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. A01G25/02(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, работающем 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. A01C 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, технологическом отключения части поливной сети и т. д.) изменяется продолжительность подачи растворов средств химизации в поливную воду, что приводит к его неравномерному распределению 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 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, содержащем накопитель поливной воды с сифоном, работающем в автоматическом режиме, питающую трубку с краном, открытую емкость для растворов средств химизации, и закрытую мерную емкость, установленную ниже емкости для растворов средств химизации, накопитель поливной воды снабжен воздушным колпаком, установленным посредством штока и фиксатора в накопителе, и сообщенным с закрытой мерной емкостью воздушным каналом с коленом выше открытой емкости для растворов средств химизации, открытая емкость для средств химизации установлена выше уровня накопителя поливной воды, закрытая мерная емкость сообщена с открытой емкостью для растворов средств химизации гидравлическим каналом с коленом большим ,чем расстояние между воздушным колпаком и верхним уровнем воды в накопителе, при этом один конец канала расположен у дна емкости для средств химизации, а другой у крышки закрытой мерной емкости, сообщенной с накопителем поливной воды гидравлическим каналом с двумя коленами, нижнее колено расположено ниже воздушного колпака, а верхнее выше уровня открытой емкости для растворов средств химизации, один конец этого канала пропущен через дно с возможностью изменения его уровня, а другой конец расположен в зоне струи воды, поступающей из питающей трубки в накопитель поливной воды.
Сущность предполагаемого изобретения приведена на рисунках, где на Фиг.1 - Общий вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива; на Фиг. 2 - Общий вид конструктивной схемы устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива в разрезе; Фиг.3 - Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива после зарядки емкости для растворов средств химизации и открытия крана на питающей трубке; Фиг.4 - Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива при повышении уровня воды в накопителе и, как следствие, подача раствора средств химизации в накопитель воды; Фиг.5 - Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива при максимальном уровне (ВУ) воды в накопителе; Фиг.6 - Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива в начале снижения уровня воды в накопителе; Фиг. 7- Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива в процессе снижения уровня воды в накопителе и поступления раствора в закрытую мерную емкость; Фиг. 8 - Вид устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива после снижения уровня воды в накопителе ниже уровня нижней кромки воздушного колпака и заполнения мерной емкости раствором.
Устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива, состоит из накопителя поливной воды 1 с сифоном 2, работающем в автоматическом режиме, питающей трубки 3 с краном 4, открытой емкости для растворов средств химизации 5 и закрытой мерной емкости 6 (Фиг.1). Накопитель поливной воды 1 снабжен воздушным колпаком 7, установленным в ней посредством штока 8 и фиксатора 9 и сообщенным с закрытой мерной емкостью 6 воздушным каналом 10 с коленом 11. Закрытая мерная емкость 6 сообщена с открытой емкостью для растворов средств химизации 5 гидравлическим каналом 12 с коленом 13 и концами 14 и 15, расположенными, соответственно, у дна открытой емкости для средств химизации 5 и у крышки закрытой мерной емкости 6, и с накопителем поливной воды 1 гидравлическим каналом 16 с коленами 17 и 18, и концами 19 и 20, при этом конец 19 пропущен через дно закрытой мерной емкости 6 с возможностью изменения его уровня, конец 20 расположен в зоне струи воды, поступающей из питающей трубки 3, колено 17 расположено ниже воздушного колпака 7, а колено 18 выше уровня открытой емкости для средств химизации 5 (Фиг.2 - Фиг.8).
Перед началом работ по внесению средств химизации с поливной водой необходимо заполнить открытую емкость для средств химизации 5 соответствующим раствором, который заполняет закрытую мерную емкость 6 и все каналы до уровня раствора в открытой емкости для средств химизации 5 (Фиг.3).
Принцип работы устройства приведен при равенстве плотностей воды и раствора, что не отличается от принципа работы при их неравенстве, а приводит только к изменению размеров устройства.
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.3). Уровень воды в накопителе 1 начинает повышаться (начало цикла «накопление-слив») и до достижения уровня нижнего среза воздушного колпака 7, установленного посредством штока 8 и фиксатора 9, не оказывает никакого воздействия на закрытую мерную емкость 6. Дальнейшее повышение уровня воды в накопителе 1 до промежуточного уровня (ПУ) зажимает воздух в колпаке 7 и создает давление в закрытой мерной емкости 6 через канал 10, при этом давление воздуха вытесняет раствор находящийся выше конца 15 в открытую емкость для растворов 5 после чего под действием нарастающего давления воздуха в колпаке 7 уровень раствора в канале 12 понижается, а уровень в канале 16 поднимается выше колена 18, это приводит к сливу раствора в накопитель поливной воды, причем нисходящая часть колена начинает работать как сифон, уменьшает напор в канал 16, равный нисходящей части колена 18 и способствует ускоренному опорожнению закрытой мерной емкости (Фиг.4). После опорожнения мерной емкости 6 давление воздуха в ней продолжает расти до достижение уровня воды в накопителе 1 до ВУ (Фиг.5), препятствуя тем самым поступлению раствора из открытой емкости 5 в мерную емкость 6 через канал 12.
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 до ПУ приводит к понижению давления воздуха в воздушном колпаке 7 и в закрытой мерной емкости 6, что влечет за собой срыв работы сифонной части канала 16, и падения уровня раствора в ней ниже колена 18 (Фиг.6). Дальнейшее снижение уровня воды в накопителе 1 приводит к понижению давления в закрытой емкости 6 и поступлению в нее раствора из открытой емкости 5 по каналу 12 с концами 14 и 15 (Фиг.7).
Снижение уровня воды в накопителе 1 ниже воздушного колпака 7 приводит к сообщению канала 10 и закрытой мерной емкостью 6 с атмосферой (Фиг.8) и, заполнению зарытой мерной емкости 6, каналов 10 и 16 до уровня раствора в открытой емкости для средств химизации 5 (конец цикла «накопление - слив»). Далее циклы «накопление - слив» повторяются.
Выполнение колена 13 канала 12 большим чем расстояние между воздушным колпаком 7 и верхним уровнем (ВУ) воды в накопителе поливной воды 1 предотвращает утечку воздуха через канал 12.
Расположение колена 11 канала 10 и колена 18 канала 16 выше открытой емкости для средств химизации 5 предотвращает самопроизвольный слив раствора через эти каналы, а расположение нижнего колена 17 канала 16 ниже воздушного колпака 7 исключает возможность сообщения закрытой мерной емкости 6 с атмосферой.
Изменением уровня конца 19 канала 16 в закрытой мерной емкости 16 достигается изменения объема подачи раствора средств химизации в поливную воду.
С целью эффективного перемешивания раствора средств химизации с поливной водой конец 20 канала 16 помещен в зону струи воды из питающей трубки 3.
Таким образом, выполнение вспомогательной емкости в виде воздушного колпака 7 и помещение его в накопитель поливной воды 1, посредством штока 8 и фиксатора 9, и сообщенным с закрытой мерной емкостью 6 воздушным каналом 10 с коленом 11 выше открытой емкости для растворов средств химизации 5, установлением открытой емкости для средств химизации выше уровня накопителя поливной воды, сообщением закрытой мерной емкости 6 с открытой емкостью для растворов средств химизации 5 гидравлическим каналом 12 с коленом 13 большим ,чем расстояние между воздушным колпаком 7 и верхним уровнем (ВУ) воды в накопителе 1, сообщением закрытой мерной емкости 6 с накопителем поливной воды 1 гидравлическим каналом 16, конец 19 которого пропущен через дно закрытой мерной емкости 6 с возможностью изменения его уровня, а конец 20 расположен в зоне струи воды, поступающей из питающей трубки 3 в накопитель поливной воды 1, позволяют упростить конструкцию и повысить эффективность путем исключения влияния изменения технических характеристик потребителя на работу устройства и достижения изменения объема подачи раствора средств химизации в поливную воду.
2
В условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2021 году был изготовлен экспериментальный образец устройства для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива участка площадью до 1000 м со следующими конструктивными параметрами:
Открытая емкость для растворов объем 2,3 л, высота 12 см; средств химизации 5
внутреный
Мерная емкость 6 Ф 90 мм, высота 130 мм;
Воздушный канал 10 трубка ПВХ8;
Гидравлический канал 12,16 трубка ПВХ8;
колпак
Воздушный колпак 7 Ф 160 мм, высота 46 мм;
Накопитель воды 1 объем 120 л;
Разница между ВУ и НУ в накопителе воды 1 250 мм.
Проведены стендовые испытания экспериментального образца в лабораторных условиях с целью определения стабильности подачи раствора средств химизации в поливную воду при каждом цикле «накопление - слив». Результаты испытания приведены в таблице при подаче раствора средств химизации в объёмах 150, 265 и 455 мл, установленных посредством изменения положения конца 19 канала 16 в закрытой мерной емкости 6.
№циклов
Объем подачи раствораза за цикл «накопление-слив» поливной воды, мл
Опыт № 1
Опыт № 2
Опыт № 3
1
150
265
457
2
149
265
455
3
149
263
453
4
145
260
451
5
145
261
451
6
145
260
7
146
259
8
143
259
9
144
10
144
11
143
12
145
13
143
14
142
15
142
Результаты испытаний 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.