УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ С ПОЛИВНОЙ ВОДОЙ В СИСТЕМАХ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ
DEVICE FOR APPLICATION OF LIQUID FERTILISERS WITH IRRIGATION WATER IN DRIP IRRIGATION SYSTEMS

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к системам капельного орошения с внесением жидких удобрений и других средств химреагентов с поливной водой.
Известно устройство для внесения жидких удобрений с поливной водой, включающее напорный трубопровод с расположенным в нем с дросселем, емкость для жидких удобрений, мембранный насос-дозатор, соединенный всасывающим трубопроводом с емкостью для жидких удобрений и нагнетательным трубопроводом с напорным трубопроводом, кинематически связанные между собой и с мембранным насосом-дозатором, сообщающейся с рабочими полостями напорного и возвратного гидроцилиндров, распределитель, соединенный питающим трубопроводом перед дросселем и сливным трубопроводом - после дросселя (Авторское свидетельство SU №755236, кл. А01С 23/24 от 15.08.1980).
Недостатком данного устройства является колебание концентрации удобрений в поливной воде при изменении расхода воды в напорном трубопроводе, а также невозможность изменения концентрации удобрений в поливной воде в необходимых пределах. Вызвано это тем, что в известном устройстве не предусмотрена корректировка расходной характеристики мембранного насоса-дозатора. В результате изменения концентрации удобрений в поливной воде происходит неравномерное их распределение по площади орошаемого участка, снижающее эффективность использования жидких удобрений. Кроме того, сложная система узлов понижает чувствительность к колебаниям удобрений с поливной водой, а также увеличивает величину управляющих усилий при работе конструкции, при этом не предусмотрено очищение жидкости от твердых фракций в жидких удобрениях, что забивает капельницы на поливных трубопроводах.
Известно также устройство для внесения жидких удобрений с поливной водой, включающее напорный водовод с расположенным в нем дросселем, емкость для жидких удобрений, мембранный насос-дозатор, соединенный всасывающим трубопроводом с емкостью для жидких удобрений с нагнетательным трубопроводом, напорный и возвратный гидроцилиндры, кинематически связанные между собой и с мембранным насосом-дозатором, сообщающимся с рабочими полостями напорного и возвратного гидроцилиндров, распределитель, соединенный с напорным и сливным трубопроводом - после дросселя. Кроме того, на напорном трубопроводе перед дросселем установлен регулятор давления со штоком управления, а на питающем трубопроводе - регулирующий клапан с толкателем, который кинематически связан двуплечим рычагом со штоком управления регулятора давления (Авторское свидетельство SU №952139, кл. А01С 23/04 от 23.08.1982).
Недостатком известного устройства является низкая надежность работы из-за сложной системы узлов, что понижает чувствительность к колебанию удобрений с поливной водой. Количество поступающего раствора жидких удобрений ограничено и зависит только от числа двойных ходов поршней напорного гидроцилиндра, которые должны воспринимать значительные нагрузки. Все это связано непосредственно с напорным транспортирующим потоком, т.е. имеет место отрицательный фактор. Сложная механическая связь с регулировочным элементом регулирующего клапана ненадежна из-за возникающих трущихся трений в узлах - возможны моменты заклинивания. Имеет место прерывистая подача стоков в трубопровод, а это показывает, что производительность насоса-дозатора низкая. Подача стоков производится обязательно над трубопроводом от точки ввода в трубопровод под напором, а давление воды в трубопроводе должно быть меньше, чем давление от подачи стоков. Невозможно точно осуществлять контроль за концентрацией смеси при смешивании с водой. Недостаточно используется энергия воды оросительного трубопровода при вводе удобрений, что особенно важно, т.е. требуется высоконапорный насос-дозатор в точке ввода, не учитывается характеристика напорного оросительного трубопровода и, следовательно, ограничена выдержка дозировки стоков при возможном колебании напора в сети. Другим недостатком является то, что дроссельная диафрагма в трубе вызывает большие потери напора (давления) в потоке. Кроме того, при больших расходах жидкости в самом узком сечении возникают кавитация. Поэтому при наличии данного явления использование известного устройства не целесообразно, а это значит, что перед диафрагмой должен быть прямой участок трубы достаточно длины даже при малых расходах. На этой стадии появляется тенденция к снижению коэффициента полезного действия. После начальной стадии кавитации при дальнейшем понижении давления на входе в трубу кавитационные явления распространяются по всей длине пограничного слоя, охватывают всю область смешения потоков, а в некотором створе может быть образован кавитационный факел. В результате этого происходит общее нарушение процесса смешения. При работе в условиях значительных, например, сезонных колебаний верхнего бьефа для различных, а соответственно, и напора рабочего потока должны быть определены необходимые диаметры дросселя и эффективность выполнения регулируемого устройства. Следует отметить то, что одновременно происходит выделение в воде растворенного воздуха. Пузырьки, заполняемые паровоздушный смесью, попадают в область повышенного давления. При этом происходит мгновенная конденсация заполняющего их пара, которая сопровождается резким увеличением местных давлений, точечными ударами с характерным шумом.
Таким образом, отсутствует устройство, позволяющее полную энергию потока воды переводить в кинетическую (скоростной напор), чтобы снизить резко напор и образовать зону вакуума, в которую можно вводить удобрение. Отсутствует зона восстановления определенной части потенциального (пьезометрического) напора. Все это указывает на сложность конструкции и низкую эксплуатационную надежность при внесении жидких удобрений. Важным фактором является также малая производительность установки и понижение качества смешения стоков с поливной водой, так как отсутствует в напорном трубопроводе положительное и эффективное понижение давления, куда и подаются стоки, особенно в случаях, когда напоры в трубопроводе становятся значительными даже при наличии регулятора давления. Кроме того, строительные расходы на оборудование узлов устройства значительны и не позволяют сокращение последних. Элементы конструкции устройства не позволяют приспособиться к другим условиям работы, например работа капельниц на поливных трубопроводах.
Известно устройство для внесения жидких удобрений с поливной водой, содержащее емкость для жидких удобрений, имеющее рабочие полости, мембранный насос-дозатор, кинематически связанный с гидродвигателем, сообщенным через имеющий сливную линию распределитель с напорным трубопроводом, на последнем установлена трубка Вентури, минимальное проходное сечение которой гидравлически соединено с рабочими полостями насоса-дозатора и со сливной линией распределителя (Авторское свидетельство SU №1445599, кл. А01С 23/04 от 23.12.1988).
К недостаткам этого устройства относится малая производительность, ограниченные функциональные возможности и строго ограниченная норма выдачи жидких удобрений. Другим недостатком является то, что при использовании данного устройства отсутствует возможность отвода загрязнений нерастворенных твердых фракций удобрений, что вызывает забивку нагнетательных и обратных клапанов, а также заиление рабочих полостей насоса-дозатора. Кроме того, происходит засасывание в поливной трубопровод размельченных химреагентов в виде мелких частиц, которые в процессе работы капельниц на системе орошения часто засоряются, что ведет к резкой разнице выдачи поливной нормы с удобрениями. Кроме того, это в свою очередь снижает равномерность распределения воды с удобрениями для применения системы капельного орошения, а значит, снижает надежность их работы.
Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству для внесения жидких удобрений с поливной водой в системах капельного орошения является система капельного орошения, включающая водоисточник, бассейн-отстойник, насосную станцию, фильтр с манометрами, оросительную сеть и капельницы, при этом группа капельниц гидравлически связана посредством соединительных трубок с водовыпуском, каждый из которых установлен вдоль поливного трубопровода оросительной сети, при этом водовыпуск имеет снабженный с возможностью поворота вокруг оси симметрии смещения вдоль нее гидрозолотник со штоком управления, размещенный в полости корпуса посредством гильзы, а в ее полости между донной частью корпуса и торцевой частью гидрозолотника размещен упругий элемент на штоке управления - его свободный конец снабжен эксцентриком с рычагом управления, снабженная ниппелем крышка корпуса питающим трубопроводом соединена с поливным трубопроводом, на упомянутом корпусе ярусно и с угловым смещением размещены ниппели, осевые каналы которых совмещены с радиально ориентированными каналами гильзы и золотника, названный гидрозолотником с выполненными в нем ярусными радиально ориентированными каналами связи посредством осевого и параллельно ему выполненными каналами с приемной полостью гидрозолотника (патент RU №2219760, кл., A01G 25/02 от 27.12.2003).
Недостатком конструкции данной системы является отсутствие возможности внесения жидких удобрений или химреагентов в распределительный трубопровод и тем самым невозможность отвода загрязнений в виде мелких твердых фракций нерастворимых удобрений, капельницы которых в процессе эксплуатации быстро засоряются. Это относится в первую очередь к питающим трубопроводам, к которым крепятся капельницы, которые конструктивно состоят из каналов гильзы и золотника, т.е. гидрозолотник, что приводит систему капельного орошения к ненадежности в работе. Это в свою очередь ведет к частым ремонтным работам по промывке и замене капельниц, ограниченному диапазону используемых удобрений, низкой эксплуатационной надежности.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение - повышение эксплуатационной надежности устройства для внесения жидких удобрений с поливной водой путем предотвращения попадания твердых фракций нерастворимых удобрений в капельницы, орошаемой из поливного трубопровода, а также по длине регулирования расхода капельниц.
Технический результат достигается тем, что устройство для внесения жидких удобрений с поливной водой в системах капельного орошения, включающего водоисточник, бассейн-отстойник, насосную станцию, фильтр с манометрами, оросительную сеть в виде магистрального трубопровода с распределительными и поливными трубопроводами с капельницами, к распределительному трубопроводу подсоединен питающий трубопровод с жидкими удобрениями, нижний участок которого выполнен с переходным двухфазным соплом с витком спирали, отверстие которой выполнено в наружной стенке в виде продольной щели, а отвод охватывает спираль со стороны щели и соединен с диффузором, который с помощью сливного трубопровода соединен с емкостью накопления твердой фракции, при этом конец выходного отверстия витка спирали после него соединен трубой с камерой и с активным соплом.
Новый технический результат предложения состоит в том, что сочетание под напором подачи раствора жидких удобрений по трубопроводу в узле сопряжения с распределительным трубопроводом имеет подключение двухфазного сопла изменяемой длины, позволяющее стабильную подачу жидких удобрений. При этом позволяет связывать двухфазное сопло с витком спирали и под действием центробежной силы прижимает твердые частицы нерастворенных удобрений (в виде мелких наносов) к внешней вогнутой стенке спирали, и через щель они попадают в отвод диффузора с отводящим трубопроводом, причем накопление таких твердых фракций удобрений производят в емкости, что предохраняет окружающую среду от загрязнений. При этом очищенные жидкие удобрения от размельченных твердых частиц засасываются по трубе подвода пассивной среды (удобрений), что приводит к повышению производительности системы узла насыщения жидкими удобрениями и активного смешения с поливной водой по всему диаметру заполнения распределительного трубопровода, исходя из конкретного внесения жидких удобрений и других химреагентов.
Такое устройство обеспечивает высокопроизводительную подачу жидких удобрений (удобрительных растворов) в поливную воду с конкретным технологическим процессом, как предотвращение попадания твердой фракции взвесей в камеру с активным соплом (эжектором) с подводом пассивной среды.
При истечении среды в виде жидких удобрений через двухфазное сопло за счет реактивной силы с установленным витком спирали (их может быть несколько) вращение жидких удобрений по спирали и твердые частицы удобрений под действием центробежной силы прижимаются к внешней вогнутой стенке спирали и через щель попадают в диффузор и далее отводятся в отвод по отводящему трубопроводу. В результате этого - оптимальное расположение связи двухфазного сопла и витка спирали с продольной щелью, также сказывается подвод очищенных жидких удобрений в камеру с активным соплом, где они засасываются в камеру эжектора под действием перепада давления воды, протекающей через активное сопло (эжектор) и жидких удобрений в виде пассивной среды, т.е. за счет разности скоростей по оси потока и у внешних стенок вокруг сопла, размещенного в камере для ввода удобрения. Таким образом, камера эжектора служит для расширения поступления жидких удобрений при отсутствии твердых фракций в виде нерастворимых удобрений. Отсюда жидкие удобрения, поступающие в распределительные трубопроводы, далее в поливные трубопроводы, не засоряют капельницы, т.е. повышается надежность их работы, позволяет восстановить расход воды в капельницах равномерно по длине поливного трубопровода. Такое устройство имеет в целом простую конструкцию и высокую надежность в работе с жидкими удобрениями.
Практическая работоспособность предлагаемого устройства для внесения жидких удобрений с поливной водой в системах капельного орошения очевидна в связи предложенных модулей при определенных соотношениях геометрических размеров переходных участков и, соответственно, пройдя двухфазное сопло с витком спирали, расход жидких удобрений становится стабильным, а диффузор отводит твердую фракцию, причем оставшаяся очищенная жидкость удобрений поступает с помощью трубы в камеру эжектора, сопло которого имеет активную среду, т.е. по длине в камере смешения и далее в распределительном трубопроводе удобрения, разбавленные с поливной водой до необходимой концентрации, обеспечивают улучшение надежную работу капельниц и сохраняют экологическую обстановку.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлено устройство для несения жидких удобрений с поливной водой в системах капельного орошения, общий вид; на фиг. 2 - сечение Α-A на фиг. 1.
Устройство для внесения жидких удобрений включает водоисточник 1, бассейн-отстойник 2, насосную станцию 3 с заборным рукавом 4 и плавающим сетчатым клапаном 5, фильтр 6 с манометрами 7 и 8, оросительную сеть в виде магистрального трубопровода 9, сопряженного с ним распределительного трубопровода 10 с краном 11, к распределительному трубопроводу 10 подключен поливной трубопровод 12, снабженный капельницами 13. Распределительный трубопровод 10 после сопряжения с магистральным трубопроводом 9 включает трубу 14 для подачи жидких удобрений и содержит для подачи пассивной среды (в виде удобрений) двухфазное сопло 15, нижний участок которого выполнен в виде витка спирали 16. В наружной стенке спирали 16 имеется продольная щель 17. С наружной стороны спирали 16 продольная щель 17 закрывается отводом 18, а последний с помощью диффузора 19 сообщается с отводящим трубопроводом 20 с емкостью 21 накопления твердой фракции, отделяемой из жидких удобрений. Жидкие удобрения, пройдя витки спирали 16, поступают с помощью трубопровода 22 в приемную камеру 23 с активным соплом 24, к которому подсоединена напорная труба 10 с чистой водой, т.е. распределительного трубопровода 10. Камера 23 затем соединена с камерой 25 смешения и диффузора 26 в нижней части продолжения распределительного трубопровода 10.
Устройство для внесения жидких удобрений с поливной водой в системах капельного орошения работает следующим образом.
Рабочий процесс начинается с открытия крана 11. Вода из подводящей части напорного распределительного трубопровода 10 через открытый кран 11 поступает через активное сопло 24, где появляется эффект сжатия струи. При этом скорости воды на выходе из сопла 24 резко увеличиваются, за счет чего в приемной камере 23 создается разряжение.
При работе подводящего трубопровода 14 с жидкими удобрениями (пассивная среда) движение ускоряется и стабилизируется через двухфазное сопло 15 и далее при движении удобрений по витку спирали 16 твердые частицы нерастворимых удобрений под действием центробежной силы прижимаются к внешней вогнутой стенке спирали 16 и через щель 17 попадают в диффузор 19, откуда они по отводящему трубопроводу 20 перемещаются в емкость 21 накопления, минуя камеру 23 с соплом 24. Один конец продольной щели 17 закрывается отводом 18, жидкие удобрения поступают в трубопровод 22, далее в камеру 23, в которой размещено активное сопло 24, и затем в камеру 25 смешения с диффузором 26 в сторону отводящей части распределительного трубопровода 10. При этом в диффузоре 23 кинетическая энергия смеси удобрений и воды преобразуется в потенциальную и далее смешанная жидкость поступает в поливные трубопроводы 12 с капельницами 13.
Наличие двухфазного сопла 15 и спирали 16 со щелью 17 приводит к заметному отделению твердой фракции из жидких удобрений, поскольку существует действие центробежной силы, за счет которой твердые фракции прижимаются к внешней вогнутой стенке спирали 16 и через щель 17 выходят в диффузор 19 с отводящим трубопроводом 20.
Таким образом, обеспечивается подвод жидких удобрений в камеру с эжектором, т.е. пассивной среды без твердых фракций, что обеспечивает надежную работу капельного орошения и приводит к повышению производительности камеры с эжектором активной среды. В свою очередь применение предложенного устройства для системы капельного орошения позволяет повысить равномерность распределения жидких удобрений, разбавленных с водой по длине поливных трубопроводов, и повысить надежность работы.