом 5. Пунктиром показаны водовыпускные отверстия 6, 7 и 8 в поливном трубопроводе 4. Корпуса 1, 2 и 3 выполненных упругоэластичными элементами в виде регулировочных коротких отдельных трубчатых патрубков 1, 2 и 3 высокой прочности, могут быть выполнены также из полимеров, пластмасс, снабженных внутри трубчатым пористым элементом 5, например, из материала поролона или др., патрубки, которые фиксируются с помощью хомутов 9 с винтом 10 на одном конце патрубков 1, 2 и 3, а другой конец, в сторону слива воды на орошение, свободен от хомута (зажима). Таким образом, поперечное сечение по длине патрубков 1, 2 и 3 с внутренней стороны снабженное пористым элементом 5 выполнено охватывающим вокруг наружной стенки полиэтиленового поливного трубопровода 4, один конец регулирующего патрубка которого зафиксирован с помощью хомута 9 с винтом 10.
Выполнение отдельных независимых друг от друга корпусов 1, 2 и 3 регулирующими трубчатыми короткими патрубками с трубчатым пористым элементом 5 и других элементов, обеспечивают при монтаже возможность эксплуатации пригодность капельницы из серийно выпускаемых деталей, например, на основе широкого применения в настоящее время полимерных материалов, не содержащих коррозионно-опасных при эксплуатации, а также упругоэластичных элементов, например, в виде резиновых трубчатых патрубков высокой прочности и их формы из материала корпуса.
Перекрывание водовыпускного отверстия 6, 7 и 8 на наружной поверхности поливного трубопровода 4 и заданным регулируемо соотношением длин патрубков 1, 2 и 3 по отношению к отверстиям 6, 7 и 8 происходит за счет разности давлений и гидравлических потерь в сторону слива воды на орошение, возникающих вдоль пути прохождения жидкости через трубчатый пористый элемент 5, в результате чего происходит саморегулирование расхода жидкости и тем самым повышается эффективность работы капельницы. Расположение корпусов 1, 2 и 3 с регулирующим пористым элементом 5 внутри патрубка предохраняет пористый элемент от внешних воздействий, что позволяет повысить надежность конструкции в целом.
По варианту выполнения капельница, выполненная регулирующим трубчатым патрубком с трубчатым пористым элементом в своей верхней части (не показано) может быть выполнена в виде продольного разреза с целью его свободного надевания (охвата) на наружную поверхность поливного полиэтиленового трубопровода в связи с его большой длины полива и, закреплен в верхней части между собой, например, липучкой или соединен посредством винтов, выполненных впотай (на чертеже не показано для упрощения).
Изготовление всех элементов капельницы короткими упругоэластичными элементами с трубчатым пористым элементом с соответствующими длинами и крепления с помощью хомутов в одно целое, облегчает изготовление и сборку их, т.е. устройство капельницы просто, компактно, снижается себестоимость деталей.
Следует отметить, что напорные поливные трубопроводы 4 и патрубки 1, 2 и 3 при монтаже рассчитывают на придание им положительного уклона над поверхностью земли, что исключает заиливание поливного трубопровода с капельницами 1, 2 и 3.
Следует также описать, что подключение поливного трубопровода 4 к распределительному трубопроводу 11 со стояком 12 выполняют через шаровой кран 13, манометр 14, показывающий давление воды (напор) на входе из распределительного полиэтиленового трубопровода 11 и закрепленный пластмассовый стандартный фильтр 15 тонкой очистки малого размера с цилиндрической в его полости сеткой. Опасность засорения в принципе отсутствует, чем в обычных системах капельного орошения, когда они усложняются конструктивно капельницами в целом при заданном напоре 0,01-0,03 м, так как зависит от работы фильтра 15.
Для определения расхода воды шаровой кран 13 имеет градуировку расхода воды в зависимости от давления воды, поступающей из распределительного полиэтиленового трубопровода 11 через счетчик 16 расхода воды, т.е. этим самым судят о количестве воды, израсходованной на общий капельный полив и рост растений в почве с применением счетчика воды.
2
2
max
Счетчик 16 измерения воды с диаметром условного прохода 15 или 20 мм типа (СХВ), может быть применен как счетчик для измерения объема холодной воды, поступающей из распределительного трубопровода 11 при температуре +5 до +40°С, при давлении не более 1 МПа (10 кгс/см). Данные счетчики стандартные, устойчивы к воздествию внешнего магнитного поля. Потери давления на счетчике при максимальном расходе воды (Q) не превышает 0,1 МПа (1 кгс/см). Срок службы счетчика 8-12 лет. Принцип действия счетчика состоит в измерении числа оборотов крыльчатки пропорционально объему протекающей воды.
Вращение крыльчатки передается на счетный механизм, обеспечивающий за счет понижающего редуктора возможность снятия показателей объема воды, поступившей в поливной трубопровод 4 с капельницами 1, 2 и 3. Интегратор счетного механизма позволяет с достаточной точностью определять указания объемов воды за любой определенный промежуток времени на заданном объекте полива с новыми предложенными капельницами 1, 2 и 3. Этот учет воды важен для расчета оплаты за воду, забираемую из источника. Длина поливного трубопровода 4 может быть достаточно длинной. Так как сами капельницы 1, 2 и 3 при любых давлениях в поливном трубопроводе будут ограничивать поток жидкости через регулирующий трубчатый упругоэластичный элемент к выходному свободному концу патрубка 1, 2 и 3 (капельниц), расположенных на наружной поверхности поливнопр полиэтиленового трубопровода 4 и закрывающих водовыпускные отверстия 6, 7 и 8 снаружи трубопровода в его нижней части, что исключает механические и атмосферные воздействия на них. Новая конструкция капельниц по своей природе способна самопромываться во время полива и ее регулирования по длине поливного трубопровода, при этом открывая возможность водовыпускного отверстия свободно в начале, в середине и в конце поливной работы.
Поливной трубопровод с капельными водовыпусками работает следующим образом.
Из поливного трубопровода 4 системы капельного орошения вода под давлением через водовыпускные отверстия 6, 7 и 8 поступает в регулирующие трубчатые патрубки 1, 2 и 3 различные по своей длине, далее через микропоры пористого материала 5, нагнетаемая текущая среда (вода) вытесняется в сторону свободного конца патрубка 1, 2 и 3, так как другой конец, которых зафиксирован хомутом 9 с винтом 10 на наружной поверхности поливного трубопровода 4, и вода в виде капель падает на орошаемый участок. При изменении напора воды по длине поливного трубопровода 4 будет достаточно учитывать расположение на нем коротких трубчатых патрубков 1, 2 и 3 с трубчатым пористым элементом 5: горизонтальное расположение начального патрубка 1 по отношению к водовыпускному отверстию 6 должно составлять  так как напор воды в начале трубопровода имеет место большого давления, далее по длине поливного трубопровода увеличиваются гидравлические сопротивления его стенок, соответственно, чтобы получить заданный выпуск воды через водовыпускное отверстие 7 необходимо изменить соотношение длин относительно водовыпускного отверстия 7 длину патрубка 2, как соотношение а для концевого регулирующего трубчатого патрубка 3, это соотношение, соответственно, составит  к водовыпускному отверстию 8. Так как действующий напор изменяется по величине от начала к концу поливного трубопровода 4, то и изменяется величина расхода воды, а это зависит от расположения водовыпускных отверстий 6, 7 и 8 в поливном трубопроводе 4.
При истечении жидкости (воды) из водовыпускных отверстий 6, 7 и 8 она поступает в трубчатые патрубки 1, 2 и 3 с пористым элементом 5, микропоры которого оказывают на сопротивление потоку текущей среды, создаваемое ими, и не влияет изменение ее движение. Таким образом, на свободном конце, патрубков с трубчатым пористым элементом, учитывая их линейные продольные размеры, поддерживается равномерность потока на орошение и повышает качество полива в виде капель. Следовательно, автоматически поддерживается заданный расход воды для растений во всех капельницах.
Регулирующими трубчатыми патрубками в виде упругоэластичных элементов для капельного орошения отличаются также тем, что они могут иметь двухсторонний водовыпуск (при отсутствии фиксации хомута), что расширяет область использования поливных трубчатых патрубков с трубчатым пористым элементом, при этом перемещение в одну или в другую сторону на поверхности поливного трубопровода по отношению к водовыпускному отверстию в стенке его может варьироваться в любых комбинациях от минимального до максимального расстояния. Это позволяет оптимально распределять воду непосредственно для корневой системы различных растений по объему впитывания в почву.
По окончанию сезона полива элементы капельниц оставляют на поливном гибком трубопроводе. Далее трубопровод сматывают на цилиндрическую бобину и хранят в складском помещение до следующего поливного сезона. Капельницы не мешают уборке трубопровода.
Предлагаемый поливной трубопровод с капельными водовыпусками позволяют обеспечить регулируемый и нормированный полив различных растений в открытом грунте. Обеспечивает полное освобождение ее от остатков воды, позволяет вести междурядную обработку от травы и сорной растительности, все узлы находятся под визуальным контролем, и упрощаем устройство в целом.
Основная часть технико-экономического эффекта заключается в существенном сокращении затрат на изготовление новых предложенных капельниц капельного орошения и их простота в исполнении.