Результат интеллектуальной деятельности: КАПЕЛЬНЫЙ ВОДОВЫПУСК

Изобретение относится к технике полива сельскохозяйственных культур капельным способом с помощью гибких поливных трубопроводов.

Известен водовыпуск поливного трубопровода, включающий корпус со сливным отверстием и крепежный элемент, соединяющий корпус с трубопроводом, корпус образован двумя боковинами, соединенными сводом, состоящим из передней горизонтальной части и плавно сопряженной с ней задней криволинейной части, направленной выпуклостью наружу, при этом выпускное отверстие корпуса размещено в нем напротив задней криволинейной части свода (Авторское свидетельство SU №1501981, кл. A01G 25/02 от 23.08.1989).

Недостатком описанного водовыпуска являются ограниченные функциональные возможности, трудность монтажа и низкое качество полива, а также необходимость специального патрубка с утолщением, требующего применения соответствующей оснастки и оборудования.

Известен водовыпуск, смонтированный на выходном отверстии трубопровода и включающий уплотнитель и зазорообразующий элемент, уплотнитель установлен на наружной поверхности трубопровода, а зазорообразующий элемент свободно размещен между уплотнителем и трубопроводом в зоне выходного отверстия (патент RU №2056734, кл. A01G 25/02 от 27.03.1996).

Известный водовыпуск прост по конструкции, однако недостатком является то, что необходима периодическая ручная прочистка и промывка каналов. Для этого необходимо резко увеличить поток воды на сброс с принудительной разгерметизацией отверстия, а также неудобство подбора диаметра зазорообразующего элемента для каждого водовыпуска по длине трубопровода, так как давление по длине трубопровода постоянно меняется, т.е. низкое качество полива.

Известен поливной трубопровод с капельными водовыпусками, включающий запорный элемент, установленный в полости трубопровода и открывающий вход внутрь трубопровода, имеется во внутренней полости кольцевая вставка, а запорный элемент имеет полусферическую форму, кольцевая вставка и головка соединены упругой державкой, выполненной по дуге окружности выпуклостью в сторону оси трубопровода, кольцевая вставка зафиксирована относительно водовыпускного отверстия соответственно длине упругой державки, водовыпускное отверстие и головка полусферической формы выполнены соосно (патент RU №2325799, кл. A01G 25/02 от 10.06.2008).

Для этого устройства необходимо изготовление специальной кольцевой вставки с креплением ее так, чтобы зафиксировать точно запорный элемент и головку его относительно водовыпускного отверстия с соответствующим изгибом. Одновременно это предопределяет большую трудоемкость и неудобство обслуживания. Другим недостатком является быстрое старение запорного органа, теряется упругость, соответственно теряется и форма изгиба с головкой, что вызывает последующие утечки воды через водовыпускное отверстие от запланированного расхода водовыпуска, а также необходима частая замена запорного органа, что затруднено в связи с размещением его внутри трубопровода.

Известен также клапан водовыпуска поливного трубопровода, включающий отверстия в стенке трубопровода и водовыпуски в них, при этом каждый водовыпуск выполнен в виде подвижного подпружиненного клапана, состоящего из головки, имеющей в верхней части шаровой сегмент, сопряженный конической запорной частью с направляющими ребрами, имеющими ограничительные выступы, при этом корпус клапана, установленный между направляющими ребрами, имеет коническую форму (патент RU №2295233, кл. A01G 25/02 от 20.03.2007).

Истечение жидкости через коническое проходное сечение водовыпускного отверстия ограничено свободным ходом шарового сегмента и предопределяет их забивание плавающим мелким мусором, что может заклинить клапан между стенками трубопровода. Одновременно клапан водовыпуска содержит детали, например устройство прижима рычагом клапана, и связан с хомутом на наружной поверхности. Однако упругость и долговечность пружины поджатия также ненадежны, в частности, от частого создания усилия на изменение своего положения от изменяющегося напора воды в трубопроводе и регулирования расхода водовыпуска. Наступает усталость пружины, что ведет к ее поломке, так как моменты сил, действующих на криволинейный рычаг, меняются под углом относительно точки приложения давления воды на поверхность шарового сегмента, т.е. сокращается срок службы устройства. Другой недостаток - большое трение между стенками трубопровода и клапаном, а это замедляет движение вверх или вниз клапана.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является капельный водовыпуск, включающий установленную в отверстии трубопровода вставку из эластичного материала, имеющую отверстие, вставка в средней части закреплена пояском, а с внутренней - буртиком, за которым расположен кронштейн с установленным на нем подпружиненным клапаном с возможностью поворота в сторону движения потока воды, при этом вставка покрыта защитной оболочкой, а отверстие эластичной вставки выполнено сквозным (патент RU №2283582, кл. A01G 25/02 от 13.04.2005).

Недостатком данного капельного водовыпуска является низкая надежность эксплуатации, связанная с усталостью пружины и недостаточностью динамического давления на подпружиненный клапан от воды в трубопроводе, особенно в тех случаях, когда давления воды при малых расходах недостаточно, чтобы преодолеть упругость пружины на растяжение, один конец которой зафиксирован скобой на кронштейне. Кроме того, плоская форма клапана не может устранить утечки воды при недостаточном давлении воды сверху на клапан через выпускные отверстия эластичной вставки, возможны случаи смятия ее концов, а значит, возникают зазоры, через которые вода просачивается наружу, т.е. происходит утечка воды на сброс по длине поливного трубопровода, уменьшается точность забора воды. Если в полости по длине трубопровода расход воды меняется, то меняется соответственно и давление над каждым водовыпуском с плоским подпружиненным клапаном, процесс закрытия отверстия вставки замедляется по времени, в результате статическая ошибка измерения расхода воды также возрастает, о чем подтверждают и материалы заявки, т.е. от скорости движения потока в трубопроводе и действующего напора. Закрытие клапаном отверстия во вставке становится неустойчивым, происходит автоколебательный процесс, который также происходит и от растяжения или сжатия пружины; в трубопроводе возникают волновые явления, которые не гасят поток перед водовыпуском.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - повышение эксплуатационной надежности в работе и обеспечение равномерности забора воды.

Технический результат - автоматическая регулировка расхода воды через водовыпускные отверстия по всей длине трубопровода, упрощение конструкции клапана.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном капельном водовыпуске, включающем установленную в отверстии вставку из эластичного материала, имеющую отверстие, поясок, буртик, кронштейн с установленным на нем подпружиненным клапаном с возможностью его поворота в сторону движения потока воды, при этом вставка покрыта защитной оболочкой, а отверстие эластичной вставки выполнено сквозным, подпружиненный клапан выполнен с размещенным дополнительно клапаном в сторону седла вставки напротив отверстия, закрепленный винтом, который соединен с подпружиненным клапаном, причем последний на конце выполнен в поперечном сечении в виде незамкнутой спирали, отгиб концевой части спирали расположен заподлицо со стенкой подпружиненного клапана с образованием водоприемной щели, а другой конец подпружиненного клапана с кронштейном выполнен регулируемым.

Кроме того, средняя часть подпружиненного клапана выполнена с продольным пазом, с которым закреплен винт с возможностью перемещения дополнительного клапана вдоль подпружиненного клапана относительно отверстия вставки в трубопроводе.

Кроме того, согнутый конец подпружиненного клапана в виде спирали расположен с возможностью опирания на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса трубопровода.

Кроме того, кронштейн закреплен к вилке с возможностью поднятия ее вверх, которая закреплена к винту-гайке.

Такая конструкция капельного водовыпуска с дополнительным клапаном надежно закрывает седло вставки, т.е. клапан может входить в отверстие вставки без вибрации подпружиненного клапана. Поскольку уровень над подпружиненным клапаном резко возрастает, соответственно и при малых расходах воды в трубопроводе возможно увеличить давление сверху на подпружиненный клапан, что в свою очередь устраняет волновые явления перед водовыпуском за счет изогнутого конца в виде незамкнутой спирали с водопропускной щелью.

Таким образом, над подпружиненным клапаном накапливается определенный объем воды по течению в трубопроводе. Спираль препятствует выбросу потока назад в сторону над стенкой подпружиненного клапана, снимая волновые явления в трубопроводе. Этим самым устраняется инерционность разгона потока за счет всплытия клапана, что повышает надежность и быстродействие в работе, которые отсутствуют в известных устройствах.

Таким образом, благодаря возможности компактного расположения дополнительного клапана спирали и кронштейна с подвижной вилкой работа происходит с большей эксплуатационной надежностью и равномерностью подачи воды через капельные водовыпуски по длине трубопровода.

Конструкция капельного водовыпуска проста и надежна для полевых условий. Вследствие чего достигнут уровень автоматизации данного устройства по сравнению с известными, и это повышение обусловлено связью клапанов между собой, которые оснащаются изгибом в виде кольцевой спирали с водопропускной поперечной щелью в целом. Таким образом, эффективность устройства обеспечивается за счет улучшения компоновки элементов капельного водовыпуска на гибком трубопроводе.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображен разрез вдоль оси трубопровода с установленным капельным водовыпуском.

Капельный водовыпуск установлен на магистральном трубопроводе 1 и включает сливную вставку 2 с седлом и со сквозным отверстием 3. Эластичная вставка 2 со стороны выступающей части над поверхностью трубопровода 1 и сверху покрыта защитной оболочкой 4, предохраняющей от механического разрушения эластичную вставку 2. За вставкой 2 со стороны движения потока воды крепление между собой вилки 5 с кронштейном 6 и корпуса трубопровода 1 осуществляется посредством регулировочного винта 7, гайки 8 с уплотнительным кольцом 9. Кронштейн 6 связан с подпружиненным клапаном 10 пружиной 11. Средняя часть подпружиненного клапана 10 имеет направляющий продольный паз 12, винт 13 закреплен с дополнительным клапаном 14, который контактно соединен с пазом 12 в подпружиненном клапане 10. Кроме того, свободный конец подпружиненного клапана 10 согнут в виде незамкнутой спирали 15, начальный изгиб спирали выполнен заподлицо со стенкой подпружиненного клапана 10 сверху с образованием водоприемной щели, а также с возможностью опирания на расположенные на противоположной стороне от седла образующие внутренней поверхности корпуса трубопровода 1. Дополнительный клапан 14 зафиксирован винтом 13 в пазу 12 относительно сквозного отверстия 3 вставки 2 внутри напорного трубопровода 1, при этом клапан 14 должен располагаться строго над сквозным отверстием 3 вставки 2, закрепленной на трубопроводе 1. Угол наклона подпружиненного клапана 10 с дополнительным клапаном 14 также может меняться с помощью вилки 5, основанием прикрепленной винтом-гайкой 7-8 с возможностью поднятия ее вверх или опускания вниз с уплотнителем 9. Пружина 11 одним концом свободно перемещается под скобой 16 на клапане 10, а другим - под скобой 17 на кронштейне 6. Кроме того, угол наклона клапанов 10 и 14 фиксируется не только пружиной 11, но значительно зависит от скорости вращения воды внутри спирали 15, в результате чего под действием гидростатического давления со стороны течения воды происходит устойчивое автоматическое закрывание дополнительным клапаном 14 седла эластичной вставки 2 со сквозным отверстием 3. В свободном состоянии клапаны 10 и 14 приподняты вверх, а свободный согнутый конец в виде спирали имеет возможность опираться на расположенные на противоположной стороне от вставки с седлом образующие внутренней поверхности корпуса трубопровода 1.

Капельный водовыпуск работает следующим образом.

В исходном состоянии клапаны 10 и 14 поднимаются, опираются на внутреннюю поверхность корпуса трубопровода 1.

При подаче воды по трубопроводу 1 в направлении, указанном стрелкой, величина открытия подпружиненных клапанов 10 и 14 зависит в основном от давления воды в незамкнутой спирали 15, соответственно и от напора в трубопроводе 1. При увеличении скоростного напора масса жидкости давит на подпружиненный клапан 10 с запорным клапаном 14 (запорный элемент), закрывает седло вставки 2, при уменьшении напора запорный клапан 14 открывается. При движении воды в трубопроводе и в зависимости от действующего напора за счет действия спирали 15. Клапан 14, расположенный под углом к горизонтальной оси трубопровода, затем стремится к горизонтальному своему положению относительно сквозного отверстия во вставке 2, что автоматически стабилизирует и улучшает остойчивость клапанов 10 и 14. В случае если в полости по длине трубопровода имеет место волновое движение воды, то описанный процесс будет более устойчив и более точно стабилизируется расход воды через водовыпуск, т.е. с меньшей статической ошибкой измерения расхода воды. Если в полости трубопровода имеет место различное давление воды, то одновременно происходит компенсация от сжатия пружины 11 на клапан 10 при закручивании потока с разной подходной скоростью в спирали 15 с образованием в ней водоприемной щели, чем обеспечивается повышенное давление на поворотные клапаны 10 и 14 для прижатия последних к седлу вставки 2, а следовательно, расстояние между седлом вставки 2 и клапаном 14 меняется, что снижает расход через водовыпуск, и соответственно происходит быстродействие его на прикрытие водовыпуска. Таким образом, в зависимости от большего действующего напора перед загнутым концом в виде спирали 15 производится автоматическая регулировка расхода через водовыпускное отверстие вставки 2 по всей длине трубопровода 1, когда расход по длине его постепенно отбирается водовыпусками, а скорости движения потока в нем уменьшаются.

Таким образом, уравновешиваются давление воды и сила отжатия, созданная пружиной 11, на клапаны 10 и 14 сверху. Запорный дополнительный клапан 14 может перемещаться в направляющем пазу 12 с целью его настройки и с фиксацией винтом 13, что сохраняет его положение точно над седлом вставки 2, сохраняя тем самым автоматически расход водовыпуска. Регулировка положения клапанов 10 и 14 также может выполняться изменением высотного положения вилки 5 прикрепленным винтом-гайкой 16 с уплотнителем 17, т.е. при помощи ввинчиваемого винта-гайки16.

Установка дополнительного клапана 14 на подпружиненном клапане 10 и наличие спирали 15 дает возможность обеспечить не только плавучесть устройства, но улучшить их остойчивость. Кроме того, улучшает условия проведения технического обслуживания водовыпусков по длине трубопровода и продлевает срок службы, а также облегчает работу клапанов в напорном потоке.