CN1627994A - 压力补偿型滴灌软管 - Google Patents

Abstract

一压力补偿型滴灌软管(20)包括一软管，该软管具有一带内表面(21a)的壁(21)。一连续弹性体条带件(30)连接于内表面(21a)。连接弹性体条带件(30)和内表面(21a)形成多个喷射器。诸喷射器具有一入口区(40)、一位于入口区(40)下游的减压区(60)。一压力响应区(70)位于减压区(60)的下游，出口区(80)位于压力响应区(70)的下游。连续的弹性体带条件(30)由一比壁(21)软的材料制成。

Description

压力补偿型滴灌软管

技术领域

本发明总的涉及一种压力补偿型滴灌软管，更具体地说，涉及一种具有一细长弹性体件的压力补偿型软管，该细长弹性体件与软管一起形成具有多个经压力补偿的喷射器的灌溉软管。

背景技术

目前使用的农业灌溉系统主要采用浸没和喷洒(flood and sprinkler)系统。这些系统存在许多缺点，包括水和化肥的使用率低下、高昂的劳动力及能量成本、污染地表及地下水、以及在陡峭和起伏的地形上水分布的均匀性差。

人们研制和采用滴灌系统来解决上述问题。当前主要使用两种滴灌系统。第一种滴灌系统采用安装在软管内部(管线内(In-Line))或外部(管线上(On-Line))的离散喷射器。这些喷射器具有水必须通过的通道，藉此对通过喷射器的水流量进行调节。这样的喷射器可以是压力补偿或者非压力补偿型的。

另一种滴灌系统采用具有连续喷射器的软管，如Toro公司的Aqua-TraXX^软管。这样的软管包括使用一连续的非弹性条带，该条带与软管结合起来形成多个喷射器。然后在软管的外侧表面上形成多个通向喷射器出口的小孔。然而，这样的软管是非压力补偿型的，因此不适于用在陡峭或起伏的地形处。

美国专利第4,984,739号和第5,333,793号是具有一连续喷射器且包括一压力补偿系统的软管的示例。本发明提供一种压力补偿型滴灌喷射器软管系统，它采用一硬度小于软管硬度的连续弹性体条带件。

发明内容

在一个实施例中，本发明是一种用于分配水的压力补偿型滴灌软管。软管软管具有一带内表面的壁，该内表面形成一主供水通道。一连续弹性体条带件可操作地连接于内表面。连续弹性体条带件和内表面形成多个喷射器单元。连续弹性体条带件具有一底壁，该底壁可操作地连接于第一和第二相互隔开的细长侧构件。底壁、侧构件和内表面形成一喷射器供水通道。每个喷射器单元包括一入口，其中来自主供水通道的水通过入口进入喷射器单元。一减压区位于入口的下游，其中流过喷射器的水变慢、水压降低。一压力响应区位于减压区的下游，当主供水通道中的压力增大时，底壁朝内表面偏转，藉此减少喷射器供水通道的尺寸。一出口形成在软管壁中，该出口与喷射器供水通道流体连通，并且位于压力响应区的下游。

在另一实施例中，本发明是一种用于分配水的压力补偿型滴灌软管。软管具有一带内表面的壁，该内表面形成一主供水通道。一连续弹性体条带件的硬度小于软管的硬度，该连续弹性体条带件可操作地连接于内表面，并形成一喷射器供水通道。每个喷射器单元包括一入口，其中来自主供水通道的水通过入口进入喷射器。设有一减压区，其中流过喷射器的水变慢、水压降低。在一压力响应区中，所述喷射器还包括一压力响应区，当主供水通道中的压力增大时，底壁朝内表面偏转，藉此减少喷射器供水通道的尺寸。一出口形成在软管壁中，该出口与喷射器供水通道流体连通，并且多个第一预制件形成在出口区中，因而压力响应区与出口区相比对压力更为灵敏。另外，多个第二预制件形成在减压区中，因而减压区与压力响应区相比对压力更不灵敏。

附图说明

图1是本发明的灌溉软管的立体图；

图2是在大致由线2-2限定的区域选取的图1所示软管出口部分俯视平面图；

图3是在大致由线3-3限定的区域选取的图1所示软管的一部分的放大立体图；

图4是仅示出图1所示的连续弹性体条带件的立体图；

图5是在大致由线5-5限定的区域选取的图4所示连续弹性体条带件的一部分的放大立体图；

图6是在大致由线6-6限定的区域选取的图4所示连续弹性体条带件的一部分的放大立体图；

图7是在大致由线7-7限定的区域选取的图4所示连续弹性体条带件的一部分的放大立体图；

图8是大致沿线8-8截取的图1所示软管的剖视图；

图9是大致沿图1所示软管的线9-9截取的局部剖视图；

图10是图4所示的连续弹性体条带件的俯视平面图；

图11是在大致由线11-11限定的区域选取的图10所示连续弹性体条带件的一部分的放大俯视图；

图12是大致沿线12-12截取的剖视图；

图13是大致沿线13-13截取的剖视图；

图14是在大致由线14-14限定的区域选取的图10所示连续弹性体条带件的一部分的放大俯视图；以及

图15是在大致由线15-15限定的区域选取的图10所示连续弹性体条带件的一部分的放大俯视图。

具体实施方式

请参见附图，在所有这些附图中用相同的标号代表相同的零件，在20处大体揭示了一压力补偿型灌溉软管。软管20包括一壁21，该壁具有一内表面21a。一连续弹性体条带件30固定于内表面21a。较佳的是，连续弹性体条带件30是一挤压成形的细长件，并在制造软管20之前进行制造。然后，借助本技术领域所熟知的方式围绕连续弹性体条带件30使软管20挤压成形，以将连续弹性体条带件30固定至壁21的内表面21a。壁21可由诸如聚乙烯之类的任何适当材料挤压成形。此外，软管20可具有任何适当的直径，如从10毫米至35毫米。连续弹性体条带件30由诸如热塑性弹性体之类的弹性体材料挤压成形。连续弹性体条带件30比壁21更柔软。举例来说，壁21可具有基于肖氏D标准的45至64的硬度，而连续弹性体条带件30则具有基于肖氏A标准的40至70的硬度。

连续弹性体条带件30是具有多个喷射器部的连续挤压成形体，上述喷射器部与壁21一起构成多个喷射器单元。图4和10示出了连续弹性体条带件30的一个喷射器部。连续弹性体条带件30包括一入口区40、一减压区60、一压力响应区70和一出口区80。入口区40是一连续部分，但如附图所示，它包括一第一部分40b和一第二部分40a。当图4代表一个完整的喷射器部时，40a是一喷射器部的一部分，而40b是一第二喷射器部的一部分。为清楚地示出连续弹性体条带件30的连续特性，入口区40被断为两个部分，应当理解的是一个完整的入口区包括区域40a和40b。

连续弹性体条带件30具有一底壁31、一第一侧壁32和一第二侧壁33。侧壁32和33可操作地连接于底壁31，较佳的是，与底壁31一起挤压成形。壁32和33的高低最好相同。现在请参见图1、6和11，可以看到轨道32、33不在入口区40中延伸。多个相互隔开的椭圆形入口件41可操作地连接于底壁31。顶面41a处在与轨道32、33的顶面相同的高度。因此，当壁21被挤压成形且连续弹性体条带件30被焊接到内表面21a时，侧壁32、33的顶部和顶面41a接触内表面21a，并与底壁31一起构成喷射器单元20a。灌溉软管20包括多个喷射器单元20a。软管20为连续挤压成形，并因而能以任何长度进行切割和包装。

一加强件42位于椭圆形入口件41的外部附近。主供水通道20b可使水流通过灌溉软管20。水从椭圆形入口件41之间的主供水通道20b流入喷射器和喷射器供水通道30a。一第二加强件43延伸通过入口区40。加强件43具有高度与侧壁32、33的顶部相同的顶面43a，并因而被焊接/接合于内表面21a。

入口区40的下游是减压区60。在减压区60中，多个相互隔开的预制件61可操作地连接于底壁31和侧壁32，并且基本上从侧壁32向内延伸。类似地，多个相互隔开的预制件62可操作地连接于底壁31和第二侧壁33。预制件61、62会对流速和喷射器20a的性能产生影响。预制件61、62具有在水流中产生最大紊流的尖锐结构。在压力响应区70开始实施控制之前，喷射器需要紊流来以较低压力控制流速。预制成形件导致水流以这样一种方式中断：使水流向相反方向并产生紊流。紊流使水流变缓并且以压力的形式释放能量。顶面61a、62a处在与侧壁32、33的顶面相同的高度。因此，顶面61a、62a接合于壁21的内表面21a。重要的是，喷射器与喷射器之间的差异极小，因而从每个喷射器喷出的水量也是相等的。通过将预制成形件61、62接合于内表面21a，可以减少喷射器与喷射器之间的差异程度。预制件61、62大致呈细长状，并且具有足以延伸超过侧壁32、33之间距离的一半的长度。因此，供水流动的通道不是笔直的。取而代之的是，在水流向喷射器下游时必须采用一条围绕预制件61、62的曲折通道。此外，预制件61、62具有在水流中产生最大紊流的尖锐结构。在压力响应区70开始实施控制之前，喷射器需要紊流来以较低压力控制流速。预制件61、62具有延伸入喷射器供水通道的、大致矩形的形状。另外，预制件61中形成有三个台阶63-65，而预制件62中形成有三个台阶66-68。诸台阶具有大致与边缘相垂直的一平面部，藉此形成多个尖锐表面以使水流紊流。

现在请参见图11，可以看到入口件41之间的距离A约为0.019英寸。预制件61、62之间的距离B为0.024英寸。距离A小于距离B。因此，入口件41可作为过滤件，其中入口件41之间的距离小于连续弹性体条带件30沿喷射器通道的其它部分之间的距离。因此，当其余开口大于距离A时，任何能通过诸入口41的颗粒都应当能够通过喷射器供水通道。

从减压区60向下就是压力响应区70。压力响应区70的底壁31具有经过调整的厚度，该厚度小于其余喷射器部的底壁厚度。这种构造给予压力响应区响应于主供水通道20b内部的压力变化而改变形状的能力。压力响应区70具有两排偏移的预制成形件。第一排具有多个预制成形件71。第二排预制成形件72彼此轴向对准。预制成形件71、72偏移了一距离C，该距离约为0.005英寸。预制成形件71、72之间的水平距离为距离D，约为0.100英寸。预制成形件71、72可操作地连接于底壁31。在图12中，预制成形件71具有低于侧壁33的高度。类似地，预制成形件72具有低于侧壁32的高度。由于预制成形件71、72低于侧壁32、33，预制成形件无法接合于内表面21a。压力响应区70被以这样一种方式构造，即能够响应于主供水通道30b内部的压力变化而改变形状。预制成形件71、72用来保持喷射器的底壁31与内壁面21a之间的最小距离。当主供水通道30b内部的压力增大时，底壁31朝内表面21a偏转。预制件71、72将保持底壁31与内表面21a之间的距离。当主供水通道30b内部的压力减小时，喷射器的底壁31恢复其与内表面21a之间的初始距离。预制成形件71、72约为0.020英寸宽、0.030英寸长和0.015英寸高。预制成形件71相距侧壁33为0.025英寸，而预制成形件72相距侧壁32为0.025英寸。由于区域70被设计成在压力下偏转，因此可以在碎片小颗粒通过喷射器时将其捕获。如果积聚了足以将水流阻塞的碎片的话，将会产生压力平衡。由于该区域70的结构无法与内表面21a接合，因此底壁31将会返回至其初始位置。当底壁31开始移动远离内表面21a时，供水通道的尺寸将会增大，碎片也会被冲走。预制成形件71、72的高度约为侧壁32、33的高度的80％，尽管已经发现，预制件71、72的高度最好为侧壁32、33的高度的80％，但75％至85％之间也是可接受的，50％至90％之间就能提供一可运行的喷射器。已经发现，预制件之间的间隔最好为0.100英寸。0.125英寸的距离也是可接受的，而0.150英寸的距离会开始产生变缓问题。压力响应区70的整个长度约为0.75英寸。

压力响应区70的下游是一出口区80。出口区80包括两排偏移的预制成形件81、82。第一排成行的预制件81偏离第二排对准的预制件82约0.005英寸。除了预制件81、82形成为与侧壁32、33具有相同的高度以外，预制件81、82的尺寸、间隔和对准与预制件71、72相同。因此，预制件81、82的顶部接合于内表面21a。预制件81、82使底壁31与内表面21a之间的距离保持恒定。该恒定距离可使喷射器的流速不会影响到出口区80。水通过多个形成在管子21中的出口孔90离开喷射器供水通道。四个可见记号89位于预制件81、82之前，并且在生产中以视觉方式指示出口区80。出口孔90彼此轴向隔开。设置多个出口孔可以均匀地分散和降低水流通过喷射器的速度。当水离开每个孔90时，水以较慢的速度流动并从管子处直线下落，而不是在管子的外部逐渐降低。从灌溉软管20滴落的水的确切位置是相当重要的，因此重要的是知道水是如何离开孔90的。多个孔90可使水从管子处滴落，并且不会管子上流动。诸孔90基本上为0.060英寸长、0.010英寸宽。诸孔90之间的间隔约为0.140英寸。已经发现，最好使诸孔90之间的间隔至少为孔长度的150％。更佳的是，间隔为至少200％，以及如上所述，间隔为233％。具有多个孔而不是单个孔的另一个优点是孔可以做得更小，与使用单个较大的孔相比，不太可能在开口处受到污染。

如同在本申请中使用的那样，下游是相对水流而言。如图所示，本发明具有不仅位于下游、而且位于前一个区域的纵向位移的下游的各个区域。

同样，由于连续弹性体条带件30是非常柔软的材料，如果孔90太大的话，柔软的连续弹性体条带件30会被推过孔90。通过设计一系列较小的孔90，管子内部的压力会更高。此外，重要的是设计孔90，使其开口截面积大于入口区40中的开口截面积，如果较小的话，水流会受到限制，它将会从孔90喷出而不是滴落。

软管需要使用由柔软的弹性体材料制成的连续弹性体条带件30，以起到压力响应型软管的作用。因此，材料的硬度是关键因素。硬度基本上等同于抵抗压力的性能。一种非常硬的材料可以非常有效地抵抗压力，并且不会响应于压力而弯曲。由于本发明适用于压力补偿型软管，因此需要较柔软的材料。已经发现诸如具有基于肖氏A标准的40至70的硬度的热塑性弹性体之类的材料是较佳的。然而，还认识到抵抗压力的性能不仅由材料的硬度所决定，而且由材料的厚度以及预制件的形状和定位所决定。如果预制件被定位成靠在一起，它们提供给底壁31的支承力将会增加。额外的支承力可以防止底壁31在压力下轻易地偏转。类似地，如果预制件被定位得过开，柔性的底壁31相对于内表面21a会始终偏转。材料的厚度也可用于细致地调整作用于软管内部的压力范围。弹性体材料的截面越厚，该材料越不会受到被称为压缩形变的情况的影响。压缩形变是弹性体的机械性能。在发生压缩形变时，在温度、时间变化下受到压力影响的材料在移除压力时无法恢复其原来的形状。这对于灌溉制品来说意味着，如果发生压缩形变的话，喷射器的流速会降低，压力响应度会受到不利的影响。因此，使用较柔软的材料和较厚的截面是有利的。这也抵消了这样一个已知事实，即材料越软，为制造目的而进行的加工越困难。已经发现，在用于连续弹性体条带件30的材料具有基于肖氏A标准的40至70的硬度的材料，较佳的是，具有基于肖氏A标准的55至65的硬度、软管由具有硬度为肖氏D标准的45至60的聚乙烯之类的较硬材料制成的上述设置中，提供了处在灌溉系统通常使用的水压范围内的有效喷射器。

连续弹性体条带件30由适当的弹性体材料制成，例如热塑性硫化橡胶。该材料包括使用高交联的橡胶颗粒，上述橡胶颗粒完全分散在热塑性材料的连续基体中。这样一种热塑性硫化橡胶是较佳的，但也可以使用其它适当的弹性体材料。

连续弹性体条带件30的厚度在喷射器的不同区域中各不相同。底壁3 1的厚度在压力响应区70中具有第一厚度，该厚度小于入口区40、减压区60和出口区80中的厚度。减压区60中的厚度约为0.008英寸，而出口区80中的厚度约为0.015英寸。压力响应区因此更加柔软，并且可以借助软管中的不同压力进一步偏转。入口区40和减压区60也可以使用更小的厚度。然而，在入口区40中，椭圆构件41和加强件42可操作地连接于内表面21a和底壁31，藉此进一步增加入口区40的结构一体化。此外，在减压区60中，预制件61类似地、可操作地连接于内表面21a和底壁31，藉此还可进一步增加减压区60的结构一体化。如先前所讨论的那样，因而可以看到底壁31的厚度与能影响喷射器对于压力的响应度的预制件的尺寸、形状和位置之间的相互作用。已经发现约为0.008英寸的厚度可以在材料的成本与喷射器的性能之间取得良好的平衡作用。压力响应区60的厚度可以被设计成厚于0.008英寸，并同时改变上述其它参数。已经发现热塑性硫化橡胶材料的厚度低于0.005英寸会产生制造方面的困难，并且已经发现将该厚度保持为至少0.005英寸是较佳的，更佳的是压力响应区70的厚度约为0.008英寸。

各喷射器部具有约为4-12英寸的长度，图中所示为6英寸。因此，沿软管20每隔4-12英寸设置一喷射器单元。然而，如果软管壁21中未形成有出口孔90，就没有喷射器。因此，只要简单地省略出口孔，就可以改变喷射器单元沿软管20的间隔。

以上的说明书、示例和数据完整地说明了本发明的制造和使用过程。由于在不背离本发明的精神和范围的情况下还可以获得本发明的许多实施例，因此本发明取决于下文所述的权利要求书。

Claims (23)

1.一种用于分配水的压力补偿型滴灌软管，它包括：

a)一软管，所述软管具有一带内表面的壁，所述内表面形成一主供水通道；

b)一可操作地连接于所述内表面的连续弹性体条带件，所述连续弹性体条带件和所述内表面形成多个喷射器单元，所述连续弹性体条带件具有一底壁，所述底壁可操作地连接于第一和第二相互隔开的细长侧构件，所述底壁、侧构件和内表面形成一喷射器供水通道；

c)每个喷射器单元包括：

i)一入口，其中来自主供水通道的水通过所述入口进入所述喷射器单元；

ii)一位于所述入口下游的减压区，其中流过所述喷射器的水变慢、水压降低；以及

iii)一位于所述减压区下游的压力响应区，当主供水通道中的压力增大时，所述底壁朝所述内表面偏转，藉此减少所述喷射器供水通道的尺寸；

以及

d)一形成在所述软管壁中的出口，所述出口与所述喷射器供水通道流体连通，并且位于所述压力响应区的下游。

2.如权利要求1所述的软管，其特征在于，每个喷射器单元还包括一位于所述减压区下游的出口区，多个第一预制件可操作地连接于所述底壁，以保持所述底壁与所述内表面之间的距离恒定，所述出口形成在所述出口区上方。

3.如权利要求2所述的软管，其特征在于，所述出口包括多个孔，所述诸孔沿所述软管纵向隔开。

4.如权利要求1所述的软管，其特征在于，所述入口具有若干开口，所述开口具有一流动路径，该流动路径的截面尺寸小于所述喷射器供水通道的截面尺寸，其中所述诸开口作为一过滤器。

5.如权利要求1所述的软管，其特征在于，所述减压区具有多个第二预制件，所述第二预制件可操作地连接于所述底壁和所述内表面，藉此使所述减压区更抗偏转。

6.如权利要求5所述的软管，其特征在于，所述第二预制件具有一台阶形轮廓，从而形成紊流。

7.如权利要求1所述的软管，其特征在于，所述入口还包括多个相互隔开的构件，所述构件可操作地连接于所述底壁和所述内表面，藉此作为用于所述入口的诸开口和所述入口的加固件，以使所述入口更抗偏转。

8.如权利要求7所述的软管，其特征在于，所述入口还包括一纵向加强件，所述加强件可操作地连接于所述底壁和所述内表面，藉此使所述入口更抗偏转。

9.如权利要求5所述的软管，其特征在于，所述第二预制件具有一台阶形轮廓，从而形成紊流。

10.如权利要求1所述的软管，其特征在于，所述底壁具有一用于所述压力响应区的第一厚度和用于所述出口区的第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度。

11.如权利要求10所述的软管，其特征在于，所述第一厚度至少为约0.005英寸，弹性体构件由一热塑性硫化橡胶材料制成。

12.如权利要求11所述的软管，其特征在于，所述第一厚度至少为约0.008英寸。

13.一种用于分配水的压力补偿型滴灌软管，它包括：

a)一软管，所述软管具有一带内表面的壁，所述内表面形成一主供水通道；

b)一连续弹性体条带件，所述连续弹性体条带件的硬度小于所述软管的硬度，所述连续弹性体条带件可操作地连接于所述内表面，形成一喷射器供水通道；

c)每个喷射器单元包括：

i)一入口，其中来自主供水通道的水通过所述入口进入所述喷射器单元；

ii)一减压区，其中流过所述喷射器的水变慢、水压降低；以及

iii)一压力响应区，当主供水通道中的压力增大时，所述底壁朝所述内表面偏转，藉此减少所述喷射器供水通道的尺寸；以及

d)一形成在所述软管壁中的出口，所述出口与所述喷射器供水通道流体连通；

e)形成在出口区中的多个第一预制件，因而所述压力响应区与所述出口区相比对压力更为灵敏；以及

f)形成在所述减压区中的多个第二预制件，因而所述减压区与所述压力响应区相比对压力更不灵敏。

14.如权利要求13所述的软管，其特征在于，每个喷射器单元还包括一位于所述减压区下游的出口区，多个第一预制件可操作地连接于所述底壁，以保持所述底壁与所述内表面之间的距离恒定，所述出口形成在所述出口区上方。

15.如权利要求14所述的软管，其特征在于，所述出口包括多个孔，所述诸孔沿所述软管纵向隔开。

16.如权利要求13所述的软管，其特征在于，所述入口具有若干开口，所述开口具有一流动路径，该流动路径的截面尺寸小于所述喷射器供水通道的截面尺寸，其中所述诸开口作为一过滤器。

17.如权利要求13所述的软管，其特征在于，所述减压区具有多个第二预制件，所述第二预制件可操作地连接于所述底壁和所述内表面，藉此使所述减压区更抗偏转。

18.如权利要求13所述的软管，其特征在于，所述入口还包括多个相互隔开的构件，所述构件可操作地连接于所述底壁和所述内表面，藉此作为用于所述入口的诸开口和所述入口的加固件，以使所述入口更抗偏转。

19.如权利要求18所述的软管，其特征在于，所述入口还包括一纵向加强件，所述加强件可操作地连接于所述底壁和所述内表面，藉此使所述入口更抗偏转。

20.如权利要求17所述的软管，其特征在于，所述第二预制件具有一台阶形轮廓，从而形成紊流。

21.如权利要求13所述的软管，其特征在于，所述底壁具有一用于所述压力响应区的第一厚度和用于所述出口区的第二厚度，所述第一厚度小于所述第二厚度。

22.如权利要求21所述的软管，其特征在于，所述第一厚度至少为约0.008英寸，弹性体构件由一热塑性硫化橡胶材料制成。

23.如权利要求21所述的软管，其特征在于，所述第一厚度至少为约0.008英寸。

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