УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛИВА
DEVICE FOR WATERING

Устройство для полива относится к сельскому хозяйству, в частности к механизации полива, и может быть использовано для орошения сельскохозяйственных культур путем дискретной (импульсной) подачи воды в очаги увлажнения.
Известно устройство для полива, содержащее накопительную емкость с сифоном, сообщенным сливной частью с поливными трубопроводами, механизм зарядки сифона и питающую трубку с краном, при этом сливная часть сифона сообщена с поливными трубопроводами посредством коллектора, снабженного трубками с отверстиями в стенках, размещенными в его полости, при этом сифон выполнен в виде пучка трубок, сливная часть каждой из которых сообщена с соответствующей трубкой коллектора [Патент РФ №2101928, кл. A01G 25/02].
Недостатком этого устройства для полива является невысокая надежность работы из-за влияния на запуск сифона состояния поливных трубопроводов, недостаточная равномерность распределения поливной воды по водовыпускам из-за разной продолжительности запуска поливных трубопроводов.
Известно устройство для полива, включающее накопительную емкость с сифоном, сообщенными сливной частью через коллектор с поливными трубопроводами, питающую трубку с краном и механизм зарядки сифона, при этом эжектор механизма зарядки сифона выполнен в виде трубки с отверстиями в ее стенке, причем нижний конец этой трубки сочленен посредством сквозного гнезда в корпусе коллектора с одним из поливных трубопроводов, а ее верхний конец расположен в полости сливной части сифона, при этом упомянутое отверстие в стенке трубки расположено в полости коллектора ниже конца сливной части сифона [Патент РФ №2175831, кл. A01G 25/00, прототип].
Недостатком этого устройства для полива является невысокая надежность работы из-за влияния состояния поливной трубки на запуск сифона, недостаточная равномерность распределения поливной воды через водовыпуски из-за зависимости продолжительности запуска сифона от гидравлических условий поливной трубки, связанной с эжектором. Применяемый эжектор в конструкции сифона из-за своего принципа действия не может обеспечивать резкий запуск сифона в работу, что в конечном результате приводит к ухудшению равномерности распределения поливной воды. Механизм запуска сифона выполнен из трубок и отверстий малого проходного сечения, что повышает вероятность засорения во время эксплуатации и снижает надежность работы устройства для полива в целом. Данное устройство для полива имеет узкий диапазон изменения подводимого расхода из-за относительно большой скорости воды во всасывающей трубке в момент срыва вакуума. Большая скорость воды во всасывающей трубке в момент срыва вакуума образует воронку вокруг нижнего среза всасывающей трубки и захватывает воздух, не допуская снижения уровня воды в емкости до нижнего среза всасывающей трубки для надежного срыва вакуума.
Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности работы устройства для полива, улучшение равномерности распределения поливной воды через водовыпуски и расширение диапазона изменения подводимого расхода.
Указанная цель достигается тем, что в устройстве для полива, включающем накопительную емкость, питающую трубку с краном, приемник-коллектор, гибкие поливные трубки с водовыпусками и сифон с всасывающим и сливным коленами и механизмом запуска в работу, всасывающее колено сифона выполнено в виде U-образной формы с разными длинами ее ветвей, при этом конец длинной ветви снабжен воздушным колпаком, а конец короткой ветви выполнен с угольником и соединен со сливным коленом, кроме того, конец сливного колена сифона установлен выше нижнего уровня U- образного всасывающего колена, а механизм запуска сифона выполнен из упомянутых частей сифона.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где Фиг. 1 - монтажная схема устройства для полива; Фиг. 2 - вид А на Фиг. 1, Фиг. 3 - накопительная емкость с сифоном и питающей трубкой; Фиг.4 - общий вид сифона; Фиг. 5 - конструктивная схема сифона; Фиг. 6 - первая зарядка сифона; Фиг. 7 - состояние уровней воды в сифоне после первой зарядки; Фиг. 8 - состояние уровней воды в сифоне после первой зарядки при накоплении воды в накопительной емкости до нижнего уровня (НУ); Фиг. 9 - состояние уровней воды в сифоне после первой зарядки при накоплении воды в накопительной емкости до верхнего уровня (ВУ) (перед срабатыванием сифона); Фиг. 10 - состояние накопительной емкости и сифона после запуска сифона на работу, Фиг. 11 - состояние накопительной емкости и сифона после окончания работы сифона.
Устройство для полива состоит из накопительной емкости 1 с крышкой 2, питающей трубки 3 с краном 4, сифона 5, приемника-коллектора 6 и поливных трубопроводов 7 с водовыпусками 8 (Фиг. 1). Сифон 5 (Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5) состоит из всасывающего колена 9 и сливного колена 10. Всасывающее колено 9 выполнено в виде U-образной формы с разными длинами ее ветвей, при этом конец длинной ветви 11 снабжен воздушным колпаком 12, а конец короткой ветви 13 выполнен с угольником 14 и соединен со сливным коленом 10. Конец сливного колена 10 установлен выше нижнего уровня U-образного всасывающего колена 9, а механизм запуска сифона выполнен из упомянутых частей сифона.
Поливные трубки 7 сообщены со сливным коленом 10 сифона 5 посредством приемника-коллектора 6 (Фиг. 1 и Фиг. 2).
Для подготовки устройства для полива к работе необходимо произвести зарядку сифона 5, для чего необходимо снять воздушный колпак 12 (Фиг. 6) и залить стакан рабочей жидкости в длинную ветвь 11 до истечения жидкости из сливного колена 10 (зарядка сифона завершена) и установить обратно воздушный колпак 12 на конец длинной ветви 11 (Фиг. 7). Устройство для полива готово к работе.
Работает устройство для полива следующим образом. Рабочая жидкость с небольшим расходом q, задаваемым краном 4, через питающую трубку 3 поступает в накопительную емкость 1 и медленно накапливается в ней до уровня нижней кромки воздушного колпака 12 (нижний уровень - НУ), не совершая никакого воздействия на состояние сифона 1 (Фиг. 8). Далее начинается накопление жидкости в емкости выше НУ (начало цикла «накопление»). Уровень жидкости в накопительной емкости 1 медленно поднимается, поднимается уровень жидкости также в полости воздушного колпака 12, но с отставанием от уровня в емкости 1, так как ее повышению препятствуют воздух в колпаке 12 и в верхней части длинной ветви 11 и столб рабочей жидкости в длинной ветви 11 и короткой ветви 13. В период повышения уровня жидкости в емкости 1 под действием столба рабочей жидкости в емкости сжимается воздух в колпаке 12 и медленно выжимает жидкость из длинной ветви 11 в атмосферу через короткую ветвь 13, угольник 14 и сливное колено 10. При этом уровень жидкости в воздушном колпаке 12 приближается к верхней кромке длинной ветви 11, а уровень жидкости в длинной ветви 11 опускается и приближается к нижней ее кромке. Равновесие сжатого воздуха в колпаке 12 и в длинной ветви 11 поддерживается, с одной стороны, столбом накопленной жидкости в емкости 1, находящимся выше нижней кромки воздушного колпака 12, а с другой стороны - столбом жидкости в короткой ветви 13 (Фиг. 9). При достижении уровня жидкости в емкости 1 верхнего уровня (ВУ), благодаря расчетным размерам воздушного колпака 12, длинной ветви 11 и короткой ветви 13, уровень жидкости в воздушном колпаке 12 по-прежнему остается ниже уровня верхней кромки длинной ветви 11, а сжатый воздух, преодолевая нижнюю кромку длинной ветви 11, попадает в короткую ветвь 13 и снижает плотность жидкости, находящейся в ней. Далее попадание воздуха в полость короткой ветви 13 и процесс снижения плотности рабочей жидкости в ней принимают нарастающий характер. Равновесие сжатого воздуха в колпаке 12, длинной ветви 11 и столба жидкости в короткой ветви 13 резко нарушается, и столб жидкости в емкости 1, выдавливая воздух из воздушного колпака и длинной ветви 11 в атмосферу через короткую ветвь 13, угольник 14 и сливное колено 10 с большим расходом Q, превышающим подводимый расход q многократно, сливается из емкости 1 с крышкой 2 в приемный коллектор 6 через воздушный колпак 12, длинную ветвь 11, короткую ветвь 13, угольник 14 и сливное колено 10 и распределяется по орошаемому участку через поливные трубки 7 с водовыпусками 8 (Фиг. 1, Фиг. 10) (начало цикла «слив»).
Уровень жидкости в емкости 1 начинает снижаться, и при достижении нижнего уровня (НУ) работа сифона 5 подходит к концу цикла «слив». Благодаря выполнению проходного сечения воздушного колпака значительно больше, чем проходное сечение сливного колена 10, НУ соответствует уровню немного ниже уровня нижней кромки воздушного колпака 12 (Фиг. 11), что обеспечивает надежное попадание воздуха в полость воздушного колпака 12 и резкий срыв вакуума сифона 5. При этом часть рабочей жидкости из полости воздушного колпака сливается обратно в емкость 1, а часть продолжает сливаться в атмосферу через сливное колено 10. После срыва вакуума и сообщения полости воздушного колпака с атмосферой сифон 5 продолжает работать до тех пор, пока уровень рабочей жидкости в длинной ветви 11 не опустится до уровня нижней кромки сливного колена 10. При достижении уровня жидкости в длинной ветви 11 к уровню нижней кромки сливного колена 10 слив из сифона прекращается (конец цикла «накопление - слив»). Уравновешиваются столбы жидкости в короткой ветви 13 и сливном колене 10, длинная ветвь 11 остается заполненной жидкостью до уровня нижней кромки сливного колена 10. Далее жидкость начинает медленно стекать из сливного колена 10 в атмосферу, а из короткой ветви 13 - в длинную ветвь 11, поднимая уровень жидкости в ней и затапливая ее нижний конец (автоматическая зарядка сифона), тем самым подготавливая сифон 5 к следующему циклу «накопление-слив» (Фиг. 11).
Далее рабочие циклы медленного накопления жидкости в накопительной емкости 1 с подводимым расходом q и быстрого его слива свободно в приемный коллектор 6 с большим расходом Q для равномерного распределения по поливному участку через поливные трубки 7 и водовыпуски 8 автоматически повторяются.
Таким образом, путем выполнения всасывающего колена сифона в виде U-образной формы с разными длинами ее ветвей и снабжения конца длинной ветви воздушным колпаком, а конца короткой ветви - угольником для соединения со сливным коленом, установления конца сливного колена сифона выше нижнего уровня U-образного всасывающего колена и выполнения механизма запуска сифона из упомянутых частей сифона достигнут результат резкого запуска сифона 5 и расширения диапазона изменения подводимого расхода, что в конечном результате приводит к повышению равномерности распределения поливной воды по орошаемому участку и надежности работы устройства для полива в целом.
Повышение надежности работы устройства и равномерность распределения поливной воды по орошаемому участку достигается путем исключения влияния состояния поливной сети на быстродействие запуска сифона 6 и исключения из конструкции механизма запуска сифона трубок и отверстий малого проходного сечения.
В условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2013 году был изготовлен экспериментальный образец предлагаемого устройства для полива. Испытания в лабораторных условиях показали его высокую надежность, равномерность распределения поливной воды через водовыпуски, широкий диапазон изменения подводимого расхода (от 0,5 л/ч до 30 л/ч) и удобство в монтаже и эксплуатации. Экспериментальный образец отработал безотказно в течение 600 часов с циклом «накопление-слив» продолжительностью 20 мин. Продолжительность запуска сифона составил 0,5 с, против продолжительности запуска сифона прототипа 6-8 с.
Применение предлагаемого изобретения в народном хозяйстве резко повысит надежность и эффективность систем дискретного орошения сельскохозяйственных культур, а также систем гидроавтоматики, где требуется превратить постоянно действующий малый расход воды q в дискретную подачу с большим расходом Q.