ДОЖДЕВАЛЬНАЯ ДЕФЛЕКТОРНАЯ НАСАДКА
SPRINKLER DEFLECTOR NOZZLE

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 возделываемых сельскохозяйственных культур.
При рассмотрении определения значений конструктивных параметров насадок дождевателей для работы на широкозахватной низконапорной дождевальной машины, например, «Волжанка», особое внимание имеет выбор компоновочной схемы установки насадок дождевателя и расчет параметр насадки.
Дождевальные насадки для низконапорных и средненапорных дождевальных машин по сравнению с дождевальными самих аппаратов высоконапорных, имеет меньший радиус полива, в связи с этим их необходимо устанавливать на трубопроводе дождевальной машины по учащенной схеме (близко друг к другу). Так как основное требование, предъявляемое к расположению насадок - это равномерное перекрытие искусственным дождем всей площади орошения по всем направлениям, которое численно можно представить как отношение минимальной интенсивности дождевание, а, значит оценки влияния качественных показателей дождевальной машины в целом на получение урожайности сельскохозяйственной культуры.
В основу положена Методика определения качественных показателей работы дождевальных насадок требования РД 70.11.1-89. «Машины и установки дождевальные. Программа и методика испытаний». ВТР-0-81, а также «Руководство по определению экономической эффективности новой поливной техники».
Известен насадок дождевального аппарата, содержащий корпус, закрепленный на стойке дефлектор и сопло с центральным отверстием, в котором соосно и корпус выполнены единой деталью, при этом центральное отверстие сопла сопряжено с полостью корпуса и выполнено с сужением в направление среза сопла, а установленный на стойке дефлектор выполнен в виде тела вращения переменного сечения, уменьшающегося в сторону стойки, на поверхности дефлектора вдоль его оси выполнены, равноудалены желобки переменного сечения, разделенные между собой ребрами, к тому же нижняя резьбовая часть стойки смонтирована в полости корпуса посредством кронштейна; на верхнем срезе дефлектора выполнено фасонное углубление под размер шестигранного воротка (Патент RU №2174876, В05В 1/18, В05В 1/26 от 20.10.2001).
К недостаткам описанного насадка относятся низкая степень распыления потока воды на мелкодисперсные компоненты.
Известен насадок дождевательного аппарата, содержащий корпус, закрепленный на стойке дефлектор и сопло с центральным отверстием, в котором, с целью обеспечения возможности регулирования интенсивности дождя в процессе полива, сопло выполнено из материала с памятью формы с редукцией центрального отверстия большего диаметра на меньший при нагревании, причем стойка выполнена из такого же, как и сопло материала с массой, равной массе сопла; он 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).
К недостаткам описанного насадка относятся малый диапазон изменения размера капель дождя и сложность конструкции. Для изменения положения стойки дефлектора требуется целая электрическая сеть с коммуникациями. При забивании полости между пружиной и соплом сором насадка перестает работать.
Известен распылитель жидкости, содержащий цилиндрический корпус с осевым каналом подачи жидкости и выпускными отверстиями в торце корпуса, размещенный на торце корпуса посредством хвостовика дефлектор и узел регулировки выпускных отверстий, при этом он снабжен жестко соединенным с хвостовиком дефлектора многовинтовым шнекообразным сердечником, установленным с возможностью свободного вращения вокруг своей оси, при этом дефлектор выполнен с криволинейными лопастями (Авторское свидетельство SU №1613179, В05В 1/26, 3/04 от 15.12.1990).
Недостатками данного распылителя являются невысокая производительность и сложность конструкции.
Известна насадка, содержащая с входным каналом, рассекатель с двумя параллельными каналами и сопло, в которой, с целью повышения его надежности в работе и улучшения условий эксплуатации, корпус выполнен с каналом - конфузором, расположенным между выходными отверстиями параллельных каналов рассекателя и соплом, причем выходные отверстия параллельных каналов плавно сопряжены с входным отверстием канала - конфузора с образованием поднутренний, а выходное поперечное сечение сопла выполнено в виде прямоугольника, продольная ось которого перпендикулярна плоскости, проходящей через оси каналов рассекателя; отношение длины продольной оси выходного поперечного сечения сопла к длине его оси выбрано равным 1,7-2, отношение площади выходного сечения сопла к сумме площадей каналов рассекателя выбранного равным 2,5-3,0, а отношение длины канала - конфузора к длине продольной оси поперечного сечения сопла - 0,8-1,1 (Авторское свидетельство SU №1171098, в05В 1/18, 1/04 от 07.08.1985).
Работа представленной насадки может обеспечить воду с повышенными требованиями по минимальному содержанию взвесей и сора. Для работы дождевальных машин, обеспечивающих забор с открытых оросителей, она неприемлема и сложность конструкции.
Известна дождевальная дефлекторная насадка, содержащая установленный на стойке корпус, соединяющую стойки опоры со смонтированным на ней дефлектором и размещенным в корпусе с возможностью поворота регулятора расхода жидкости, в которой, с целью повышения надежности работы насадка, качества распыла и расширения технологических возможностей, регулятор расхода жидкости выполнен в виде цилиндрического вкладыша с диаметрально расположенными каналами разных диаметров, а дефлектор выполнен с центральным каналом и снабжен размещенным в последнем с возможностью лосевого перемещения сердечником (Авторское свидетельство SU №923635, В05В 1/18, В05В 1/26, В05В 1/30 от 30.04.1982).
К недостаткам упомянутой выше насадки относятся низкая эксплуатационная и неудовлетворительное качество распыла.
Следует также отметить, при орошении дождеванием двухканальными дождевательными агрегатами семейства ДДА-100 ВХ (ОАО «Волгоградский завод оросительной техники) забор оросительной воды происходит плавучим клапаном из открытого оросителя. Вместе с водой из канала засасывается как наносы, так и минеральная взвесь. При работе описанной насадки, прежде всего, забиваются радиальные каналы малого диаметра. Каждая насадка к тому же требует тщательной индивидуальной настройки под рабочим давлением. Для очистки радиальных каналов требуется полная разборка насадки. Все это снижает технологическую надежность дождевальной машины.
Известна многолопастная турбина для полива садов и т.д. Турбина предназначена для равномерного распределения воды в виде мелких частиц воды по кругу. Лопатки, разделяющие струи воды и объединяют их, имеет резьбовое сопло, корпус на которое надевается кольцо шарикоподшипника с винтовыми лопатками турбины, создающими вращательное движение (DE 403351 (GEOR G BODE) от 30.09.1924).
К недостаткам упомянутой выше конструкции относятся низкая эксплуатационная надежность и неудовлетворительное качество распыла для растений.
Известен насадок дождевального аппарата, содержащий монтируемый посредством ниппеля водоподводящего трубопровода корпус, закрепленный на стойке дефлектор и сопло с центральным отверстием, при этом дефлектор выполнен в виде обращенной в сторону сопла вогнутой чаши с выпуклостью в ее средней части и в совмещенном с осью симметрии резьбовым отверстием, разделенной ребрами жесткости на отсеки и поднутрением криволинейной поверхности чаши между ее периферийной кольцевой кромкой и выпуклостью, каждый из отсеков по высоте дефлектора имеет переменное сечение, при этом снабженный возможностью бесступенчатого перемещения дефлектора и сопла соединены посредством стойки (Патент RU №2173584, В05В 1/18, В05В 1/26 от 20.09.2001).
К недостаткам описанного насадка дождевального агрегата относятся сложность конструкции, низкая надежность работы, отсутствие возможности получения мелкодисперсного дождевания.
Известен также дождевальный аппарат турбинного типа, содержащий полый цилиндрический корпус с направляющим стержнем, конусный дефлектор с криволинейными канавками, регулировочную гайку и контрогайку, 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 №2257051, A01G 25/02, В05В 1/26 от 27.05.2005).
К недостаткам описанного дождевального аппарата, принятого нами в качестве наиболее ближайшего аналога, относятся низкая эксплуатационная надежность и неудовлетворительное качество дождя.
Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.
Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение является упрощение конструкции дождевального дефлекторного насадка для мелкодисперсного поверхностного дождевания, а также улучшения качественных показателей полива и функциональных свойств дождевальных насадок.
Технический результат - регулирование размеров капель и интенсивность дождя в процессе полива, повышение эксплуатационной надежности работы насадка при поливе оросительной водой, забираемой из открытых каналов с наносами и высоким содержанием минеральных примесей, упрощение конструкции и улучшение условий эксплуатации.
Указанный технический результат достигается тем, что известная дождевальная дефлекторная насадка, содержащая полый цилиндрический корпус (11), закрепленный конусный дефлектор с канавками на рабочей поверхности, согласно изобретения, концевая часть цилиндрического корпуса имеет чашу (15) в виде цилиндрического кольца, расположенного в сторону дефлектора и связана с полостью (13) корпуса для  подвода воды к водовыпускному отверстию сферического седла (16) для подвода воды, сферическое седло жестко прикреплено на внутренней поверхности корпуса и они выполнены как одно целое из пластика для плавного регулирования величины подаваемого расхода, при этом к корпусу прикреплена подвижная регулирующая гайка (21) таким образом, что верхняя ее часть жестко связана спицами (20) с дефлектором (18), установленным за водовыпускным отверстием сферического седла, при этом дефлектор (18), выполнен круглым конусом, острым концом ориентированным соосно в сторону водовыпускного отверстия сферического седла, и выполнен из пластика, а на боковой поверхности конуса выполнены, по крайней мере, прямоугольные радиальные многоспиральные канавки (22), причем дефлектор (18), осессимметрично соединен с подвижной гайкой (21) таким образом, что верхняя выступающая кромка чаши (15) имеет диаметр в фиксированном положении больший диаметра конуса для возможности сопрягаться с боковой плоскостью круглого конуса дефлектора (18), а угол факела раскрытия конуса дефлектора (18) выполнен 120° в направлении вертикальной оси водовыпускного отверстия закрепленного сферического седла (16), при этом гидравлическая струя в верхней части корпуса взаимодействует с внешней поверхностью кругового конуса с выполненными на его стенках радиальными многоспиральными канавками.
Кроме того, диаметр водовыпускного отверстия сферического седла не более 0,7 диаметра основания конуса.
Кроме того, радиальные многоспиральные канавки пересекаются в одной точке острия конуса, а вверху расходятся между собой в сторону основания конуса.
Кроме того, корпус насадки выполнен в виде круга, либо квадрата.
Новизна заявленного технического решения обусловлена за счет того, что концевая часть цилиндрического корпуса имеет чашу в виде цилиндрического кольца, расположенного в сторону дефлектора и в сочетание с закрепленным сферическим седлом с водопропускным отверстием расхода воды, а дефлектор выполнен в виде вертикального кругового конуса, вершина которого направлена в сторону соосно к центральному отверстию закрепленного седла. При этом наружная поверхность кругового конуса представляет собой, по крайней мере, радиальные многоходовые спиральные канавки, пересекающиеся в одной точке острого кругового конуса и расходящиеся вверх в сторону его основания (дефлектора). Это позволяет струи воды, равномерно распределятся по корпусу дефлектора, выполненного в виде вертикального кругового конуса и закрепленного над чашей в виде цилиндрического кольца, а также его возможность вертикального перемещения с помощью внешней подвижной и фиксирующей гайки, закрепленной спицами (жесткими стержнями). Основание дефлектора в диаметре больше диаметра водовыпускного отверстия седла, угол факела раскрытия имеет 120° или угол наклона образующего дефлектора со стороны основания 30° к горизонту.
Вращение части воды в радиальных многоспиральных канавках происходит за счет большой энергии струи воды, подаваемой через водовыпускное отверстие сферического седла, а также одновременно и по образующей его гладкой боковой поверхности дефлектора, в результате сходящие с дефлектора, струи разбиваются на мелкие капли дождя, которые не приводят к повреждению культур, значительному вымыванию и водной эрозии почвы, а также способствуют равномерному распределению дождя по всей площади орошения.
Качество искусственного дождя определяется его интенсивностью, размером капель, слоев осадка за один цикл и равномерностью распределения на орошаемой площади на базе создания усовершенствованного насадка дождевателя.
Таким образом, рассматривая подачу воды через дефлекторный насадок дождевателя, определяющие такие показатели, как радиус и качество полива, можно выделить два процесса взаимодействия потока воды и дождевателя: прохождение воды по корпусу и через закрепленный в конце его (жестко или съемное) сферическое седло с плавной формой в конструкции и связью закрепленной чаши в виде цилиндрического кольца (жестко или накручиваемого на корпус). При этом входными параметрами являются характеристики потока воды из трубопровода, задающим параметром - конструкции самого насадка дождевателя, основными выходными параметрами - скорость, диаметр струи, расход и напор воды. Взаимодействие потока воды с дефлектором - это связано с входящими параметрами, задающими - конструкция дефлектора (форма, статичность, наличие многоходовых спиральных канавок, их геометрия и расположение, угол выхода факела струи относительно горизонта расположения боковой грани дефлектора к горизонту), основными выходными параметрами - форма потока (пленка, отдельные струи, отдельные капли) и характеристика потока (скорость, направление, диаметр капель и др.).
С точки зрения технологически изготовления более рационально является предложение авторов изобретения и рационально совокупной связи чаши со сферическим седлом на конце цилиндрического корпуса (возможно варианта квадрата корпуса). Седло можно представить как коноидальная входная кромка для определения коэффициента расхода воды через водовыпускное отверстия седла. Сверху расположен дефлектор виде кругового конуса с вершиной направленной вниз, причем его внешняя образующая поверхность снабжена радиальными многоходовыми спиральными канавками, которые начинаются со стороны острого конца конуса в одной точке, а затее по образующей расходятся в сторону большего основания самого дефлектора в виде конуса. Кроме того, чаша, корпус и седло выполнены как одно целое из пластика высокой прочности.
Форма конические по образующей поверхности круглого конуса способствует форме струи поднимающейся вверх, коэффициент скорости возрастает, если угол раскрытия имеем 120° и направлен в сторону центра вертикальной оси в отверстие сферического седла над кромками чаши в виде цилиндрического кольца.
Теоретическое обоснование предложения.
Начальная скорость струи, м/с, определяется как
0
в
где H - напор; р атмосферное давление; ϕ - коэффициент скорости истечения; ρ - плотность воды.
Рабочим элементом насадка, осуществляющим передачу энергии, которая необходима для дробления поднимающейся воды из корпуса, является дефлектор. Характеристика распыления (размер факела, дисперность) определяются кинематическими параметрами дефлектора, в частности диаметром, формой и окружной скоростью). Распад на сходе потока воды происходит на сходе потока у основания дефлектора (гладкий дефлектор, по образующей своей с множеством сферическими расходящимися радиальными канавками).
Это теоретически можно представить, исходя из характера дисперсности и гидродинамики выходящего потока в виде близкого к коноидальному насадку (седла). Толщину пограничного слоя находят по выражению:
o
в
в
где d - диаметр отверстия (сопла) в сферическом седле; μ и ρ - соответственно, вязкость и плотность воды.
Средняя скорость течения пленки убывает из-за увеличения толщины пограничного слоя, и определяют из выражения:
где Q - расход воды через отверстие в коническом насадке.
Например, отверстие диаметром 3…15 мм и диаметром основания дефлектора 60 мм может иметь толщину растекания пленки на сходе дефлектора в пределах 0,1…5 мм (это теоретически может представлено также расчетом графика - не приводится из-за больших расчетов в теории расчетов дождевателя).
Размер образующихся капель можно определить по эмпирическому уравнению:
o
где d - средний объемно - поверхностный диаметр капли.
Формой поверхности дефлектора, размещенным над сферическим седлом и над чашей, где форма седла близка к коноидальному насадку и соосно его отверстию расположению круглого конуса, создается угол вылета струи с разбивкой на мелкие капли дождя, которые не приводят к повреждению культур, значительному вымыванию и водной эрозии (приводя больше к туману), а также способствуют равномерному распределению по кругу по всей площади орошения. Угол факела расхождения 120° важен для дефлектора (сама боковая грань его соответственно составляет 30° к горизонту).
Таким образом, при условии постоянства массы воды его траектории и в относительном движении имеет еще и многоспиральная канавка, отличительная форма на образующей внешней поверхности дефлектора. Здесь из-за большого теоретического доказательства не приводится расчет медианного диаметра капель от прохождения через многоспиральные канавки (для возможного варианта выполнения - это может также создавать окружную скорость большую при расходе воды).
Практическая работоспособность предлагаемого дождевального дефлекторного насадка очевидна для применяемых, например дождевальных машин кругового действия типа «Волжанка». Дождевальный насадок в технологии получения искусственного дождя на основе предложения показан нами ниже с расчетами и технических характеристик, установленных на основе приведения экспериментальных исследований на примере к сельскохозяйственной культуре, показывает, что расход воды через отверстие насадка корпуса который находится внутри на конце снабженным сферическим седлом (с коноидальной входной кромкой) с плавными переходами с водовыпускным отверстием над которым на конце также закреплена чаша в виде цилиндрического кольца и над ним вертикальный круглый конус (дефлектор), боковая стенка плоскости которого выполнена радиальными многоспиральными канавками формирует в основном мелкокапельный дождь мгновенной интенсивностью 0,36 мм, коэффициент при скорости выпуска 1,5…4,5 м/с, коэффициент находится в пределах 0,75…0,80, что подтверждает данными насадка (Пажи Д.Г., Галустов B.C. Распылители жидкостей. М.: Химия, 216 с.). Насадки устанавливают на дождевальной машины по учащенной технологической схеме, обеспечивающих повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 5,5…18,0% за счет более равномерной подачи оросительной воды, снижения потерь воды на испарение и снос, уменьшения крупности капель и мощности дождя до величины 0,022…0,024 мм по сравнению с известными струями и они лучше распадаются на мелкие капли для полива насадками.
Это означает, что проведение малыми нормами и небольшой интенсивностью с минимальной глубиной промачивания почвы, и можно избежать вымывания питательных элементов и потерь гумуса, так как это приводит к снижению плодородия почв, на примере республики Беларусь.
Предложенное устройство вписывается в технологию широкозахватного дождевания с помощью по кругу вращения из одной точки вращения дождевальной машины, на примере даже и работы «Волжанка».
Известно, что рост, урожайность и ценность как злаковых и бобовых трав, так и других сельскохозяйственных культур зависит от количества доступного удобрений и обеспеченностью при достаточной влаги в почве. Поэтому именно дождевание может быть экономически оправдано при высокой организации использования орошаемых полей и достаточном уровне минерального питания для передвижения дождевания машинами (агрегатами), т.е. забором воды из готового водоисточника, а также возможность подавать с поливной водой легкорастворимые минеральные удобрения для вегетационных подкормок, что очень важно для повышения урожайности сельскохозяйственных культур, а также возможности вносить ядохимикаты для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений.
Основные детали могут быть изготовлены из полимерного материала.
Проведенный заявителями большой анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволяет установить, что заявителями не обнаружен аналог, характеризующийся признаками идентичными всем существенным признакам заявленного изобретения.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.
Для проверки соответствия заявляемого изобретения требованию «изобретательского уровня», заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники и технологий, поскольку из уровня техники и технологий, определенных заявителем, не выявлено влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразованной на достижение технического результата.
Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» па действующему законодательству.
Изобретение поясняется чертежами: на фиг. 1 - вид сбоку, насадок в продольном разрезе; на фиг. 2 - то же, поперечный разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, поперечный разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - показан фрагмент напорного трубопровода дождевальной машины (вид сбоку) и возможные положения горизонтальной трубки с насадками по мере роста сельскохозяйственных растений; на фиг. 5 - график зависимости радиуса полива от давления струи перед насадкой.
Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного технического решения, заключаются в следующем.
Дождевальная дефлекторная насадка содержит трубопровод 1. В нижней части напорного трубопровода 1 в каждой его межопорной секции (не показано) устанавливают поливные устройства 2 (фиг. 4), которые состоят из вертикального патрубка 3, 4, 5 соединенных между собой муфтами 6. На конце нижнего патрубка 5 установлен с двумя горизонтальными трубками 7 с регулируемым шаровым краном 8. На трубках 7 поливного устройства 2 установлены основная 9 и дополнительная 10 дефлекторные насадки. Основные дефлекторные насадки кругового полива предназначены для постоянного полива с заданным расходом воды предлагаемого изобретения, смонтированным на водопроводящими горизонтальными трубками 7 вертикального цилиндрического корпуса 11 (возможен вариант выполнения прямоугольного сечения) с помощью резьбового соединения 12 в нижней своей части с полостью 13 корпуса 11 и, имеющим водовыпускное отверстие 14. При этом верхняя кромка конца корпуса 11 сопрягается с чашей 15, выполненной в виде цилиндрического кольца (она может быть выполнена съемной, закрепленной на резьбовом соединении, не показано для упрощения). На выходном конце 17 внутри корпуса 11 установлено сферическое седло 16 близкое в поперечном сечении к коноидальному соплу с входной плавной кромкой.
Над чашей 15 и над водовыпускным отверстием 14 выше сферического седла 16 установлен дефлектор 18 в виде вертикального кругового конуса с вершиной 19, которая направлена вниз соосно водовыпускному отверстию 14 сферического седла 16. При этом дефлектор 18 посредством, по крайней мере, трех жестких и тонких круглых спиц 20 (ножек) прикреплен к подвижной регулирующей гайке 21 с наружной стороны с резьбой на корпусе 11. При этом спица 20, гайка 21 и дефлектор 18 выполнены единой деталью. Кроме того, чаша 15, корпус 11 и сферическое седло 16 выполнены как одно целое из пластика.
В целях минимального воздействия на пленку воды, поперечное сечение круглых спиц 20 (ножек), придающие жесткость установки дефлектора 18, представляет собой минимизацию толщины спиц 20 и воздействия на формирование каплей дождя и радиус полета необходимо, чтобы толщина ее только могла удерживать дефлектор 18, обладая минимальными потерями на трение, и обладая хорошей обтекаемостью, соответственно ее выдвижению вверх или вниз с помощью регулирующей гайки 21 на корпусе 11 с наружной стороны.
Интенсивность дождя - один из основных показателей, характеризующий дождевальный дефлекторный насадок.
Описываемый дефлектор 18 в виде круглого конуса, содержит на своей боковой образующей поверхности, по крайней мере, радиальные многоспиральные канавки 22 с образованием обтекаемого контура. Каждая канавка 22 в сторону основания конуса вверх (дефлектор) выполнена сквозной с выходом одного конца у основания конуса 18, а конец с заходом начала канавки 22 прямоугольной формы со стороны острия конуса пересекающихся в одной точке 23 острой вершины. При этом вверх канавки 22 прямоугольной формы расходятся равномерно на боковой образующей поверхности в разные стороны друг от друга на равные расстояния, и которые способствуют дополнительно более лучшему и интенсивному распыливанию воды, таким образом, выходящая струя, которая из водовыпускного отверстия 14 в седле 16 относительно расположения острия конуса 18 в точке острия 23 создают кумулятивный эффект, который выражается в создании двух струй, одна проходит по канавкам 22, а вторая по гладкой образующей боковой поверхности дефлектора 18 (круглого конуса), при этом восходящие струи обладают разными скоростями в сторону основания конуса 18, по сравнению исходящей из отверстия 14 сферического седла 18, заключенного над ним чаши 15, выполненной в виде цилиндрического кольца.
Диаметр водовыпускного отверстия 14 в сферическом седле 18 не более 0,7 диаметра основания конуса 18 (дефлектора). При этом для повышения равномерности полива по площади захвата, угол факела раскрытия 120° или угол наклона стенки дефлектор 30° к горизонту.
В основу методики определения качественных показателей работы дождевальных дефлекторных насадок положены требования РД 70.11.1-89 «Машины и установки дождевальные. Программа и методика испытаний» ВТР-0-81.
Предложенная форма чаши 15 и связи сферического седла 18, кромка, которого входа близка к коноидальному и выполнены из пластика высокой прочности, имеет возможность преобразовать поток воды в узкое водовыпускное отверстие 14 с максимальным давлением энергии потока, поступающего из цилиндрического корпуса 11 с полостью 13, что уменьшает размеры на конструирование конца корпуса 11 по сравнению с известными аналогами с дефлектором 18 над ними, что также уменьшает проходное сечение ориентированного в сторону дефлектора 18, и он выполнен круглой формой в поперечном сечении с боковой образующей поверхностью с выполненной прямоугольными радиальными многоспиральными канавками 22.
Дождевальная дефлекторная насадка работает следующим образом.
Выполняется монтаж дождевальной насадки по предложенной технологической схеме, корпус 11 с помощью резьбового соединения 12 крепится с помощью горизонтальной трубки 7 поливного устройства к трубопроводу 1 дождевальной машины, в который подается вода. При этом вода из напорного трубопровода 1 сначала поступает в поливные устройства 2, в которых вода проходит через патрубки 3, 4, 5, соединенные между собой муфтами 6 и горизонтальную трубку 7 с регулируемым шаровым краном 8 в основную дефлекторную насадку 9 и возможность в дополнительную насадку 10 кругового полива. Поток воды из горизонтальной трубки 7 попадает в вертикальный цилиндрический корпус 11 в виде насадка 9 и 10. В насадках вода под напором выходит из водовыпускного отверстия 14 сферического седла 16 в виде сжатой струи, и ударяется о дефлектор 18. Так как дефлектор 18 выполнен в виде кругового конуса, с образующей боковой внешней поверхностью, которая выполнена радиальными многоспиральными канавками 22, часть воды входит в эти канавки 22, а другая часть воды проходит вверх гладкой боковой образующей поверхности конуса в сторону его большего основания. При движении струек воды к указанному расхождению факела раскрытия 120° или угол наклона 30° к горизонту, разбивается на мелкие капли дождя и, образуя при этом определенное дождевое облако. Ростом напора растет дальность полета дождя, способствуя более лучшему распылению воды; наличие прямоугольных многоспиральных канавок 22, выполненные по образующей поверхности круглого конуса 18 и их углубление образует реактивную силу, то есть потерянная энергия не используется для закрутки вращения дефлектора 18, струя воды, которая в точке 23 острия конуса, происходит дробление воды на множество струек, чередующиеся со сплошной части поверхности круглого конуса, с большой частью энергии в сторону основания дефректора 18, при этом диаметр водовыпускного отверстия 14 сферического седла 16 на выходном конце 17 выполнено не более 0,7 диаметра кругового большого основания конуса (дефлектора 18). Полученный дождь, посредством дефлектора 18, преобразуется в широкий факел и капли дождя падают на почву и растения при их росте. Поливные устройства 2 дождевальной машины позволяют располагать дефлекторные насадки на разной высоте от поверхности почвы и обеспечивают поверхностный дождевой полив по мере роста сельскохозяйственных культур, в том числе и высокостебельные культуры, и при этом получить устойчивое перекрытие струй от соседних дефлекторных насадок, расположенных на расстоянии от 4 до 6 м. Наилучшее положение в работе насадок на поливных устройствах от поверхности земли от 1,0 до 1,5 м (фиг. 5), что сказывается и на радиусе действия дождевального дефлекторного насадка, радиус полива достигает на 20% больше (вместо известного насадка), и в практических целях внедрения в производство в пределах 1,0…1,5 м от поверхности почвы.
н
н
Следует отметить, что дождевальные насадки имеют меньший радиус полива по сравнению с дождевальными аппаратами с высоким давлением (более 5 м) и их необходимо устанавливать на трубопроводе дождевальной машины по учащенной схеме, так как основное требование, предъявляемое к расположению насадок - это равномерное покрытие искусственным дождем всей площади орошения по всем направлениям, которые численно можно представить как отношение минимальной интенсивности к средней: К/рф, где К - минимальная интенсивность дождя, мм; рф - средняя интенсивность дождевания, мм (по рекомендации Шумакова В.Б) на расстоянии (а) друг от друга, оно равно: а = 1,42R, где R - радиус полива дождевальной насадки. Кроме того, существует связь при перемещении на другую позицию, и зависит от поворота колеса дождевальной машины, которая подсоединена к гидранту с напорным трубопроводом.
Можно использовать также и квадратную схему полива на примере с применением дождевальной машины «Волжанка», с учетом перекрытия расстояния между дефлекторными насадками.
Зная установку дождевальных насадок, обосновано с их конструктивными параметрами, они должны удовлетворять агротехническим требованиям. Не рассматривая здесь подробно траекторию струи воды, вытекающей из водовыпускного отверстия 14 в седле 16 корпуса 11, над которым расположены чаша 15 с регулируемым по высоте дефлектора 18, она описывается теоретически в координатной системе, где определяются координаты траектории струи, напор на входе в корпус, угол вылета струи в градусах (в предложенном угол 30° к горизонту).
В действительности струя, попадающая на дефлектор, сразу распадается на капли дождя по предлагаемой новой конструкции дождевального дефлекторного насадка в окружающую среду.
В связи с тем, что все конструктивные параметры взаимосвязаны между собой, то они должны рассматриваться в комплексе с учетом изготовления элементов из пластика высокой прочности.
На дальность струи влияет угол наклона образующей дефлектора в виде конуса с факелом раскрытия 120° или угол наклона образующей поверхности 30° к горизонту, обеспечивая ветроустойчивость искусственного дождя, высокую равномерность его распределения, при этом, не ухудшая качества дождя.
При увеличении угла образующей боковой поверхности дефлектора снижается радиус полива дождевального дефлекторного насадка.
При подаче воды из водоподводящего трубопровода 1 через поливное устройство 2 во внутреннюю полость 13 цилиндрического корпуса 11 поток сужаясь, проходит через водовыпускное отверстие 14 в седле 16 на конце 17 связанным с чашей 15 в виде цилиндрического кольца, с наличием конуса с острием в точке 19 дефлектора, вершина которого направлена вниз соосно отверстию 14, а острие имеет начало в одной точке многоканальные спиральные канавки 22, согласно уравнению расхода: Q=ωV, где ω - живое сечение потока; V - скорость потока. Скорость потока будет увеличиваться через водовыпускное отверстие сферического седла, и поток с большой скоростью выбрасывается в сторону острия конуса с его элементами, затем поток дробится на мельчайшие частицы, что обеспечивает мелкодисперсное дождевание, а конструктивное исполнение насадка упрощает возможность проведения технического обслуживания.
Следует отметить, что дефлекторный конус удерживают три спицы 20 (ножки), а также в целях минимального воздействия на пленку воды поперечное сечение, представляющих собой тонкую круглую спицу 20, закрепленную жестко к подвижной регулируемой гайки 21 на корпусе 11 с резьбовым соединением 12.
Средняя интенсивность дождя - один из основных показателей характеризующий работу дождевальных машин.
Средняя интенсивность дождя определяется по известным формулам (не приводится для сокращения описания), т.е. определяют расход воды дождевателя максимальный и радиус полива дождевальным насадком.
Экспериментальные данные по дождевальному насадку кругового действия обрабатывались с помощью методов математической статистики.
На стенде исследований использовали предложенный дождевальный насадок, образцовый манометр ГОСТ 6521-60, секундомер ГОСТ 1197-70, измерительная линейка и каплеуловитель Кр-2 конструкции ЮжНИИГиМ с возможностью использования дождевальной машины «Волжанка».
Среднее значение коэффициента расхода через насадок принимаем 0,87.
Пример. Исследованиями установлено, что увеличение водовыпускного отверстия в сферическом седле от 4 до 9 мм и напора от 1 до 5 м, расход воды насадка увеличивается от 0,1 до 1,5 л/с.Максимальный радиус полива дождевальным насадком при изменении водовыпускного отверстия седла от 5 до 7 мм составляет 9,8…8,2 м.
Увеличение диаметра водовыпускного отверстия дождевального насадка от 5 до 7 мм позволяет увеличить расход воды насадка на 33%, а радиус полива на 16,3%, при этом интенсивность дождя достигает от 0,4 до 0,46 мм/мин.
Однако следует отметить, что средняя мгновенная интенсивность дождевального насадка всегда будет меньше во много раз по сравнению у среднеструйных аппаратов.
Работа дождевального насадка характеризуется распределением нормированного слоя дождя вдоль радиуса полива насадкой на распределение, которого оказывают влияние взаимосвязь водовыпускного отверстия 14 седла 16 расположения дефлектора 18 над чашей 15 и над седлом при наличии острия в точке 19 на конце конуса, боковая образующая поверхность которого выполнена с радиальными многоспиральными канавками 22 и напор перед насадкой.
При небольших напорах Н=0,5…1,5 м струя слабо распадается на капли и основная масса падает вниз, увеличивая рост капли дождя.
При большом напоре Н=1,5…4,5 м струя распадается на мелкие капли и более равномерно распределяется по радиусу полива дефлекторной насадки.
Все необходимые параметры устройства в целом с узлами соединения их между собой могут быть определены данным конструктивным решением, назначаться при монтаже дождевального насадка с учетом конкретной дождевальной машины, а также качества оросительной воды, отсутствия опасности засорения всех узлов, связанных с полостью цилиндрического корпуса в процессе полива, даже при высокой мутности воды. Все элементы могут изготавливаться серийно в заводских условиях (или малыми предприятиями) литья насадок из полимерных материалов со встроенными элементами между собой; радиальные многоспиральные канавки легко нарезаются на боковой поверхности по образующей кругового конуса с углублением их в стенке, и при этом образуется дробление струи на дождевые капли при орошении. Кроме того, предотвращение эрозии почвы; можно подавать с поливной водой легкорастворимые формы минеральных удобрений для вегетационных поливов дождеванием для листовой подкормки растений, что очень важно для роста сельскохозяйственных культур, а также сенокосно-пастбищных травосмеси; возможность вносить ядохимикаты для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений.
Оросительная вода в виде дождевых капель оседает на поверхность листьев и стеблей и может обеспечить листовую подкормку роста растений на конкретных объектах орошения.
Величина испарения и сноса дождя определяется метеорологическими параметрами (температура воздуха, относительная влажность, скорость ветра) и технологическими показателями конструкции насадка. Допустимая скорость ветра 3,5…4,0 м/с.
Таким образом, применение предложенного дождевального дефлекторного насадка на дождевальной машине, устанавливаемых по учащенной схеме, может обеспечить повышение урожайности до 18% за счет более равномерной подачи оросительной воды, снижения потерь воды на испарение и снос, и уменьшения крупности капель и мощности дождя.
Дождевальные дефлекторные насадки изготавливаются из полимерного материала, в частности из пластика высокой прочности, просто в изготовлении (метод штамповки), повышена надежность работы, получение качественного мелкодисперсного дождя и упрощается возможность проведения технического обслуживания.