ДОЖДЕВАЛЬНЫЙ АППАРАТ ТУРБИННОГО ТИПА
TURBINE TYPE SPRINKLING UNIT

Изобретение относится к технике полива мелкодисперсным и капельным дождеванием и может быть использовано в мобильных и стационарных дождевальных установках для получения дождя с размерами капель, допустимыми для орошения широкого спектра при орошении дождеванием сенокосно-пастбищной травосмеси, а также возделывания сельскохозяйственных культур.
Климатические условия являются также одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность выращивания сенокосно-пастбищной травосмеси. Однако во всех случаях, реализация потенциала выращивания сенокосно-пастбищного травосмесей во многом определяется влагой в течение вегетационного периода. Для чего необходимо иметь современные дождевальные машины и установки в зависимости от используемых насадок, давления, которые делятся на три типа: короткоструйные (низконапорные), среднеструйные (средненапорные), дальнеструйные (высоконапорные). К короткоструйным относятся ДДА-100МА, «Кубань», ДШ-25/300. К среднеструйным - «Фрегат», «Днепр», ДКШ-64, «Ока», ДКН-80, ДШ-10, КИ «Радуга»-50, «Сигма», комплект синхронно-импульсного дождевания КСИД. Кроме того, известны и другие многие дождевальные машины. По принципу работы они похожи друг на друга и отличаются в основном производительностью, радиусом полета струи, способом перемещения и приводом вращения стволов.
Крупность капель определяется силой удара их в почву и поврежденностью растений.
Следует также отметить, что сенокосные угодья используются путем скашивания травостоев и заготовки различных видов кормов, а пастбищные - путем выпаса животных.
Обзор литературных источников позволил установить, что в условиях Республики Беларусь, а также Российской Федерации проведение оросительных мелиораций в сенокосно-пастбищной травосмеси в целом крайне необходимо (неустойчив режим естественной полив влагообеспеченности), по экономическим показателям целесообразно. Эффективность орошения дождеванием сенокосно-пастбищной травосмеси может быть достигнута при высокой организации ее использования и достаточном уровне минерального питания. В Республике Беларусь имеется 46,9 тыс. га орошаемых сельскохозяйственных земель, в том числе на осушенных землях - 13,5 тыс. га, из них дренажом - 12,6 тыс. га. Орошаемые земли находятся на территории всех областей. Большая их часть (65%) сосредоточена в Минской и Могилевской областях. В Российской Федерации земли с осушительно-увлажненной сетью расположены на 17,1 тыс. га или на 19% всех осушенных земель региона. Сенокосы и пастбища на РФ на орошаемых землях занимает 189 тыс. га.
3
Анализ показывает, что прибавка урожайности многолетних трав пастбищного использования в Беларуси составляет в среднем 10…25 ц/га, кормовых единиц - 1,2 тыс. корм. ед/га на 1 м поливной воды. Однако необходимо достичь не менее 4,6 тыс. корм. ед/га. Поэтому получение эффективности дождевания сенокосно-пастбищной травосмеси в условиях северо-восточной зоны Беларусь востребованы.
Пастбища можно поливать дождеванием, по полосам и затоплением по чекам, лучший вариант - дождевание.
3
Следует несколько затронуть вопрос режима орошения для пояснения применения орошения дождеванием. Влажность почвы на пастбище не должна опускаться ниже 75% НВ в слое 0,5 м (оптимальная влажность равна 85% НВ). Обычно в промежутке между двумя стравливаниями травы поливают 1…2 раза (в зависимости от осадков и способа полива). Первый полив проводят сразу же по окончанию стравливания и удаления остатков несъеденной травы. Второй полив через 10…12 суток, но не менее за 5 суток до очередного стравливания. Поливные нормы принимают в зависимости от водопроницаемости почвы, способа полива и глубины залегания грунтовых вод. При поливе дождеванием для увлажнения 0,5 м слоя поливная норма составляет 300…400 м/га.
Таким образом, ниже будут рассмотрены в основном влияния мелкодисперсного дождевания, где спектр капель воды, должен оседать на листовом покрове, находится в пределах от 100 до 200 мкм. Средний объемно-поверхностный диаметр капель - 300-500 мкм.
В связи с этим целью разработки дождевального аппарата турбинного типа - совершенствование конструкции и обеспечение хорошего качества искусственного дождя, а также увеличения радиуса полива одним дождевателем и получение более мелкокапельного распределения воды по кругу, упрощение конструкции и повышения надежности путем уменьшения засорения.
Известен насадок дождевального аппарата, содержащий корпус, закрепленный на стойке дефлектор и сопло с центральным отверстием, при этом сопло выполнено из материала с памятью формы с редукцией центрального отверстия с большего диаметра на меньший при нагревании, причем стойка выполнена так же, как и сопло, материал с массой, равной массе сопла. Насадок снабжен источником электропитания и регулируемым сопротивлением, при этом стойка и сопло электрически связаны между собой и подключены к источнику электропитания через регулируемое сопротивление (Авторское свидетельство SU №1616711, В05В 1/18, 1/26 от 30.12.1990).
Недостатком данного насадка является невысокая надежность, а также относительно малый диапазон изменения размера капель дождя и сложность конструкции. Для изменения положения стойки дефлектора требуется целая электрическая сеть с коммуникациями.
Известен насадок дождевального аппарата (Патент RU №2174876, В05В 1/18, 1/26 от 20.10.2001, а также распылитель жидкости А.С. SU №1613179, В05В 1/26, 3/04 от 15.12.1990).
Однако такого рода насадок являются сложность конструкции, невысокая надежность и невысокая производительность.
Известен дождевальный аппарат №1 ДМ Фрегат, содержащий корпус со штоком и струеобразующей насадкой, подпружиненное коромысло с реактивной лопаткой, шайбы (кольца скольжения), подпружиненный винт рассекатель и втулку (Справочник оператора «Фрегата» и «Волжанка». Под ред. Г.М. Поповой и Н.М. Щербаковой. М.: «Колос», 1976, с. 42). Справочник (Под ред. Б.Г. Штепы. - М.: «Колос», 1972, с. 115.).
Недостатками этого дождевального аппарата является сложность конструкции, высокая материалоемкость и неработоспособность при низких давлениях, что приводит к ограничению его применения для полива малых участков с малоинтенсивным дождем.
Известен аппарат, включающий установленный на подводящем трубопроводе поворотный корпус со струеобразующим каналом и упором, имеющим косой срез для взаимодействия с таким же упором реактивного привода. В этом дождевальном аппарате корпус выше струеобразующего канала выполнен в виде вертикального штока и снабжен жестко закрепленным на его конце консольным плечом, а реактивный привод выполнен в виде лопатки, установленной на штоке шарнирно с двумя ступенями свободы и снабженной со стороны струеобразующего канала лопастями, при этом упор корпуса размещен на консольном плече, а упор реактивного привода - на обратной относительно струеобразующего канала стороне лопатки, кроме того, крепление консольного плеча на штоке выполнено с возможностью изменения его положения в плане относительно оси струеобразующего канала (Патент RU №2087095, A01G 25/02, В05В 3/06 от 20.08.1997).
Недостатком этого дождевального аппарата является невысокая надежность и работоспособность в узком диапазоне изменения рабочего давления из-за фиксированной жесткой установки консоли с упором на штоке. Для эффективной работы дождевального аппарата при больших давления необходимо установить консоль с упором на штоке на максимальной высоте, что приводит к неработоспособности при малых давлениях. Для обеспечения работоспособности при малых давлениях необходимо установить консоль с упором на минимальной высоте, что приводит к ухудшению качества дождя и его распределения по радиусу действия при больших давлениях. Жесткая фиксация консоли с упором на штоке не позволяет обеспечить работоспособность дождевального аппарата в большом диапазоне изменения рабочего давления до 0,2 МПа, что приводит к ограничению его применимости для полива малых участков с малоинтенсивным дождем. Ограничение осевого перемещения корпуса в накидной гайке посредством выступа в корпус наверху и жестко посаженный на корпус втулкой снизу приводит к снижению надежности аппарата, так при работе аппарата втулка постоянно испытывает нагрузку, со временем расслабляется и происходит осевое перемещение, что приводит к параметрическому отказу и снижению надежности.
Раздельное изготовление корпуса и втулки и их последовательное закрепление между собой при сборке аппарата создает возможность нарушения соосности, что не обеспечивает их должное взаимодействие и приводит к утечке воды через кольца скольжения.
Известен насадок дождевального аппарата, содержащий корпус, закрепленный на стойке дефлектор и сопло с центральным отверстием, в котором сопло и корпус выполнены единой деталью, при этом центральное отверстие сопла сопряжено с полостью корпуса и выполнено с сужением в направлении среза сопла, а установленный на стойке дефлектор выполнен в виде сечения, уменьшающегося в сторону стойки, на поверхности дефлектора его оси выполнены равноудаленные желобки переменного сечения, разделенные между собой ребрами, к тому же нижняя резьбовая часть полости корпуса посредством кронштейна: на верхнем срезе дефлектора выполнено фасонное углубление под размер торца шестигранного воротка (Патент RU №2174876, В05В 1/18, 1/26 от 20.10.2001).
К недостаткам описанного насадка относится низкая степень распыления потока воды на мелкодисперсные компоненты.
Можно привести аналоги дождевальных аппаратов (Авторское свидетельство SU №1787375, A01G 25/09 от 15.01.1993; Патент RU №2019092, A01G 25/02, В05В 3/06 от 15.09.1994; Патент RU №2038753, A01G 25/02, В05В 3/06 от 09.07.1995; Патент RU №2514357, A01G 25/02, A01G 25/09 от 27.04.2014; Патент RU №2563173, В05В 1/18, В05В 1/34, A01G 25/09, А62С 31/05 от 30.09.2014; Патент RU №2343995, В05В 1/18 от 20.01.2009; Патент RU №2635167, от 09.11.2017).
Однако такого рода дождевальных аппаратов относятся низкая эксплуатационная надежность и неудовлетворительное качество дождя.
Наиболее близким техническим решением является дождевальный аппарат турбинного типа, содержащий полый цилиндрический корпус с направляющим стержнем, конусный дефлектор с криволинейными канавками, регулировочную гайку и контргайку, в котором корпус дополнительно снабжен перегородкой, а конусный дефлектор - фторопластовой прокладкой, причем конусный дефлектор выполнен с возможностью перемещения по направляющему стержню в зависимости от выбранного расхода воды, при этом направляющий стержень, жестко скреплен с корпусной перегородкой, а криволинейные канавки выполнены не доходящими до края поверхности конусного дефлектора на величину, равную ширине кольца выходного отверстия (Патент RU №22547051, A01G 25/02, В05В 1/26 от 27.05.2005).
К недостаткам описанного дождевального аппарата, принятого нами в качестве ближайшего аналога, относятся низкая эксплуатационная надежность и неудовлетворительное качество дождя.
Целью настоящего изобретения является расширение его диапазона изменения рабочего давления с возможностью осевого вращения и выполнение верхней части реактивной крыльчатки из нержавеющих изогнутых пластин, а нижней части из пластика высокой прочности с неподвижным буртиком и кольцевой выточкой на цилиндрическом вертикальном штоке, и создание дождевального аппарата для мелкодисперсного дождевания, а также эксплуатационной надежности работы аппарата при поливе оросительной водой, забираемой из открытых каналов, упрощение конструкции и повысить эффективность работы аппарата.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном дождевальный аппарат турбинного типа, содержащий полый цилиндрически корпус с соосно установленным в нем направляющим штоком, фторопластовую прокладку и с возможностью вращения вдоль штока, дефлектор и канавками на рабочей поверхности, ограничивающую контрогайку на резьбовой части дефлектора, согласно изобретения, дефлектор выполнен из двух частей, жестко закрепленных между собой, причем верхняя часть выполнена в виде реактивной крыльчатки из нержавеющих пучка лепестков в виде изогнутых пластин и расположены по кругу и перекрывающих друг друга в сторону регулируемых поливных трубок с канавками и с наклонно-выпуклой поверхностью в горизонтальной и вертикальной плоскости, а нижняя часть выполнена из пластика высокой прочности с подвижным подшипником вдоль цилиндрического штока и неподвижным буртиком внизу и кольцевой выточкой для ограничительного резинового сверху направляющим вертикальным штоком в виде неподвижной оси, и выполнен также как одно целое из пластика высокой прочности с выполненными канавками, не менее трех, равномерно размещенных к внутренней оси цилиндрического корпуса, причем внутренняя полость канавок выполнена с внутренней резьбой для соединения ввинчиванием в них полых регулируемых поливных трубок, наружный конец которых снабжен жесткой гайкой под ключ, при этом регулируемая поливная трубка выполнена с возможностью изменения ее положения по высоте относительно реактивной крыльчатки, и гидравлически восходящие струи, которых в верхней своей части корпуса взаимодействуют с нижней плоскостью реактивной крыльчатки выполненной из пучка лепестков в виде изогнутых пластин с возможностью осевого вращения реактивной крыльчатки с закрепленным дефлектором вокруг направляющего вертикального штока, причем реактивная крыльчатка в плане и в диаметре выполнена больше внешнего диаметра цилиндрического корпуса с элементами подачи струи воды.
Кроме того, внутренняя часть дефлектора уплотнена манжетой, размещенной на направляющем вертикальном штоке.
отв.
Кроме того, соотношение напора к диаметру поливной регулируемой трубки составляет H/d=2000…8000, где Н - напор воды; d - диаметр отверстия каждой поливной трубки ввинчиваемой в резьбовую канавку цилиндрического корпуса с коэффициентом равномерности распределения осадков в виде дождя по площади дождевания 0,83…0,91, средняя интенсивность дождя 0,20…0,25 мм/мин.
Кроме того, полый цилиндрический корпус вначале снабжен регулируемым шаровым краном и дополнительно снабжен пластмассовым фильтром с цилиндрической сеткой.
Новизна заявляемого технического решения обусловлена тем, что совершенствование конструкции дождевального аппарата обеспечивает хорошее качество искусственного дождя, а также увеличения радиуса полива одним аппаратом за счет включающего корпус с поливными трубками ввинчиваемых, не менее трех, в канавки наклонными к горизонтали поливных трубок с канавками, размещенными сверху корпуса вокруг его вертикальной оси по замкнутой линии. Кроме того, дефлектор состоит из двух связанных между собой как единое целое, сверху он имеет реактивную крыльчатку, выполненную из нержавеющих пучка лепестков в виде пластин и частично перекрывающих друг друга, и направлены в сторону поливных регулируемых трубок ввинчиваемых под определенным углом α с выполненными канавками в корпусе. Сам дефлектор прикреплен к вертикальному посередине штоку сверху основания цилиндрического корпуса, причем дефлектор плотно посажен шарикоподшипником, выполненный на втулке с манжетой и с упорным буртиком на штоке.
Наклонно-выпуклые пластины (лопасти) выполнены пучком лепестков (в количестве 9 штук), приваренных сверху к втулке так, чтобы при ее вращении под силой удара струи воды образовалась сильная центробежная сила. При этом в стенках цилиндрического корпуса под заданным углом размещены регулируемые поливные трубки, размещенные в канавках, которые имеют не менее трех с внутренней резьбой для ввинчивания в них регулируемых поливных трубок вертикально и под определенным углом, верх последних снабжен гайкой (головкой) под ключ с заданным сечением (диаметр поливных трубок, соответственно, ввинчиваемых в канавки, может быть разным, как один из вариантов). Элементы эти могут быть изготовлены из пластмассы повышенной плотности, как и сам цельный корпус с вертикальным направляющим штоком сверху основания корпуса. Наличие не только одинаковых, но и возможность иметь и разные поливные трубки в сечении своем с головкой под ключ, соответствует лучшей подачи струи в сторону нижней плоскости изогнутых пластин (лепестков) из нержавеющего материала, а значит, позволяет иметь и различные кинетические энергии выбрасываемых струй в сторону нижней плоскости изогнутых пластин, перекрывающих частично друг друга, при этом можно менять и точку самого удара о нижнюю плоскость изогнутых пластин, которые в сумме составляют реактивную крыльчатку, вращаясь по кругу. Это также позволяет изменить и длину полета струи при ударе и достичь заданного надежного вращения аппарата в целом, обеспечить равномерность полива по кругу дождевальным аппаратом, образующих мелкодисперсный искусственный дождь в виде мелких капель. Отсюда поверхность реактивной крыльчатки всегда будет расположена в зоне действия наклонных под углом регулируемых поливных трубок, имеющих на конце снаружи головку (гайку) под ключ, и автоматически дефлектор в целом осуществляет вращение вокруг вертикального неподвижного штока. При этом благодаря размещению перед каждым дождевальным аппаратом небольшого по размерам, закрепленным пластмассовым стандартным фильтром тонкой очистки с цилиндрической размещенной в его полости сеткой и отсутствия возможности попадания мелких частиц наносов, а расход на входе можно установить регулируемым шаровым краном. Кроме того, сетчатый фильтр (закрыв шаровой кран) легко можно очистить в любое время работы аппарата, провести промывку стандартного фильтра или заменить его даже во время эксплуатации всей дождевальной машины (агрегата), предварительно закрыв регулируемый шаровой кран на отводящей трубе под дождевальный аппарат установки.
Практическая работоспособность предлагаемого дождевального аппарата турбинного типа очевидна для данных соотношений напора и диаметра поливной трубки, размещенной с внутренней резьбой в самой канавке, соответственно, в технологии получения искусственного дождя на основе расчета и технических характеристик, установленных на основе проведения широких лабораторных исследований, на примере, орошения дождеванием сенокосно-пастбищной травосмеси, которая включает в себя бобово-злаковую травосмесь: клевер белый, райграс пастбищный, фестулолиум, тимофеевка луговая и овсяница луговая, соответственно, при этом с внесением определенного количества минеральных удобрений и эффективность при этом получения высокого урожая на травосмесях пастбищного типа будет значительно выше, чем на травостоях сенокосного типа. Следует также отметить рост, урожайность и кормовая ценность злаковых и бобовых трав в первую очередь зависит от количества доступного азота в почве (биологический почвенный азот или внесенный в виде удобрений). Травостои пастбищного типа могут многократно стравливаться в течение вегетационного периода, поэтому воздействуя на почвенные и микроклиматические условия, орошение оказывает положительное влияние на развитие растений, рост урожаев и их устойчивость.
В Республике Беларусь полив рекомендуется проводить малыми нормами и небольшой интенсивностью с минимальной глубиной промачивания, чтобы избежать вымывания питательных элементов и потерь гумуса, так как это приводит к снижению плодородия почв.
Предложенное устройство вписывается в технологию полива дождеванием сенокосно-пастбищной травосмеси, в которой при достаточном количестве азота злаки лучше, чем бобовые, поглощают фосфор и калий, что в целом улучшает культурные травостои сенокосного типа, которые используют в фазе колошения - цветения трав. Естественные или улучшенные сенокосы ввиду большого разнообразия видов трав, различающихся по темпам развития и скороспелости, скашивают на самых разных этапах жизни растении от колошения до созревания и осыпания семян.
В общем можно отметить, что рост, урожайность и кормовая ценность злаковых и бобовых трав зависит от количества доступного азота в почве и обеспеченностью при достаточной влаги в почве. Поэтому именно дождевание может быть экономически оправдано лишь на культурных пастбищах при высокой организации их использования и достаточном уровне минерального питания для передвижного дождевания машинами (агрегатами), т.е. передвижные дождевальные системы с забором воды из готового водоисточника.
Качество искусственного дождя определяется его интенсивностью, размером капель, слоем осадков за один цикл и равномерностью распределения на орошаемой площади на базе создания усовершенствованного дождевального аппарата турбинного типа.
Выполнение устройства подобной конструкции не выявлено по изученной научно-технической информации, патентной документации, что позволяет судить об изобретательском уровне заявляемого технического решения.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 схематически показана реактивная крыльчатка с пучком лепестков в виде изогнутых пластин дождевального аппарата турбинного типа, вид сверху.
На фиг. 2 схематически изображен диаметральный разрез дождевального аппарата турбинного типа, разрез А-А на фиг. 1.
На фиг. 3 - то же, разрез Б-Б на фиг. 2.
отв.
На фиг. 4 - график зависимости радиуса действия дождевального аппарата от отношения Н/d при разной высоте установки аппарата от поверхности земли.
отв.
отв
На фиг. 5 - график зависимости равномерности водораспределения осадков по площади дождевания одним дождевальным аппаратом от соотношения H/d, где коэффициент распределения Кр=f(H/d.).
отв
На фиг. 6 - график зависимости средней интенсивности дождя от соотношения H/d.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного технического решения, заключаются в следующем.
Дождевальный аппарат турбинного типа содержит полый цилиндрический корпус 1. Снизу к нему подсоединен регулируемый шаровой кран 2 и соединен с пластмассовым стандартным фильтром 3 тонкой очистки малого размера с цилиндрической в его полости сеткой.
Направляющий вертикальный шток 4 в виде оси жестко в одно целое связан сверху в середине к цилиндрическому корпусу 1. Корпус 1 включает канавки 5 с внутренней винтовой резьбой не менее трех выполненными по определенным наклоном под углом α к горизонтали (они могут иметь разные сечения по варианту выполнения), в которые ввинчиваются регулируемые поливные трубки 6, на внешнем конце которых имеются головки 7 (гайки) под ключ.
Дефлектор 8 шарнирно посаженный на вертикальный направляющий шток 4 в виде оси, сверху связан с реактивной крыльчаткой, выполненной из нержавеющих пучка лепестков в виде пластин 9, приваренных сверху к дефлектору 8 в виде втулки, пластины которые имеют наклонно-выпуклую поверхность и частично перекрывают в горизонтальной плоскости друг друга и направлены в сторону регулируемых поливных трубок 6 ввинчиваемых в канавки 5 с возможностью вращательного движения дефлектора 8 с реактивной крыльчаткой 9, при этом сверху дефлектор имеет ввинчиваемую крышку 10. Дефлектор 8, регулируемые поливные трубки 6, конструкция цилиндрического фильтра 3 тонкой очистки, корпус 1 со штоком 4, выполнены из пластика высокой прочности.
Дефлектор 8 снабжен подшипником скольжения 11, который обеспечивает устойчивое вращение и реактивной крыльчаткой 9 на вертикальном направляющем штоке 4 в виде оси.
Внутренняя часть дефлектора 8 имеет уплотнение манжетой 12, размещенной на цилиндрическом вертикальном направляющем штоке 4, который имеет в своем составе неподвижный буртик в качестве опорной пяты (не показан) ниже манжеты 12.
В горизонтальной и вертикальной плоскости под определенными углами пластины 9 (крыльчатка) приварены сверху жестко с наклонно-выпуклой поверхностью, пластины которые выполнены из нержавеющего материала пучка лепестков в виде пластин 9, так чтобы при вращении реактивной крыльчатки под действием силы удара струи воды образовалась максимальная центробежная сила. В предложенной новой конструкции реактивной крыльчатки (что-то в виде гидротурбинного типа) имеется девять лепестков (пластин) криволинейной формы в горизонтальной и вертикальной плоскости (фиг. 1).
отв.
отв.
Следует отметить, что проведенные лабораторные исследования показывают, что с увеличением соотношения H/d, где Н - напор воды; d - диаметр отверстия каждой поливной трубки 6 ввинчиваемой в резьбовую канавку 5, отношение составляет от 2000 до 8000 при разной высоте его установки от поверхности земли (0,6 м, 1,0 м и 1,5 м), радиус действия дождевального аппарата увеличивается от 3,5-4,0 до 8,0 м (фиг. 4), а коэффициент равномерности распределения осадков в пределах площади дождевания повышается от 0,83 до 0,91 (фиг. 5).
Необходимо отметить, что наилучшей высотой установки дождевального аппарата считается 1,0 м от поверхности земли, так как при такой высоте, по сравнению с установкой аппарата на 0,6 м от поверхности земли, радиус полива увеличивается на 20% и более. Однако дальнейшее увеличения высоты установки дождевального аппарата от 1,5 м от поверхности земли практически мало влияет на радиус поливного участка (увеличение последнего составляет всего 5-6%). Поэтому высоту установки дождевального аппарата можно рекомендовать в практических целях внедрения в производство в пределах 1,0…1,5 м от поверхности земли.
отв..
отв.
отв.
Таким образом, увеличивая напор воды и, соответственно, соотношение H/d, можно получить несколько больший радиус полива, но при этом увеличивается потребность на энергию, что снижает эффективность его применения. Поэтому по соотношению H/d, можно рекомендовать для практики в производство рациональную область применения дождевального аппарата турбинного типа, а именно: 2000≥H/d≤8000.
отв.
отв.
Следует кроме этого отметить, что дождевальный (универсальный) аппарат можно рекомендовать как при меньших, так и при больших значениях H/d, т.е. рекомендовать выше предела, как это видно (фиг. 5), радиус полива, хотя увеличивается незначительно, но при этом для создания больших соотношений H/d, затрачивается большее количество подводящей энергии воды (напор в трубопроводе).
отв.
отв.
Кроме того, средняя интенсивность осадков по площади полива одним дождевальным аппаратом и крупность капель дождя, создаваемым им, также зависит от соотношения H/d, и с увеличением несколько возрастает как средняя интенсивность дождя (фиг. 6), может составить от 2,4 до 2,08 мм (исследования показаны в таблице 1 - зависимость крупности капель дождя от соотношения H/d в описании ниже дана работа дождевального аппарата турбинного типа).
Следует описать конструкцию цилиндрического фильтра 3 тонкой очистки, так как его работа влияет на поступление чистой воды (даже при подаче воды из трубопровода сети) в звенья (ветви) поливного трубопровода из основного трубопровода, далее в дождевальный аппарат. Фильтр 3 тонкой очистки изготавливают сборным из полиэтиленового материала стойкого к коррозии в заводских условиях (в виде штамповки из полиэтиленовой разогретой крошки), как одного из основного звена перед установкой дождевального аппарата в системе орошения дождеванием сенкосно-пастбищной травосмеси. Устройство фильтра 3 для подсоединения вначале перед аппаратом, включает в себя переходники с уплотнениями (не показано), внутри цилиндрической его части, которого устанавливают свободно сетчатый фильтр обтекаемой цилиндрической формы, имеющий диаметр равный дополнительного патрубка в виде наружного выступа, и длина круглого сетчатого фильтра составляет не менее длины самого патрубка. Внутри между выходом в цилиндрический корпус 1 аппарата и самого корпуса фильтра 3, соответственно, имеет место проходное водовыпускное отверстие с гнездом, выполненным с фиксирующими внутренними приливами. Верх дополнительного патрубка фильтра 3 сопрягают резьбой с глухой гайкой, которая поджимает вертикальный сетчатый фильтр к гнезду, перекрывая отверстие в форме трубчатого сетчатого фильтра. Крышку самого фильтра 3 выполняют съемной в виде пустотелого цилиндра с внутренней резьбой закрывающей сверху дополнительный патрубок в виде наружного выступа с сетчатым фильтром (не показан) с глухой гайкой, т.е. сетчатый фильтр легко можно очистить в любое время работы дождевальной машины (агрегата), провести промывку фильтра или заменить его даже во время длительной эксплуатации дождевальной машины на трубопроводной сети, предварительно закрыв регулируемый шаровой кран 2 перед дождевальным аппаратом.
Верх гайки ограничивает ход сетчатого фильтра обтекаемой цилиндрической формы, вставленного нижним концом в гнездо, переходника (трубы патрубка) с устройством фильтра 3 до крайнего нижнего его положения за счет прижатия при завертывании гайки. Глубину гайки выполняют такой, что при стопорении сетчатого фильтра в корпусе, расход воды поступает в водовыпускное отверстие в переходнике (трубчатый патрубок) и через круглый сетчатый фильтр в сторону полости цилиндрического корпуса 1 аппарата турбинного типа, далее это соответствует максимальному значению открытию регулируемого шарового крана 2 на ответвлении трубопровода (крыла дождевальной машины).
Все необходимые параметры устройства в целом с узлами соединения их между собой могут быть определенным образом, назначаться при монтаже дождевального аппарата турбинного типа с учетом конкретных условий орошаемого участка, а именно - качества оросительной воды, отсутствия опасности засорения поливных регулируемых трубок 6 ввинчиваемых в канавки 5, связанных с полостью цилиндрического корпуса 1 в процессе полива, даже при высокой мутности воды, при этом целесообразно перед каждым дождевальным аппаратом турбинного типа располагать, для надежности в работе, пластмассовые стандартные фильтры 3 (одного геометрического размера), изготавливаемых заводским методом (или малым предприятием) литья, как и сам дождевальный аппарат турбинного типа со всеми встроенными с его узлами соединения между собой в целом, т.е. изготовление всего оборудования унифицированного комплекта.
Дождевальный аппарат работает следующим образом.
При поступлении оросительной воды под напором в водоподающий трубопровод дождевальной машины она проходит через регулируемый шаровой кран 2, поступает в фильтр 3 тонкой очистки, обтекает сетчатый фильтр в нем, очищается от всех мелких и других наносов и поступает в полость цилиндрического корпуса 1. При этом одновременно проходя наклонно под углом α к горизонтали с канавками 5 ввинчиваемыми в них поливными регулируемыми трубками 6 (верхний наружный конец поливных трубок имеет гайку 7 под ключ), под напором подается вода в сторону под нижнюю плоскость наклонно-выпуклой поверхности пучка лепестков, например, в виде пластин 9 из девяти штук в диаметре своем в виде из нержавеющего материала, т.е. самой реактивной крыльчатки с дефлектором 8, заставляет вращаться дождевальный аппарат; с ростом напора растет его скорость вращения и дальность полета капель мелкодисперсной воды, при этом из-за соприкосновения струи воды с наклонно-выпуклой поверхностью пучка лепестков в виде пластин 9 дефлектора 8, они разделяются на две части - отскакиваемые и обтекаемые по кругу полива, способствуя лучшему мелкодисперсному распылению воды.
Отскакиваемая часть воды - дождевые капли поливают участок земли по кругу дождевального аппарата, а обтекающая часть воды, получая максимальную центробежную силу наклонно-выпуклой поверхности пластин 9 (лопастей), благодаря их конструктивной особенности каждой отталкивается дальше по кругу от стояка дождевального аппарата и на пути, встречая сопротивление воздуха, распыляется на мелкие дождевые капли, поливая при этом участок земли или растения несколько дальше, достигая равномерность полива по кругу. С учетом вращения реактивной крыльчатки происходит чередование удара струй воды от одного лепестка (пластины) и передачи к другому лепестку, что способствует их более мелкому раздроблению и образованию искусственного дождя с наименьшими каплями воды, что-то вроде образования «туманного облако» в воздухе и достигается равномерность полива по кругу. Работа дождевального аппарата заключается в постоянной подаче поливной воды, что возможно, отрегулировать напор воды за счет регулируемого шарового крана 2 установленного перед фильтром 3.
Наличие не менее трех наклонных под углом регулируемых поливных трубок 6 ввинчиваемых в канавки 5 корпуса 1, как вариант выполнения, может иметь разные диаметры, что позволяет иметь и различные кинетические энергии выбрасываемых струй, благодаря чему может меняться длина полета струй в целом.
Основные детали дождевального аппарата, как было отмечено выше, одна часть их может изготавливаться из нержавеющего материала, а другая большая часть его элементов изготавливаться из пластмассы высокого давления, что удовлетворяет промышленному производству и современным требованиям в мелиорации (получаем экономический эффект) по изготовлению массовых изделий промышленным способом, и их простоте и экономичности в эксплуатации. Это позволит резко снизить расход металла на изготовление.
Предлагаемый аппарат работает в автоматическом режиме при настройке регулируемым шаровом кране (на нем, возможно, нанести риски расхода) пропуска заданного расхода воды.
Конструкция в целом, становится универсальной и заметно отличается от известных аналогов, а применение пластмассы высокого давления удлиняет межремонтный срок службы.
При таком конструктивном исполнении силы трения дефлектора 8 на вертикальном направляющем штоке 4, сведены до минимума. Наличие подшипника скольжения 11 компенсирует осевые сопротивления вращения втулки с крыльчаткой 9 дефлектора 8, а ввинчиваемая крышка 10 сверху закрывает шток 4 и полость с подшипником скольжения 11 от поступления загрязнений и засорения, и устраняет заклинивание - торможение вращающегося аппарата по кругу. Аппарат готов к работе для выдачи поливной воды при максимальной центробежной силы, придающим частицам воды максимальное ускорение на достаточную расчетную длину от места установки по кругу дождевального аппарата.
Таким образом, чередование удара струй воды от одних криволинейных пластин (лопастей) к другим, способствует их более мелкому раздроблению и образованию искусственного дождя с наименьшими каплями воды, в определенной степени образуя «туманное облако» и равномерному по площади орошения одним аппаратом.
Для выключения из работы достаточно регулируемый шаровой кран 2 закрыть.
Необходимость разработки устройства дождевального аппарата в рабочем технологическом режиме характеризует закономерность теоретических расчетом и проверка работоспособности на стадии лабораторных испытаний, которые сведены в таблицу 1.
Режим работы нового предложенного технического дождевального аппарата турбинного типа, зависит от многих факторов, к основным из которых относят: тип почвы и их водно-физического свойства, вида возделываемой сельскохозяйственной культуры и требование к увлажнению почвы в корнеообитаемой зоне растений, при этом ниже приводится характеристика одной из известных дождевальных машин (СМД) для применения предложенного дождевального аппарата (см. табл. 2).
Следует отметить, что дождевальные устройства могут работать непрерывно в течение подачи поливной воды, а также импульсно в режиме чередующихся ожиданий. В нашем предложении устройство работает непрерывно в течение заданной подачи поливной нормы, вращая вокруг своей оси (штока) дефлектор в целом, и разбрызгивает воду по кругу, поливая растения и создавая при этом «туманное облако».
Здесь не приводятся графики изменения интенсивности дождя из-за большого объема описания, можно лишь отметить, что исследования показали интенсивность искусственного дождя в радиусе действия дождевального аппарата (фиг. 2 и фиг. 3) показывает на расстояние до (0,7-0,8)R, где R - радиус действия поливного участка одним дождевальным аппаратом, интенсивность дождя близка к среднему его значению по площади дождевания, а края круга значительно меньше. Поэтому при проектировании систем микродождевания для обеспечения достаточно хорошего распределения осадков по площади следует учесть это обстоятельство и размещать дождевальные аппараты так, чтобы они при работе хорошо перекрывали друг друга. Для этого лучше всего применять формулы, предложенные известными ученными для определения максимально допустимого расстояния при поливе по кругу: по вершинам квадрата  по вершинам равностороннего треугольника  a b=1,5R (где  и b - расстояние, соответственно, между дождевальными аппаратами и оросителями). Коэффициент перекрытия дождем для этих схем равен соответственно 1,57-1,2 (см. Вахнин Н.К. Концептуальные основы моделирования урожайности в системе принятия решений по регулированию водного режима /Н.К. Вахнин/ Научный журнал «Мелиорация». - 2014. - №2 (72). - С. 7-15).
отв
отв
Для обеспечения работоспособности дождевального аппарата необходимо соблюдать следующие условия: H/d=2000…8000, где Н - напор вод; d - диаметр отверстия каждой поливной трубки ввинчиваемой в резьбовую канавку под углом в стенки цилиндрического корпуса с коэффициентом распределения осадков в виде дождя по площади дождевания 0,83…0,91, средняя интенсивность дождя 0,20…0,25 мм/мин. Высота выдвижения (вывинчивания) поливной трубки с помощью на конце гайки под ключ в сторону нижней плоскости и под углом при вращении наклонно-выпуклой поверхности пучка лепестков в виде изогнутых пластин (лопастей) дефлектора сверху для развития максимальной центробежной силы, придающую частицам воды максимальное ускорение от места установки дождевального аппарата и равномерность полива по кругу. Движение воды, подаваемое под давлением из дождевателя, и ее дальнейшее дробление, вначале зависит также от формы вытекающей струи и ее скорости из поливных трубок, и может быть определен как из длинных цилиндрических отверстий, где коэффициент расхода ϕ=0,82 и сечения отверстия ε=1,0 (см. Пажи Д.Г., Галустов B.C. Распылители жидкостей. М.: Химия, 1979. 216 с).
кр
Пример. Режим мелкодисперсного дождевания в области выхода струй происходит за счет крутящегося момента (М) всех внешних сил относительно вертикального штока корпуса и записывается в общем виде:
кр
2
2
2
1
1
1
Т
Т
2
1
2
3
М=(-ccos α R+ccos α R)γ/g⋅Q, где Q - теоретический напор; γ - 1000 - удельный вес воды; g - ускорение силы тяжести, где g=9,81; R и R - радиусы окружности рабочего сверху крыльчатки (в виде колес вращения). Для определения скорости воды используем закон Бернулли: ρυ/2+ρgh+Р, где ρ - плотность жидкости, при t°C=10°Ср=0,99750 кг/м; h - высота на которой находится рассматриваемый элемент жидкости; Р - давление в точке пространства, где расположен центр массы рассматриваемого элемента жидкости; g - ускорение свободного падения. Полное давление состоит из весового: ρgh, кроме этого имеем статическое и динамическое давление (которое определяется по известным формулам гидравлики). Дальше проводится расчет на прочность реактивной крыльчатки (не показан для сокращения описания). Следует отметить, что расчет лопастей, приняв их за пластину, сила, которая прикладывается к пластине, будет распределяться по линейному закону. Кроме того, для определения параметров пластин необходимо определить изгибающий момент (М) (он здесь также не приводится из-за большого вывода формулы), соответственно рассчитывается и касательное напряжение на пластину по сечению по закону квадратной параболы, используя формулу известную в литературе для определения максимального касательного напряжения.
2
2
2
-6
-6
Не приводя вес вывод теоретической части с конкретным примером статического и динамического расчеты, можно отметить, что при расчете лопастей прияв их за изогнутую пластину, сила, которая прикладывается к изогнутой пластине, будет распределяться по линейному закону, на основании выше изложенной теории: ρ=τА, где τ=0,25 МПа; А=πd/4, т.е. d=2 мм, А=3,14 мм, если исходить, что в корпусе имеет место два выходных отверстия, то общая площадь составит А=6,28 мм, тогда ρ=0,25×6,28⋅10=1,57⋅10 МН. Длина пластин для модели составила 0,03 м.
Одним из основных параметров, характеризующих работоспособность дождевального аппарата турбинного типа, является скорость вращения дефлектора в целом. С целью определения этого параметра, использовалась лабораторная установка с датчиком «Baseline 300" фирмы SIGVA SPORT. Схема лабораторной установки не приводится. Однако следует описать сам прибор. Он состоит из корпуса с жидкокристаллическим дисплеем, герконового контакта с кабелем и магнитом. Работа датчика осуществлялась следующим образом. Под действием силы давления воды, дефлектор дождевального аппарата начинал вращаться. Магнит, в момент нахождения под контактом, замыкал цепь, сигнал подавался в однокристальный микроконтроллер. Микроконтроллер в свою очередь, обработав информацию, выводит ее на жидкокристаллический дисплей. Таким образом, один из параметров, характеризующий работоспособность дождевального аппарата турбинного типа, является определение скорости вращения его.
окр
окр
Для правильной работы компьютеру задавалась длина окружности вращающегося дефлектора в целом. Так как на дисплее компьютера значение скорости в км/ч, то далее переводили в об/мин по формуле: n=60⋅υ/πd, где n - скорость вращения, об/мин; υ - окружная скорость, км/ч; d - диаметр дефлектора, м.
отв.
Для определения зависимости радиуса полива и интенсивность дождя в лабораторных условиях, создаваемого дождевальным аппаратом турбинного типа исходили от высоты установки его на стойке, на высоте: 0,6; 1,0; 1,5 метра от поверхности земли. Для измерения интенсивности дождя по радиусу полива применяли дождемеры, которые устанавливали по четырем направлениям, через 0,5 м друг от руга. После окончания полива с помощью мерных цилиндров измеряли объем воды в дождемерах, с погрешностью ±5 мл. Интенсивность и дождя определяли при соотношении напора к диаметру поливных ввинчиваемых трубок в наклонные канавки под определенным углом, т.е. (H/d)=2000…8000 соответствующие напору перед аппаратом 5,0-20 м, при d=2,5 мм. Данные заносили в ведомость и по крайним каплям дождя на масштабном плане, строили нулевую изогиету, по которой определяли площадь полива по кругу.
Качество искусственного дождя, создаваемым новым изобретением дождевальным аппаратом турбинного типа устанавливали по известной в литературе методике с учетом конструктивных ее особенностей.
Дополнительный эффект заключается в экономии поливной воды почти в 2 раза за счет мелкого распыла воды, улучшения микроклимата в виде тумана, предотвращения эрозии почвы и возможности подавать с поливной водой легкорастворимые формы минеральных удобрений для вегетационных подкормок, что очень важно для условий роста сенокосно-пастбищной травосмеси, а также возможность вносить ядохимикаты для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений.
Оросительная вода в виде тумана оседает на поверхность листьев и стеблей травосмеси на сенокосно-пастбищных угодьях.
Применение предлагаемого изобретения в сельском хозяйстве повысить надежность дождевального аппарата турбинного типа, расширить диапазон изменения рабочего давления и позволит произвести полив участков с малоинтенсивным дождем. Эффективность дождевального аппарата обеспечивается за счет улучшения компоновки распределительных устройств. Элементы легко поддаются унификации для орошения дождевальными машинами путем сборки из деталей, выполненных индустриально на соответствующих заводах.