НАСАДКА КОРОТКОСТРУЙНАЯ ДОЖДЕВАЛЬНЫХ МАШИН
SHORT-JET NOZZLE FOR SPRINKLER MACHINES

Предлагаемое техническое решение относится к оросительной технике, в частности к устройствам для создания искусственного дождя, и может быть использовано в дождевальных машинах.
Для достижения с минимальными энергозатратами значений показателей качества искусственного дождя (интенсивности и структуры дождя) близких к агротехническим требованиям и снижения энергии воздействия капель дождя на почву используются короткоструйные дефлекторные насадки, работающие при давлении 0,05…0,15 МПа (Дождевальные машины / Б.М. Лебедев. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: «Машиностроение», 1977. - 244 с., стр. 23).
Известна насадка короткоструйная дефлекторная кругового действия, преимущественно из металла и с определенными конструкцией параметрами, содержащая корпус, включающий нижнюю часть с внутренней резьбой для навинчивания его на патрубок водопроводящего пояса дождевальной машины, продольный проходной канал, диафрагму с отверстием, изготовленную заодно с корпусом посредством литья и расположенную между нижней и верхней частями, и верхнюю часть, выполненную в виде воронки с окнами. При этом в верхней части воронки укреплена планка с дефлектором в виде конуса с углом при вершине 120°, ось конуса совпадает с осью диафрагмы, а вершина конуса направлена вниз. Причем расстояние от верхней плоскости отверстия диафрагмы до вершины конуса равно диаметру отверстия диафрагмы, а диаметр основания конуса равен двум диаметрам отверстия (Дождевальные машины / Б.М. Лебедев. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: «Машиностроение», 1977. - 244 с., стр. 23-24, рис. 7, а; Механизация полива: Справочник / Б.Г. Штепа, В.Ф. Носенко, Н.В. Винникова [и др.]. - М.: Агропромиздат, 1990. - 336 с., стр. 124, рис. 3.1, а; Двухконсольный дождевальный агрегат ДДА-100МА. Руководство по сборке и эксплуатации. - Киев: Изд-во «Реклама», 1970. - 68 с., стр. 13-14, рис. 10).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся низкая технологичность устройства из-за металлоемкости и сложности его изготовления, а также высокая энергия воздействия капель дождя на почву из-за крупности и удельного веса капель.
Известна насадка короткоструйная дефлекторная секторного действия, преимущественно из металла и с определенными конструкцией параметрами, содержащая корпус, включающий нижнюю часть с внутренней резьбой для навинчивания его на патрубок водопроводящего пояса дождевальной машины, продольный проходной канал и верхнюю часть с ложкообразным дефлектором, выполненным заодно с корпусом и расположенным под углом 30°…38° к горизонту (Справочник по механизации орошения / Б.Г. Штепа, Н.В. Винникова, С.Х. Гусейн-заде [и др.]; под ред. Б.Г. Штепы. - М.: Колос, 1979. - 303 с., стр. 108, рис. 27; Мелиорация и водное хозяйство. Орошение: Справочник / П.А. Айдаров, К.П. Арент, В.Н. Басс [и др.]; под ред. Б.Б. Шумакова. - М.: Колос, 1999. - 432 с., стр. 75, рис. 4.2).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся низкая технологичность устройства, а формируемый дефлектором ложкообразный факел дождя в виде сплошной пленки характеризуется низкой ветроустойчивостью, малой дальностью полета капель и площадью захвата.
Известна насадка короткоструйная дефлекторная секторного действия, преимущественно из пластмассы и с определенными конструкцией параметрами, изготовленная посредством литья прессованием, содержащая многогранный корпус, включающий нижнюю часть с наружной резьбой для ввинчивания его в патрубок водопроводящего пояса дождевальной машины, продольный проходной канал, выполненный в виде конфузора, переходящего в цилиндрический насадок, и верхнюю часть с ложкообразным дефлектором, выполненным заодно с корпусом. При этом дефлектор выполнен в виде двухотвальной гребневой поверхности, расширяющейся при удалении от продольного проходного канала. Причем угол между линией гребня дефлектора и плоскостью, проходящей через площадку под выпускным отверстием, составляет 20°…30°, а угол между касательной к плоскости конечной верхней части дефлектора и той же плоскостью, проходящей через площадку под выпускным отверстием, составляет 40°…60° (Патент №2103865 РФ, МПК A01G 25/02, В05В 1/04, В05В 1/18, В05В 1/26, А01М 7/00, опубл. 10.02.1998).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся высокая энергия воздействия капель дождя на почву из-за крупности и удельного веса капель. Ложкообразный факел дождя из-за неполного покрытия дефлектора двухотвальной гребневой поверхностью формируется сначала в виде струек, а ближе к периферии дефлектора, смыкаясь, в виде сплошной пленки. Факел дождя в виде сплошной пленки, как уже отмечалось, характеризуется низкой ветроустойчивостью, малой дальностью полета капель и площадью захвата.
Известны насадки короткоструйные дефлекторные секторного действия, преимущественно из металла или пластмассы и с определенными конструкцией параметрами, изготовленные посредством литья, содержащие многогранный корпус, включающий нижнюю часть с наружной резьбой для ввинчивания его в патрубок водопроводящего пояса дождевальной машины, продольный проходной канал, выполненный в виде конфузора, переходящего в цилиндрический насадок, и верхнюю часть с дефлектором, выполненным заодно с корпусом. При этом дефлектор выполнен в виде поверхности эллипсоида с внутренней выемкой и с углом обхвата 155°… 160° (А.с. №1729603, МПК В05В 1/04, опубл. 30.04.1992; Механизация поливных работ / Д.М. Сандигурский, Н.А. Безроднов. - Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Колос, 1983. - 288 с., стр. 8-9, рис. 2; Двухконсольный дождевальный агрегат ДДА-100В. Инструкция по эксплуатации. - Волгоград: Изд-во «Реклама», 1997. - 87 с., стр. 14-15, рис. 13, стр. 82-83, ДДА 01.263).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся высокая энергия воздействия капель дождя на почву из-за крупности и удельного веса капель. Формируемый дефлектором сферический факел дождя в виде сплошной пленки характеризуется низкой ветроустойчивостью, малой дальностью полета капель и площадью захвата.
Известна насадка короткоструйная дефлекторная секторного действия, преимущественно из металла и с определенными конструкцией параметрами, содержащая корпус, включающий нижнюю часть с наружной резьбой для ввинчивания его в патрубок водопроводящего пояса дождевальной машины и многогранной контргайкой для фиксации его в нужной плоскости, продольный проходной канал, выполненный в виде внешнего цилиндрического насадка, радиальные отверстия, и верхнюю часть с плоским дефлектором, выполненным заодно с корпусом и расположенным под углом 30° относительно оси продольного проходного канала, при этом на рабочей поверхности дефлектора выполнены треугольные канавки переменной глубины с шагом, равным максимальной глубине канавки на образующей дефлектора, расположенные в виде веера с углом обхвата 180°, центр веера относительно оси продольного проходного канала смещен в сторону противоположную образуемого факела дождя на расстояние равное диаметру продольного проходного канала (Патент №2361681 РФ, МПК В05В 1/18, опубл. 20.07.2009).
К причинам, препятствующим достижению заданного технического результата, относятся низкая технологичность устройства из-за металлоемкости и сложности его изготовления. Формируемый дефлектором плоский факел дождя в виде струек из-за формы дефлектора и потерь напора в сторону противоположную вылету струи характеризуется малой дальностью полета капель и площадью захвата.
1
1
1
2
1
2
1
1
3
1
1
1
1
2
1
2
2
1
4
1
Наиболее близким техническим решением по совокупности признаков к заявляемому устройству и принятому за прототип, является насадка короткоструйная дефлекторная, содержащая корпус, включающий нижнюю часть с наружной резьбой для ввинчивания его в патрубок водопроводящего пояса дождевальной машины, продольный проходной канал, выполненный в виде внешнего цилиндрического насадка диаметром d=4…8 мм и длиной l=(3…4)⋅d, радиальные отверстия диаметром d=0,2⋅d, выполненные на расстоянии l=(0,5…1,0)⋅d от острой кромки входного отверстия внешнего цилиндрического насадка, и верхнюю часть с дефлектором, выполненным заодно с корпусом, при этом на рабочей поверхности дефлектора выполнены треугольные канавки переменной глубины h от 0 до 1,5…2,0 мм с шагом, равным максимальной глубине канавки на образующей дефлектора, расположенные в виде веера, при этом корпус и дефлектор изготовлены посредством литья прессованием и соединены между собой плоской площадкой длиной l=10 мм и шириной b=(2…3)⋅d, расположенной под выпускным отверстием внешнего цилиндрического насадка, и симметричными и равноудаленными от оси внешнего цилиндрического насадка приливами, при этом корпус выполнен в виде многогранника, а дефлектор выполнен в виде криволинейной поверхности радиусом R=10⋅d, шириной b=(3…5)⋅d и глубиной h=3,5…5,0 мм, и расположен под углом α=40…60° относительно плоской площадки, при этом треугольные канавки выполнены радиусом R=8⋅d и расположены в виде веера с углом обхвата ϕ=155°…170°, а центр веера смещен в сторону плоской площадки на расстояние l=(1,5…2,0)⋅d, при этом в качестве пластмассы используется, например, полипропилен стеклонаполненный (Патент №173276 РФ, МПК В05В 1/18, опубл. 21.08.2017).
К недостаткам данной конструкции относятся сложность изготовления, а предлагаемый способ соединения составных частей насадки будет приводить к смещению начала треугольных канавок и потока.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение технологичности устройства и улучшение показателей качества искусственного дождя.
Результатом предлагаемого технического решения является повышение технологичности и снижение себестоимости изделия, а также увеличение равномерности распыла, дальности полета капель дождя и площади захвата дождем.
1
1
1
1
1
2
1
2
1
2
2
2
1
Поставленный технический результат достигается тем, что насадка короткоструйная дождевальных машин, содержащая корпус, включающий нижнюю часть с наружной резьбой для ввинчивания его в патрубок водопроводящего пояса дождевальной машины, продольный проходной канал диаметром d=4…8 мм и длиной l=(3…4)⋅d, и верхнюю часть с дефлектором, выполненным заодно с корпусом, при этом корпус выполнен в виде многогранника, а дефлектор выполнен в виде криволинейной поверхности радиусом R=10⋅d, шириной b=(3…5)⋅d и расположен под углом α=40…60° относительно плоской площадки, при этом корпус и дефлектор изготовлены посредством литья единой деталью, в конце продольного проходного канала выполнена внутренняя резьба, в которую ввинчен сменный сопловой насадок, причем разность его диаметров определяется отношением 7/12, на дефлекторе расположен вертикальный рассекатель части потока, выполненный в виде клина, острая часть которого направлена навстречу потока и имеет угол 15…17°, угол между сторонами клина и плоскостью дефлектора составляет 90°, высоты сторон клина равные и образуют поверхность параллельную продольному проходному каналу, а ее высота соответствует центру окружности продольного проходного канала, при этом поверхность параллельная продольному проходному каналу в месте примыкания к дефлектору имеет проточку вертикального рассекателя части потока радиусом R=R/4 на расстояние от примыкания к дефлектору l=0.9R, причем в основании проточки выполнены три сквозных отверстия зоны разряжения диаметром d=d/3, по периметру дефлектора в месте схода потока выполнены прямоугольные вырезы.
Параметры насадки короткоструйной дождевальных машин обусловлены следующим:
1
1
1
1) диаметр d=4…8 мм и длина l=(3…4)⋅d внешнего цилиндрического насадка приняты по результатам опыта проектирования дождеобразующих устройств;
2) в конце продольного проходного канала выполнена внутренняя резьба, в которую ввинчено сменное сопло, причем разность его диаметров определяется отношением 7/12. Данное отношение позволяет обеспечить до 30% увеличения расхода жидкости и давления на выходе;
2
1
2
2
2
1
3) на дефлекторе расположен вертикальный рассекатель части потока, выполненный в виде клина, острая часть которого направлена навстречу потока и имеет угол 15…17°, угол между сторонами клина и плоскостью дефлектора составляет 90°, высоты сторон клина равные и образуют поверхность параллельную продольному проходному каналу, а ее высота соответствует центру окружности продольного проходного канала. Рассекатель разделяет нижнюю половину потока жидкости из сопла на две части, направляя их на края дефлектора, а верхняя половина потока жидкости распыляется в центральной части, тем самым достигается равномерность распыла. Поверхность параллельная продольному проходному каналу в месте примыкания к дефлектору имеет проточку вертикального рассекателя части потока радиусом R=R/4 на расстояние от примыкания к дефлектору l=0.9R, причем в основании проточки выполнено сквозное отверстие зоны разряжения диаметром d=d/3, по периметру дефлектора в месте схода потока выполнены прямоугольные вырезы;
1
1
2
1
4) дефлектор в виде криволинейной поверхности с конструктивно выбранными параметрами - радиусом R=10⋅d, шириной b=(3…5)⋅d,, расположенный под углом α=40…60° относительно плоской площадки за счет факела дождя и отсутствия потерь напора при вылете струи обеспечивает наименьшие энергозатраты на дробление струи, наибольшую дальность полета капель и площадь захвата дождем;
3
1
1
5) плоская площадка, расположенная под выпускным отверстием внешнего цилиндрического насадка, с конструктивно выбранными параметрами - длиной l=10 мм и шириной b=(2…3)⋅d.
На чертеже, на фиг. 1 изображен вид сбоку насадки; на фиг. 2 - вид сверху насадки.
Насадка короткоструйная дождевальных машин содержит корпус, включающий нижнюю часть с наружной резьбой, продольный проходной канал 1, в конце которого выполнена внутренняя резьба, в которую ввинчен сменный сопловой насадок 2, верхнюю часть с дефлектором 3 и плоской площадкой 4, соединяющей его с корпусом через продольный проходной канал 1, вертикальный рассекатель части потока 5, который содержит проточку 6 с тремя сквозными отверстиями зоны разряжения 7 по периметру дефлектора в месте схода потока выполнены прямоугольные вырезы 8.
Насадка короткоструйная дождевальных машин работает следующим образом. Водный поток под давлением 0,05…0,15 МПа, движущийся по водопроводящему поясу дождевальной машины, поступает в продольный проходной канал 1. Далее струя проходит через сменный сопловой насадок 2, за счет чего увеличивается расход жидкости и давление на выходе, тем самым создавая большее разрежение и лучшую дисперсность во до воздушной смеси. Затем струя, при достижении вертикального рассекателя части потока 5, разделяется на две равные части, верхняя - проходя мимо вертикального рассекателя части потока 5 направляется к центральной части дефлектора 3, а нижняя в свою очередь делится еще на две части вертикальным рассекателем части потока 5 и направляется на края дефлектора 3.
Проточка 6 создает пространство между струей воды и поверхностью вертикального рассекателя части потока 5, которое находится в зоне разряжения во вращательном вихревом движении при давлении ниже атмосферного. Через три сквозные отверстия зоны разряжения 7, соединяющие зону разряжения с атмосферой, производится подсос воздуха, который интенсивно диспергируется в воду, тем самым образуя водовоздушную смесь. Образование водовоздушной смеси также происходит и в потоке, направленным на края дефлектора 3 за счет подсоса воздуха из-под плоской площадки 4.
Все части разделенного потока водовоздушной смеси ударяются о дефлектор 3, выполненный в виде криволинейной поверхности и далее, разбиваясь о него отдельными потоками, образуют общий сплошной факел. При дальнейшем движении в воздухе водовоздушные струйки на некотором участке пути сохраняют сплошность, но затем распадаются и продолжают движение в виде капель. По периметру дефлектора в месте схода потока выполнены прямоугольные вырезы 8, которые способствуют лучшему каплеобразованию. За счет плоской площадки 4, расположенной между сменным сопловым насадком 2 и вертикальным рассекателем части потока 5 имеется возможность замены сменного соплового насадка 2 на аналогичный с другими геометрическими параметрами.
2
1
2
2
2
1
Таким образом, повышение технологичности устройства и улучшение показателей качества искусственного дождя достигается за счет изготовления корпуса и дефлектора посредством литья единой деталью. В конце продольного проходного канала 1 выполнена внутренняя резьба, в которую ввинчен сменный сопловой насадок 2 с разностью диаметров, определяемым отношением 7/12. На дефлекторе 3 расположен вертикальный рассекатель части потока 5, выполненный в виде клина, острая часть которого направлена навстречу потока и имеет угол 15…17°, угол между сторонами клина и плоскостью дефлектора составляет 90°, высоты сторон клина равные и образуют поверхность параллельную продольному проходному каналу 1, а ее высота соответствует центру окружности продольного проходного канала 1, при этом поверхность параллельная продольному проходному каналу 1 в месте примыкания к дефлектору 3 имеет проточку 6 вертикального рассекателя части потока 5 радиусом R=R/4 на расстояние от примыкания к дефлектору 3 l=0.9R, причем в основании проточки выполнены три сквозные отверстия зоны разряжения диаметром d=d/3, по периметру дефлектора в месте схода потока выполнены прямоугольные вырезы 8.
Данное техническое решение позволяет повысить технологичность и снизить себестоимость изделия, а также увеличить равномерность распыла, дальность полета капель дождя и площадь захвата дождем.