专利名称：流体分配系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于流体分配系统的方法和装置，尤其是涉及一种可更适应于变化的需要且更均匀地分配灌溉流体以减少流体损耗的改进的脉动灌溉系统。
确实需要一些比一般产业上所用的那些更好的灌溉系统，例如，常用的系统具有与供水源相连的总管道，每一管线通过各自的导阀与总管道相连，每一管线包括一组弹性管，每一弹性管通过组合隔膜阀和排出喷嘴依次与下一弹性管相连。当弹性管中注入灌溉水时，弹性管在水压的作用下轻微膨胀直到管线尾端的压力接近供水压力。当达到那一压力时，导阀关闭，停止注入，且使各个隔膜阀遮断通向总管道的通路同时开启通向每一隔膜阀中的排出喷嘴的通路，于是灌溉水从喷嘴中喷出，而且当存储在相通的各弹性管中的压力水充分地放空时，每一阀中的隔膜响应集流管中的压力而移位，以遮断排出喷嘴任何进一步流动，而且允许弹性管再一次注满水，以便重复循环。
然而，这种闭合回路系统有许多严重的缺点，例如，这种系统的固有局限性使其不能应用于较大的装备中，例如由于注满每一回路所需的时间将能够插入一条回路中的发送器的数量限制在40或50台，所以一片十亩大的果园就需要40或50条灌溉回路，每一回路的操作还必须同步，这是一项繁重的任务。另外，增加这些回路会加剧浪费导阀排出水的问题，而且从每一喷嘴排出的流体的数量和在这些系统中的这些喷嘴处的不均匀压力分配会变化，这样就不能供应等量的灌溉水。当这种系统安装在丘陵地区时，其中静压头随管线的相应高度而变化，提供等量灌溉流体的问题就变得更难。由于通过喷嘴排出的肥料、除草剂等的数量不均匀，因此排出量的这种变化使得这种系统几乎不可能用于随灌溉水一起分配化学品。这些排出喷嘴也具有很小的通道和厚的柔韧性相当差的隔膜，易于被水中夹带的颗粒物塞住，即使不塞住，流动阻力也会增加。
另外，在这方面，互相连接的弹性管用作流体储器是很不适当的。这些管子的弹性变形以及由此每一循环中储存的水体积被限制于某一值，该值小于破坏弹性管的每一端和这些管子的端部与之相连的阀门接头之间的接合所需的力。对管子变形的这种限制使得只能用小的储存容积，而其只需短的注入时间即可注满，这将导致不希望的排出量子的快速操作循环。这些高的循环速率在许多应用中是不可接受的且加剧导阀废水的问题。
促使灌溉流体通过排出喷嘴的导阀向大气排放，结果造成阀附近的水损失。由于水在不能用于灌溉的地方排出，这种特性不仅浪费了有用的水，而且还可能产生更严重的影响，例如，导阀的废水通常扩散到地下，这种扩散需要附加的泵送功率和水;还需要下层土壤扩散系统，避免土壤饱和和积水成池;而这会使除草剂、肥料等在扩散部位施量过多。
作为另一缺陷，这种系统要求每一管线回路中有均一数量的排出喷嘴和相连的隔膜阀，这种要求使这种灌溉系统只能用于大致为矩形的农场和果园，然而其面积经常是不规则形状的。还有另外一些非常实际的已经使现有技术中的装置的价值和实用性降低了的考虑。举例来说，安装在果园地面上的发送器，在某些设计中其向上凸出的塑料喷嘴经常会被园场工人们踩踏而破损，这些发送器在冷天气到来之前还必须排空水，这是一项很累人的任务，否则发送器内结成的冰将使阀破裂。
还有一些提出的系统，其中，灌溉管线不是闭合回路，而是一系列构成一直线网路的管道和阀门，然而由于其阀门没有自清洁作用且易被灌溉流体中夹带的灰土和其他颗粒物塞住和阻塞，所以这些系统中提出的方法并不能完全令人满意。另外，在这方面，这种布置限制了可以用于特定系统中的平行管线的数量且增加了由导阀的每一次脉动排出到大气中而浪费的灌溉流体量。由于在阀门处于过渡状态时进口和出口都保持开启状态，因此在阀门从其一个位置转换到另一位置过程中还有水的附加浪费。
这样，需要一种改进的灌溉方法和装置，它应能提供均匀的压力分布，从每一喷嘴排出均匀的灌溉流体量;提供更可接受的循环速率;在隔膜阀和排出喷嘴组件之间的各弹性管中具有更大的流体储存量，其中弹性选择得满足发送器流量的需要，而不是限制于保持管子固定在邻接的发送器上所需的夹紧力;提供一不浪费灌溉水的脉动阀和一灌溉管线系统，该系统不要求每一管线中有等量的喷嘴，而是在数量和长度上都可以变化，以使灌溉系统与耕种的面积的形状相配。当然，还需要能避免颗粒物塞住和避免由于在田里的不精心使用和结冰造成损坏的易损性。
通过使用本发明可在很大程度上克服现有技术所持有的这些和其他缺陷。举例来说，将供水源连接到集流管上的脉动阀具有一进口，虽然它在脉动灌溉循环的注入阶段开始时开启，但当注入结束时它关闭且在整个排放阶段保持关闭状态。仅在进口关闭之后，出口才开启，以降低集流管的压力且使灌溉水喷出。在进口重新开启之前，该脉冲阀的出口也关闭且在随后的注入阶段出口保持关闭状态。根据本发明的可选用的特征，通过流入一可膨胀的储液器，在集流管降压过程中由集流管排出的流体减少至一最小值，流体储存在储液器内，直到排出阶段结束。排放完毕后，储液器内的流体流回集流管内。
集流管和将灌溉水排出喷嘴的每一管线连接到集流管上的导管是用弹性很低、刚性相当好的材料制成的，以使降压时包含的水量为最小。
除了连接于将每一分别的灌溉管线连接到集流管上的刚性管的各发送阀以外，各发送阀在其各自的进口和出口处连接于弹性管的各管段。根据本发明的另一特征，这些管段的弹性选择得满足发送器的流量要求且基本上与为把弹性管扎紧在发送阀的接管上所需的固有夹紧力无关，在本发明的一实施例中，本发明的这一特征由用一刚性管制成的夹箍所提供，该夹箍的内径等于夹在其内的管子的外径，夹箍套的管子和发送阀的接管上，接管有一对应的环状凸缘，此凸缘把管子的邻接部分压紧在接管和夹箍之间。
一个直径很小且弹性很低(为将灌溉水的浪费量降至最小且改善压力波通过管子的传递速度)的控制管的一端以其端部连接于一组件之最长管线上的两个发送阀之间的弹性管的一段，控制管的另一端连接于导阀的隔膜室。导阀用供水压力调节脉动阀的动作、开启和关闭水源和脉动阀的一隔膜室之间的通路的控制管内的压力，以使脉动阀充满集流管或降低集流管内的压力，从而启动灌溉水排出阶段。
本发明的这一特征使它非常易于改变灌溉循环的频率且使一特定灌溉装置中的几个灌溉组件同步的动作。为了降低脉动速率，控制管被移向更靠近管线端部的弹性管，而脉动频率的增加是通过把流体连通点移到更靠近集流管的弹性管来达到。
然而，在本发明的另一实施例中，脉动频率不是由控制管相对于其所连接的灌溉管线的端部的位置来决定。本发明的这一第二实施例在导阀上有一流体二极管或称为延迟器和一由弹簧偏置的压制隔膜，它们组合在一起控制灌溉脉动频率，这样在导阀上的、控制灌溉频率的特征的这种组合避免了为调节该频率而相对于灌溉管线的端部移动控制管的一端的位置的繁重工作，但又能使农民可以通过简单操作用于偏置压制隔膜的弹簧来调节频率。
在这方面也应注意到，灌溉管线不是带有有限数量的发送阀的回路，而是终止于弹性管的最后一个管段的各个管线，最后管段的端头是密封的。用这种方式，在一单个组件中可以操作多达一千个发送器，而且组件中每一管线的长度可以变化，以适应所灌溉的土地面积的不规则形状。而且，安装在丘陵地区不会因有静态压头差引起发送器排出量的变化。
为了操作导阀，脉动器隔膜室中的一些有限量的灌溉流体排出到大气中，然而所损失的这个水量与在现有技术所特有的降压过程中从集流管中排出的水量相比是很小的。
每一发送阀有一柔性的隔膜，在其正常松弛状态下，隔膜堵住通向排出的喷嘴的流道，在这种状态下，隔膜允许灌溉水从集流管流过每一管线，使起加压容器作用的弹性管膨胀。
而且，发送器喷嘴可以有较大的通路，以降低塞住的可能性，且也可以有挠曲的但加压时不会延伸的隔膜，以便降低流动阻力，由此减少充满时间，以及随着隔膜挠曲且压在邻近的喷嘴表面上而对喷嘴提供自清洁作用。此外，发送喷嘴的壁厚、形状和弹性性能可以组合成使结冰产生的应力低于喷嘴的最大抗拉强度，由此省去在结冰天气来临之前排空发送器的需要。
这样，组件中全部管线内的压力都接近集流管内的流体压力，控制管线中的这一最大注入压力迫使导阀关闭从供水源至脉动阀的隔膜室的通路，相应地，脉动阀关闭供水源和集流管之间的进口，并开启集流管和储液器之间的排出通路，以允许集流管内的压力以及全部管线内的压力降低。上游压力相对于弹性管内压力的降低使每一发送阀中的隔膜克服隔膜固有的弹力而移动到一使通路开启的位置，以使加压流体从下游的弹性管通过排出喷嘴流出发送器。有一短暂的时间间隔，在该间隔中，从集流管通至管线的通路也是开着的，但压力差和隔膜的弹性迫使发送阀中的隔膜堵住至集流管的通路。
当弹性管在排除其所装的水过程中弹力耗尽时，控制管中的压力也下降，再一次开通通向位于供水源和脉冲阀的隔膜室之间的导阀的流动。然后，脉动阀开启使储存在储液器中的流体流回集流管以便最后用作灌溉水的通道。接着，脉动阀的进口打开，使水能从供水源流回集流管且流入各个管线中，在各管线中发送阀的隔膜通过各自隔膜的天然弹性再次复原，堵住通向相连的排出喷嘴的流动，而且在管线中从集流管至各弹性管段的通路再次打开，而从各弹性段至各自的排出喷嘴的通路被关闭。这样，循环的注入阶段再一次开始。
因此，本发明的特征克服了现有技术的许多不足之处。而且，通过下面结合附图对本发明的特定实施例的详细描述可以对本发明得到最好的理解。然而本发明的范围仅由所附的权利要求书限定。
图1是本发明的一特定实施例的示意图;
图2是图1中所示的冲动阀处于注入阶段的局部剖视示意图;
图3是图2中所示的脉动阀处于排放阶段的局部剖视示意图;
图4是图1中所示的导阀处于注入阶段的局部剖视示意图;
图5是图4中所示的导阀处于排放阶段的局部剖视示意图;
图6是图1中所示的发送阀处于注入阶段的局部剖视示意图;
图7是图6中所示的发送阀处于排放阶段的局部剖视示意图;
图8是本发明之另一实施例的示意图;
图9是用于图8所示的本发明实施例的导阀处于注入位置的示意图;
图10是图9中所示的导阀处于排放位置的示意图;
图11是表示本发明特征的发送阀的另一实施例，该阀处于无流量状态;
图12是图11中所示的发送阀处于排放状态的示意图;
图13是图11中所示的发送阀处于注入状态结束时的示意图;
图14是图11中所示的发送阀处于注入状态的示意图;
图15是处于注入阶段的导阀的一部分的视图;
图16是处于排放阶段的导阀的一部分的视图。
为了更全面地理解本发明的特定实施例，请参见图1，它显示充满灌溉流体11的管道10。根据表示本发明之特征的这一系统，灌溉流体不需要过滤或净化，而且它也可以含有除草剂、杀菌剂、肥料和其他适于通过灌溉流体分配的化学品，灌溉流体11通过脉动器13的动作与集流管12相连通。
脉动器13有通过入口塞15的动作可开启和关闭的入口14，入口塞与阀杆16相连，且由阀杆的横向运动来控制，阀杆16的相对于入口塞15的那一端有一脉冲器隔膜17和一固定在脉动器隔膜周缘上的环状出口塞20。从图1中可清楚地看到，出口塞20在脉动器隔膜17的控制下沿箭头21所指的方向横向运动，以关闭出口22，随后开启入口14，这样在集流管12和储液器23之间选择地形成流体连通。可以看到，储液器23可以作为附加的设备加入系统中，它包括封住不透流体的波纹管25的壳体24，波纹管通过出口22与集流管12流体相通。圈簧26通过弹簧保持架27安装在波纹管25的横向端和壳体24的平行内表面之间。
再回到脉动器隔膜17，可以看出脉动器隔膜将脉动器分成二个腔室，一个集流管室30和一个脉动器隔膜室31。也如图1所示，隔膜室31有一控制管入口32。
根据本发明的特征，集流管12由相当硬的、刚性的和非弹性的材料制成，由于聚氯乙烯具有相当高的弹性模量，因此发现它是最实用的。为了便于说明，表示出了灌溉管线33。如上所述，有一组灌溉管线，管线33仅是其中的一例，可与集流管12并行地流体连通。与现有技术相比，为了适应灌溉农场或果园的形状不规则的土地，这些管线的长度可以互不相同。也根据本发明的特征，与集流管12相连的是刚性管段34，它也由硬质的、刚性和非弹性的材料制成，当用于高尺寸比(即壁厚比直径)的管子时，高密度聚乙烯是可供采用的典型材料。而且聚乙烯中可以加入一些添加剂，以防止在环境应力作用下破裂。如前所述的，通过刚性集流管12和起限制或节流作用的管段34提供的特殊好处施加于必须降压的灌溉流体11的容积，对此随后将更详细地描述。
发送阀35连接到刚性管段34的与连接到集流管12上的那一端相对的一端上。为了更详细地理解发送阀35的原理和优点，请参见图6，它显示了与弹性管37流体相通的一典型的发送阀36，弹性管37形成管线33(图1)通向集流管12的通路。另一弹性管40(图6)连接在发送阀36的下游接管41上。根据本发明的另一特征，为了提供在压力下储存灌溉流体所需的回弹性和弹力，弹性管37和40最好由烯烃聚合物制成或由聚乙烯共聚物、线性低密度聚乙烯和添加剂的化合物制成，以防止在环境应力的作用下破裂。
回到发送阀36，入口通路通过喉口44(图7)与弹性管40内的蓄水器43形成流体相通，喉口44由于橡胶隔膜45的固有回弹性而被开启和关闭。在图6所示的本发明的这一实施例中，橡胶隔膜最好用硅橡胶制成。隔膜45安装在喉部44内，以便隔膜能从图6所示的位置移位，在该位置上，隔膜处于松弛的、不受应力的状态，使灌溉流体11能从弹性管37流至弹性管40内的蓄水器43，同时完全堵住灌溉流体通过发送器排出通路47至发送器排出喷嘴46的流动。
如下面的进一步详细描述，弹性管37(图7)中的灌溉流体和蓄水器43之间的压力差当与橡胶隔膜45的弹力综合起作用时使隔膜移位，使灌溉流体从蓄水器43流向发送器排出通路47，而且在弹性管40中储存的回弹力作用下，通过排出喷嘴46排出，如箭头48所示。本发明的一个特征与下游接管41有关，如图所示，接管41有压套在弹性管40的直接邻接部分上、使管子的那部分变形的向外凸出的环状部分50。根据本发明，为了防止发送阀36内的灌溉流体11的压力克服施加在弹性管40上的摩擦力而由此使管子从接管41上脱离，夹箍51将管子40夹在接管的环状部分50上，这样大大增加了可存储在蓄水器43内的压力，而不会产生弹性管和接管之间相脱离的危险。
夹箍51最好由带有其他单体的高密度聚乙烯制成，以得到低的弹性模量、柔韧性和抗环境应力破裂强度。夹箍子51制成为小段管状或套箍的形式，其中夹箍的内径等于弹性管40的外径。弹性管40推套在环状部分50上，以允许环状部分有效地卡入管子40的邻接部分，这样就有足够的力夹住管子，防止管子因灌溉流体压力的作用膨胀而从接管41上脱开。
图11至14中示出了发送阀76的一不同实施例。例如如图11所示，发送阀76具有通至隔膜室80的入口77，室80的形状近似为包含一锥体81的环状扩散器，在一说明性的实施例中，室80具有0.16英寸的，垂直于流向82的间隙，减去隔膜83的厚度，净间隙为0.125英寸，室80终止于与排出喷嘴85流体相通的环形扩散器84。可以看到，排出喷嘴85的纵向轴线平行于直径相同的入口77的轴线，用这种方式，发送阀76具有低的水力阻力和抗冰冻性，这样，由于不存在弯曲、突然扩张或收缩尖角，可避免周边层脱开，可进一步降低对流体11的水力阻力。
请特别注意隔膜83的特性，如图所示，隔膜83是薄而轻、极其柔韧(没有显著的延伸性)的薄膜，其耐磨性好，表面摩擦低，循环寿命较长，在有腐蚀性化学品存在的情况下也是如此。已经发现最好采用复合材料，例如，主体为合成橡胶且用芳族聚酰胺纤维加强的材料是最适合的。
根据本发明的几个重要特征，可以看到，灌溉发送器喷嘴88与发送阀76的基体相连但不凸出于发送阀76的基体，这样，当忙于工作走来走去的工人踩在发送阀76上时，不大会踩坏发送器喷嘴88。而且，发送阀76的壁厚、壁材料的弹性和形状使发送阀不会在生长期结束时和天气变冷时由于阀76中的残余流体结冰膨胀而被破坏。
另外，在这方面，发送阀76的较大间隙使阀很少有可能由于颗粒物的堵塞而出故障，薄的隔膜83也提供自清洁作用，从阀76的密封表面上擦去或抹去灌溉水中经常夹带的颗粒。
再看图1中的弹性管40和使弹性管内的蓄水器43和导阀53之间流体相通的控制管52。本发明的突出特征之一是在集流管降压时通过导阀53和脉动器13的动作使降压过程中灌溉流体的损耗大为减少。在很大程度上，由于降压过程中排出的灌溉流体限于来自集流管12的少量液体，因此才会产生这种节约，而不象现有技术中的系统那样，将大量灌溉流体直接从其各自的导阀排至大气中。所以，控制管52的内径应该是与将灌溉流体的浪费量减少至最小相一致的最小可能的直径，而使用的水量不会大大改变最长灌溉管线33中的各发送器之间的水量分配均匀性，而且不妨碍具有适当强度的压力波通过控制管中的灌溉液体的传递。
如图1所示，导阀53具有通过管子55使管道10中的灌溉流体11连通到导阀室56中的供水入口54。另一管子57可选择地在导阀室56和脉动器隔膜室31之间建立流体相通。或许，从图4可以看得最清楚，导阀隔膜60将导阀隔膜室61与导阀室56隔开。
导阀阀杆62的一端连接到隔膜60的暴露于导阀室56的那一侧上，阀杆62穿过大气出口63且具有可选择地堵住灌溉流体11通过出口63流出的环形大气出口塞64，阀杆62终止于供水源入口塞65，它跟随阀杆62沿箭头66方向的运动中断或允许灌溉流体从供水源通过管子55向室56的流动。
而且，从图5可以清楚地看出，通过包括导阀室56、由大气出口63形成的间隙、阀杆62、大气出口塞64和导阀隔膜60、以及大气出口67的通路使脉动器隔膜室31(图1)和流径管子57(图5)的大气流体相通。
图15和16说明导阀53的一突出特征，这样，为了进一步减少灌溉流体通过管子67浪费地排向大气，用于大气出口塞64的环形座具有在向内的凸缘110上制成的外同心挡环107，凸缘110制成在导阀53的本体上，外挡环向相对设置的塞64的方向凸出。
根据本发明的这一方面的一个特征，同心的内档环111设置在外档板107的里面且也向塞64的相对表面凸出。也可以看到，内档环111上制有小通道112以允许从形成在同心档环107和111之间的环形腔室113有受控制的渗流。
在使用中，控制管52(图1)与灌溉组件中最长的灌溉管线33的弹性管40相连。为了简化描述和清楚起见，仅表示和描述一条灌溉管线，即管线33，其他灌溉管线(图中未画出)将没有连接在一起形成管线33那样多的发送阀和连接的弹性管。而且，控制管52与发送阀36和下一个下游发送阀70之间的弹性管40相连，以达到所希望的灌溉脉动循环率。当控制管52连接得更靠近集流管12时，灌溉脉动循环率变得更快;当控制管52连接得离集流管12更远而更靠近管线33的端部时，脉冲循环率就会变更更慢。
图9和图10显示了改进的导阀86，如所示，导阀86是一二位三通阀。在开启位置上，如图9所示，阀86供应水且当弹性管37和40充注水时对脉动器隔膜室31(图1)加压。当导阀86关闭时，如图10所示，阀86使脉动器13内的脉动器隔膜室31(图1)减压，以允许发送器喷嘴35和36从各自的弹性管37、40排出灌溉流体，灌溉周围的土壤(图中未画出)。
导阀86的两个位置之间的转换或移位，如图9和图10所示，是通过导阀室87内的压力变化来达到，室87中的这种压力控制通过流体二极管90来提供。如图所示，流体二极管具有沿箭头92和93方向移动的柔性盘91，径向设置的沟槽89制成在盘91的暴露于导阀室87的那一侧，这样允许盘91封住出口94，但沟槽89的面积除外。
如图所示，出口94提供与导阀室87流体相通，在注入阶段，来自集流管12(图1)的压力将盘91(图9)压靠在出口94上，封住这一出口，但沟槽89面积除外。由此，通过沟槽进入室87的有限流动形成高的流动阻力和将流体从加压室96中的保护膜95下向导阀室87中的输送的大的时间常数。膜95是十分重要的，它不仅传送加压室96和导阀室87之间的压力波动，而且也保护导阀室87免受夹在流入加压室96内的灌溉流体中的颗粒物的脏污。膜95比图4和5所示的导阀53还有一进一步的优点，导阀53在自动系统工作可以开始之前必须用空气吹洗，然而，在导阀86中的膜95(图9和10)不需要累人的空气吹洗之类的事。
可以看到，当室87内的压力上升时，柔性的导阀隔膜60控制导阀阀杆62沿箭头93的方向移动，这样允许导阀86以与图1、4和5所示的导阀53同样的方式更有效地工作。
然而，导阀86在其他几个方面十分不同于图4和5中的阀，例如，导阀室87内的流体最好是沸点高、热膨胀系数低和结冻点低的液体。通常，乙二醇和水、丙三醇和水和市售防冻剂适于这一用途。
而且，从图10可清楚地看出，在灌溉流体排出过程中，作用在导阀室87一侧的单通出口94处的较高压力沿箭头92的方向推动柔性盘91，流过径向沟槽89的流动以高速率短时间循环。应该注意到，等量的流体分别在灌溉流体注入和排出阶段沿两个方向流过二极管90，而且，这一水量对应于导阀室87中容积的变化。
与图1、4和5所示的阀不同，图9和10所示的改进的导阀的另一特征是有导阀弹性容量室97，这一容量室的用途是为调节灌溉循环重复率提供比上述的相对于灌溉管线33的长度来设定控制管52(图1)的位置更方便、更易使用的装置。
如图10所示，容量室是一由弹簧100偏置的压制隔膜101，由偏置弹簧100施加的压力通过带螺纹的手轮102来操纵，从图9中清楚地看到，手轮102决定着导阀室87内的容积，即当偏置弹簧100响应导阀室87中的较高压力完全被压缩时压制隔膜101将缩回，而当弹簧伸长时，隔膜101向室87内伸出。这样，通过操纵手轮102，能得到一很宽的弹性容量范围，其中每一容量值对应于一个灌溉脉动频率或重复率。
当导阀86内的相对流体压力变化时，有一个相对压力差很小的过渡期，因此导致灌溉流体浪费地排至大气时的阀门动作更慢和时间更长。为了减少这一时间，并相应地减少浪费的灌溉流体，利用图15和16所示的档环107和111进一步缩短了阀门关闭时间，目的是使大气出口塞64稳定和快速地座落在外同心挡圈107的顶上，以导阀86的阀壳体内将排至大气中的灌溉流体的量限制于只是一个很小的量。
在使用中，当塞64移动而封住大气出口时，塞64(图16)是沿箭头方向移动，关闭塞64上的凸缘和外同心挡环107之间的间隙，通过通路112从室113中流出的渗流限制流体从室113向导阀86的大气出口的排出，使塞子突然关闭。
用同样的方式且如图15清楚地所示，通过通路112流入室113中的渗流使室内的压力增高，由此使塞64能突然开启。奠定这种动作的原理是由于与同心内档环111和塞64的相对表面之间的较小流道面积相比，由外同心档环107的较大直径和塞64上之凸缘的对应表面之间有较大的流道面积的结果。
为了将水注入系统，如图2所示，脉动器隔膜室31中的灌溉流体11关闭出口20，阻止从集流管12向储液器23的流动，且沿箭头71的方向推动阀杆16，以便向开启入口14的方向上推动入口塞15，从而建立从供水管道10通过集流管室30流入集流管12的流动。再回头看图1，来自集流管12的灌溉流体流经刚性管段34，并流经一路径流入灌溉管线33，可以看到，该路径包括弹性管37、入口通路42、发送阀36的喉部44和弹性管40的储水器43等，就这样流过整个管线33，直至最后一弹性管72充满灌溉流体11，弹性管72内的压力基本与集流管12中的流体压力相同。
遍及集流管12、管线33和控制管52中灌溉流体的压力一达到平衡，灌溉脉动循环的排出阶段就开始了。
如图5所示，控制管52和导阀隔膜室61内的压力灌溉流体11沿箭头73的方向推动阀杆62，在这一状态下，供水入口塞65堵住水从水供源经管子55、再经管子57至脉动器隔膜室的流动。阀杆62的这一移动也开启从脉动器隔膜阀31(图1)通过大气出口63(图5)经出口67至大气的通路。
这一通过导阀53排向大气的作用使脉动器13的状态发生一个变化，这从图3可清楚地看出。这样，灌溉流体通过控制管入口32从脉动器隔膜室31中排出使阀杆16沿箭头74的方向移动，这一移动将入口塞15拉靠在入口14上，由此中断灌溉流体11从管道10向集流管12的流动。阀杆16的这同一个移动随后打开出口22，使水流从集流管21通过集流管室30和现在开着的出口22流入弹簧偏置的波纹管25的内部，在储液器23内的由波纹管25提供的附加流体量使集流管12内的灌溉流体压力降低。当来自集流管12的流体压力波的冲击改变压力波的冲力的方向、使压力波反向且在弹簧26储存的机械能的帮助下流出弹簧加载的波纹管25时，那时压力波就流回当时其中流体处于低压状态的集流管12。通过适当平衡弹簧26、波纹管25和集流管12内的压力波动的范围之间的关系，在储液器23和集流管12之间就能建立一种调谐的或称共鸣的状态，使各个管线上的发送器(图2和3中未画出)和相连的蓄水器顺序地排出灌溉流体。
尤其是，一旦灌溉系统已经加压，由于集流管12突然连接于最初处于或接近大气压的储液器23中具有柔性壁的波纹管在排出阶段开始时就产生低压行波。更详细地说，由于脉动器13的阻力小而储液器26的容量相当大，加压水很快加速进入储液器23中，在集流管12中产生具有必需的波长和前锋的低压行波，随之触发弹性管37、40进入排出阶段。
随着压力波行进通过将灌溉管线33连接于集流管12的接合处且传入每一管线中，波前将自然减弱一些。当低的压力波沿管线33到达第一发送阀35、使该发送阀35将存在第一和第二发送器之间的加压水排出到大气中时，一条管线就触发而进入排出阶段。排出过程沿每一管线顺序传播，这一过程前已描述过了。
随着水从集流管12冲入储液器23且使其膨胀至其最大容积时，脉动器13两端的压力差减小，最后反向，确实，储液器23中的水锤作用帮助其中的压力达到一接近于集流管12原有压力的数值，但是随着水被送入随排出阶段的开始已回到大气压力的灌溉管线33时，集流管12本身内的压力快速下降。结果，存在一种集流管12处于低压而储液器23处于高压的状态，使水反向流经脉动器13流回集流管12。用这种方法，储液器23回到较低的压力下，准备开始下一循环，即关闭出口，开启入口。
集流管12的物理特性和几何形状选择得能使声速达到最大值，而使水的移位和使低压波变形为最小。因此，集流管的材料是刚性的，其壁厚和扬氏模量大大地大于弹性管，几何形状是圆形的，且直径与厚度之比是最佳的。
水中气泡的存在会大大降低水的容积弹性量，进而增加为产生具有规定压力降的行波所需的质量流。因此，为了对付集流管12中空气的存在，例如在延长时间的关闭之后的情况，需要有一个膨胀容积足够大的储液器23。
在出口和正常的储液器(图中未画出)之间可安装弹簧加载的溢流阀，以代替尺寸过大的储液器23。
当压力超过设定压力时，溢流阀开启;当储液器压力降压低于设定值时，溢流阀关闭。设定压力确保为沿各管线关断各发送器提供足够的减压。
在紧随起动后的最初循环过程中，集流管12内的部分空气被传送至灌溉管线，在那里与灌溉水一起被排出，而另一部分空气通过溢流阀排出。当大多数空气除去后，水的容体弹性模量接近标准值，因而储液器的容积足以产生如上所述的低压波，而不需依靠溢流阀的帮助。
集流管12内的较低压力使发送阀36中的隔膜45(图7)克服隔膜的弹力移位到这样一种状态，就是在这种状态下，隔膜堵住灌溉流体11向喉部44的流动，使灌溉水储存在储液器43中、在管子40的弹力加压下通过发送器的排出通路47排出至由发送器的排出喷嘴46灌溉的土壤。
当弹性管40内储存的弹力由于从储液器43中压出灌溉流体11而消失时，控制管52(图4)内的流体压力也下降，这样，导阀53中的隔膜60在低于灌溉流体供应压力的压力下沿关闭从脉冲器隔膜室31(图1)通过管子57(图4)至大气的通路的方向移动阀杆62，这一移动也开启从供水源通过管子55通过当时开着的供水源入口塞65经导阀室56至脉动器隔膜室的通路。
脉动器13(图2)通过使隔膜75关闭出口22对导阀53状态的这样变化起反作用，然后使相连的阀杆16沿箭头71的方向移动，开启入口14，重新建立管道10内的灌溉流体供应源和集流管12之间流体相通。
在这一注入阶段灌溉流体11流入集流管12能使隔膜45(图6)的固有回弹性恢复至隔膜再次堵住发送器排出通路47且允许储液器43重新充满的状态。
在系统起动过程中或在长期停用后再开始使用时，积存在集流管12中的空气被传送至各储液器，其中之一如储液器43所示，在那里空气被随灌溉水11一起排出至大气。为此目的，可以用一弹簧偏置的溢流阀(图中未画出)安装在出口67(图1)和储液器24之间。应记住储液器24是本系统中的一个选件，若是系统不装储液器，也就不需要上面提到的溢流阀。随后，存留在集流管12中的剩余空气通过这一溢流阀排至大气中。这样，当压力超过由阀的偏置设定的压力时，溢流阀开启，并且当储液器24中的压力降至低于偏置设定值时，溢流阀关闭。
本发明的一个进一步较佳实施例示于图8。如图8所示，以流体二极管90和人工控制的容量室97为特征的改进的导阀86取代了图1所示的导阀53，如图8所示，控制管103使来自弹性灌溉流体容器104的压力波动与流体二极管90的灌溉流体侧105相配合，以使二极管90中的柔性盘91能以上述方式沿箭头92和93的方向移动。
这样，在图8所示的本发明的较佳实施例中，控制管103仅将来自灌溉管线33的压力变化传送至导阀86，容量室97是用于调节灌溉脉动重复率的装置。
现参见图11至14，这几个图表示发送阀76的一较佳实施例，请记住上面已描述过发送阀76。然而，在使用中，隔膜83的运动主要受流经发送器76的流体的影响，这一流动产生一作用在隔膜83上的液动力，这一液动力加上隔膜的摩擦力、惯性和固有回弹性以及其周围结构使隔膜运动从而发送器76动作，这在下面将予以描述。
在系统中没有流动时，图11所示的隔膜是平的，不受应力，由四个导柱(图中未画出)支撑。随着弹性管104(图8)注入灌溉流体，沿箭头82方向的来流的作用力将隔膜83压靠在发送器排出通路106的进口上，封住这一通路。根据本发明的特征，隔膜83的柔韧的、非延伸的特性使隔膜凹入通路106，由此为从入口通过排出喷嘴85到弹性蓄水器(图12中未画出)的流动形成更大的无阻碍面积，隔膜83的这种凹入动作，随着其在发送器76的周围表面上运动，也产生一种擦净或擦洗作用，由此提供重要的自清洁作用。
当弹性管(图13中未画出)充满时，排出喷嘴85和入口77中的水压达到相等，由此允许隔膜的有弹性的周缘松弛到图13所示的位置，但隔膜的中心部分仍凸入发送器排出通路106中，这样，继续堵住来自发送器76的灌溉流体的流动。
当入口77内的压力变得低于排出喷嘴85中的压力时，发送器76动作的下一阶段就开始，从图14可看得最清楚。在这种情况下，从弹性蓄水器(图14中未画出)向供水源的回流先使隔膜83的周缘向入口77弯曲，最后使隔膜压靠在入口围绕的结构上，形成密封。以这种方式，隔膜83使蓄水器(图14中未画出)通过排出喷嘴85和隔膜室80至发送器排出通路106流体相通，以这种方式，发送阀76提供一种更加有效的将灌溉流体输送至周围的土壤的装置。
如果将本发明的原理应用于具有1至6条灌溉管线的较小系统，可以省去储液器23(图1)和相连的脉动器13。在本发明的一这一进一步实施例中，从导阀53引出的管子57直接连接于集流管12，控制管52，如前所述，连接于灌溉管线。这样，灌溉流体就通过管子55直接供至导阀53，然后，导阀53产生与控制管52连接到灌溉管线33上的位置有关的脉动重复率。结果，在管子55、导阀53的室56、管子57、直至集流管12之间形成脉动的水流，分配给小排数的灌溉管线，管线33是其中的一条。
同样，图8中所示的导阀86的另一实施例也可以用与上面对导阀53所述的同样的方式直接连接于集流管12。
这样，就提供了一种具有更有效和更灵活的装置的改进的脉动灌溉系统。
权利要求
1.一种用于分配灌溉流体的系统，包括一集流管；至少一个与所述集流管流体相通的灌溉管线；至少一个与所述集流管和所述灌溉管线相连接的发送阀；一与所述发送阀流体相通的弹性管，所述弹性管具有一灌溉流体容器和一用于将灌溉流体通过所述发送阀排出的装置；一灌溉液体管道；一用于将所述管道选择性地连接于所述集流管的脉动器；和一与所述弹性管和所述脉动器流体相通的、以使所述脉动器响应所述弹性管内的流体建立所述集流管和所述管道之间的流体相通的导阀。
2.如权利要求1所述的系统，还包括一用于将具有灌溉流体压力的所述弹性管连接于所述导阀的控制管。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于所述导阀包括一用于调节所述导阀启动所述脉动器所需之时间的流体二极管。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于所述导阀还包括一用于调节所述脉动器启动频率的容量室。
5.一种灌溉系统用的脉动器，包括一其内形成一集流管室的壳体;一与所述集流管室相通的入口和一也与所述集流管室相通的出口;一阀杆，所述阀杆的一端形成有用于选择性地开启和关闭所述入口的入口塞，而另一端形成有用于选择性地开启和关闭所述出口的隔膜;一形成在所述壳体上、用于以压力启动所述阀杆隔膜的控制管，以便隔膜响应所述控制管内的压力开启和关闭所述入口和出口。
6.一种灌溉系统用的导阀，包括一具有一形成在其内的导阀室的壳体;一与所述室选择性地相通的灌溉流体供应管;一与所述室选择性地相通的大气排出管和一与所述室选择性地相通的脉动器控制管;一安装在所述室内可直线移动的导阀阀杆，所述阀杆有一形成在其一端、用于建立所述流体供应管和所述室之间的所述选择性相通的供水源塞，一形成在其上、用于建立所述大气排出管和所述室之间的所述选择性相通的大气出口塞和一形成在所述阀杆上、用于直线地移动所述阀杆以便选择性地建立从所述室和所述供应管至各排出管的相通的导阀隔膜;以及一用于启动所述导阀隔膜的控制管。
7.如权利要求6所述的导阀，还包括一用于响应所述控制管中的压力调节所述导阀隔膜之运动的流体二极管。
8.如权利要求7所述的导阀，还包括一用于选择性地调节所述导阀室的容积以建立一灌溉流体脉动排出率的弹簧偏置的容量室。
9.一种供灌溉系统用的、有一隔膜室的发送阀，包括一用于建立与所述隔膜室流体相通的灌溉流体入口;一安装在隔膜室内用以控制经其流过的液流的隔膜，所述隔膜在灌溉流体的压力下是可弯曲的，但在承受灌溉流体压力时能保持隔膜的尺寸;一与所述入口间隔布置的且由所述隔膜隔开于所述入口的锥体;一形成在所述锥体上的发送喷嘴，所述发送喷嘴与所述发送阀阀体连在一起;以及一与所述隔膜室流体相通的排出喷嘴，所述排出喷嘴平行于所述流体入口。
10.如权利要求9所述的发送阀，还包括至少一个形成在所述入口上的环形倒锥凸缘;至少一个形成在所述排出喷嘴上的环形倒锥凸缘;一具有设置在其内部的所述环形倒锥凸缘的弹性管;另一具有设置在其内部的所述排出喷嘴倒锥凸缘的弹性管;一内径约等于所述入口上的所述弹性管的外径的刚性管段，所述刚性管段将所述弹性管的一部分压靠在所述入口的倒锥凸缘上;以及一内径约等于所述排出喷嘴上的所述弹性管的外径的刚性管段，所述刚性管段将所述弹性管的一部分压靠在所述排出喷嘴的倒锥凸缘上。
11.如权利要求1所述的系统，还包括一与所述脉动器流体相通以当所述脉动器启动时储存从所述脉动器中排出的灌溉流体并能使所述储存的灌溉流体响应所述导阀的启动流回所述脉动器内的储液器。
12.如权利要求5所述的灌溉用脉动器，还包括一通过所述出口与所述集流管室选择性的流体相通以将灌溉流体临时储存在其内的储液器波纹管;阀杆的另一端终止于一活塞;一与所述活塞外接的阀塞，其中所述隔膜对所述活塞和所述阀塞构成一流体档板，以使所述活塞和与之相连的阀杆能纵向运动并开启所述集流管口，以及当至所述储液器的流动被堵住时使所述阀塞能阻止灌溉流体流入所述储液器中，并允许所述活塞向纵向的另一方向移动以关闭所述集流管口，并且在关闭所述集流管口之后允许向所述储液器的流动。
全文摘要
本发明包括用于脉动分配灌溉液体的系统，系统包括集流管，灌溉管线中的一排发送阀依次连接到集流管上，各发送阀之间的弹性管用作脉动之间的灌溉流体储液器，脉动器响应导阀的启动将灌溉流体管道连接于集流管，与集流管相连的储液器波纹管收集剩余的灌溉流体并在脉动循环的适当时刻将其送回系统。而且导阀响应压力波动而启动和停止脉动器。还有，可调节的弹簧偏置的可变容量室和流体二极管连接于导阀，共同地决定着灌溉脉动重复率。
文档编号B05B12/06GK1072308SQ9211083
公开日1993年5月26日 申请日期1992年9月17日 优先权日1991年9月19日
发明者吉阿可莫·勃托洛提 申请人:吉阿可莫·勃托洛提