CN1064189A - 递增压力补偿式滴灌射水器 - Google Patents

Abstract

一诸如管壁之类的外壳部件与水管连成一体或 制成一整体，它有一与水管外部连通的开口。一内装 部件固定地装在外壳部件内以将开口与流经水管的 流体路径分开、内装件的内表面构成与水管流体路径 连通的内腔室的至少一部分内、外部件构成的迷宫有 一有效面积、一从水管得到压力流体的进口端、以及 一与水管开口连通以射出流体的出口端。数个通道 将迷宫的中间部分直接与开口相连，以此来旁通过迷 宫的各个部分。起阀门作用的弹性壁构成通道和内 腔室之间的隔板并响应内腔室中的压力而动作。当 压力超过一第一预定压力值时该壁限制通道内的流 动，阻止流体旁通迷宫的一部分，增加迷宫的有效长 度，从而减少以高压流动的流体流量。

Description

本发明总地涉及用于滴灌系统的射水器，更具体地涉及那种能够以相当低的流量对植物给以可控配水同时能自动补偿供水系统中的压力变化的压力补偿式射水器。尽管供水压力有波动，射出的水种将保持基本恒定。

滴灌系统用来将水以可控的数量施加到特定的植物或根部区域。因此有可能以比一般的广泛喷灌器或渠灌法少得多的水量对栽种区进行灌溉。然而，如果在所有滴灌点采用相同的非压力补偿射水器，灌溉系统中那些承受较高水压的射水器会射出较多的水，因此使水的发布不均。

为了克服这个问题，开发了多种压力补偿式射水器。用这种射水器可以在灌溉系统的某一水压范围内得到相当均匀的水流。这使灌溉系统可以装成具有较长的滴灌线和较少的分配或分主干线。大量的灌溉管线用弹性板之类的可变形材料，用它限制流动路径或改变水出口的形状以限制流量。

这些装置的实例揭示在Mehoudar等人的No.4，307，841、Smith的No.4，344，576和Delmer的No.4，354，639等美国专利中。Miller在No.4，824，025美国专利中揭示了一种具有一内部横向通道部件的射水器，该通道部件随着管道流体压力的升高而关闭。当通道受限制时它容易堵塞。我的No.4，653，695美国专利中给出了更多的例子。这类装置的一个缺点是受限制的流动路径由于沉淀物在受限区域的积聚而容易堵塞。我的专利揭示了可避免这种受限堵塞问题的另一种型式的压力补偿射水器。这种射水器有一装在一套筒内的圆柱体部件，在圆柱体和套筒之间形成一迷宫。在圆柱体的一端有一不是用来限制流体的腔室，这样圆柱体就能滑进或滑出套筒从而改变迷宫的长度。圆柱体的位置根据水压进行调整，这样在较高的压力下就有较长的迷宫。

由于通路横截面积是恒定的，那种射水器解决了通路堵塞问题，但生产费用较高。

还开发了其他类型的射水器。比如，Bentley在美国专利No.3，998，244中揭示了一种具有手动控制长度的螺旋形流动路径的滴灌射水器。流动路径上有弹性的可随着进口流体压力变形的挡板以增加对水流的阻力。

Christy等人在美国专利No.4，382，549中揭示了一种射水器，其中有一弹性板在一关闭位置和一高压限流位置之间移动。当此板处在中间位置时，水流基本不受限制。

Samueli在美国专利No.4，600，152中揭示了一种射水器，其中用交叉的流动路径来限制水流。水流交叉处互相干扰使流动阻力进一步增大。这种射水器不能补偿液体压力的变化。

Benson等人在美国专利No.4，613，080中揭示了一种具有各种流动路径的射水器。这种射水器需手动调整以控制流动路径的数目。一旦设定，不能对液体压力变化进行补偿。

在Sanville的美国专利No.4，817，666揭示的发明中，用一电磁螺旋管有选择地开启和关闭各出口。然后由止回阀根据关闭了的出口处的压力降将一相关的输出口关闭。这是一种复杂而昂贵的阀门。

Prasses在美国专利No.4，917，535中也揭示了一种可从外部调整的射水器。其中有一可手动调节的阀门用于使一受限流动路径旁通从而允许冲洗液体出口。

G.Rolland在法国专利No.2，625，544中也揭示了一种类似的装置。在低液体压力下，一柔性圆盘允许液体较自由地流过一挡板而到达出口。当压力增大时，圆盘变形而明显地限制流过挡板的水流，以致最后使水停止流过挡板，但圆盘覆盖的涡流流动路径仍然保持开着。

很多这些已有技术的射水器都制成具有一低压自由流动部件，这使它们能够彻底冲洗。在大灌溉系统中这可能需要增加泵系统的动力以产生足以关闭自由流动部件的大流量并依靠这一点将所有射水器接入一个限制流量的压力系统。这附加的动力使灌溉系统更昂贵。

因此，仍需要有一种动态压力补偿式的射水器，它应能在所有工作状态下保持一个不受限制的、又能限制流体流动的通路，而且生产成本低。

本发明的射水器具有这些特点，它有多个用来控制限制流体流动的通路，比如迷宫的长度，而不是控制通路的横截面积的阀门。另外，提供了一个制造成本较低的实施例。

一般地，本发明提供了一种与装有压力流体的灌溉水管结合使用的滴灌射水器。一迷宫将水管的内部和水管的外部相连接且具有一最大的液体流动路径长度。一阀门连接于迷宫且可在限制流体流动状态和不限制流体流动状态之间工作。当水管内的压力低于一预定压力时，阀门响应水管内的流体压力而在一种工作状态下工作，当水管内的压力大于此预定压力时，阀门在另一种工作状态下工作。当阀门在前一种状态下工作时，通过迷宫的流体流动路径小于最大长度。

在本发明的一个较佳实施例中，连接于水管或与之成一体的一个外壳部件，比如水管壁，有一与水管外部连通的开口。一内装部件抵固定地装在外壳部件的内部以将开口与通过水管的流体路径分开。内装部件的内表面构成一与水管流体路径连通的内腔室的至少一部分。内外部件构成了一个迷宫，此迷宫有一有效横截面积、一用来从水管得到压力流体的进口端以及与水管的开口相连通用于射出流体的出口端。

一通道将迷宫的一中间部分直接连接至开口，从而旁通过迷宫的一部分。一起阀门作用的弹性壁构成通道与内腔室之间的一隔板，当压力超过一第一预定压力时此壁响应内腔室内的压力而动作以限制该通道。这将防止流体旁通过迷宫的一部分，从而减少否则就会在高压状态下出现的水流。

可以看到，这种结构易于制造，并且也可以制成可直接安装在灌溉水管内的单体结构。也可能有许多其他变化形式。尽管以递增步骤实现了压力补偿，射水器可以制成沿单一迷宫具有任意多个的旁路，并且可在任意流体压力范围内达到基本恒定的液流。另外，在其较佳形式中，没有对迷宫的限制，因此它不会被堵塞。在通道关闭时积留在通道内的任何堵塞物在压力降低时将能很容易地冲走，比如在关闭或开启灌溉系统时就能冲走。而且，由于不需要有用于冲洗射水器的单独自由流动通路，因此运行大的灌溉系统也不需要增加系统功率。

从下面对较佳实施例及相关附图的详细描述中，本发明的这些及其他的特点及优点将变得很清楚。

图1是根据本发明制造的射水器的总示意图。

图2是根据示总图1制作的射水器的部分纵向剖视图。

图3是图2之射水器的反侧呈镜象对应关系的部分剖视图。

图4是图2之射水器沿该图平面的剖视图。

图5是沿图2中线5-5的剖视图，此视图与图4的视图成正交关系。

图6是沿图2中线6-6的横剖图。

图7是图2之发射器的插入部分的透视图。

图8是图7之插入部分的反侧呈镜象对应关系的透视图。

图9是图7之插入部分的部分分解透视图（不成比例），显示了在低流体压力状态下的工作情况。

图10与图9类似，显示了在高流体压力状态下的工作情况。

图11与图6类似，也显示了在高流体压力状态下的工作情况。

图12与图4类似，显示了在低流体压力状态下工作的另一个实施例。

图13与图5类似，但显示的是图12的实施例。

图14与图6类似，但显示的是图12的实施例。

图15与图11类似，但显示的是在高流体压力状态下工作的图12的实施例。

图16与图2类似，但显示的是本发明的第三个实施例。

图17与图3类似，但显示的是本发明的第四个实施例。

先请参看图1，它显示了根据本发明一较佳实施例制作的射水器20的总示意图。射水器20有一包括一进口端24、一出口端26和各路段22a、22b、22c、22d的延伸的流体扰动通道或迷宫22。进口端从灌溉水管或管道接收压力流体。出口端经一出口管路或腔室28连接至用箭头30表示的一低压开口而通向灌溉管道的外部，射水器可操作地定位于该管道内或与之相连。迷宫出口端也可直接连接于开口30。

相对为无压流的流体控制通道32、34和36沿迷宫22分布并与之连通。如图所示，通道32最靠近进口端，而通道36最靠近出口端。每个控制通道也都经一旁路通道38与开口30连通。旁路通道38最好还连接于第二管道开口40。

阀门42、44和46分别位于通道32、34和36内。每个阀门根据迷宫进口端的流体压力有选择地关闭或开启这些通道。在低流体压力下，所有这些阀门都是开启的。流体首先是在阻力最小的路径内流动，即最短的迷宫路段22a。当压力增加到一第一预定值时，阀门42关闭，阻止流体在通道32内的流动。这迫使迷宫内的流体随后流过路段22b并通过通道34流出。

当管道内的流体压力进一步增加到一第二预定值时，阀门44关闭，迫使流体流过，由22a、22b和22c各迷宫路段表示的更长的迷宫。当流体最后到达最终压力值时，阀门46也关闭，使流体流过迷宫22的整个长度亦即最大长度。通过适当选择阀门的动作压力，可获得相当恒定的流动。

流体流线上的几个主要箭头表示这一较佳实施例中的流体流动方向，此实施例将结合其他附图进行描述。如括号内的箭头所示，当流体沿相反方向流动时此实施例仍将表现出相同的功能。

图1中使用的标引数字也适用于图2至图11中的实施例，因为它们功用相同。射水器20最好有一外壳构件，比如套筒50，它可以与灌溉管道52制成一整体。它也可制成为管道的一部分或与之相连，而不必是一个完整的套筒。套筒50有多个开口，比如如上所述的开口30和40;以及图2至图4中所示的开口53和54以及图5中所示的开口55、56、57和58。这些开口保证了控制通道32、34和36流出流体的压力为大气压力。于是各阀门只根据管道内流体的内部压力而起作用。

基本呈管状的内插件60作为内构件置于外构件50内。具体地如图4至6所示，插件60的内表面61构成至少一部分内腔室62，内腔室62最好能使流体在管道52内不间断地连续流动。以64总体表示的一组进口开口提供了腔室62和迷宫22进口端24之间的连通。具体如图2所示的迷宫路段22a沿一盘旋路径从进口端24到一中间环形通道66，此通道66与控制通道32连通，如图3所示。

图3呈镜象对应关系地显示了图2中插件60的另一侧，以与插件的各功能部分对齐。即中间通道66位于所示两个附图中的右端。这样，迷宫从图2之插件左端的进口端通过路段22a延伸至右端直到通道66。然后迷宫继续在图3中通道66处从右端通过路段22b、22c和22d延伸到示于左端的出口端26。这样，就实现了通过迷宫的流体流动。

在路段22c端部的敞开段22e使路段22b和22c的有效长度相同，这就使流经它们的流体产生基本相同的压力差。基本上与出口腔28相同的第二环形出口腔68绕插件左端沿周向延伸，如图2-5所示。插件60左、右端各自的肩部70和72使出口腔密封而与内部管道流体隔开。

图6以横剖面显示了插件60。图中左边显示了迷宫路段22a，右边显示了路段22b的端部。用虚线表示的通道臂74将迷宫路段22b与通道34相连，如图的顶部所示。与插件60成一体的壁76位于内腔室62和通道34之间。在这个实施例中插件60用合成弹性材料制成，因此壁76是一块可在内腔室流体压力的作用下发生变形而拱向通道34内的弹性板。所以，壁76能起一个阀门的作用，如图1所示的阀门44。

每个通道32和36也有与壁76类似的壁。通过使这些壁从通道32到36逐渐增厚，或使通道逐渐变窄，使壁变形至足以关闭通道所需的压力，随着沿迷宫的每个通道增如图11中所示。因此射水器20的工作情况就如结合示意图1所述的那样。

这显示于图9至11。图9和10是插件60的部分分解透视图（不成比例）。控制通道34和36部分地剖开显示。在图9中，这些通道是开启的，在管道内流体压力较低时就将是这样的情况。图10显示了处于关闭状态的控制通道，在管道内流体压力较高时就将是这样的情况。图11也显示通道34处于关闭状态。当管道内的流体压力高到足以关闭所有控制通道时，流体将被迫流经迷宫的整个长度。

流过射水器20的可控流量与下列因素直接相关：

a）迷宫各路段的长度、截面尺寸和形状;

b）控制通道的截面尺寸和长度;

c）沿迷宫设置的起阀门作用的旁路通道的数目;

d）构成壁76和其他壁的弹性材料的弹性。

可对这些因素进行控制以制造出具有所需流量的射水器。

可在很多方面对上述较佳实施例加以改变。图11至图15示出了一种改变的射水器78。在这一射水器中，安装在管道52内的插件80有与射水器20相同的流体通路，这些通路用同样数字表示，以便于讨论。控制通道32、34和36形状相同。然而，在这些通道和内腔室62之间分别有锥形开孔82、84和86，具体地如图14和15所示。每个开孔内插有一个形状相配的弹性膜片88、90和92。这些膜片制成可在预定压力下变形，如同与插件60有关的那些壁那样。由于是用各单体的膜片构成通道阀门，插件80可用硬的热塑性材料制成。

与每个锥形开孔88、90和92相对的是分别对应的供放入膜片相应的凹的开口89、91和93。在制造插入件80时需要有这些开孔以便能将膜片放入锥形开孔，这不影响射水器的功能。

膜片88、90和92的弹性以及开孔82、84和86的形状决定了关闭有关控制通道的压力。通过将这些和其他提到的参数适当结合，就可以得到基本恒定的流动状态。

为了避免不必要的堵塞，最好将膜片制成能使有关的控制通道快速关闭。一种办法是将膜片制成略微向内腔弯曲（未示）。这样，当达到所要的压力时，膜片会一下子弯入通道，堵住那里的水流。也可采用其他的设计。

图16和17显示了将插入件60或80装入一外套筒以形成射水器的另外两种方式。图16显示的射水器94中，插入件安装在一外套筒96内，外套筒96有一其内径可紧配地接纳插入件60的第一段96a和一其内径稍小于插入件外径的第二段96b，以形成台肩96c而限制插入件的移动。一盖帽件98有一管状延伸部分98a，其外径与筒段96a的外径相一致，其内径基本上与筒段96b的内径相一致。如图所示，当盖帽被固定地装入筒段96a内时，它将插入件卡在套筒96内。

套筒96和盖帽件98的外端部有向内缩小的开口，开口的楔壁96d和98b可卡紧灌溉管道的两相配端，而将射水器置于其中。

图17显示了一个与射水器94相似的射水器100，其中的插入件60装在一外套筒102内并由一盖帽件104固定在那里，如图所示。在此实施例中，套筒和盖帽件各自的端部102a和104a有缩小的直径和外楔齿，比如楔齿102b、102c、104b和104c。这两端插入灌溉管道的端部内，与之相配合并呈密封状态。

也应明白，可以做出一与图16和17中的相类似的实施例，其中插入件的一端密封，以防止流体流过内腔室，流体腔的相反端通过一段插入一独立的不间断灌溉管道的管子连接于该管道。这种射水器可用作连接于管道的连接件，而不是做成插入其中的形式，射水器20就是这样，或者不是做成插在管道相对两端之间的形式，如射水器94和100那样。正如已经提到的那样，本发明可以制成为沿管道壁的一部分固定的非管状部件。

因此，很明显，对本技术领域的熟练人员来说，不改变权利要求书中所限定的本发明的精神和范围在较佳实施例中可进行许多形式或细节上的改变。因此较佳实施例只用作解释和图示的目的，但不限定本发明。

Claims (12)

1、一种滴灌射水器，可操作地安装在一灌溉水管内，水管内部有压力流体，其外部暴露于外界条件，内部和外部至少由水管上的一个开口相连通，其特征在于，此滴灌射水器包括：

构成一限制流动的流体通路的装置，该通路有一用于从水管得到的压力流体的进口端和一用于从通路射出流体以将水管内部与水管上所述的至少一个出口开口相连通的出口端，限制流动的流体通路有一最大流体流动路径长度；

连接于进口端和出口端之间的通路的中间部分的通道装置，用来在通路的中间部分和水管内部的一部分以及水管上的所述至少一个出口开口之间传输流体；

连接于通道装置的、并可工作于限制流体流动状态和非限制流体流动状态的、且响应水管内的流体压力而工作的阀门装置，用于当水管内压力低于一预定压力时工作于一种工作状态，以及用于当水管内压力高于此预定压力时工作于另一种工作状态，以此做到，当阀门装置工作于限流状态时，流体流经通路流至所述至少一个出口开口的最短流动路径的长度小于最大长度。

2、一种滴灌射水器，可操作地安装在一灌溉水管内，水管内部有压力流体，其外部暴露于外界条件，内部和外部至少由水管上的一个开口相连通，其特征在于，此滴灌射水器包括：

构成一限制流动的流体通路的装置，该通路有一用于从水管内部得到压力流体的进口端和一与水管上的所述至少一个出口开口相连通以从通路射出流体的第一出口端;

与通路的第一中间部分相连的第一通道装置，该装置位于进口端和出口端之间，用来在通路的第一中间部分和水管内部的一部分以及水管上的所述至少一个出口开口之间传输流体;以及

设置在第一通道装置内的响应水管内的流体压力而工作的第一阀门装置，用于当水管内的流体压力超过-第一预定压力时限制第一通道装置，以及用于当水管内的压力不超过此第一预定压力时开启这一通道装置以允许流体旁通过限制流动的液体通路的这一部分而流到通道装置的下游。

3、如权利要求2所述的射水器，其特征在于，还包括一连接至通路的一个第二中间部分以在通路和水管内部的一部分以及水管上的所述至少一个出口开口之间传输流体的第二通道装置，并且还包括一第二阀门装置，用于当达到一不同于第一预定流体压力的第二预定流体压力限制第二通道装置。

4、如权利要求3所述的射水器，其特征在于，第二通道装置位于通道的第一出口端和通道的第一部分之间，第二预定压力大于第一预定压力。

5、如权利要求3所述的射水器，其特征在于，每个阀门装置有一其一侧暴露于管内流体而另一侧暴露于相关的通道装置的一个壁，此壁在各自预定压力到达时会变形而拱曲入对应的通道装置。

6、如权利要求2所述的射水器，其特征在于，阀门装置有一其一侧暴露于管内流体而另一侧暴露于通道装置的一个壁，此壁在预定压力达到时会变形而拱曲入通道装置。

7、一种滴灌射水器，与一内部有压力流体的灌溉水管配合使用，包括：

一具有一外表面、一内表面和延伸于内外表面之间的至少一个开口的外壳部件;

一紧贴外壳部件的内表面固定地定位的且留置所述开口为通路的内装部件，内装部件构成接纳水管流体的内腔室;

内装部件和外壳部件相结合构成了：

一限制流动的流体通路，它有一有效横截面积、一与内腔室连通以从水管得到压力流体的进口端，以及一与外壳部件开口连通以从通路射出流体的出口端;

一连接至位于进口端和出口端之间的通路的一第一中间部分的通道，用来将流体从通路的第一中间部分输送到外壳部件的所述至少一个开口;以及

一构成通道和内腔室之间的隔板的弹性壁当压力超过一第一预定压力时此壁响应内腔室的压力而动作以限制该通道，当内腔室里的压力不超过这一第一预定压力时此壁将通道打开以允许流体旁通过限制流动的流体通路的这一部分到达通道装置的下游。

8、如权利要求7所述的射水器，其特征在于，此壁与内装部件成一体。

9、如权利要求7所述的射水器，其特征在于，此内装部件包括一延伸于内装部件和通道之间的开孔，而所述壁包括一个用来关闭这一开孔的弹性板。

10、一种用于灌溉水管的滴灌射水器插入件，此水管有装有沿一流体路径流动的压力流体的内部和一外部，以及至少一个将水管的内部与外部连通的开口，插入件做成固定地定位于水管内并与之紧密接触以将开口与流体路径分开，此插入件构成了用来得到来自水管的流体的内腔室，当此插入件固定在水管内时，它构成：

一限制流动的流体通路，它有一有效横截面积，一与内腔室相连通用以从水管得到压力流体的进口端、以及一与所述至少一个开口相连通以从通路射出流体的出口端;

一连接至位于进口端和出口端之间的通路的一第一中间部分的通道，用来将流体从通路的这一第一中间部分输送到水管的所述至少一个开口;以及

一构成通道和内腔室之间的隔板的弹性壁，当压力超过一第一预定压力时，此壁响应内腔室内的压力而动作以限制该通道，当内腔室内的压力不超过此第一预定压力时，此壁将通道打开以允许流体旁通过限制流动的流体通路的这一部分，到达通道的下游。

11、如权利要求10所述的插入件，其特征在于，所述壁与插入件成一体。

12、如权利要求10所述的插入件，其特征在于，所述插入件有延伸于内腔室和通道之间的一个开孔，而所述壁有一用来关闭这一开孔的弹性板。

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