ОРОСИТЕЛЬНЫЙ ТРУБОПРОВОД
IRRIGATION PIPELINE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к оросительному трубопроводу или трубопроводу для капельного орошения и к способу его изготовления.
Уровень техники
Трубопровод для капельного орошения, установка для его изготовления, а также способ изготовления, подобные представленным в настоящем изобретении, раскрыты в патенте США 5324371, описывающем способ и установку для изготовления способом непрерывной экструзии трубопровода для капельного орошения, имеющего отдельные капельные водовыпуски или эмиттеры, соединенные с внутренней поверхностью трубопровода и расположенные вдоль его оси на расстоянии друг от друга.
Патент США 4577998 (Dorrn) описывает способ изготовления гибкого оросительного трубопровода из ПВХ путем экструзии пластифицированного ПВХ-соединения, содержащего расплавленную упрочняющую добавку и химическое вспенивающее вещество.
Раскрытие изобретения
Согласно настоящему изобретению предлагается новый трубопровод для капельного орошения, установка и способ изготовления такого трубопровода, а также новая упаковка трубопровода.
Оросительный трубопровод или трубопровод для капельного орошения согласно настоящему изобретению содержит тело трубопровода из вспененного пластика с капельными водовыпусками, соединенными с его внутренней поверхностью. Трубопровод изготовлен из вспененного водонепроницаемого материала с закрытыми порами. Отдельные капельные водовыпуски обычно соединены с внутренней поверхностью трубопровода и расположены вдоль его оси на расстоянии друг от друга.
В настоящем изобретении термин «оросительный эмиттер» имеет широкий смысл и включает капельные водовыпуски, эмиттеры или закрепленные оросительные элементы любого типа, которые могут быть встроены в трубопровод.
Термин «с закрытыми порами» по отношению к трубопроводу из вспененного пластика означает, по меньшей мере, преобладание во вспененном пластике закрытых пор.
Упаковка трубопровода согласно настоящему изобретению, имеющая вес W, включает в себя катушку и намотанный на нее оросительный трубопровод, имеющий стенки толщиной t и наружный диаметр OD, причем трубопровод изготовлен из вспененного пластического материала с закрытыми порами и имеет оросительные эмиттеры, соединенные с указанными стенками на заданном расстоянии друг от друга, при этом общее количество оросительных эмиттеров в указанном трубопроводе обычно, по меньшей мере, на 10% больше количества оросительных эмиттеров в трубопроводе, изготовленном из такого же пластического материала, но не вспененного, с таким же расстоянием между оросительными эмиттерами, имеющего такой же наружный диаметр OD и толщину стенок, не превышающую указанную толщину t, и упаковка которого имеет такой же вес W.
Согласно настоящему изобретению установка для изготовления трубопровода для капельного орошения содержит:
- экструдер, выполненный с возможностью приема пластического материала, пригодного для формирования, в условиях процесса вспенивания, трубопровода из вспененного материала с закрытыми порами, причем указанный пластический материал является водонепроницаемым, и с возможностью экструдирования указанного пластического материала с получением расплавленной пластмассы;
- экструзионную поперечную головку, выполненную с возможностью приема указанной расплавленной пластмассы из экструдера и выдавливания ее через матрицу с формированием экструдированного трубопровода;
- калибровочное устройство, выполненное с возможностью приема экструдированного трубопровода из указанной поперечной головки и уменьшения диаметра указанного экструдированного трубопровода, причем калибровочное устройство отделено от экструзионной поперечной головки промежуточной зоной;
- систему управления технологическим процессом, выполненную с возможностью регулирования условий указанного процесса таким образом, чтобы обеспечить образование закрытых пор в указанной расплавленной пластмассе и чтобы экструдированный трубопровод, поступающий в калибровочное устройство, представлял собой экструдированный трубопровод из вспененного материала с закрытыми порами;
- вытяжной механизм, расположенный за калибровочным устройством, выполненный с возможностью протягивания через калибровочное устройство и вытягивания из него экструдированного трубопровода из вспененного материала;
- удлиненный носитель оросительных эмиттеров, выполненный с возможностью поддержания оросительных эмиттеров для последовательного перемещения по его длине;
- механизм подачи оросительных эмиттеров, выполненный с возможностью последовательной подачи оросительных эмиттеров на указанный носитель; и
- устройство для перемещения оросительных эмиттеров, выполненное с возможностью последовательного ускорения оросительных эмиттеров вдоль указанного носителя и введения их в контакт с экструдированным трубопроводом из вспененного материала, при достижении указанным трубопроводом своего по существу уменьшенного диаметра.
Согласно настоящему изобретению предлагается способ изготовления трубопровода для капельного орошения, включающий
- экструдирование в экструдере пластического материала, содержащего закрытые поры или вспенивающего вещества, или их смеси, или пластического материала, вспениваемого путем вдувания газа в экструдированный пластический материал;
- введение указанного пластического материала в поперечную головку;
- управление работой экструдера и/или указанной поперечной головки при технологических условиях, предназначенных для указанного пластического материала, с обеспечением формирования трубопровода из вспененного пластика с закрытыми порами; и
- размещение оросительных эмиттеров в положениях, отстоящих друг от друга в осевом направлении вдоль трубопровода, пока пластический материал трубопровода находится в полурасплавленном состоянии.
В случае, когда в пластический материал добавляется вспенивающее вещество, оно может быть добавлено перед подачей пластического материала в экструдер или в процессе его экструдирования.
Согласно одному из вариантов реализации настоящего изобретения пластический материал содержит химическое вспенивающее вещество, и, кроме того, технологический процесс включает стимулирование вспенивающего вещества для образования закрытых пор в трубопроводе. Стимулирование требует создания соответствующих технологических условий для вступления в реакцию химического вспенивающего вещества. Такое вспенивающее вещество может либо вступать в реакцию с образованием соединения, имеющего или принимающего при указанных условиях газообразное состояние, либо переходить из первоначальной не газообразной фазы в газообразную.
Согласно другому варианту реализации настоящего изобретения образование закрытых пор выполняется введением физического вспенивающего вещества (например, переохлажденной жидкости, газа), обычно под высоким давлением, в пластический материал, находящийся в расплавленном или полурасплавленном состоянии. Согласно еще одному варианту реализации настоящего изобретения пластический материал, используемый для изготовления трубопровода для капельного орошения согласно настоящему изобретению, содержит закрытые поры (например, вспененный пластик, пластический материал, содержащий полые сферы и т.д.).
Преимуществами трубопровода для капельного орошения по настоящему изобретению являются его относительно малый вес за счет меньшего количества смолы, применяемой для его изготовления, простота в обращении (например, при монтаже и демонтаже), хранении и транспортировке, и то, что трубопровод большей длины может быть намотан на обычную катушку стандартного веса.
Краткое описание чертежей
Для того, чтобы понять изобретение и представить, как оно может быть осуществлено на практике, ниже будут описаны некоторые варианты осуществления путем не ограничивающих примеров со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
на фиг.1 представлен перспективный вид трубопровода для капельного орошения согласно настоящему изобретению;
на фиг.2 представлена схема установки для изготовления трубопровода для капельного орошения согласно настоящему изобретению;
на фиг.3 представлен в увеличенном виде продольный разрез участка установки по фиг.2; и
на фиг.4 представлен перспективный вид упаковки трубопровода согласно настоящему изобретению.
Осуществление изобретения
На фиг.1 представлен участок трубопровода 10 для капельного орошения, изготовленного из вспененного материала и включающего тело 11 трубы и множество оросительных эмиттеров 12 (например, капельных водовыпусков и тому подобных), соединенных с его внутренней поверхностью и предназначенных для протекания жидкости для орошения изнутри трубопровода 10 из вспененного материала наружу; для этой цели каждый оросительный эмиттер имеет впуск 13 и выпуск 14. В варианте реализации, представленном на фиг.1, трубопровод 10 из вспененного материала имеет небольшое отверстие 16, соответствующее выпуску 14 оросительного эмиттера, хотя выпуск может находиться вровень с наружной поверхностью трубопровода 10.
Трубопровод 10 изготовлен из вспененного пластического материала, обычно, но не обязательно, из полиолефина, и, кроме того, имеет закрытые поры 18. Трубопровод 10 обычно имеет кольцеобразные стенки 19 (хотя возможны другие формы поперечного сечения) с внутренним диаметром ID, наружным диаметром OD и толщиной t.
Оросительные эмиттеры 12 предпочтительно соединены с внутренней поверхностью трубопровода 10 из вспененного пластика с расположением вдоль его оси на расстоянии друг от друга. Оросительные эмиттеры 12 могут иметь любые известные подходящие геометрические размеры и конфигурацию и представлены как нецилиндрические, продолговатые элементы, удлиненные в продольном измерении, соответствующем продольному измерению трубопровода 10 из вспененного пластика, как показано на фиг.1.
В трубопроводе согласно настоящему изобретению могут использоваться любые обычные подходящие оросительные эмиттеры, и, поскольку их конструкция не является частью настоящего изобретения, они не будут здесь описаны более подробно.
На фиг.2 представлена схема установки для изготовления трубопровода 10 из вспененного материала. Установка содержит экструдер 20 с поперечной экструзионной головкой 22, имеющей коаксиальный канал 24, через который проходит вытянутый носитель 26 оросительных эмиттеров. Верхний по ходу процесса конец 26а носителя 26 находится на уровне стеллажа 28 оросительных эмиттеров, с которого оросительные эмиттеры 12 могут последовательно подаваться податчиком 29 оросительных эмиттеров к верхнему концу 26а носителя 26. С экструдером 20 соединен дозатор 30 вспенивающего вещества. Экструдер 20 выполнен с возможностью приема пластического материала и вспенивающего вещества (не показано) из дозатора 30 и получения пластичной смеси 54 (фиг.3). Кроме того, установка включает устройство 31 управления технологическим процессом для контроля условий технологического процесса изготовления трубопровода.
В качестве альтернативы, вспенивание может быть вызвано введением физического вспенивающего вещества, с соответствующими изменениями, в экструдер 20, и с этой целью с экструдером 20 должен быть соединен инжектор 33 вспенивающего вещества, представленный пунктирной линией, обозначающей его как опцию.
Калибровочное устройство 34 с охлаждающим устройством 36 расположено за экструзионной поперечной головкой 22 и отделено от нее промежуточной зоной 38. Нижний по ходу процесса конец 26b носителя 26 выступает в калибровочное устройство 34. За калибровочным устройством 34 имеется охладитель 36, а за ним - станция 40 для проделывания отверстий в трубопроводе и вытяжной механизм 42 для вытягивания из установки трубопровода 10 из вспененного материала.
Устройство 44 для перемещения оросительных эмиттеров расположено перед концом 26а носителя 26 и оборудовано толкателем 46, совмещенным с носителем 26. Толкатель 46 может иметь, например, механическое, электромеханическое или гидравлическое управление, способное перемещать толкатель 46 со скоростью, соответствующей техническим требованиям.
На фиг.3 представлены в деталях экструзионная поперечная головка 22, носитель 26, калибровочное устройство 34 и охлаждающее устройство 36. Экструзионная поперечная головка 22 содержит цилиндрический рукав 50, снабженный матрицей 52. Расплавленная пластичная смесь 54 (содержащая пластический материал и вспенивающее вещество, как было указано выше) выдавливается через матрицу 52.
Калибровочное устройство 34 и охлаждающее устройство 36 содержат калибровочную трубку 55 с отверстиями, прикрепленную к стенкам калибровочного устройства 34. Охлаждающее устройство 36 заполнено под вакуумом охлаждающей водой.
Вытянутый носитель 26 проходит через коаксиальный канал 24 экструзионной поперечной головки 22, промежуточную зону 38 и заходит в аксиальный канал 56 калибровочной трубки 55. Вытянутый носитель 26 сформирован с парой каналов 58, проходящих по длине носителя 26 и служащих для протекания порции охлаждающей жидкости через впускной ниппель 60. Носителю 26 и оросительным эмиттерам 12 обычно придают соответствующие формы, чтобы носитель 26 поддерживал и выравнивал оросительные эмиттеры 12.
В процессе работы экструдер 20 принимает пластический материал (не показан), а дозатор 30 питает его вспенивающим веществом (не показано), и подготавливает пластичную смесь 54.
Из экструдера 20 смесь 54 попадает в экструзионную поперечную головку 22 и выходит оттуда с первой линейной скоростью в виде экструдированного расплавленного трубопровода 10m большого диаметра.
Под действием тягового усилия, создаваемого вытяжным механизмом 42 (фиг.2), расплавленный трубопровод 10m из вспененного материала проходит с более высокой второй линейной скоростью через более узкое отверстие калибровочной трубки 55, причем диаметр и толщина стенки трубопровода постепенно уменьшаются до их окончательных размеров. Пока расплавленный трубопровод 10m проходит со второй линейной скоростью через калибровочное устройство 34 и затем через охлаждающее устройство 36, он охлаждается до тех пор, пока не достигнет своего окончательного состояния с закрытыми порами 18.
В то же время оросительные эмиттеры 12 последовательно подаются на верхний конец 26а носителя 26 и перемещаются толкателем 44 по носителю 26, служащему для направления оросительных эмиттеров 12, с ускорением до линейной скорости, практически соответствующей второй линейной скорости трубопровода 10m. Оросительные эмиттеры 12 перемещаются по носителю 26 до тех пор, пока верхняя поверхность каждого последующего оросительного эмиттера 12 не войдет в контакт с расположенными на расстоянии друг от друга местами на внутренней поверхности расплавленного трубопровода 10m в зоне впуска в калибровочное устройство 34, и когда расплавленный трубопровод 10m по существу достигнет второй линейной скорости. Каждый оросительный эмиттер 12, таким образом, начинает соединяться с внутренней поверхностью расплавленного трубопровода 10m при перемещении по носителю 26 с линейной скоростью, практически равной второй линейной скорости расплавленного трубопровода 10m. К тому времени, когда каждый оросительный эмиттер 12 достигнет конца носителя 26, он окажется прочно прикрепленным к трубопроводу.
Расстояние между оросительными эмиттерами 12 в образовавшемся трубопроводе 10 определяется временными промежутками между их последовательным перемещением по носителю 26.
После того, как оросительные эмиттеры 12 прочно прикреплены к расплавленному трубопроводу 10m, и после того, как последний выйдет из охлаждающего устройства 36, устанавливают местонахождение проходящего оросительного эмиттера 12, и станция 40 для проделывания отверстий проделывает отверстие 16 в месте, соответствующем выпуску 14 оросительного эмиттера 12. На этой стадии трубопровод для капельного орошения принимает вид трубопровода 10 из вспененного материала, представленного на фиг.1.
В зависимости от вида пластического материала и вспенивающего вещества, в экструдере 20 и экструзионной поперечной головке 22 создают технологические условия, пригодные для формирования закрытых пор в пластичной смеси, и, таким образом, трубопровод, входящий в калибровочное устройство 34, является трубопроводом из вспененного пластика.
Для изготовления трубопровода 10 из вспененного пластика согласно настоящему изобретению могут использоваться разнообразные пластические материалы, предпочтительно те, которые позволяют хранить трубопровод в смотанном состоянии и разматывать для монтажа, включая типичные термопластичные пластмассы, такие как полистирен, ПВХ, полиолефины (например, полиэтилен и полипропилен) и АБС (акрилонитрилбутадиенстиролсополимер). Насколько известно, не существует ограничений для типа вспенивающего вещества, и пригодны те вещества, которые выделяют углекислый газ (например, карбонаты или бикарбонаты) или азот (например, азо-, гидразо- и нитрозоорганические соединения). Экструзионная поперечная головка 22 обычно нагревается до температуры в диапазоне от 220 до 250°С. Расстояние по оси между оросительными эмиттерами можно легко менять, координируя скорость экструзии расплавленного трубопровода и частоту введения в него оросительных эмиттеров 12; обычное расстояние между оросительными эмиттерами 12 составляет приблизительно от 10 до 100 см, в основном 20-50 см.
Трубопровод 10 для капельного орошения из вспененного пластика согласно настоящему изобретению может изготавливаться способом, отличающимся от описанного выше. Например, такой способ может включать взятие полотна или полосы из вспененного пластика с закрытыми порами с прикрепленными к ней оросительными эмиттерами 12 и сваривание краев полосы для формирования трубопровода, как описано в патентах США 4,247,051; 6,183,584; 6,464,816 и 6,561,443.
На фиг.4 представлена упаковка трубопровода согласно настоящему изобретению, имеющая вес W и включающая катушку 50 и трубопровод 10 для капельного орошения из вспененного пластика. По этой причине трубопровод 10 изготавливается достаточно гибким (т.е. сматываемым) для наматывания (погрузки) на катушку 50. Катушка 50 может являться обычной катушкой, имеющей высоту h и диаметр цилиндра С, таким образом определяя размер S несущего пространства, на которое может наматываться трубопровод.
В соответствии с фиг.1 оросительный трубопровод 10 из вспененного пластика согласно настоящему изобретению может иметь такую же, или слегка большую толщину t стенки, чем обычный оросительный трубопровод, имеющий в других отношениях те же параметры и изготовленный из невспененного материала. Однако упаковка трубопровода, состоящая из обычной катушки 50 и оросительного трубопровода 10 из вспененного пластика установленного веса, может вмещать трубопровод 10 по настоящему изобретению большей длины и с большим количеством оросительных эмиттеров 12, чем упаковка трубопровода, содержащая обычный трубопровод. Предпочтительным является увеличение длины и количества оросительных эмиттеров настоящего трубопровода, по меньшей мере, на 10%.
Для специалиста понятно, что настоящее изобретение не ограничено тем, что было подробно продемонстрировано на примерах реализации, описанных выше. Так, трубопровод системы капельного орошения и его изготовление могут быть реализованы с необходимыми изменениями в различных аспектах в объеме изобретения.
Например, вместо использования вспенивающего вещества, закрытые поры в трубопроводе 10 для капельного орошения из вспененного пластика могут обеспечиваться использованием пластикового сырья, уже содержащего закрытые поры, или способом, при котором в расплавленный пластик в процессе выдавливания вдувается газ (предпочтительно, инертный газ). Следует также отметить, что в то время, как выше были приведены примеры химических вспенивающих веществ, для использования физического вспенивающего вещества, т.е. любого вещества, которое при простом нагревании меняет фазу, образуя газ (например, жидкости с низкой температурой кипения, такой как фторуглерод), насколько это известно, ограничений не имеется.
Кроме того, стенки 19 трубопровода могут быть изготовлены из слоев, причем один или более слоев являются слоями из вспененного материала с закрытыми порами. При этом в установку и способ изготовления вносятся соответствующие изменения.