УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ В ПОЛИВНУЮ ВОДУ
DEVICE FOR INTRODUCING LIQUID FERTILIZERS INTO IRRIGATION WATER

Устройство для введения жидких удобрений в поливную воду относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для внесения агрохимикатов с поливной водой, и может быть использовано на дождевальных и поливных машинах, различных ирригационных установках и напорных оросительных трубопроводах для внесения жидких удобрений, гербицидов и других рабочих составов пестицидов с поливной водой.
Известно устройство для внесения жидких удобрений с поливной водой, содержащее емкость для жидких удобрений, имеющий рабочие полости мембранный насос-дозатор, кинематически связанный с гидродвигателем, сообщенным через имеющий сливную линию распределитель с напорным трубопроводом и блок обратных клапанов, при этом для обеспечения непрерывности дозирования жидких удобрений, на напорном трубопроводе установлена трубка Вентури, минимальное проходное сечение которой гидравлически соединено с рабочими полостями насоса-дозатора и со сливной линией распределителя [Авторское свидетельство SU № 1445599, кл. А 01 С 23/04, F 04 В 43/00 опубл. в Бюл. № 47 от 23.12.1988].
Недостатками этого устройства являются невысокая надежность и долговечность из-за работы его составных частей (гидродвигателя, четырёхходового распределителя, обратных клапанов, вентилей и дросселя) в агрессивной среде поливной воды, что приводит к засорению их проходных сечений и ускоренному износу и коррозии.
Известно устройство для введения жидких удобрений в поливную воду, содержащее емкость для жидких удобрений, напорный трубопровод с задвижкой, перфорированный трубопровод, гидравлические каналы связи, эжектор, запорные арматуры, фильтры, насос-дозатор, соединенный через обратные клапаны с эжектором, и гидродвигатель с рабочими полостями и поршнем, кинематически связанный через шток, с одной стороны с насосом-дозатором, а с другой стороны через подпружиненный переключатель с гидрораспределителем, выполненым в виде корпуса с радиальными входным и выходными каналами с одной стороны и двумя рабочими каналами с другой стороны, торцевых крышек с эластичными шайбами и штока с седлами, ограничителем хода и упором, причем входной канал сообщен через фильтр с напорным трубопроводом до задвижки, выходной канал выполнен с возможностью сообщения с перфорированным трубопроводом или эжектором, а рабочие каналы сообщены с рабочими полостями гидродвигателя, корпус гидрораспределителя выполнен полым, с седлами с обеих сторон оси выходного канала, а шток выполнен в центре полым с радиальными отверстиями со сторон концов полого участка, снабжен эластичными шайбами и ограничен в ходе посредством торцевой крышки и седла в корпусе [Патент SU № 2664 569, кл. А 01 С 23/04, опубл. в Бюл. № 24 от 21.08.2018, прототип].
Недостатками этого устройства являются невысокая надежность и долговечность гидродвигателя и гидрораспределителя из-за их работы в поливной воде (агрессивная среда), что приводит к ускоренному износу и коррозии их элементов и снижению эффективности из-за увеличения усилия на трения в гидродвигателе. Гидравлические каналы связи имеют относительно большие размеры, что усложняет их соединительные узлы, снижает герметичность и увеличивает материалоёмкость.
Целью предполагаемого изобретения является повышение надежности устройства и долговечности части его составных узлов путем обеспечения их работы в нейтральной среде (в воздухе).
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для введения жидких удобрений в поливную воду, содержащее емкость для жидких удобрений, напорный трубопровод с задвижкой, гидравлические каналы связи, эжектор, запорную арматуру, фильтр, насос дозатор, соединенный через обратные клапаны с емкостью для жидких удобрений и напорным трубопроводом после задвижки, гидродвигатель с рабочими полостями и поршнем, связанный через шток с насосом-дозатором и через подпружиненный переключатель с пневмораспределителем, эжектор снабжен ресивером с ограничителем уровня воды и сообщен с напорным трубопроводом после задвижки, пневмораспределитель выполнен в виде корпуса с входным и двумя выхлопными каналами с одной стороны и двумя выходными каналами с другой стороны, штока с прерывистым диаметром, при этом входной канал пневмораспределителя сообщен с ограничителем уровня воды, выхлопные каналы сообщены с эжектором и атмосферой через обратные клапаны, а выходные каналы сообщены с рабочими полостями гидродвигателя, выход эжектора выполнен глухим торцом и с боковыми окнами и установлен в ресивере ниже ограничителя уровня воды.
На Фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для введения жидких удобрений в поливную воду; на Фиг. 2 - общий вид пневмораспределителя; на Фиг. 3 - разрез А-А на Фиг. 2 (крайне левое положение штока); Фиг. 4 - разрез А-А на Фиг. 2 (крайне правое положение штока); на Фиг. 5 - конструктивная схема соединения эжектора с ресивером; на Фиг. 6 - конструктивная схема ограничителя уровня воды и на Фиг. 7 - общий вид устройства при работе.
Устройство для введения жидких удобрений в поливную воду состоит из гидродвигателя 1, кинематически связанного через насос-дозатор 2 с блоком обратных клапанов 3 и подпружиненный переключатель 4 с пневмораспределителем 5, напорного трубопровода 6 с задвижкой 7 и емкости для жидких удобрений 8. Гидродвигатель 1 имеет штоковую 9 и поршневую 10 полости, поршень 11 и шток 12, жёстко закреплённые между собой. К левой части штока 12 закреплены поршень 13 и рычаг 14 с толкателями 15 и 16 для взаимодействия с переключателем 4 (Фиг. 1). Пневмораспределитель 5 (Фиг. 2) жестко закреплен на подпружиненном переключателе 4 и имеет входной 17, выходные 18, 19, выхлопные 20 и 21 пневмоканалы и шток 22 (Фиг. 3 и Фиг. 4). Участки напорного трубопровода 6 до и после задвижки 7 снабжены манометрами 23, 24 и сообщены между собой через кран 25, эжектор 26, ресивер 27, гидравлический канал связи 28 и кран 29 (Фиг. 1). Ресивер снабжен ограничителем уровня воды 30 с поплавком 31, входными 32,33 и выходным 34 каналами (Фиг. 6). Выход эжектора 26 установлен в ресивере 27 ниже ограничителя уровня воды 30 и выполнен глухим торцом и с боковыми окнами 35 (Фиг. 5). Выходной канал 34 через кран 36 и пневматический канал связи 37 сообщен с входным каналом 17, выхлопные каналы 20, 21 соединены между собой и сообщены каналом связи 38 с атмосферой и эжектором 26, соответственно обратными клапанами 39 и 40. Выходной канал 18 пневмораспределителя 5 сообщен со штоковой полостью 9 через канал связи 41, а выходной канал 19 - с поршневой полостью 10 через канал связи 42. Блок обратных клапанов 3 с одной стороны сообщен с емкостью для растворов жидких удобрений 8 через гидравлический канал связи 43 и фильтр 44, а с другой стороны - через гидравлический канал связи 45 и краны 46, 47 с емкостью 8 и напорным трубопроводом 6 после задвижки 7.
Стрелки (→) на Фиг. 7 показывают направления движения воды в напорном трубопроводе 6 и ресивере 27.
Для подготовки устройства к работе необходимо выполнить следующие действия:
- в емкость 8 загружать растворимые удобрения, закрыть кран 36 и открыть задвижку 7, краны 25, 29,46, 47 и через гидравлический канал связи 45 заполнить емкость 8 водой до получения необходимой концентрации раствора жидких удобрений, после чего закрыть кран 46;
1
2,
- посредством манометров 23, 24 и задвижки 7 (с помощью перекрывания) создать до и после него, соответственно, давления Ри Ртаким образом, чтобы эжектор 26 создал пониженное давление (вакуум) в пневматическом канале связи 38.
1
2
Работает устройство для введения жидких удобрений в поливную воду следующим образом. Часть вода под давлением Р из напорного трубопровода 6 до задвижки 7 через кран 25, эжектор 26 и боковые окна 35 поступает в ресивер 27. При этом атмосферный воздух через обратные клапаны 39 и 40, поступает так же в ресивер 27, смешиваясь с потоком воды, проходящего через эжектор 26. В ресивере 27, благодаря выполнения выхода эжектора 26 глухим торцом и с боковыми окнами 35, воздух разделяется от воды и накапливается в верхней части ресивера 27, а вода через гидравлический канал связи 28 и кран 29 поступает в напорный трубопровод 6 после задвижки 7 и далее с основным потоком воды под давлением Рпоступает к потребителю. Таким образом происходит непрерывное накопление воздуха в ресивере 27 и создания в нем уровня воды, расположенный ниже уровня входного канала 32 ограничителя уровня воды 30 (Фиг. 7). При повышении уровня воды выше отметки входного канала 32 поплавок 31 ограничителя уровня воды 30, поднимаясь, закрывает выходной канал 34 и препятствует попаданию воды в пневмоканал 37. После накопления определенного объема воздуха в ресивере 27, уровень воды в нем снижается, поплавок 31 опускается и сообщает воздушную полость ресивера 27 с выходным каналом 34 через входные каналы 32 и 33 (Фиг. 6).
2
Чтобы привести в движение насос-дозатор 2 с блоком обратных клапанов 3 и начинать подачу раствора удобрений из емкости 8 в напорный трубопровод 6 необходимо открывать кран 36. После открытия крана 36 сжатый воздух из ресивера 27 через входные каналы 32 и 33, выходной канал 34, пневмоканал 37, входной канал 17 и выходной канал 19 пневмопереключателя 5 (Фиг. 2) и пневмоканал 42 поступает в поршневую полость 10 гидродвигателя 1 (Фиг. 7). Начинается перемещение поршня 11 в левую сторону и вытеснения воздуха из штоковой полости 9 в ресивер 27 через пневмоканал 41, выходной канал 18, пневмоканал 38, обратный клапан 40, эжектор 26 и боковые окна 35 (Фиг. 5). Поршень 11 посредством штока 12 приводит в движение поршень 13 и рычаг 14 с толкателями 15,16 насоса-дозатора 2. В крайне левом положении толкатель 16, взаимодействуя с подпружиненным переключателем 4 релейно переводит шток 22 пневмораспределителя 5 в крайне правое положение (Фиг. 4) и сообщает сжатый воздух в ресивере 27 со штоковой полостью 9, а поршневую полость 10 с эжектором 26. Начинается перемещение поршня 11 в правую сторону и вытеснения воздуха из поршневой полости 10 в ресивер 27 через пневмоканал 42, выходной канал 19, выхлопной канал 21, пневмоканал 38, обратный клапан 40, эжектор 26 и боковые окна 35. При достижении поршня 11 крайне правому положению (Фиг. 7) толкатель 15 рычага 14 взаимодействуя с подпружиненным переключателем 4 релейно переводит шток 22 в крайне левое положение (Фиг. 3), происходит переключение полостей 9 и 10 с эжектором 26 и сжатым воздухом в ресивере 27. Далее поршень 11 и 13 совершают возвратно-поступательное движение, благодаря чему насос-дозатор 2 через фильтр 44, гидравлический канал связи 43 и блок обратных клапанов 3 подсасывает раствор жидких удобрений из емкости 8 и через блок обратных клапанов 3, гидравлический канал связи 45 и кран 47 непрерывно подает в напорный трубопровод 6 после задвижки 7. Раствор жидких удобрений перемешиваясь с потоком воды в напорном трубопроводе 6 под давлением Р поступает к потребителю (Фиг. 7).
Обратный клапан 39 обеспечивает доступ атмосферному воздуху в ресивер 27 при понижении давления воздуха в пневмоканале 38 и предотвращает утечку сжатого воздуха в атмосферу из полостей 9 и 10 в начальной фазе их соединения с эжектором 26. Окна 35, установленные ниже ограничителя уровня воды 30 способствуют созданию спокойного уровня воды в ресивере 27 и исключают возможность нежелательного попадания воды в входной канал 33 и далее в пневмораспределитель 5 и рабочие полости гидродвигателя 1.
1
2
Таким образом, путем снабжения эжектора 26 ресивером 27 с ограничителем уровня воды 30, создания определенного перепада давления (Р - Р) на задвижке 7, обеспечивающее понижение давления (до вакуума) в пневмоканале 38, достигнуто непрерывное поступление воздуха из атмосферы в ресивер 27 через обратные клапаны 39 и 40 с последующим сжатием и накоплением. Сжатый воздух в ресивере 27 посредством пневмоканалов 37, 38, 41, 42 и пневмораспределитель 5 взаимодействует с гидродвигателем 1 и приводит поршень 13 в возвратно-поступательное движение, благодаря чему насос-дозатор 2 перекачивает раствор жидких удобрений из емкости 8 в напорный трубопровод после задвижки 7 и далее к потребителю через фильтр 44, гидравлический канал связи 43, блок обратных клапанов 3, гидравлический канал связи 45 и кран 47. Ограничитель уровня воды 30 исключает попадание воды в пневмоканалы 37, 38, 41, 42 и полости пневмораспределителя 5 и гидродвигателя 1 и обеспечивает их долговечность и надежную работу в нейтральной безопасной среде (в воздухе).
В 2021 г. в условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» был изготовлен экспериментальный образец устройства для введения жидких удобрений в поливную воду. Лабораторные испытания показали его работоспособность, высокую надежность и удобство в эксплуатации. При диаметре поршня гидродвигателя 120 мм и поршня насоса-дозатора 50мм устройство работает устойчиво в диапазоне изменения давления в напорном трубопроводе 6 0,25…0,95 Мпа, перекачивая раствор удобрений из емкости 8 в напорный трубопровод 6 с производительностью 10…120 л/ч. Для изготовления экспериментального образца устройства были использованы: трубы напорного трубопровода 1.1/2'', ресивер объемом 19 л, эжектор 1'' и трубки пневмоканалов 37, 38, 41, 42 лишь из ПВХ 3.
Применение предполагаемого изобретения в сельском хозяйстве повысит надежность систем орошения сельскохозяйственных культур и производительность производства сельскохозяйственной продукции.