САМОНАПОРНАЯ СИСТЕМА ВНУТРИПОЧВЕННОГО ОРОШЕНИЯ, АЭРАЦИИ И ОБОГРЕВА АКТИВНОГО СЛОЯ ПОЧВЫ В ГОРНО-ПРЕДГОРНОЙ ЗОНЕ
SELF-FORCING SYSTEM OF INTRASOIL IRRIGATION, AERATION AND HEATING OF ACTIVE SOIL LAYER IN MOUNTAIN AND PIEDMONT ZONE

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в орошаемом земледелии.
Известна автоматизированная самонапорная оросительная система, содержащая напорный трубопровод, уложенный вдоль максимального уклона местности. К самонапорному трубопроводу подключены оросительная сеть с поливными трубопроводами для полива по бороздам, дождевальные машины и стационарные дождевальные установки (А.с. 1558346, МКИ A01G 25/16. Опубл. 23.04.90. Бюл. №15).
Недостатком системы является не использование ее для получения энергии: отопления жилищ населения, обогрева теплиц и почвы.
Известна система внутрипочвенного орошения, включающая насосную станцию, магистральный и распределительные трубопроводы, к которым подключены внутрипочвенные увлажнители, уложенные под пахотным слоем (Григоров М.С. Основы внутрипочвенного орошения. - М: Изд-во МСХА, 1993. - С.39).
Недостатком системы является использование для создания напора воды насосной станции, потери поливной воды на глубинную фильтрацию, недостаточное увлажнение приповерхностного слоя почвы, не использование системы для обогрева почвы.
Известна ирригационно-энергетическая система, содержащая секции напорного трубопровода, проложенные по максимальному уклону местности, созданные на нем каскады малых ГЭС, турбины которых соединены с напорным трубопроводом, дождевальные машины, подключенные к напорному трубопроводу, ирригационные водоводы, соединенные с напорным трубопроводом, к которым подключены поливные трубопроводы для полива участков по бороздам (Полезная модель 58 KG, МКИ А01G 25/00; F03B 13/00).
Недостатком системы является не использование ее для внутрипочвенного орошения и аэрации почвы.
Известна система отопления с вихревым теплогенератором (патент RU №2045715, МКИ F 25B 29/00, 1995). Система содержит вихревой теплогенератор, включающий водяной насос с электроприводом, вихревую трубу, байпасную линию, линию отработанной горячей воды.
Недостатком системы являются необходимость использования в системе электропривода и большие затраты электроэнергии на его работу.
Наиболее близкой по технической сущности является система тепло- и водоснабжения населения в горно-предгорной зоне (Патент 557, KG, МКИ F25B 29/00; E03B 1/04. Опубл. 31.03.2003. Бюл. №3). Система содержит водяной насос, вихревую трубу, байпасную линию, радиаторы отопления, линию возврата отработанной горячей воды, отличающаяся тем, что привод водяного насоса выполнен в виде турбины, установленной в самонапорном трубопроводе, уложенном вдоль уклона местности.
Недостатком системы является необходимость использования турбины для привода водяного насоса, не использование системы для обогрева и аэрации активного слоя почвы.
Техническим результатом заявленного изобретения является:
- повышение качества мелиорации активного слоя почвы;
- уменьшение непроизводительных потерь поливной воды на глубинную фильтрацию в системе внутрипочвенного орошения;
- упрощение систем обогрева с применением вихревого теплогенератора.
Заявленный технический результат достигается тем, что самонапорная система внутрипочвенного орошения, аэрации и обогрева активного слоя почвы в горно-предгорной зоне содержит секции напорных трубопроводов, малые ГЭС, турбины которых установлены на выходе секций напорных трубопроводов, теплогенератор, соединенный входом с напорным трубопроводом, систему обогрева жилищ населения, жидкостно-газовый эжектор с сепаратором, систему внутрипочвенного орошения, соединены с входами теплогенератора и жидкостно-газового эжектора. Выход теплогенератора соединен с системой обогрева жилищ населения или теплиц, выход которой соединен с входом транспортирующего трубопровода. Выход жидкостно-газового эжектора соединен с сепаратором, выход «слив» которого соединен через управляемый затвор, имеющий привод от регулятора уровня воды в сепараторе, с бассейном для сброса воды из турбины ГЭС. Воздуховыпуск сепаратора соединен с воздушным трубопроводом. Вход системы внутрипочвенного орошения, аэрации и обогрева активного слоя почвы соединен через первый гидроуправляемый затвор с выходом транспортирующего трубопровода, через второй гидроуправляемый затвор - с выходом воздушного трубопровода, через третий гидроуправляемый затвор - с секцией напорного трубопровода. Входы блока управления системой соединены с датчиками влажности и температуры активного слоя почвы, а выходы - с приводами первого, второго и третьего электрогидрореле, входы которых соединены с секцией напорного трубопровода, а выходы, соответственно, - с мембранными приводами первого, второго и третьего гидроуправляемых затворов.
На чертеже приведена схема самонапорной системы внутрипочвенного орошения, аэрации и обогрева активного слоя почвы.
Самонапорная система внутрипочвенного орошения, аэрации и обогрева активного слоя почвы в горно-предгорной зоне содержит секции напорных трубопроводов 1, проложенных вдоль максимального уклона местности. Вход первой секции напорного трубопровода 1 соединен через затвор 2 с водозаборным сооружением с отстойником и фильтром 3. Водозаборное сооружение 3 установлено выше плотины 4 на горной реке 5. На выходе секций напорных трубопроводов установлены турбины 6 малых ГЭС, соединенные с генераторами 7. Вход теплогенератора 8 соединен через затвор 9 с секцией напорного трубопровода, а его выход соединен с системой обогрева 10 жилищ населения (или теплиц), выход которой соединен с входом транспортирующего трубопровода 11. Теплогенератор может, например, содержать электрический насос, работающей от электроэнергии, вырабатываемой малой ГЭС, вихревую трубу, байпасную линию (или только вихревую трубу, если давление в точке подсоединения теплогенератора к секции напорного трубопровода 1 достаточно высокое, и поэтому не требуется использование насоса). Вход жидкостно-газового эжектора 12 соединен через затвор 13 с секцией напорного трубопровода 1. Выход жидкостно-газового эжектора 12 соединен с сепаратором 14, выход «слив» которого соединен через управляемый затвор 15, имеющий привод от регулятора уровня воды 16 в сепараторе, с бассейном 17 для сброса воды из турбины 6 малой ГЭС. Выход бассейна 17 соединен с входом следующей секции напорного трубопровода. Воздуховыпуск сепаратора 14 соединен с входом воздушного трубопровода 18.
Система внутрипочвенного орошения, аэрации и обогрева активного слоя почвы содержит перфорированные или пористые трубопроводы 19, уложенные под пахотным слоем почвы 20. Вход системы соединен через первый гидроуправляемый затвор 21 с выходом транспортирующего трубопровода 11, через второй гидроуправляемый затвор 22 - с выходом воздушного трубопровода 18, через третий гидроуправляемый затвор 23 - с секцией напорного трубопровода 1. На поверхности почвы 20 могут быть установлены пленочные тоннели 24 для выращивания растений. Входы блока управления работой самонапорной системы внутрипочвенного орошения, аэрации и обогрева активного слоя почвы 25 соединены с датчиками влажности 26 и температуры 27 активного слоя почвы, а выходы - с приводами первого 28, второго 29 и третьего 30 электрогидрореле. Входы электрогидрореле 28, 29, 30 соединены с секцией напорного трубопровода 1, а выходы соответственно с мембранными приводами первого 21, второго 22 и третьего 23 гидроуправляемых затворов.
Блок управления 25 содержит аккумуляторы, которые подзаряжаются от генератора 7 малой ГЭС, контроллер, электронные ключи для подачи испытательных сигналов на датчики температуры 26 и влажности 27 активного слоя почвы.
Самонапорная система внутрипочвенного орошения, аэрации и обогрева активного слоя почвы в горно-предгорной зоне работает следующим образом.
Перед началом работы системы открываются затворы 9 и 13. Вода из секции напорного трубопровода 1 подается в теплогенератор 8. Проходя через теплогенератор 8, вода нагревается и подается в систему отопления 10 жилищ населения или теплиц, затем подается в транспортирующий трубопровод 11. Возможен также вариант прямого подключения теплогенератора 8 к транспортирующему трубопроводу 11, если нет необходимости отопления жилищ.
При открытии затвора 13 вода из напорного трубопровода 1 подается на вход жидкостно-газового эжектора 12. Проходя через эжектор 12, вода захватывает воздух, который затем выделяется в сепараторе 14 и поступает в воздушный трубопровод 18.
Блок управления 25 подает напряжение на обмотку второго электрогидрореле 29, которое переключает второй гидроуправляемый затвор 22 на открытие. Сжатый, увлажненный и нагретый воздух поступает в активный слой почвы, осуществляя его аэрацию и увлажнение. Затем блок управления 25 опрашивает датчик температуры 26 и датчик влажности почвы 27. При необходимости полива блок управления 25 начинает коммутировать третье электрогидрореле 30, которое переключает третий гидроуправляемый затвор 23. Полив и аэрация почвы при этом проводятся поочередной подачей в почву импульса полива и подачи воздуха. Если необходим дополнительный подогрев почвы, то блок управления коммутирует первое электрогидрореле 28 и второе электрогидрореле 29. При этом поочередно открываются первый гидроуправляемый затвор 21 и второй гидроуправляемый затвор 22, и в почву поочередно подаются импульсы полива теплой водой и аэрации воздухом.
Самонапорная система внутрипочвенного орошения, аэрации и обогрева активного слоя почвы в горно-предгорной зоне позволяет исключить использование насосов на входе вихревого теплогенератора и жидкостно-газового эжектора или уменьшить мощность этих насосов за счет увеличения давления на их входе, повысить качество орошения за счет предотвращения потерь поливной воды на глубинную фильтрацию, слитизации почвы при поливе, улучшения ее водно-воздушного и теплового режима.