ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С НИЗКОНАПОРНЫМИ ДОЖДЕВАЛЬНЫМИ МАШИНАМИ КРУГОВОГО ДЕЙСТВИЯ
ENERGY-EFFICIENT AUTOMATED IRRIGATION SYSTEM WITH LOW-HEAD SPRINKLING MACHINES OF CIRCULAR ACTION

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при орошении сельскохозяйственных культур низконапорными дождевальными машинами кругового действия.
Известен регулятор скорости дождевальной машины (А.с. 973079, SU, МКИ А01G 25/09). Регулятор скорости содержит установленный на ведущей тележке задатчик скорости с приводом. Привод задатчика скорости выполнен в виде храпового механизма, кинематически связанного посредством качающегося рычага, имеющего подвижную ось вращения колеса ведущей тележки, причем качающийся рычаг снабжен приводом поступательного движения подвижной оси вращения, связанным с программным устройством.
Недостатком устройства является его сложность.
Известно устройство управления дождевальной машиной (ДМ), включающее регулятор скорости движения ДМ, положения дождевальной машины на поле и открытия дождевальных аппаратов, датчики скорости и положения ДМ на поле и блок задания программы полива (А.с. 1020084, SU, А01G 25/16. - Опубл. 08.10.81 - Бюл. №20).
Недостатком устройства является отсутствие возможности перевода дождевальной машины на низконапорный режим работы и управления работой машины по командам датчика увлажнения почвы.
Известна система управления и защиты многоопорной дождевальной машины, содержащая реверсивный исполнительный механизм, узел управления, выполненный на электрогидрореле, источник питания, последовательно соединенные датчики защиты и управления, генератор коротких импульсов тока напряжением 180-200 В, проходящих по линии защиты и переключающих тиристоры узла управления электрогидрореле (А.с. 1028287, SU, МКИ А01G 25/16. - Опубл. 15.07.83. - Бюл. №26).
Система обеспечивает восстановление переходных сопротивлений контактов линии электрической защиты.
Недостатком системы является непредотвращение гидроударов в трубопроводной сети и в трубопроводе машины, возникающих при открытии и закрытии гидрозадвижки на входе дождевальной машины.
4
Известна система управления и аварийной защиты многоопорной дождевальной машины (ДМ) (А.с. 1360653, SU, МКИ, А01G 25/16, 25/09. - Опубл. 23.12.85. - Бюл. №47). Система содержит пульт управления, двухпроводную линию связи, блок электрической защиты от аварий, гидроуправляемую задвижку на входе трубопровода машины. С целью повышения надежности работы системы электрической защиты дождевальной машины и повышения надежности защиты трубопроводной сети и дождевальной машины от гидроударов система дополнительно содержит электроконтактный манометр на трубопроводе машины, имеющий контакты контроля нижнего порога заданного давления и отсутствия давления, дополнительное электрогидрореле в цепи дренажного сброса воды из гидропривода задвижки, а в цепь электрической защиты дополнительно включен электрогидравлический клапан трубопровода питания гидропривода ведущей тележки.
Недостатками системы являются неполное устранение гидроударов, возникающих при старт-стопном закрытии и открытии задвижки, возможность поломки трубопровода машины при одновременной неисправности задвижки на входе ДМ и узла системы синхронизации движения ДМ на опорной тележке ДМ.
Известна низконапорная оросительная система с гидравлической насосной станцией и низконапорными дождевальными машинами (Патент 603, KG, МПК А01G 25/09. - Опубл. 31.11.2003 - Бюл. №11).
Система содержит пропеллерную турбину, работающую на перепаде уровней на водораспределительных узлах. Вал турбины соединен с валом низконапорного насоса на входе подводящего трубопровода, к которому подключены дождевальные машины ДМ «Фрегат». Дождевальная машина снабжена высоконапорным насосом, подающим воду в систему гидравлической защиты и линию питания гидроприводов ДМ.
Недостатком системы является отсутствие управления скоростью движения ДМ по командам датчиков увлажнения почвы и устранения гидроударов, возникающих при открытии и закрытии задвижки на входе ДМ и переключениях насосов на насосной станции, необходимость установки высоконапорного насоса на дождевальной машине, установка турбин только на водораспределительных узлах.
Техническим результатом заявленного изобретения является использование энергии потока воды в ирригационном канале для работы привода насосов оросительной системы, предотвращение возникновения гидроударов в оросительной системе с дождевальными машинами, упрощение конструкции автоматизированной системы управления движением дождевальной машины и предотвращение потерь поливной воды на глубинную фильтрацию.
Заявленный технический результат достигается тем, что известная низконапорная оросительная система, содержащая низконапорный и высоконапорный насосы, соединенные с низконапорным и высоконапорным подводящими трубопроводами оросительной сети, с которыми соответственно соединены поливные трубопроводы дождевальных машин и их линии питания гидроприводов, согласно изобретению, содержит водяное колесо, установленное в ирригационном канале, вал которого через редуктор соединен с валами высоконапорного, низконапорного насосов и генератором. Центральный пульт управления оросительной системой соединен с автоматической метеостанцией, генератором, затвором на входе насосов и через линию связи и питания с блоками управления работой дождевальных машин. Блок управления 15 работой дождевальных машин соединен с линией электрической защиты дождевальной машины от аварий, в цепь которой включен электропривод первого вентиля, установленного на входе гидропривода ведущей опорной тележки, с электроприводом второго вентиля, установленного на входе линии управления дождевальными аппаратами, расходомером, установленным на входе трубопровода дождевальной машины, датчиками положения дождевальной машины на местности, датчиком хода колеса первой опорной тележки и датчиком контроля инфильтрационного потока влаги в активном слое почвы.
Система обеспечивает использование энергии потока воды в ирригационном канале для работы насосной станции, предотвращает возникновение гидроударов в оросительной системе, минимизирует затраты энергии на полив, предотвращает непроизводительные потери поливной воды на инфильтрацию в горизонты, лежащие ниже активного слоя почвы.
На чертеже приведена схема энергосберегающей автоматизированной оросительной системы с низконапорными дождевальными машинами (ДМ) кругового действия.
Оросительная система (ОС) содержит ирригационный канал 1, установленное на нем водяное колесо 2, водозаборное сооружение 3, выход которого через затвор 4 с мембранным приводом соединен с входами низконапорного насоса 5 и высоконапорного насоса 6. Вал водяного колеса 2 через редуктор 7 соединен с валами низконапорного насоса 5, высоконапорного насоса 6 и генератором 8. Выход низконапорного насоса 5 соединен через расходомер 9 с низконапорным подводящим трубопроводом 10 ОС, выход высоконапорного насоса 6 соединен через расходомер 11 с высоконапорным подводящим трубопроводом 12 ОС.
Низконапорный подводящий трубопровод 10 соединен через затворы 13 с ручным приводом и расходомеры 14 с входами поливных трубопроводов низконапорных дождевальных машин 15. Высоконапорный подводящий трубопровод 12 на каждой ДМ соединен с входом отсечного клапана 16 с мембранным приводом, выход которого соединен с входом линии питания 17, соединенной через распределительные клапаны 18 с гидроприводами 19 опорных тележек ДМ. Выход распределительного клапана 18 на ведущей опорной тележке соединен с гидроприводом 19 через шаровой кран 20 и первый вентиль 21 с электроприводом. Высоконапорный подводящий трубопровод 12 соединен также на каждой ДМ с входом электрогидрореле 22, выход которого соединен с мембранным приводом отсечного клапана 16, и входом второго вентиля 23 с электроприводом, выход которого соединен с линией управления 24 мембранными приводами клапанов 25 дождевальных аппаратов 26 ДМ 15.
Центральный пульт управления (ЦПУ) 27 ОС соединен с генератором 8, автоматической метеостанцией 28, мембранным приводом затвора 4 на входе насосов, линией связи и питания 29 с блоками управления 30 работой ДМ 15.
Блок управления (БУ) 30 работой ДМ соединен с линией электрической защиты 31 ДМ от аварий, содержащей выключатели 32, взаимодействующие с датчиками положения опорных тележек ДМ, последовательно соединенных с электроприводом первого вентиля 21. Параллельно приводу первого вентиля 21 подключен конденсатор 33. БУ 30 соединен также с электроприводом второго вентиля 23, обмоткой электрогидрореле 22, выходом расходомера 14, датчиками положения 34 ДМ на поливном участке, взаимодействующими с толкателями 35, установленными на кольце 36, укрепленном на центральной опоре ДМ, датчиком 37 хода колеса первой опорной тележки, датчиком 38 контроля инфильтрационного потока в активном слое почвы.
ЦПУ 27 содержит источник питания, контроллер, электронные ключи, аналого-цифровой преобразователь, интерфейс, формирователи управляющих сигналов, электрогидрореле.
Блок управления 30 содержит аккумулятор, контроллер, электронные ключи, тиристорный коммутатор электрогидрореле 22, аналого-цифровой преобразователь, формирователи импульсов контроля замкнутости линии электрической защиты 31 и управления электроприводом первого вентиля 21.
Датчик 38 контроля инфильтрационного потока влаги в активном слое почвы выполнен в виде перфорированной или пористой трубы, уложенной под минимальным углом, обеспечивающим сток просочившейся влаги в нижний конец трубы, в котором установлен датчик уровня воды, соединенный с БУ 30. Датчик 38 устанавливается на нижней границе верхнего горизонта активного слоя. При увлажнении верхнего горизонта до ППВ вода проникает в датчик 38, полив прекращается, а увлажнение нижнего горизонта активного слоя почвы до влажности, близкой к наименьшей влагоемкости, осуществляется влагой, поступающей из верхнего горизонта активного слоя почвы.
Энергосберегающая автоматизированная оросительная система с низконапорными дождевальными машинами кругового действия работает следующим образом.
В начале вегетационного периода в ЦПУ 27 вводят влажность почвы на участках, поливаемых дождевальными машинами 15. Затем ЦПУ 27 начинает контроль эвапотранспирации по информации, получаемой от автоматической метеостанции 28. При уменьшении влагозапасов в почве до уровня, соответствующему порогу оптимальной влажности в активном слое почвы, ЦПУ 27 подает сигнал о необходимости начала полива. Операторы производят открытие задвижек 13 на входе дождевальных машин 15 и опускают водяное колесо 2 в канал 1 или реку, затем задают ЦПУ 27 порядок подключения к поливу дождевальных машин 15 и дают команду ЦПУ 27 на начало управления поливом. Водяное колесо через редуктор 7 вращает валы низконапорного насоса 5, высоконапорного насоса 6 и генератора 8. ЦПУ 27 постепенно открывает затвор 4 для заполнения водой низконапорного подводящего трубопровода 10 и высоконапорного подводящего трубопровода 12. Контроль заполнения трубопроводов 10 и 12 осуществляется по сигналам расходомеров 5 и 6. Если время заполнения трубопроводов превышает заданное, то ЦПУ 27 подает сигнал о порывах трубопроводах. Если оросительная сеть исправна, ЦПУ 27 начинает управление поливом участков. ЦПУ 27 подает команду в линию связи 29 на включение первой дождевальной машины 15. БУ 30 начинает подавать контрольные импульсы тока в линию электрической защиты 31, длительность и мощность которых недостаточна для включения привода первого вентиля 21.
При исправной ДМ 15 выключатели 32 линии электрической защиты замкнуты, и сигнал поступает на вход БУ 30. БУ 30 включает электропривод второго вентиля 23 на постепенное открытие второго вентиля 23 и дождевальных аппаратов 27, что позволяет избежать возникновения гидроударов в дождевальной машине и подводящей оросительной сети. ДМ 15 начинает полив контрольного сектора. При этом первый вентиль 21 остается закрытым и ДМ 15 не двигается. При достижении инфильтрационного потока поливной воды датчика 38 контроля инфильтрационного потока влаги вода поступает в него и его датчик уровня воды замыкается. Поступление этого сигнала в БУ 30 свидетельствует об увлажнении верхнего горизонта активного слоя почвы до влажности, соответствующей ППВ. БУ 30 анализирует время достижения влаги датчика 38 и определяет поливную норму, закрывает дождевальные аппараты 27. Объем вылитой воды распределяется в активном слое почвы, увлажняя его до влажности, близкой к НВ. После чего инфильтрационный поток влаги прекращается, и вылитая поливная норма удерживается почвой в активном слое.
БУ 30 включает электрогидрореле 25, которое открывает отсечной клапан 16, и вода из высоконапорного подводящего трубопровода подается в линию 17 питания гидроприводов. БУ 30 подает напряжение положительной полярности заданной длительности на привод первого вентиля 21, вентиль приоткрывается и дождевальная машина начинает движение. После прохождения контрольного сектора БУ 30 открывает второй вентиль 23, и ДМ начинает полив. По периоду срабатывания датчика 37 хода колеса первой опорной тележки и сигналу расходомера БУ 30 вычисляет выдаваемую поливную норму, и при несоответствии ее заданной производит корректировку открытия первого вентиля 21 подачей импульса напряжения положительной или отрицательной полярности в линию электрической защиты 31. В соответствии с этим изменяется скорость движения ведущей опорной тележки и дождевальной машины и выливаемая поливная норма. При возникновении неисправности на опорной тележке ДМ 15 выключатель 32 на ней размыкается, БУ 30 выключает электрогидрореле 22 и постепенно закрывает дождевальные аппараты 27 для предотвращения возникновения гидроударов. Дождевальная машина останавливается. Полив прекращается. БУ 30 подает в линию связи сигнал об остановке ДМ. ЦПУ 37 включает для стабилизации подачи воды в оросительную систему резервную дождевальную машину. После устранения неисправности оператором ДМ выключатель 32 замыкается, и дождевальная машина продолжает движение. БУ 30 подает сигнал в линию связи 29 об исправности машины. Изменяя скорость движения ДМ, БУ 30 может изменять поливную норму на других секторах полива, если на них выращиваются различные культуры, и проходить, при необходимости, часть секторов поля без полива. Аналогичным образом ЦПУ 27 осуществляет управление включением и выключением других дождевальных машин. ЦПУ 27 по сигналам расходомеров 5 и 6 и сигналам БУ 30 контролирует работу дождевальных машин, определяет после окончания полива необходимость и время следующего включения дождевальной машины, вычисляет затраты воды на орошение.
Энергосберегающая автоматизированная оросительная система с низконапорными дождевальными машинами кругового действия позволяет использовать энергию потока воды в ирригационном канале, без промежуточного ее преобразования в электрическую энергию, для работы насосов, предотвращает возникновение гидроударов в оросительной системе, минимизирует затраты энергии на полив, предотвращает непроизводительные потери воды на инфильтрацию в горизонты почвы, лежащие ниже активного слоя почвы.