УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ ЖИДКИХ УДОБРЕНИЙ В ПОЛИВНУЮ ВОДУ
DEVICE FOR LIQUID FERTILIZER INJECTION IN 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, имеющее 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. А01С 23/04, F04B 43/00, опубл. в бюл. №47 от 23.12.1988].
Недостатками этого устройства являются сложность конструкции и большие энергетические потери на сопле Вентури, особенно при необходимости равномерного ввода небольших объемов жидких удобрений в напорный трубопровод с большим расходом.
Известно устройство для введения жидких удобрений в поливную воду, содержащее соединенный с насосами-дозаторами поршень гидродвигателя с напорным и сливным клапанами, кинематически связанную, с водилом переключающую рамку, один конец которой присоединен к поршню гидродвигателя, а другой - через установленные на горизонтальной оси пружины, емкость для удобрений, трубопроводы, блок обратных клапанов и соединительную арматуру, при этом для повышения эксплуатационной надежности и увеличения КПД гидродвигателя, оно снабжено дополнительной переключающей рамкой, установленной с противоположной стороны поршня гидродвигателя и кинематически связанной с водилом, при этом переключающие рамки снабжены упорами и установлены с возможностью поочередного взаимодействия с симметричными торцами клапанов, а корпус гидродвигателя снабжен упорами, установленными с возможностью ограничения угла отклонения переключающих рамок от нейтрального положения в пределах 5-7°, кроме того, отношение расстояния между опорами пружин в нейтральном положении к расстоянию от оси, переключающей рамки до горизонтальной оси крепления пружин, равно 1,1-2,5 [Авторское свидетельство SU №1716995, кл. А01С 23/04, опубл. в бюл. №9 от 07.03.1992, прототип].
Недостатками этого устройства являются сложность конструкции и невозможность работы в режиме без сброса отработанной гидродвигателем воды в атмосферу. Установка насосов дозаторов с разных сторон гидродвигателя и сброс отработанной гидродвигателем воды в атмосферу приводят к усложнению конструкции и ограничению диапазона применимости.
Целью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции устройства, повышение его надежности и расширения диапазона применимости путем создания нового гидрораспределителя и обеспечения работы устройства, как со сбросом, так и без сброса отработанной гидродвигателем воды в атмосферу.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для введения жидких удобрений в поливную воду, содержащем емкость для жидких удобрений, напорный трубопровод с задвижкой, перфорированный трубопровод, гидравлические каналы связи, эжектор, запорные арматуры, фильтры, насос-дозатор, соединенный через обратные клапана с эжектором, и гидродвигатель с рабочими полостями и поршнем, кинематический связанный через шток; с одной стороны с насосом-дозатором, а с другой стороны через подпружиненный переключатель с гидрораспределителем, гидрораспределитель выполнен в виде корпуса с радиальными входным и выходными каналами с одной стороны и два рабочими каналами с другой стороны, торцевых крышек с эластичными шайбами и штока с 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, кроме того, корпус гидрораспределителя выполнен полым, с седлами 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.
На Фиг. 1 изображена принципиальная схема Устройства для введения жидких удобрений в поливную воду; на Фиг. 2 Вид - А на Фиг. 1; на Фиг. 3 Вид - Б на Фиг. 2; на Фиг. 4 Конструкция гидрораспределителя в частичном разрезе; на Фиг. 5 Конструкция гидрораспределителя с полном разрезом корпуса и торцевых крышек; на Фиг. 6 Конструкция штока гидрораспределителя в разрезе; на Фиг. 7 и Фиг. 8 приведены фото экспериментального образца с разных положений.
Устройство для введения жидких удобрений в поливную воду состоит из гидродвигателя 1, кинематический связанного с одной стороны через подпружиненный переключатель 2 с гидрораспределителем 3, а с другой стороны - с насосом-дозатором 4 с блоком обратных клапанов 5, напорного 6 с задвижкой 7 и перфорированного 8 трубопроводов и емкости для жидких удобрений 9. Гидродвигатель 1 имеет рабочие полости 10 и 11, поршень 12 и шток 13 жестко закрепленные между собой. На левом конце штока закреплен рычаг 14 с толкателями 15 и 16 для взаимодействия с переключателем 2, а на правом конце установлен поршень 17 насоса-дозатора 4 с рабочими полостями 18 и 19. Гидрораспределитель 3 имеет входной 20, выходной (сливной) 21 и рабочие 22 и 23 гидравлические каналы. Входной канал 20 посредством гидравлических каналов связи 24 и 25 сообщен с напорным трубопроводом 6 через фильтр 26 и кран 27, сливной канал 21 имеет возможность сообщения с перфорированным трубопроводом 8 через гидравлические каналы связи 28, 29, 30 и кран 31 или с эжектором 32 через гидравлические каналы связи 33, 34, 35 и кран 36, а рабочие 22 и 23 каналы связи сообщены, соответственно, с рабочими полостями 10 и 11. Вход эжектора 32 сообщен с напорным трубопроводом 6 до задвижки 7 через гидравлические каналы связи 37, кран 38, выход - с напорным трубопроводом после задвижки 6 через гидравлический канал связи 39 и кран 40, а всасывающая часть соединена с нагнетательной частью 41 блоком обратных клапанов 5 через гидравлические каналы связи 35 и 42 и со сливным выходом 21 через гидравлические каналы связи 35, 34, 33, 28 и кран 36. Для приготовления раствора удобрений емкость 9 через гидравлический канал связи 43 и кран 44 сообщен с напорным трубопроводом 6. Всасывающая часть 45 блока обратных клапанов 5 через гидравлический канал связи 46 и фильтр 47 сообщена с емкостью 9. Блок обратных клапанов 5 содержит всасывающие 48, 49 и нагнетательные 50, 51 обратные клапана. Крышка 52 и перегородка 53 гидродвигателя 1 снабжены, соответственно, уплотнительными муфтами 54 и 55.
Гидрораспределителя 3 содержит полый корпус 56, с седлами 57, 58 и полостями 59, 60, торцевые крышки 61, 62 с полостями 63, 64 и эластичными шайбами 65, 66 и шток 67 с ограничителем хода 68, седлами 69, 70 и упором 71. Шток 67 выполнен в центре полым с радиальными отверстиями 72, 73, снабжен эластичными шайбами 74, 75 и ограничен в ходе посредством торцевой крышки 62, ограничителя хода 68 и седла 58. К корпусу 56 приварены болты 76, 77 с гайками 78, 79 для неподвижного крепления гидрораспределителя 3 к подпружиненному переключателю 2.
Стрелки () на Фиг. 1 и на Фиг. 3 показывают направления движения воды в напорном трубопроводе 6.
Устройство для введения жидких удобрений в поливную воду работает в двух режимах.
Режим 1. Вода, отработанная гидродвигателем 1, подается обратно в напорный трубопровод 6.
Режим 2. Вода, отработанная гидродвигателем 1, сливается через перфорированный трубопровод 8 в атмосферу.
Рассмотрим работу устройства в режиме 1, так как этот режим боле приемлем как на системах орошения в сельском хозяйстве, так и в системах водоснабжения в целом.
Для работы в режиме 1 необходимо выполнить следующие действия:
- в емкость 9 загружать растворимые удобрения, открыть кран 44 и через гидравлический канал связи 43 заполнить емкость водой до получения необходимой концентрации раствора жидких удобрений, после чего закрыть кран 44;
- закрыть кран 31 и открыть краны 36, 38 и 40;
1
2
- посредством задвижки 7 (с помощью перекрывания) создать до и после задвижки, соответственно, давления P и P таким образом, чтобы эжектор 32 развивал пониженное давление в гидравлическом канале связи 35.
1
Чтобы привести в движение насос-дозатор 4 с блоком обратных клапанов 5 и начинать подачу раствора удобрений из емкости 9 в напорный трубопровод 6, открывают краны 27. При этом вода под давлением P из напорного трубопровода 6 до задвижки 7 через кран 27, гидравлический канал связи 25, фильтр 26, гидравлический канал связи 24, входной гидравлический канал 20, гидрораспределитель 3, неподвижно закрепленный на корпусе подпружиненного переключателя 2 посредством болтов 76, 77 и гаек 78, 79 и рабочий канал связи 22 поступает в рабочую полость 10 гидродвигателя 1. Поршень 13 со штоком 12 начинают движение влево, (Фиг. 1) вытесняя воду из рабочей полости 11 в напорный трубопровод 6 после задвижки 7, через рабочий канал связи 23, гидрораспределитель 3, выходной (сливной) канал связи 21, гидравлические каналы связи 28, 33, 34, 35 и 39, краны 36, эжектор 32 и кран 40 (начало цикла). При этом перемещается влево также поршень 17 насоса-дозатора 4, заполняя рабочую полость 19 жидким раствором удобрений из емкости 9 через фильтр 47, гидравлический канал связи 46, всасывающую часть 45 блок обратных клапанов 5 и обратный клапан 48 и вытесняя раствор удобрений из полости 18 в напорный трубопровод 6 после задвижки 7 через обратный клапан 51, напорную часть блока обратных клапанов 41, гидравлические каналы связи 42, 35, 39, эжектор 32 и кран 40.
1
2
При перемещении поршня 13 в крайне левое положение толкатель 16 рычага 14, контактируя с подпружиненным переключателем 2, релейно переводит шток 67 гидрораспределителя 3 в крайнее правое положение (Фиг. 5), сообщая входной канал связи 20 с рабочим каналом связи 23, а сливной канал связи 21 - с рабочим каналом связи 22. Начинается перемещение поршня 12, поршня 17 и штока 13 вправо и вытеснение воды из полости 10 в напорный трубопровод 6 после задвижки 7, через рабочий канал связи 23, гидрораспределитель 3, выходной (сливной) канал связи 21, гидравлические каналы связи 28, 33, 34, 35 и 39, краны 36, эжектор 32 и кран 40, вытеснение раствора удобрений из рабочей полости 19 в напорный трубопровод 6 после задвижки 7 через обратный клапан 50, напорную часть блока обратных клапанов 41, гидравлические каналы связи 42, 35, 39, эжектор 32 и кран 40 и заполнение раствором удобрения рабочую полость 18 жидким раствором удобрений из емкости 9 через фильтр 47, гидравлический канал связи 46, всасывающую часть 45 блок обратных клапанов 5 и обратный клапан 49. При достижении поршня 17 крайнего правого положения (Фиг. 1), толкатель 15, контактируя с подпружиненным переключателем 2, релейно переводит шток 67 гидрораспределителя 3 в крайнее левое положение (Фиг. 4), сообщая входной канал связи 20 с рабочим каналом связи 22, а сливной канал связи 21 - с рабочим каналом связи 23 (конец цикла). Далее циклы повторяются, гидродвигатель 1 совершает возвратно-поступательные движения посредством взаимодействия переключателя 2 и гидрораспределителя 3, и благодаря разнице давления P и P и создания эжектором 32 пониженного давления в гидравлическом канале связи 35, отработанная гидродвигателем 1 вода подается обратно в напорный трубопровод 6 после задвижки 7 и непрерывно закачивает насосом-дозатором 4 раствор удобрения из емкости 9 в напорный трубопровод 6 после задвижки 7.
1
2
Гидрораспределитель 3 работает следующим образом. В крайнем правом положении поршня 12 (Фиг. 1), шток 67 гидрораспределителя 3 посредством взаимодействия упора 71 и переключателя 2 автоматически переводится в крайнее левое положение (Фиг. 4). Начинается движение поршня 17 насоса-дозатора 4 влево (начало цикла), так как давление P напорного трубопровода 6 до задвижки 7 сообщается с рабочей полостью 10 через кран 27, гидравлические каналы связи 24, 25, фильтр 26, входной канал 20, полость 63 торцевой крышки 61, полость 59, отверстие в корпусе 56 и рабочий канал связи 22, а рабочая полость 11 сообщается с давлением Р напорного трубопровода 6 после задвижки 7 через рабочий канал связи 23, отверстие в корпусе 56, полость 60, проходное сечение седла 58, сливной канал 21, гидравлические каналы связи 28, 33, 34, 35, 39, эжектор 32 и краны 36 и 40, поскольку проходные сечения седел 57 и 70 закрыты, соответственно, эластичными шайбами 74 и 66.
1
2
В крайнем левом положении поршня 17 насоса-дозатора 4, шток 67 посредством взаимодействия упора 71 и переключателя 2 автоматический переводится в крайне правое положение (Фиг. 5). Начинается движение поршня 17 вправо, так как давление P напорного трубопровода 6 до задвижки 7 сообщается с рабочей полостью 11 через кран 27, гидравлические каналы связи 24, 25, фильтр 26, входной канал 20, полость 63 торцевой крышки 61, радиальные отверстия 72 и 73, полую центральную часть штока 67 (Фиг. 6), полость 60, отверстие в корпусе 56 и рабочий канал связи 23, а рабочая полость 10 сообщается с давлением Р напорного трубопровода 6 после задвижки 7 через рабочий канал связи 22, отверстие в корпусе 56, полость 59, открытое проходное сечение седла 57, сливной канал 21, гидравлические каналы связи 28, 33, 34, 35, 39, эжектор 32 и краны 36 и 40, поскольку проходные сечения седел 58 и 69 закрыты, соответственно, эластичными шайбами 75 и 65. При достижении поршня 12 к крайнему правому положению (Фиг. 1), шток 67 гидрораспределителя 3 посредством взаимодействия упора 71 и переключателя 2 автоматически переводится в крайнее левое положение (конец цикла).
В режиме 2 устройство работает аналогичном образом режима 1. Для работы в режиме 2 необходимо выполнить следующие действия:
- в емкость 9 загружать растворимые удобрения, открыть кран 44 и через гидравлический канал связи 43 заполнить емкость водой до получения необходимой концентрации раствора жидких удобрений, после чего закрыть кран 44;
1
2
- открыть задвижку 7 полностью (P=P).
- закрыть кран 36 и открыть краны 38 и 40;
2
атм.
В режиме 2 также из емкости 9 раствор удобрений подается в напорный трубопровод 6 посредством насоса-дозатора 4 с блоком обратных клапанов 5. Чтобы привести в движение насос-дозатор 4, открывают краны 27. При этом вода из напорного трубопровода 6 поступает в гидродвигатель 1, передает поршням 12 и 17 возвратно-поступательное движение и выбрасывается в атмосферу через каналы связи 28, 29, 30, кран 31 и перфорированный трубопровод 8. Из перфорированного трубопровода 8 отработанная вода утилизируется по прилагающей к нему территории. Подача удобрения из емкости 9 в напорный трубопровод 6 обеспечивается за счет разницы давлений в напорном (Р) и перфорированном (Р) трубопроводе и разницы площадей поршней 12 и 17.
Уплотнительные муфты 54 и 55, установленные на крышке 52 и перегородке 53, предотвращают утечку воды, соответственно, из полости 11 в атмосферу и из полости 10 в полость 18 и обратно.
Таким образом, выполнение корпуса гидрораспределителя 3 полым с неподвижными седлами 57, 58, - штока 67 с подвижными седлами 69, 70, эластичными шайбами 74, 75 и полым участком в центре с радиальными отверстиями 72, 73 и - торцевых крышек 61, 62, соответственно, с эластичными шайбами 65, 66 позволило получить требуемые проходные сечения седел при незначительном ходе (6 мм) штока 67. Незначительный ход штока 67 и возможность торцевого уплотнения седел 57, 58, 69, 70, соответственно, эластичными шайбами 74, 75, 65, 66 позволили упростить конструкцию гидрораспределителя 3, повысить пропускную способность и его надежность. Соединение напорной части 41 блока обратных клапанов 5 к всасывающей части эжектора 32 и сливного выхода 21 к перфорированному трубопроводу 8 или к эжектору 32 позволило подавать раствор жидких удобрений из емкости 9 в напорный трубопровод 6, как со сбросом, так и без сброса отработанной гидродвигателем 1 воды в атмосферу, что значительно расширило диапазон его применимости. Уплотнительные муфты 54 и 55, установленные на крышке 52 и перегородке 53, позволили снизить эксплуатационные затраты устройства, путем обеспечения легкодоступности рабочих элементов при ремонтных работах.
В 2017 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 80 мм устройство работает устойчиво в диапазоне изменения давления в напорном трубопроводе 6 0,15…0,95 МПа (Фиг. 7 и Фиг. 8).
Применение предлагаемого изобретения в сельском хозяйстве повысит надежность систем орошения сельскохозяйственных культур и производительность производства сельскохозяйственной продукции.