УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ПОЛИВА РАСТЕНИЙ

Полезная модель относится к сельскому хозяйству и предназначена для автоматического полива как садовых и огородных, так и комнатных растений. В состав устройства не входят электронные и электротехнические изделия, и все детали устройства могут быть изготовлены из пластмассы методом литья под давлением. Полив растений устройством производится с учетом погодных условий: температуры и влажности воздуха, а при использовании в открытом грунте и осадков.
Существует много технических решений задачи автоматического полива растений без использования электронных и электротехнических приборов, таких как таймеры, электромагнитные клапаны, насосы, датчики дождя и тому подобных приборов. Среди таких решений наиболее интересными представляются те, которые предлагают устройства, работающие с учетом погодных факторов: температура, влажность, скорость движения воздуха. Эти факторы влияют на интенсивность испарения влаги, как листовым аппаратом растений, так и почвой, то есть, хоть и косвенно, но определяют потребность растений в воде. В таких устройствах для регулирования периодичности полива используется испарительная емкость или лоток, которые управляют моментом запуска устройства на полив в зависимости от скорости испарения воды из них, то есть в зависимости от тех же погодных факторов. С учетом того, что в тот же испарительный лоток могут собираться дождевые осадки, устройство при использовании его в открытом грунте еще и задержит начало очередного цикла полива на время продолжительного дождя. Другими словами, устройства такого типа позволяют автоматически реализовать на первый взгляд простую, но на практике невыполнимую другими устройствами в ваше отсутствие рекомендацию: «жарко, солнечно - поливать раз в сутки, прохладно, пасмурно - поливать раз в два, три дня». Наличие такой возможности является достаточно ценным достоинством.
Патент RU 2032318 C1, A01G 27/00, опубликовано 10.04.1995, автор Марков А.В. или патент RU 2187927 С2, A01G 25/16, опубликовано 27.08.2002, автор Веселков А.И. предлагают технические решения для таких устройств. В устройстве Веселкова А.И., содержащим резервуар с сифоном, запуск сифона осуществляется опрокидыванием пусковой емкости после ее высвобождения от защелки, положением которой управляет испарительный лоток. Продолжительность интервала между поливами определяется объемом воды, который остается в испарительном лотке после слива излишков через регулируемый сливной патрубок. Объем поливной нормы регулируется за счет регулирования скорости поступления воды в резервуар после начала полива и будет равен объему воды в резервуаре плюс объему воды, который успеет поступить в резервуар до момента остановки полива. Скорость истечения воды из резервуара должна превышать скорость поступления в него воды для обеспечения остановки полива. То есть, чем меньше разница между скоростью истечения воды из резервуара и скоростью поступления воды в него, тем большее количество воды пойдет на полив растений, соответственно наоборот, чем больше разница, тем меньшее количество воды уйдет на полив. Значит, что бы отрегулировать объем поливной нормы, необходимо замерить реальный расход распределительной сети, в которую устройство будет подавать воду, затем вычислить и выставить соответствующую скорость подачи воды в резервуар, что, по крайней мере, не очень удобно. Кроме того, если по каким-либо причинам скорость истечения воды из резервуара будет снижаться, это приведет к неконтролируемому росту объема поливной нормы. Например, такая ситуация возможна в случае использования в распределительной сети капельниц, которые имеют свойство во время эксплуатации постепенно снижать свою пропускную способность, как из-за отложения механических частиц, так и за счет нарастания бактериальной слизи. Без своевременной профилактики по очистке может наступить момент, когда скорость истечения воды из резервуара станет меньше скорости его наполнения, сифон будет постоянно заполненным и устройство перейдет в режим непрерывного полива.
Марков А.В. задачу регулирования поливной нормы и продолжительности интервала между поливами решает проще, что делает более простой и надежной эксплуатацию его устройства, которое взято в качестве прототипа. Устройство Маркова А.В. содержит резервуар со сливным патрубком, всасывающий конец которого заканчивается плавучей лабиринтовой камерой. Запуск устройства происходит за счет утапливания лабиринтовой камеры управляющим грузом, который является противовесом для испарительной емкости. Продолжительность интервала между поливами регулируется изменением плеча подвески испарительной емкости. Скорость наполнения резервуара водой заведомо устанавливается настолько медленной, что объем поливной нормы, будет определяться уровнем воды, до которого заполнится резервуар, то есть объем воды, который поступит в резервуар за время его опорожнения, не окажет существенного влияния на объем поливной нормы. Уровень заполнения резервуара регулируется поплавковым клапаном. Правда, в таком случае, габаритные размеры резервуара, а значит и устройства, будут пропорциональны максимальному количеству растений, которые могут быть политы устройством, и объему поливной нормы на одно растение, что равносильно необходимости изначально заложить некоторую избыточность в габариты устройства для расширения его возможностей. То есть, например, при разовой поливной норме один литр на одно растение вне зависимости от того какое количество растений надо будет полить в конкретной ситуации - 5, 10 или 20 растений, объем резервуара должен быть не менее 20 литров. Устройство способно задерживать полив на время продолжительного дождя. Однако если начался полив и одновременно пошел дождь, устройство все равно продолжит полив, так как испарительная емкость управляет только моментом его начала. Это несколько снижает эффективность устройства, но не делает его менее надежным и простым в эксплуатации.
Более существенная проблема связана не самим устройством как таковым, а с распределительной сетью, в которую устройство подает воду. Следует отметить, что такая проблема будет возникать при использовании любого устройства, подающего в распределительную сеть суммарную поливную норму самотеком. После срабатывания устройства суммарный объем поливной воды, предназначенный для полива некоторого количества растений, самотеком поступает в оросительную сеть, где должен быть равномерно распределен между отдельными растениями или равномерно увлажнить грядку. Если сеть имеет свободные водовыпуски, то для обеспечения одинакового расхода, они должны быть расположены на одинаковой высоте по отношению к горизонту. Выполнить это условие возможно, но это потребует определенных трудозатрат, причем тем больших, чем более сложный по рельефу участок и чем большее количество растений планируется поливать одновременно или, если растения выращиваются в контейнерной культуре. Например, для комнатных растений могут быть использованы разные по высоте контейнеры. Другой вариант решения проблемы - предусмотреть возможность регулирования расхода водовыпусков, например регулируемыми капельницами. Но тогда кроме повышения трудозатрат на регулировку расхода воды каждой капельницей, повысится общая стоимость системы полива. И третий вариант - оборудовать водовыпуски компенсированными капельницами, а само устройство поднять на высоту хотя бы пяти метров для обеспечения дополнительного давления воды, необходимого для работы компенсированных капельниц. Соответственно, если устройство подключено к питающей емкости, необходимо будет поднять и емкость. Для этого варианта, с учетом повышения требований к фильтрации воды, общая стоимость системы повысится уже ощутимо.
Целью предлагаемой полезной модели является снижение трудозатрат и повышение надежности устройства во время эксплуатации, достижение универсальности применения устройства для полива различных видов растений: комнатных, садовых и огородных. Достижение поставленной цели обеспечивает устройство для автоматического полива растений содержащее зажим-испаритель, корпус которого снабжен упором и водовыпуском. В корпусе зажима-испарителя на оси, обеспечивающей возможность качания в вертикальной плоскости, подвешен испарительный лоток, оборудованный упором и противовесом. Упоры лотка и корпуса направлены навстречу друг другу и имеют возможность пережимать эластичную трубку, проходящую между упорами. По трубке вода от источника водоснабжения подводится к делителю потока воды. Задача зажима-испарителя остановить подачу воды к делителю при поступлении воды в испарительный лоток и возобновить подачу после испарения воды из лотка. В делителе расположено коромысло в виде двухсторонней ковшеобразной емкости, которое на своей оси качания в вертикальной плоскости, обеспечивающей коромыслу два положения свободного покоя, подвешено на поворотной платформе. Платформа вместе с коромыслом имеет возможность вращения вокруг своей оси в горизонтальной плоскости. Делитель по радиусу от оси вращения платформы снабжен коронообразной косозубой направляющей, которая обеспечивает вращательное перемещение коромысла вместе с платформой. После поступления воды в одну из половин емкости коромысла за счет смешения центра тяжести коромысло опрокидывается. При каждом опрокидывании край коромысла попадает на направляющую, и соскальзывая по ней, обеспечивает поворот платформы вместе с коромыслом на один шаг направляющей. Вода из емкости коромысла попадает в один из водовыпусков, которыми снабжен делитель. Так шаг за шагом вода распределяется между водовыпусками. Один из них направлен в дозирующий сифон, объем которого определяет разовую поливную норму на одно растение. Выход воды из сифона в свою очередь направлен в испарительный лоток зажима-испарителя, который остановит подачу воды в делитель при срабатывании сифона. Таким образом, через каждый водовыпуск пройдет одинаковый объем воды, равный объему дозирующего сифона. Подача воды будет остановлена и при попадании в лоток дождевых осадков в случае начала дождя.
На чертеже схематично приведено устройство для автоматического полива растений - фиг. 1. Устройство содержит зажим-испаритель 1, состоящий из корпуса 2 с упором 3 и водовыпуском 4; испарительного лотка 5 с упором 6, осью качания 7, противовесом 8; эластичную трубку 9; делитель потока воды 10; дозирующий сифон 11. Делитель потока воды 10, фиг. 2 чертежа, в свою очередь состоит из коромысла 12 с осью качания 13; поворотной платформы 14 с осью вращения 15; корпуса 16 с коронообразной косозубой направляющей 17 и водовыпусками 18.
Работает устройство следующим образом. В исходном состоянии испарительный лоток 5, уравновешенный противовесом 8, находится в горизонтальном положении. Упор лотка 6 и упор корпуса 3 в этом положении не пережимают эластичную трубку 9, и вода от низконапорного источника водоснабжения свободно поступает к делителю потока воды 10. Ось качания 13 коромысла 12 расположена ниже центра тяжести коромысла, так что бы обеспечить коромыслу два положения свободного покоя. Коромысло представляет собой двухстороннюю ковшеобразную емкость. Допустим, что сначала вода будет поступать в левую половину коромысла. По мере набора воды центр тяжести постепенно будет смещаться влево и в конечном итоге коромысло опрокинется. Левая половина коромысла опорожнится, а поступающая вода начнет заполнять правую половину, что приведет к опрокидыванию коромысла в противоположную сторону. И процесс опрокидывания будет продолжаться до тех пор, пока поступает вода. Коромысло в корпусе делителя подвешено на поворотной платформе 14 с осью вращения 15, что обеспечивает возможность вращательного движения коромысла вместе с платформой вокруг оси платформы в горизонтальной плоскости. При опрокидывании край коромысла попадает на косозубую направляющую 17, расположенную в корпусе 16 делителя и под действием силы тяжести воды, соскальзывая по направляющей, обеспечит вращательное перемещение коромысла вместе с платформой на один шаг направляющей. Корпус делителя оборудован водовыпусками 18. Каждый из водовыпусков соответствует своему зубу направляющей. Таким образом, до тех пор, пока вода поступает в делитель, коромысло будет шаг за шагом распределять воду равными порциями между водовыпусками, при этом поток воды будет поделен на количество частей равное количеству водовыпусков. В зависимости от момента остановки подачи воды к делителю, объем воды, который пройдет через каждый водовыпуск, будет отличаться друг от друга не более чем на один объем воды, который необходим для опрокидывания коромысла. Коромысло может быть выполнено таких размеров, когда для его гарантированного опрокидывания будет достаточно всего 1,5-2 грамма воды, то есть даже при небольших поливных нормах будет обеспечена достаточно высокая точность деления потока воды. От водовыпусков вода по водоотводящим трубкам, которые на чертеже не показаны, направляется к растениям для полива, кроме одного водовыпуска, от которого вода поступает в дозирующий сифон 11. После достижения водой уровня срабатывания сифона, вода из него поступает в испарительный лоток 5. Под действием силы тяжести воды испарительный лоток опустится вниз. Упор 6 лотка и упор 3 корпуса испарителя пережмут трубку 9, проходящую между упорами. Подача воды в делитель будет остановлена, соответственно будет остановлен и полив. Избыток воды, стекающий из лотка, через водовыпуск 4 корпуса испарителя направляется к растению или, если планируются небольшие нормы полива, в емкость для сбора излишков воды. После испарения воды из лотка, он поднимется под действием противовеса 8, подача воды к делителю возобновится и начнется новый цикл полива. Через все водовыпуски делителя, как говорилось выше, проходит практически одинаковый объем воды. Момент срабатывания сифона, запитанного от одного из этих водовыпусков, определяет момент остановки полива. Из этого следует, что объем дозирующего сифона, определяет объем воды, который пройдет через каждый водовыпуск делителя и поступит к растениям. Другими словами, сифон будет выполнять функцию дозатора разовой поливной нормы на одно растение. Соответственно, изменяя высоту всасывающего колена сифона, можно регулировать объем этой нормы. Интервал между поливами, прежде всего, зависит от объема воды, который должен испариться из лотка. Поэтому, изменение массы противовеса 8 или плеча между противовесом и осью качания лотка 7, позволит регулировать временной интервал между поливами. Чем тяжелее противовес или больше плечо, тем вес большего объема воды будет скомпенсирован, тем меньшему объему воды надо испариться для возобновления полива, тем меньше интервал между поливами. При использовании устройства на открытом воздухе дождевые осадки, поступающие в испарительный лоток, остановят полив на время затяжного дождя, даже если полив уже начался. Очевидно, что чем более мягкой и меньшего сечения будет эластичная трубка 9, тем меньшее усилие потребуется для ее сдавливания с целью остановки полива, а значит, тем более компактными могут быть корпус зажима-испарителя и испарительный лоток. Кроме того, трубка маленького сечения обеспечит слабый поток воды. Чем слабее будет поток воды, поступающий на коромысло делителя, тем меньшего размера можно выполнить само коромысло, соответственно, тем более компактным можно выполнить и сам делитель. В таком случае основным критерием для выбора величины сечения трубки будет ее способность длительное время не забиваться микрочастицами и бактериальными отложениями. Применение трубки небольшого сечения, кроме возможности ощутимо уменьшить общие габариты устройства, позволит значительно увеличить время полива, которое будет определяться временем прохождения через эту трубку суммарной поливной нормы, которая будет поделена делителем. Это означает, что на протяжении длительного времени поливная норма будет подаваться к растениям очень маленькими порциями воды, равными объему воды, необходимому для опрокидывания коромысла. То есть устройство по своим характеристикам будет приближаться к капельному поливу. Только одно растение, к которому вода подается от водовыпуска 4 корпуса зажима-испарителя, будет полито поливной нормой в течение времени, необходимого для слива сифона. Поливная норма для этого растения будет меньше на величину объема воды, который останется в испарительном лотке. Но даже при поливных нормах 0,2-0,3 литра на одно растение разница не превысит 10%, так как для гарантированной остановки полива достаточно, что бы в лотке оставалось 15-20 гр. воды. Это при условии, если, например, использовать трубку 9 диаметром проходного сечения 2 мм, лоток длиной 100 мм от оси качания 7 до точки слива воды из лотка и плечо длиной 10 мм между упором лотка 6 и осью качания 7. На самом деле для остановки полива достаточно и меньшего количества воды. Избыток воды в лотке потребуется для обеспечения возможности регулировать длительность интервала между поливами в более широких пределах за счет компенсации этого избытка противовесом 8. Предлагаемая схема устройства, подразумевает фиксированное количество водовыпусков, что вносит ограничение на количество поливаемых растений. Однако, корпус делителя диаметром 10-11 см позволяет расположить в нем до 20 водовыпусков, чего вполне достаточно для равномерного увлажнения даже шестиметровой грядки или аналогичного по площади цветника. Соответственно устройство может одновременно поливать до двадцати, например, комнатных растений. Что бы поливать меньшее количество растений, надо будет, либо уменьшить поливную норму и подвести к растениям воду от нескольких водовыпусков, либо направить воду от лишних водовыпусков в дополнительную емкость для сбора излишков воды. Но это актуально в основном для комнатных растений, выращиваемых в отдельных контейнерах, так как для овощных растений на грядках достаточно уменьшить поливную норму и равномерно распределить выходы поливных трубок на грядке.
Из сказанного выше можно сделать следующие выводы. Предлагаемое устройство для автоматического полива растений по своим поливным характеристикам приближается к характеристикам капельного полива, при этом в своем составе не содержит капельниц или конструктивных элементов с очень маленькими проходными сечениями для воды, что повышает надежность работы устройства за счет снижения риска засорения. Неровный участок, разновеликие по высоте контейнеры или контейнеры, расположенные на разной высоте по отношению друг к другу устройство польет равномерно без лишних трудозатрат на дополнительные регулировки, так как делитель обеспечивает одинаковый расход воды через каждый водовыпуск. Для удобного применения не только в саду или теплице, но и в домашних условиях, устройство может быть выполнено достаточно компактным, так как его габариты зависят, прежде всего, от размера сифона, объем которого должен соответствовать всего лишь объему одноразовой поливной нормы для одного растения. Способность устройства регулировать временной интервал между поливами в зависимости от погодных факторов, останавливать полив на время продолжительных осадков делают устройство для автоматического полива растений еще более универсальным, что расширяет диапазон возможного применения.