Устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива
DEVICE FOR APPLYING CHEMICALS WITH IRRIGATION WATER ON DISCRETE IRRIGATION SYSTEMS

Изобретение относится к области механизации сельского хозяйства, в частности к многоцелевому использованию оросительных систем дискретного полива для внесения в почву с поливной водой растворов средств химизации.
Известно устройство для полива, содержащее питающую трубку с краном, накопительную емкость, связанную с поливными трубопроводами через сифон и снабженное смесителем, сообщенным с накопительной емкостью через трубку-сифон, один конец которой расположен у донышка смесителя, а другой конец направлен вверх и размещен в накопительной емкости ниже верхнего уровня трубки-датчика уровня жидкости.         [Патент России 2 015 661, кл. А01G25/02(1990.01), А01М 7/00 (1990.01) от 09.04.1992].
Недостатком этого устройства для полива и внесения растворимых минеральных удобрений с поливной водой является непрерывное понижение концентрации раствора от цикла к циклу без изменения его объема, что требует длительного времени работы устройства для полного выноса раствора из смесителя и подачи на орошаемый участок. Длительный период выноса приводит также к усложнению применения разновидных растворимых удобрений в фазе активного развития растений, когда за короткий промежуток времени требуется вносить в почву несколько видов удобрений поочередно.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива, содержащее накопитель поливной воды с сифоном, работающим в автоматическом режиме, и питающей трубкой с краном, приемник-коллектор, поливные трубки с водовыпусками, гидравлические каналы связи и емкость для растворов средств химизации. В этом устройстве емкость для раствора средств химизации выполнена открытой, установлена на уровне накопителя поливной воды, снабжена замкнутой мерной и вспомогательной емкостями, установленными соответственно ниже уровня емкости для растворов средств химизации и выше уровня соединения поливных трубопроводов к приемнику-коллектору, при этом мерная емкость гидравлическими каналами связи сообщена с емкостью средств химизации, верхней частью приемника-коллектора и через вспомогательную емкость с нижней частью приемника-коллектора [Патент России 2 308 182, кл. A01С 23/04 (2006.01); A01G 25/02 (2006.01); от 15.02.2006 (прототип)].
Недостатками этого устройства для внесения средств химизации с поливной водой являются сложность конструкции устройства, невысокая надежность и зависимость его работы от состояния (технических характеристик потребителя) поливной сети. При изменении характеристики поливной сети (засорение части водовыпусков) изменяется продолжительность подачи растворов средств химизации к поливной воде, что приводит к его неравномерному распределению по орошаемому участку.  Подача растворов средств химизации в поливную воду происходит во время части фазы «полив», что не обеспечивает полное растворение растворов в поливной воде и приводит так же к снижению равномерности распределения раствора по орошаемому участку.  Устройство не обеспечивает возможность изменения объема подачи раствора средств химизации в поливную воду.
Целью настоящего изобретения являются упрощение конструкции и повышение эффективности путем исключения влияния изменения технических характеристик потребителя на работу устройства и достижения плавного изменения объема подачи раствора средств химизации в поливную воду.
Поставленная цель достигается тем, что  в устройстве для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива, содержащее накопитель поливной воды с сифоном, работающим в автоматическом режиме,  питающую трубку с краном, емкость для растворов средств химизации и мерную емкость,  емкость для растворов средств химизации выполнена закрытой со ступенчатым дном и фиксатором, и установлена выше уровня накопителя поливной воды, сообщена с зоной струи воды, поступающей из питающей трубки в накопитель поливной воды, через сливную трубку с краном, вход которой расположен на уровне зоны нижнего дна, а  выход на уровне ниже верхнего дна, снабжена  открытой мерной ёмкостью с расширителем и направляющим штоком, установленным по скользящей посадке в фиксаторе, полость мерной емкости  посредством расширителя и гибкой трубки с коленом, расположенным выше емкости растворов средств химизации, сообщена с зоной  ниже уровня выхода сливной трубки с краном,  мерная емкость выполнена с холостой частью, шкалой подачи раствора средств химизации и зажимом, причем ее полость соединена с атмосферой посредством гибкой трубки, один конец которой соединен с зоной ее дна, а другой пропущен через зажим с возможностью перемещения по шкале подачи раствора средств химизации.
Сущность предлагаемого изобретения приведена на рисунках, где на Фиг.1 – Общий вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива внерабочем состоянии; на Фиг. 2 - Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива в рабочем состоянии; на Фиг.3 – Общий вид  конструктивной схемы устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива в  рабочем состоянии в разрезе; на Фиг.4 – Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива после зарядки емкости для растворов средств химизации и открытии кранов на сливной и питающей трубках; Фиг.5 – Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива при повышения уровня воды в накопителе и, как следствие,  подача раствора средств химизации в накопитель воды; Фиг.6 – Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива при максимальном уровне (ВУ) воды в накопителе; Фиг.7 – Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива при снижении уровня воды в накопителе; Фиг.8 – Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива при снижении уровня воды в накопителе ниже уровня нижней кромки мерной емкости;
Устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива, состоит из накопителя поливной воды 1 с сифоном 2, работающим в автоматическом режиме, питающей трубки 3 с краном 4, закрытой емкости 5 для растворов средств химизации и открытой мерной емкости 6 (Фиг.1). Закрытая емкость  5 для растворов средств химизации выполнена  со ступенчатым 7 и 8 дном  и фиксатором 9, и установлена выше уровня накопителя поливной воды 1, сообщена с зоной струи воды, поступающей из питающей трубки 3 в накопитель поливной воды 1, через сливную трубку 10 с краном 11. Вход 12  сливной трубки 10 расположен на уровне зоны нижнего дна 8, а  выход 13 на уровне ниже верхнего дна 7. Открытая мерная  ёмкость 6 выполнена с расширителем 14 и направляющим штоком 15, установленным по скользящей посадке в фиксаторе 9. Полость открытой мерной емкости 6  посредством расширителя 14 и гибкой трубки 16 с коленом 17, расположенным  выше закрытой емкости 5 для растворов средств химизации, сообщена с зоной  ниже  верхнего дна 7 и уровня выхода 13 сливной трубки 10. Мерная емкость 6 выполнена с холостой частью 18, шкалой подачи раствора средств химизации 19 и зажимом 20, причем ее полость соединена с атмосферой посредством гибкой трубки 21, один конец 22 которой соединен с зоной ее дна, а другой конец 23 пропущен через зажим 20 с возможностью перемещения по шкале подачи раствора средств химизации 19 (Фиг. 2 и Фиг.3).
Для подготовки устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива к работе, от нерабочего состояния (Фиг.1) в рабочее состояние (Фиг.2), необходимо посредством фиксатора 9 и направляющего штока 15 установить мерную емкость 6 в накопителе воды 1 таким образом, чтобы верхний уровень расширителя 14 оказалось ниже предполагаемого верхнего уровня (ВУ) воды в накопителе 1 (Фиг.2 и Фиг.6), закрыть кран 11, заполнить закрытую емкость 5 раствором средств химизации и герметично закрыть крышкой, открыть кран 11 на сливной трубке 10 и посредством зажима 20 установить конец 23 гибкой трубки 21 на шкале 19 на требуемый объем подачи раствора средств химизации. При этом, из-за сообщения полости гибкой трубки 16 с атмосферой, уровень раствора средств химизации в ней установится на уровне выхода 13 сливной трубки 10, что на величину h выше уровня  среза трубки 16 (см. Фиг.4), а уровень раствора в емкости 5 снизится незначительно, так как в емкости 5 создаётся вакуум.
Устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива работает следующим образом. Вода из питающей трубки 3 расходом q, задаваемым краном 4 поступает в накопитель воды 1 (Фиг.4). Уровень воды в накопителе 1 начинает повышаться (начало цикла накопление-слив) и до достижения уровня нижнего среза мерной емкости 6 не оказывает никакого воздействия на закрытую емкость 5 для растворов средств химизации. Дальнейшее повышение уровня воды в накопителе 1 (Фиг.5), на участке холостой части 18 мерной емкости 6 и до уровня нижнего среза конца 23 гибкой трубки 21, приводит к свободному вытеснению воздуха из мерной емкости 6 в атмосферу через гибкую трубку 21. Далее повышение уровня воды в накопителе 1 выше уровня конца 23 гибкой трубки 21 сопровождается  отставанием уровня воды в мерной емкости 6 на величину больше h, сжатием воздуха в нем  и вытеснением его в закрытую емкость 5, что приводит к уменьшению вакуума в закрытой емкости 5 и сливу раствора средств химизации из него, в объеме превышающем  больше чем объем мерной емкости 6, в зону струи воды, поступающей из питающей трубки 3 в накопитель поливной воды 1 через сливную трубку 10 с краном 11 и входным 12 и выходным 13 концами (Фиг.5). Слив раствора средств химизации из закрытой емкости 5 в накопитель 1 происходит до достижения уровня воды в накопителе 1 к уровню дна мерной емкости 6 плюс высоту h. Повышение уровня воды в накопителе 1 в промежутке от уровня дна мерной емкости 6 плюс высота h до ВУ, не приводит к изменению подачи раствора средств химизации (подача раствора практически прекращается), так как диаметр мерной емкости 6 выбран много больше диаметра расширителя 14 (Фиг.6). Для исключения влияния возможного колебания верхнего уровня (ВУ) в накопителе 1 на объем подачи растворов средств химизации, верхний уровень расширителя 14 установлен ниже ВУ в накопителе 1. При достижении уровня воды в накопителе 1 ВУ, сифон 2 автоматически срабатывает и производит слив воды из накопителя 1 с расходом Q, иногда превышающим расход q на порядок. Начинается снижение уровня воды в накопителе 1. Снижение уровня воды в накопителе 1 создает вакуум в мерной емкости 6 с расширителем 14, в гибкой трубке 16 с коленом 17 и в гибкой трубке 21 с концом 23. Уровень раствора в гибкой трубке 16 со стороны закрытой емкости 5 поднимается, а уровни воды в расширителе 14 и в гибкой трубке 21 с концом 23 остаются выше уровня воды в накопителе воды 1(Фиг.7). Дальнейшее снижение уровня воды в накопителе 1 ниже уровня конца 23 гибкой трубки 21 усиливает вакуум в трубке 21 со стороны мерной емкости 6, не изменяя столб воды со стороны конца 23, вследствие чего столб воды в трубке 21 со стороны конца 23 всасывается в мерную емкость 6 и сообщает ее полость с атмосферой. Вода из мерной емкости 6 с расширителем 14 сливается в накопитель воды 1, при этом атмосферный воздух, благодаря проходному сечению расширителя, беспрепятственно проходит через столб воды в расширителе 14 в гибкую трубку 16 с коленом 17 и срывает вакуум в ней. Уровень раствора в гибкой трубке 16 опускается до уровня выхода 13 сливной трубки 10. Дальнейшее совместное снижение уровня воды в накопителе 1 и в мерной емкости 6 до нижнего среза холостой части 18 производит очистку гибкой трубки 21 от случайно образовавшихся в ней водовоздушных пузырьков. Снижение уровня воды в накопителе 1 от уровня нижнего среза мерной емкости 6 до нижнего уровня (НУ) в накопителе 1 не оказывает никакого воздействия на закрытую емкость для раствора 5 (Фиг.8).
За период снижения уровня воды в накопителе 1, благодаря повышению уровня раствора в гибкой трубке 16 происходит постепенное  увеличение вакуума в закрытой емкости 5, что исключает самопроизвольный слив раствора из него через сливную трубку 10 и кран 11 в накопитель воды 1. При понижении уровня воды в накопителе 1 до уровня НУ (конец цикла накопление – слив) сифон 2 автоматически прекращает работу (прекращается слив воды из накопителя 1 с расходом Q) и начинается новый цикл накопления - слив и подачи очередного объема раствора средств химизации в неё из закрытой емкости 5.
При каждом повышении уровня воды в накопителе 1 на промежутке от нижнего среза мерной емкости 6 (холостой части18) до уровня конца 23 гибкой трубки 21 происходит очищение гибкой трубки 21 от оставшихся в ней водовоздушных пузырьков посредством вытеснения вздуха из мерной емкости 6, что повышает стабильность подачи раствора из емкости 5 в накопитель 1.
Плавное изменение объема подачи раствора средств химизации из закрытой емкости 5 в накопитель воды 1 осуществляется с помощью гибкой трубки 21, перемещая ее конец 23 по шкале подачи растворов 19 и закрепляя ее посредством зажима 20 на требуемом значение объема раствор средств химизации.
Выполнение закрытой емкости 5 со ступенчатым позволяет взаиморасположить входной 12, выходной 13 концы сливной трубки 10 и входной конец гибкой трубки 16 так, чтобы опорожнялась закрытая емкость 5 без остатка и исключилась возможность, как попадания воздуха из гибкой трубки 16 в сливную трубку 10, так и попадания воздуха из атмосферы в закрытую емкость 5 через сливную трубку 10.
Расположение выхода 13 сливной трубки 10 в зоне струи питающей трубки 3 позволяет эффективно растворять дозы раствора средств химизации в поливной воде.
Выполнение трубки 16 с коленом 17, расположенным выше емкости 5, позволяет исключить самопроизвольное истечение раствора средств химизации в накопитель 1 процессе заправки емкости 5.
Таким образом, благодаря тому, что емкость 5 выполнена закрытой, установлена выше уровня накопителя воды 1 и сообщена гибкой трубкой 16 с открытой мерной емкостью 6 с расширителем 14,  шкалой подачи растворов 19, холостой частью 18 и гибкой трубкой 21 с концом 23, закрепленном в зажиме 20 на требуемом объеме подачи растворов и выход 13 сливной трубки 10 помещен в зону струи питающей трубки 3 достигнуто упрощение конструкции и повышение эффективности путем исключения влияния технических характеристик потребителя на работу устройства, достижения плавного изменения объема подачи растворов средств химизации в поливную воду и повышения распределения этих средств по орошаемому участку.
2
В условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2020 году был изготовлен экспериментальный образец устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива участка площадью до 1000м со следующими конструктивными параметрами:
Закрытая емкость 5                                           объем 3л, высота 23см;
внутреный
Мерная емкость 6                                     Ф 69мм, высота 74мм;
внутреный
Расширитель 14                                        Ф 16мм, высота 55мм;
Высота холостой части 18                                                             20мм;
Гибкие трубки 21 и 16                                                      трубка ПВХ8;
Сливная трубка 10                                                            трубка ПВХ6;
Накопитель воды 1                                                               объем 120л;
Разница между ВУ и НУ в накопителе воды 1                            240мм.
Проведены стендовые испытания экспериментального образца в лабораторных условиях с целью определения стабильности подачи раствора средств химизации в поливную воду при каждом цикле накопления воды в накопителе 1 и слива из него. Результаты испытания приведены в таблице при подаче раствора средств химизации в объёме 80, 125 и 220мл, установленных на шкале подачи растворов средств химизации 19.
№  цикла
Объем подачи раствора за 1 цикл накопление-слив поливной воды, мл.
Опыт № 1
Опыт № 2
Опыт № 3
1
79
125
220
2
80
127
220
3
80
130
222
4
80
130
220
5
80
130
220
6
80
130
222
7
80
130
218
8
81
125
220
9
79
125
220
10
80
127
216
11
80
125
217
12
80
125
220
13
79
125
-
14
80
125
-
15
80
124
-
16
80
123
-
17
80
123
-
18
80
124
-
19
80
-
-
20
80
-
-
21
80
-
-
22
83
-
-
23
85
-
-
24
80
-
-
25
80
-
-
26
85
-
-
27
80
-
-
28
80
-
-
29
80
-
-
30
81
-
-
31
79
-
-
32
79
-
-
33
79
-
-
34
77
-
-
Результаты испытания показывают высокую стабильность подачи раствора средств химизации при каждом цикле накопление-слив поливной воды.
Применение предполагаемого изобретения в системах дискретного полива для внесения в почву с поливной водой растворов средств химизации значительно повысит надежность и эффективность этих систем.