Результат интеллектуальной деятельности: ГИДРОПОДКОРМЩИК К СИСТЕМАМ ДИСКРЕТНОГО ПОЛИВА

Изобретение относится к области механизации сельского хозяйства и может быть применено при многоцелевом использовании систем дискретного полива: для внесения с поливной водой минеральных удобрений, микроэлементов, гербицидов и других пестицидов, а также может быть применено и в других областях народного хозяйства с аналогичными задачами и интендичным режимом работы основного оборудования.

Известно устройство для внесения жидких удобрений с поливной водой, включающее напорный водовод с расположенным в нем дросселем, емкость для жидких удобрений, мембранный насос-дозатор, соединенный всасывающим трубопроводом с емкостью для жидких удобрений и нагнетательным трубопроводом, напорный и возвратный гидроцилиндры, кинематические связанные между собой и с мембранным насосом-дозатором, сообщающимся с рабочими полостями напорного и возвратного гидроцилиндров, распределитель, соединенный с напорным трубопроводом перед дросселем и сливным трубопроводом - после дросселя. Кроме того, на напорном трубопроводе установлен регулятор давления со штоком управления, а на питающем трубопроводе - регулирующий клапан с толкателем, который кинематически связан с двуплечим рычагом со штоком управления регулятора давления (авторское свидетельство SU №952139, кл. А01С 23/04 от 23.08.1982).

Недостатком данного устройства является то, что оно не решает проблемы надежного дозирования маточных растворов с весьма ограниченными расходами и в малоинтенсивном режиме, требует высоких давлений в трубопроводе для функционирования дозирующего рабочего органа. Кроме того, имеет место наличие технически сложного специального насоса-дозатора с гидроцилиндрами давления, определяющего надежность и работоспособность устройства, предъявляются высокие требования физическим свойствам растворов, трудоемкость изготовления всех узлов и его большая материалоемкость применительно к рассматриваемым системам дискретного полива.

Известен гидравлический подкормщик к дождевальным машинам, содержащий установленную на напорном трубопроводе емкость для жидких удобрений и насос-дозатор, который выполнен в виде разгонной трубки с ударным клапаном, которая расположена в напорном трубопроводе, закреплена на несущем патрубке и соединена через обратный клапан и вентиль с емкостью (авторское свидетельство №1202504, кл. А01С 23/04 от 07.01.1986).

Недостатком данного гидравлического подкормщика является необходимость закрытых напорных трубопроводов, существенные потери давления в местах подсоединения, не учитываются технологические особенности дискретных поливов и конструктивных исполнений систем для их осуществления в безнапорном варианте. Кроме того, невозможно провести малоинтенсивное дозирование растворов средств химизации.

Известен гидроподкормщик для поливных машин, содержащий емкость с подводящим и отводящим трубопроводами, входной и выходной концы которых повернуты в противоположные стороны и расположены в напорном поливном трубопроводе таким образом, что входной конец подающего трубопровода направлен против потока воды, выходной конец отводящего трубопровода снабжен насадком, выполненным из концентрически расположенных в одной плоскости перфорированных кольцевых трубопроводов с полукруглым поперечным сечением, и коническим днищем с рядами отверстий разного диаметра, установленным на выходном конце отводящего трубопровода, причем ряды отверстий соединены с перфорированными кольцевыми трубопроводами радиальными трубопроводами, наклоненными под различными углами к оси напорного трубопровода, причем плоская перфорированная поверхность кольцевых трубопроводов расположена по направлению потока воды (авторское свидетельство SU №1517806, кл. А01С 23/04 от 30.10.1989).

Недостаток известного гидроподкормщика состоит в том, что он требует закрытых напорных трубопроводов и высоких давлений для функционирования подводящего и отводящего трубопроводов с напорным трубопроводом. Кроме того, не учитываются технические особенности дискретных поливов и конструктивных исполнений систем для их осуществления в безнапорном варианте.

Известно устройство для полива, содержащее распределительный и поливной трубопроводы с водовыпусками, накопительную емкость, питающую трубку с краном, сифон, сообщенный всасывающей частью с емкостью, а сливной - с распределительным трубопроводом, и механизм запуска сифона, последний выполнен в виде соединенных между собой трубки-датчика уровня жидкости, эжектора и коллектора с входным и выходными патрубками, при этом трубка-датчик уровня жидкости сообщена с одной стороны с всасывающей частью сифона через отверстие, выполненное в боковой стенке накопительной емкости, а с другой стороны посредством эжектора - со сливной частью сифона, расположенной в коллекторе через его входной патрубок, причем нижний конец трубки-датчика размещен в коллекторе выше уровня расположения выходных патрубков, а конец сливной части сифона и поливные трубопроводы - ниже его (патент RU №2015661, кл. A01G 25/02, А01М 7/00 от 15.07.1994).

Недостатком известного устройства для внесения удобрений с поливной водой, применительно к системам дискретной подачи воды к очагам увлажнения, является возможность использования только с растворами удобрений, низкая надежность работы трубки-сифона как дозатора, невысокая равномерность распределения питательных веществ по площади полива, непредсказуемость работы трубки-сифона при повышенных концентрациях маточных растворов, отсутствие наглядности и управляемости выноса питательных веществ в поливную воду из смесителя.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности относится выбранный в качестве прототипа гидроподкормщик к системам дискретного полива, содержащий накопительную емкость с сифоном, подводящий патрубок, поливные трубопроводы, корпус с накопителем для сухих удобрений, соединительную и трубопроводную арматуру, корпус снабжен дозирующими отверстиями, расположенными в нижнем придонном сечении, и оборудован внутренним накопителем сухих удобрений в виде перфорированного стакана, который гидравлически связан с последовательно накапливаемым и отбираемым объемом поливной воды (патент RU №2185048, кл. А01С 23/04 от 20.07.2002).

Однако известный гидроподкормщик к системам дискретного полива обеспечивает выдачу смеси в виде уже рабочего раствора агрохимикатов через сифон и связанные с ним трубопроводы для орошения. При этом возможно заполнение воды лишь одинакового объема перфорированного стакана с накопителями сухих туков до некоторой его высоты, не достигаемой верхней крышки стакана, что не используется для быстрого растворения сухих туков для преобразования в жидкий раствор. Это связано с тем, что при растворении сухих туков выделяется газ, а из воды - воздух, которые скапливаются под крышкой стакана, связанного с корпусом, т.е. образуется воздушная подушка («пробка»). И это не позволяет водяному столбу подниматься вверх, так как вода втекает из низких дозирующих отверстий. Таким образом, неполностью используются агрохимикаты. Кроме того, процесс замедляется для получения быстрого рабочего раствора при отборе накопленного объема поливной воды из емкости сифоном, так как производительность сифона намного превышает вытекание раствора из нижних отверстий перфорированного стакана и он весь не успевает смешиваться с чистой водой (низка его концентрация), а производительность сифона опережает забор воды из емкости, т.е. существует недостаточное активное смешение раствора с водой при выходе питательных веществ из отверстий, что снижает урожайность сельскохозяйственных культур при поливе орошаемой площади. Таким образом, отсутствует достаточно полное смешивание удобрений или маточного раствора с природной водой для эффективного разбавления.

Технический результат от использования заявленного изобретения заключается в повышении эффективности смешения и внесения средств химизации с природной водой.

Технический результат достигается тем, что гидроподкормщик к системам дискретного полива, содержащий накопительную емкость с сифоном, подводящий патрубок, поливные трубопроводы, корпус с накопителем для сухих удобрений, соединительную и трубопроводную арматуру, корпус оборудован внутренним накопителем сухих удобрений в виде перфорированного стакана, который гидравлически связан с последовательно накапливаемым объемом поливной воды, корпус разделен на две части кольцевой перфорированной перегородкой с установленной внутри стакана дополнительной трубкой, верхний конец которой закреплен к крышке, а нижний закреплен к кольцевой перфорированной перегородке, выполненной в виде дна стакана с перфорацией, причем через дополнительную трубку пропущен вертикальный приводной вал с закрепленным к нему закручивателем потока в виде винтолопастной турбины, установленной в нижней части полости корпуса, полость которого выполнена камерой, высота которой имеет форму усеченного конуса, установленного малым основанием вниз и соединенного с подводящим трубчатым каналом с обратным клапаном.

Кроме того, выпускные отверстия выполнены в верхней части корпуса.

Кроме того, нисходящая ветвь сифона снабжена изогнутой трубкой с регулируемым вентилем, размещенным между накопительной емкостью и нисходящей ветвью сифона.

Кроме того, нижний конец изогнутой трубки расположен в накопительной емкости и направлен к дну емкости, а верхний - в сторону гребня сифона.

Кроме того, он снабжен установленным в накопительной емкости клапаном, выполненным в виде двуплечего рычага с запорным органом для нижнего конца изогнутой трубки, жестко закрепленным на одном его плече, и поплавком, шарнирно закрепленным на другом конце.

Кроме того, накопительная емкость снабжена L-образной консольной полкой, причем вертикальная ее часть расположена выше максимального уровня воды в накопительной емкости, а нижняя горизонтальная полка - ниже минимального уровня воды.

Предлагаемый гидроподкормщик может устанавливаться на системах безнапорного дискретного полива и преимущественно на импульсно-локальных оросительных системах с автоматизацией полива. При этом предпочтение отдается объектам защищенного грунта, в том числе парникам и приусадебным теплицам. Использование гидроподкормщика предусматривает внесение с поливной водой макро- и микроэлементов, гербицидов и других пестицидов почвенного действия.

Подобная конструкция приводит к тому, что природная вода в перфорированный стакан с сухими удобрениями подается со стороны нижней камеры в дне корпуса через перфорированную перегородку, разделяющую корпус на две части, которая одновременно является и дном с перфорацией стакана, при этом вода подводится подводящим трубчатым каналом в конический раструб и далее в камеру с вращающейся лопастью конической винтолопасной турбины с помощью приводного вала с электродвигателем и приводит поток в движение вверх. При этом сила, воздействующая на лопасти турбины, снизу подает воду вверх через кольцевую перфорированную перегородку, и сила массы воды с растворенными удобрениями образует смесь в виде рабочего раствора, проходящего через верхние выпускные дозирующие отверстия в корпусе. Затем эта смесь далее поступает активно в накопительную емкость и смешивается с природной водой. Расчет мощности двигателя ведется по формуле расчета мощности винтолопастной турбины на вращение и поднятие воды вверх по формуле

N=9,81/QHη,

где 9,81 - ускорение свободного падения тела, м²/с;

Q - расход воды, м³/с;

η - к.п.д.

Мощность получаем в кВт.

В результате сухие удобрения по всей высоте стакана активно смачиваются водой и растворяются, появляется их реакция с выделением газа и воздуха из воды. В результате газы вместе с раствором поступают через верхние дозирующие отверстия в корпусе и смешиваются с природной водой, эта смесь образуется в виде рабочего раствора, далее через сифон смешанный поток распределяется по орошаемой площади. Производительность растворенных сухих удобрений в стакане увеличивается в объеме раствора. При этом в верхней части стакана отсутствуют воздушные пузырьки газа и воздуха, т.е. под крышкой корпуса, увеличивается объем поступающей воды для осуществления растворения сухих удобрений.

Установка изогнутой трубки в нисходящей ветви сифона позволяет использовать частично падающую массу смешанной воды, проходящую через гребень сифона. Однако, во-первых, после достижения определенного уровня свободной поверхности рабочего раствора в накопительной емкости, совпадающей с торцом нижнего конца восходящего участка изогнутой трубы, рабочий раствор в небольшом количестве по трубке и сифону перетекает по нисходящей ветви вниз. Поплавок в это время поднимается, поворачивает рычаг по часовой стрелке. Запорный орган открывает нижнее впускное отверстие трубки. При этом расход движущегося рабочего раствора меньше, чем расход воды, поступающей через подводящий патрубок в накопительную емкость. Поэтому уровень свободной поверхности рабочего раствора в накопительной емкости продолжает подниматься. Как только уровень достигнет гребня сифона, он включается в работу, и при заполнении ею всего сечения нисходящей ветви сифона часть рабочего раствора, наоборот, начнет поступать по изогнутой трубке через верхнее отверстие снова в накопительную емкость. Таким образом, накопительная емкость наполняется и происходит более активное смешивание за счет двух потоков. При работе сифона полным сечением уровень в накопительной емкости опускается, соответственно поплавок также опускается и двуплечий рычаг поворачивается против часовой стрелки и закрывает нижнее отверстие изогнутой трубки с помощью запорного органа (клапана). В результате этого в сифоне происходит разрыв потока рабочего раствора, так как воздух поступает из атмосферы с нижнего торца восходящей ветви сифона, и он не работает. Таким образом повышается наполнение раствором с поступающей природной водой из подводящего патрубка, они смешиваются, и цикл повторяется. Можно также изменять программу выдачи дозы через изогнутую трубку в сифоне за счет регулировки на ней вентиля или полностью его закрыть и сифон будет работать как известный обычный.

Смешивание раствора, получаемого из сухих удобрений с природной водой, происходит эффективно при наличии ограждающей L-образной консольной полки, геометрические размеры которой связывают с наполнением накопительной емкости с природной водой, и смесь раствора, или маточного раствора, которая в большей степени отделена от постоянно поступающей сверху природной воды, т.е. влияние на свободной поверхности волновых явлений, не оказывают на остальную часть смешения раствора с водой перед корпусом.

На чертеже представлена принципиально конструктивная схема предлагаемого гидроподкормщика к системам дискретного полива.

Гидроподкормщик к системам дискретного полива включает корпус 1, оборудованный верхними выпускными дозирующими отверстиями 2, и накопитель сухих туков, выполненный в виде перфорированного стакана 3, дно которого выполнено в виде перфорированной перегородки 4. Корпус 1 разделен на две части кольцевой перфорированной перегородкой 4, которая одновременно является и перфорированным дном для стакана 3. Внутри перфорированного стакана 3 пропущена дополнительная трубка 5, которая верхним концом закреплена к крышке 6 стакана 3, а нижним - трубка 5 закреплена к кольцевой перфорированной перегородке 4, торцы которой свободно контактируют с внутренней поверхностью стенок корпуса 1. Нижняя часть корпуса 1 выполнена в виде камеры 7, имеющей форму усеченного конуса, установленного меньшим основанием вниз, и конус соединен с подводящим трубчатым каналом 8 с обратным клапаном 9, размещенными в накопительной емкости 10. В местах соединения корпуса 1 и камеры 7, в сторону усеченного конуса, установлена коническая винтолопастная турбина 11 с лопастями. Турбина 11 соединена вертикальным валом 12, пропущенным через полость дополнительной трубки 5, который соединен с электродвигателем 13.

В накопительную емкость 10 введена изогнутая трубка 14, верхний конец которой введен в нисходящую ветвь сифона 15, а нижний конец расположен в накопительной емкости 10. Вентиль 16 на трубке 14 используется для регулирования расхода рабочего раствора, движущегося по сифону 15 и изогнутой трубке 14. Вентиль 16 является своего рода задатчиком выдачи рабочего раствора и регулирования работы накопительной емкости 10.

Нижний конец изогнутой трубки 14 закрывается запорным органом 17, в результате чего разрыв сплошности потока в сифоне 15 в момент его выключения осуществляется только при подаче рабочего раствора за счет запорного органа 17. Это, в свою очередь, облегчает разрыв сплошности потока рабочего раствора в момент его выключения.

Поплавковый привод в накопительной емкости 10 состоит из двуплечего рычага 18, закрепленного на качающей оси 19 на стойке 20, штока 21 с поплавком 22 и предназначенного для открывания и закрывания нижнего отверстия конца изогнутой трубки 14 с помощью запорного органа 17.

Перед корпусом 1 в накопительной емкости 10 расположено устройство для ограждения поступающей расчетной природной воды из трубопровода 23 с краном 24 по патрубку 25 в виде L-образной консольной полки, состоящей из вертикальной стенки 26 и горизонтальной стенки 27.

Верх вертикальной стенки 26 расположен выше максимального уровня в накопительной емкости 10, а горизонтальная стенка 27 - ниже минимального уровня в ней.

В процессе штатной работы оросительной системы емкость 10 закрыта крышкой 28 с установкой в ней корпуса 1.

Гидроподкормщик к системам дискретного полива работает следующим образом.

Перфорированный стакан 3 заправляют сухими минеральными удобрениями из расчета потребной их дозы на конкретный этап органогинеза развития растений или какой-то ее части с учетом обрабатываемой площади. Заправленный стакан 3 с дополнительной трубкой 5, винтолопастной турбины 11 с лопастями, и соединенная с вертикальным валом 12, который затем соединяется с двигателем, вставляют в корпус 1 гидроподкормщика. Турбину 11 помещают в нижнюю часть корпуса 1 с выполненной камерой 7, которая имеет форму усеченного конуса, и крепится корпусу 1, и открывают кран 24. Вода, поступающая по подводящему трубчатому каналу 8, заполняет камеру 7, под давлением работы винтолопастной турбины 11 поднимает принудительно поток воды вверх через кольцевую перфорированную перегородку 4 в виде выполненного дна с перфорацией стакана 3, т.е. вытесняет воду из отсасывающей нижней части камеры 7 вверх. При перетоке через перфорацию в перегородке 4, разделяющей корпус 1 на две части, вода направляется во внутреннюю полость стакана 3 и вступает в контакт с удобрениями. При контакте воды с удобрениями они по всей высоте стакана переходят в раствор. То есть дальше образуется рабочий раствор, который через перфорацию стакана заполняет зазоры между внутренними стенками корпуса 1, и далее они поступают через верхние дозирующие выпускные отверстия в емкость 10, где окончательно смешиваются с природной водой.

Одновременно вода, поступающая в емкость 10, начинает заполнять ее. После достижения определенного уровня свободной поверхности воды в емкости 10, совпадающей с нижним концом изогнутой трубы 14, вода по трубке 14 поступает в нисходящую ветвь сифона 15 и далее в поливные трубопроводы (не показано). Поэтому уровень воды, смешанной с раствором в емкости 10, продолжает подниматься. Как только уровень свободной поверхности в емкости 10 достигнет выше гребня сифона 15, сифон 15 включается в действие, т.е. по нему начинается течение рабочего раствора, смешанного с водой, при заполнении всего сечения нисходящей ветви сифона 15.

За счет гидродиамического давления сверху раствора, набегающего на верхний конец изогнутой трубки 14, расположенной в сифоне 15, часть рабочего раствора через трубку 14 возвращается в емкость 10, где она вновь дополнительно насыщает воду раствором. Таким образом, за счет двух потоков, потока новой порции поступления природной воды, движущейся по трубопроводу 23 с патрубком 25, и раствора, движущегося по изогнутой трубке 14, емкость 10 наполняется и происходит активное перемешивание. Необходимо иметь в виду, что обязательным условием при этом для нормальной работы гидроподкормщика с сифонным дозатором является то, что сумма расходов воды, втекающей в емкость из патрубка 25 с регулируемым краном 24, была меньше расхода рабочего раствора, втекающего из емкости 10 через сифон 15, в момент включения сифона полным объемом.

Таким образом, уровень рабочего раствора в емкости 10 опускается. При этом поплавок 22 тоже опускается, поворачивается против часовой стрелки двуплечий рычаг 18 и закрывает нижнее отверстие конца изогнутой трубки 14 с помощью запорного органа 17 (клапана). При снижении уровня свободной поверхности до нижнего конца трубки 14 и торца восходящей ветви сифона 15 воздух из атмосферы поступает в сифон 15 и происходит разрыв потока рабочего раствора (жидких удобрений), движущихся в сифоне 15.

После того как воздух поступает в сифон и происходит разрыв сплошности рабочего раствора, начинается наполнение накопительной емкости 10, идет заполнение подводящего трубчатого канала 8 и под давлением конической винтолопастной турбины 11 поток вновь поступает через перфорированную перегородку 4 в полость стакана 3 с заправленными сухими минеральными удобрениями, и цикл повторяется сколь угодно до тех пор, пока поступает вода из патрубка 25 в накопительную емкость 10. Изменяя степень открытия вентиля 16 на изогнутой трубке 14, можно изменить рабочий раствор потока, проходящего по трубке 14. Следовательно, можно изменить программу выдачи рабочих растворов (жидких удобрений) к системам дискретного полива и параметры работы сифона 15. В случае закрытия вентиля 16 сифон может работать как обычный дозатор выдачи рабочих растворов к системам дискретного полива.

Отвод рабочего раствора, их агрохимикатов из емкости 10 продолжается до тех пор, пока уровень не опустится до минимального, т.е. ниже торца восходящей ветви сифона 15, и произойдет разряжение, а величина максимального уровня задается высотой расположения гребня сифона 15 в емкости 10. Непосредственный полив реализуется малорасходными дождевальными форсунками или специальными водовыпусками, например, капельницами выполненными в стенках поливного трубопровода. В процессе работы системы полива емкость 10 закрыта крышкой 28, через которую пропущен корпус 1.

L-образная консольная полка, состоящая из вертикальной стенки 26 и горизонтальной стенки 27, создает отвод природной воды в емкости 10, в сторону направления корпуса 1 при отсутствии волновых явлений на свободной поверхности и выплеска поступающей воды под напором из патрубка 25 с высоты.

Устойчивость турбины 11 вертикально с валом в камере с подводящим трубчатым каналом обеспечивается вертикальной трубкой, размещенной в центре стакана, а осевая нагрузка от поднятия массы воды (потока) вверх воспринимается упором конца конической винтолопастной, упор который закреплен в узком сечении основания камеры в низ (на чертеже не показано для упрощения). В результате расположения верхних выпускных отверстий в корпусе под крышкой происходит выделение газа из удобрений и воздуха из воды в емкость с рабочим раствором, которые направляются через сифон на полив, сохраняя экологическую обстановку вокруг устройства. При этом исключаются условия недостаточного поступления воды в верхние слои сухих минеральных удобрений под давлением заполнения водой всего объема стакана.

Применение предложенного устройства позволяет использовать массу воды в камере в нижней части корпуса для надежного дозирования сухих минеральных удобрений в стакане под напором подводящей воды, за счет применения конической винтолопастной турбины, с расположением верхних выпускных отверстий в корпусе и с учетом использования перфорации в кольцевой перегородке, являющейся одновременно и дном стакана. Кроме того, бесступенчатость регулирования параметров работы гидроподкормщика и программы выдачи дозы связаны за счет крана и вентиля.

Смешивание дозирования растворов средств химизации на автономных системах дискретного полива с природной водой происходит вначале непосредственно с эффективным разбавлением в накопительной емкости, поэтому использование всех узлов в целом повышает надежность и работоспособность устройства.