Результат интеллектуальной деятельности: Система капельного орошения

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для орошения сельскохозяйственных культур.

Известна система капельного орошения, которая включает подводящий и распределительный трубопроводы. В ней к распределительному трубопроводу подключены через регуляторы расхода поливные трубопроводы, которые размещены с положительным уклоном и снабжены водовыпусками (патент RU №2384996 С1, класс A01G 25/00, опубл. 27.03.2010, Авторы: Губин Владимир Константинович, Губер Кирилл Вадимович, Храбров Михаил Юрьевич, Кудрявцева Лидия Владимировна).

Недостатком известной системы является ее недостаточная надежность, обусловленная тем, что вследствие отсутствия столкновения потоков вода не движется возвратно-поступательно, происходит осаждение взвешенных частиц в трубопроводах и капельницах и, как следствие, их засорение, особенно часто это происходит из-за потери напора на концевых частях поливных трубопроводов [1]. Следующим недостатком является то, что в системе не учитывается соединение капельниц с трубопроводами, поэтому коэффициент местного сопротивления по всей длине оросительной системы выше, что обусловлено резкой разницей диаметра просвета трубопровода по направлению от подводящего трубопровода к капельницам, а повышение коэффициента местного сопротивления приводит к снижению КПД системы [2]. Еще одним недостатком является отсутствие дополнительной напорной магистрали, из-за чего не происходит столкновения потоков жидкости и утрачивается дополнительная энергия, тем самым снижается КПД системы. Недостатком также является небольшой диаметр напорообразующей части (3-10 мм), что затрудняет прочищение компонентов устройства и значительно усложняет процесс капельного орошения [3].

Известна также система капельного орошения, взятая в качестве прототипа, включающая в себя водоисточник, трубчатые фильтры, бассейн-отстойник, насосную станцию, магистральные, распределительные и оросительные трубопроводы, капельницы или микродождеватели (патент SU №1551285 С1, класс A01G 25/02, опубл. 23.03/90, Авторы: Н.А. Куделя, А.В. Шевченко и М.И. Ромащенко).

Недостатком известной системы является ее низкая эффективность, ввиду того, что из-за отсутствия гидроподкормщика не предусматривается перемешивание воды с удобрением по всей длине поливных трубопроводов и равномерное распределение концентрации удобрений по длине поливного трубопровода, из-за чего орошаемые растения не получают нужного количества питательных веществ и медленно растут. Также недостатком является то, что в системе не учитывается соединение капельниц с трубопроводами, поэтому коэффициент местного сопротивления по всей длине оросительной системы выше, что обусловлено резкой разницей диаметра просвета трубопровода по направлению от магистрального трубопровода к капельницам, а повышение коэффициента местного сопротивления приводит к снижению КПД системы [2]. Еще одним недостатком является отсутствие дополнительной напорной магистрали, из-за чего не происходит столкновение потоков жидкости и утрачивается дополнительная энергия, тем самым снижается КПД системы. Следующим недостатком является отсутствие равномерного распределения жидкости по орошаемой территории, что требует больших затрат на материалы, именно поэтому не происходит распределения материальных совокупностей жидкости.

Технической задачей заявленного изобретения является повышение надежности и эффективности работы системы капельного орошения.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является обеспечение возможности внесения удобрений в оросительное устройство и улучшение их смешивания с жидкостью, а также сохранение энергии на протяжении всей системы.

Поставленная задача решается тем, что система капельного орошения помимо основной напорной магистрали, насосной станции и оросительной сети, содержит гидроподкормщик и дополнительную напорную магистраль, при этом основная и дополнительная напорные однонаправленные магистрали соединены между собой трубопроводами с отходящими от них капельницами. Общее число трубопроводов определяется по формуле:

где

n - число трубопроводов;

А - площадь стенки трубопровода, м²;

А₀ - площадь стенок половины трубопроводов, м²;

d - диаметр трубопровода, мм;

d₀ - диаметр половины трубопроводов, мм;

ρ - плотность стенки трубопровода, г/см³;

ρ₀ - плотность стенки для половины трубопроводов, г/см³;

Е - модуль Юнга стенки трубопровода, Па;

Е₀ - модуль Юнга стенки для половины трубопроводов, Па;

h - толщина стенки трубопровода, мм;

h₀ - толщина стенки для половины трубопроводов, мм.

Формула (1) обеспечивает согласованность импедансов магистрального и поливного трубопроводов.

Несомненным преимуществом изобретения является то, что она обладает ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что система содержит:

- гидроподкормщик, подключенный к напорной магистрали снабженной клапаном, позволяет вводить в напорную магистраль удобрения и регулировать их концентрацию в жидкости.

- дополнительную напорную магистраль с дополнительным клапаном, соединенную со средством орошения, что позволяет изменять направление движения смеси жидкости с удобрением в средстве для орошения.

Кроме того, бесспорным преимуществом является то, что давление, созданное одним насосом, превосходит давление, созданное другим насосом, вследствие чего вода в поливных насосах двигается возвратно - поступательно, что препятствует закупорке трубопровода и способствует равномерному распределению жидкости. Достоинством системы является то, что вследствие столкновения двух потоков из-за наличия дополнительной напорной магистрали происходит увеличение энергии, в связи с этим повышается КПД системы. Следующим преимуществом является то, что постепенное уменьшение диаметра просвета трубопровода по направлению от напорной магистрали к капельницам обуславливает снижение коэффициента местного сопротивления по всей длине оросительной системы, а снижение коэффициента сопротивления приводит к увеличению КПД системы.

Данная конструкция позволяет вводить в напорную магистраль удобрения и регулировать их концентрацию в жидкости и изменять направление движения смеси жидкости с удобрением в средстве для орошения, благодаря чему обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в обеспечении возможности внесения удобрений в оросительное устройство и улучшение их смешивания с жидкостью, повышая эффективность использования оросительного устройства.

Наличие новых отличительных существенных признаков свидетельствует о соответствии изобретения критерию патентоспособности «новизна».

Изобретение может быть выполнено при помощи известных средств, материалов и технологий, что свидетельствует о его соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежом, где представлена схема оросительной системы, состоящей из водозаборного узла 1, двух плунжерных насосов 2 и 3, дросселей 4, генератора командных импульсов 5, магистрального трубопровода 6, клапанов 7 и 8, системы параллельно соединенных упругих поливных трубопроводов 9, с закрепленными на них капельницами 10, втулок крепления 11, гидроподкормщика 12, дополнительной напорной магистрали 13, водозаборного узла для дополнительной напорной магистрали 14.

Система капельного орошения функционирует следующим образом. Вода, поступившая через водозаборный узел 1, подается насосом 2 через магистральный трубопровод 6, клапан 7 в систему параллельно соединенных упругих поливных трубопроводов 9; часть этой воды поступает в капельницы 10 и выбрасывается к месту полива. Остальная часть жидкости двигается дальше до закрытого клапана 8.

В это же время насос 3, работающий в противофазе с насосом 2, осуществляет забор воды в свою рабочую полость. Как только поршень насоса 2 доходит до крайнего положения, начинается следующая фаза движения: напор создает насос 3, а насос 2 набирает воду в рабочую полость; в это время клапан 8 открыт, а клапан 7 закрыт.Давление, созданное насосом 2, превосходит давление, которое создает насос 3, вследствие чего вода в поливных трубопроводах двигается возвратно-поступательно, что препятствует закупорке трубопровода и способствует лучшему перемешиванию удобрений.

Работу насосов в противофазе обеспечивает генератор командных импульсов 5. Дроссели 4 сглаживают эпюры давлений.

Литература

1. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. Физматгиз, М., 1959.

2. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для машиностроительных вузов / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов. - 2-е изд., перераб. - М.: Машиностроение, 1982. - 423 с.

3. Основы гидродинамики: учеб.пособие / С.Д. Чижиумов. - Комсомольск-на-амуре: ГОУВПО «КнАГТУ», 2007. - 106 с.