Результат интеллектуальной деятельности: Устройство для полива

Изобретение относится к области механизации сельского хозяйства, в частности к многоцелевому использованию оросительных систем дискретного полива для внесения в почву с поливной водой растворов средств химизации.

Известен сифон, содержащий всасывающее колено с воздушным колпаком, заглушкой и всасывающей трубкой с боковым выходным штуцером, сливное колено с муфтой, сливной трубкой и трубкой-сапуном и механизм запуска сифона, выполненного из упомянутых частей всасывающего и сливного колена. Всасывающая трубка по оси разделена перегородкой на две части, заглушена внизу полностью, а наверху - в части со стороны выходного штуцера, при этом нижняя часть перегородки выполнена выше нижней кромки всасывающей трубки, воздушный колпак установлен в верхней части всасывающей трубки и выполнен с буртиком с вырезом, причем вырез направлен в сторону выходного штуцера, выходной штуцер снабжен крепежной гайкой, а его конец и входной канал сливного колена выполнены гладкими для их соединения между собой скользящей посадкой. На Фиг.12 приведена рабочая схема монтажа сифона с накопительной емкостью и потребителем (вариант потребителя - приемный патрубок и поливные трубки с водовыпусками), а на Фиг.13 - Состояние сифона после запуска в работу (происходит слив жидкости из накопительной емкости свободно потребителю). [Патент России 2 694 493, кл. F04F 10/00(2006.01), F04F 10/00 (2019.05) от 16.07.2019].

В этом патенте посредством накопительной емкости, сифона, приемной патрубки и поливных трубок с водовыпусками создано устройство для полива.

Недостатком этого устройства для полива является невозможность внесения растворов средств химизации с полисной водой при каждом цикле «накопление-слив», что приводит к снижению его эффективности из-за снижения урожайности сельскохозяйственных культур.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является 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. Механизм запуска 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. Оно снабжено смесителем, сообщенным с накопительной емкостью через трубку-сифон, один конец которой расположен у донышка смесителя, а другой направлен вверх и размещен в накопительной емкости ниже верхнего уровня трубки-датчика уровня жидкости, смеситель выполнен с горловиной, в которой установлен балласт с возможностью регулирования его положения по высоте. [Патент России 2 015 661, кл. A01G 25/02 (1990.01); A01М 7/00 (1990.01); от 15.07.1994 (прототип)].

Недостатком этого устройства для полива являются сложность конструкции, невысокая эффективность и узкий диапазон применения концентрации растворов средств химизации, что препятствует поочередному быстрому внесению разных видов растворов средств химизации в почву согласно активной фазе развития растения. Повышение концентрации раствора средств химизации затрудняет поступление воды из накопительной емкости в смеситель, а из смесителя - поступление раствора в накопительную емкость из-за нарастающей разницы объемных весов раствора средств химизации и поливной воды. При работе устройства для полива с низкими концентрациями растворов средств химизации происходит непрерывное понижение концентрации раствора в смесителе от цикла к циклу «накопление-слив» без изменения его объема, что приводит к нежелательному увеличению времени работы устройства для полного выноса раствора из смесителя и подачи на орошаемый участок.

Устройство не обеспечивает дозированной подачи раствора средств химизации в поливную воду от цикла к циклу «накопление-слив».

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение эффективности путем расширения диапазона изменения концентрации растворов средств химизации и их дозированной подачи в поливную воду при каждом цикле «накопление-слив».

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для полива, содержащем накопительную емкость, питающую трубку с краном, сифон, работающий в автоматическом режиме, распределительные и поливные трубопроводы с водовыпусками, и смеситель, смеситель помещен в накопительную емкость и выполнен в виде закрытой емкости, снабженной мерной емкостью, трубкой-сапуном и воздушным колпаком с гидравлическим каналом связи, при этом мерная емкость установлена выше закрытой емкости посредством полого штока на уровне ниже верхнего уровня воды в накопительной емкости, нижний конец трубки-сапуна установлен в верхней части закрытой емкости, а верхний - выше уровня мерной емкости, воздушный колпак установлен выше нижнего уровня воды в накопительной емкости и сообщен гидравлическим каналом связи с придонной частью закрытой емкости, мерная емкость выполнена в виде стакана с зажимом и шкалой подачи раствора средств химизации, причем ее полость соединена с полостью накопительной емкости посредством гибкой трубки, один конец которой соединен с зоной его дна, а другой - пропущен через зажим с возможностью перемещения по шкале подачи раствора средств химизации.

Сущность предполагаемого изобретения приведена на рисунках, где на Фиг.1 - общий вид устройства для полива; на Фиг.2 - общий вид конструкции смесителя; Фиг.3 - вид компоновка накопительной емкости, питающей трубки с краном, сифона и смесителя в разрезе; Фиг.4 - вид смесителя в накопительной емкости после его зарядки раствором средств химизации; Фиг.5 - состояние уровней раствора средств химизации в смесителе при повышении уровня воды в накопительной емкости до нижнего среза воздушного колпака; Фиг.6 - состояние уровней раствора средств химизации в смесителе при повышении уровня воды в накопительной емкости выше воздушного колпака; Фиг.7 - состояние уровней раствора средств химизации в смесителе при верхнем уровне (ВУ) воды в накопительной емкости; Фиг.8 - вид устройства для полива при снижении уровня воды в накопительной емкости и Фиг.9 - состояние уровней раствора средств химизации в смесителе при снижении уровня воды в накопительной емкости до нижнего уровня (НУ).

Устройство для полива состоит из накопительной емкости 1, питающей трубки 2 с краном 3, сифона 4, работающем в автоматическом режиме, приемного коллектора 5, распределительных 6 и поливных 7 трубопроводов с водовыпусками 8 и смесителя 9 (Фиг.1). Смеситель 9 помещен в накопительной емкости 1 и выполнен в виде закрытой емкости 10, снабженной мерной емкостью 11, трубкой-сапуном 12 и воздушным колпаком 13 с гидравлическим каналом связи 14. Мерная емкость 11 установлена выше закрытой емкости 10, посредством полого штока 15, на уровне ниже верхнего уровня (ВУ) воды в накопительной емкости 1, нижний конец трубки-сапуна 12 установлен в верхней части закрытой емкости 10, а верхний - выше уровня мерной емкости 11, нижний срез 16 воздушного колпака 13 установлен выше нижнего уровня (НУ) воды в накопительной емкости 1, а его полость 17 сообщена гидравлическим каналом связи 14 с придонной полостью закрытой емкости 10. Мерная емкость 11 выполнена в виде стакана 18 с зажимом 19 и шкалой подачи раствора средств химизации 20, причем его полость соединена с полостью накопительной емкости 1 посредством гибкой трубки 21, конец 22 которой соединен с зоной его дна, а конец 23 пропущен через зажим 19 с возможностью перемещения по шкале подачи раствора средств химизации 20 (Фиг.2 - Фиг.9).

Перед началом работ устройства для полива необходимо заполнить закрытую емкость 10 смесителя 9 требуемым раствором средств химизации через мерную емкость 11. При этом уровень раствора средств химизации в гидравлических каналах установится, как показано на (Фиг.4).

Устройство для полива работает следующим образом. Вода из питающей трубки 2 расходом q, задаваемым краном 3 поступает в накопительную емкость 1. Уровень воды в накопительной емкости 1 начинает медленно повышаться и до достижения НУ (начало цикла «накопление-слив») и уровня нижнего среза 16 воздушного колпака 13 не оказывает никакого воздействия на закрытую емкость 10 (Фиг.5). Повышение уровня воды в накопительной емкости 1 от нижнего среза 16 воздушного колпака 13 до конца 23 трубки 21 создает воздушную пробку в колпаке 13 и гидравлическом канале связи 14, что надежно препятствует попаданию поливной воды из накопительной емкости 1 в закрытую емкость 10 и снижению концентрации раствора средств химизации в ней (Фиг.6). Дальнейшее повышение уровня воды в накопительной емкости 1 выше уровня конца 23 и до достижения ВУ приводит к заполнению стакана 18 мерной емкости 11 через трубку 21 с концом 22, полого штока 15 и трубки-сапуна 12 поливной водой и повышению уровня раствора средств химизации в гидравлическом канале связи 14 (Фиг.7).

При достижении уровня воды в накопительной емкости 1 до ВУ сифон 4 автоматически запускается в работу и производит слив с расходом Q накопленного объема воды с раствором средств химизации на орошаемый участок через приемный коллектор 5, распределительные 6 и поливные 7 трубопроводы с водовыпусками 7. Медленное накопление воды в накопительной емкости 1 с подводимым расходом q и быстрый слив из нее с расходом Q, иногда превышающим подводимый расход q на два и более порядка позволяют получить равномерное распределение поливной воды по орошаемому участку через водовыпуски 8. Снижение уровня воды в накопительной емкости 1 до уровня конца 23, вода из стакана 18 мерной емкости 11 через трубку 21 свободно сливается в накопительную емкость 1, тем самым обеспечивая задаваемый объем подачи раствора средств химизации в поливную воду за цикл «накопление-слив» посредством фиксатора 19, шкалой подачи растворов химизации 20 и трубки 21. Дальнейшее снижение уровня воды в накопительной емкости 1 (Фиг.8), под действием напора воды в мерной емкости 11, приводит к вытеснению раствора средств химизации из закрытой емкости 10 в накопительную емкость 1 через гидравлический канал связи 14 и воздушный колпак 13. Снижение уровня воды в накопительной емкости 1 до НУ (конец цикла «накопление-слив») сообщает воздушную полость 17 колпака 13 с атмосферой, обеспечивает перетекание объема воды из мерной емкости 11 в верхнюю часть емкости 10 и вытеснение столько же объема раствора средств химизации из нее в накопительную емкость 1. Благодаря медленному поступлению воды из мерной емкости 11 в верхний слой емкости 10 и меньшему ее объемному весу, чем объемный вес раствора в емкости 10, формируется два слоя жидкости в ней, раствор средств химизации, расположенный внизу и поливной воды с верху, происходит не активное растворение раствора средств химизации с поливной водой и снижение концентрации раствора у донной части емкости 10 (Фиг.9). Далее при каждом цикле «накопление-слив» из мерной емкости 11 в верхнюю часть емкости 10 поступает определенный объем поливной воды и вытесняет из ее придонной полости в накопительную емкость 1 дозированный объем концентрированного раствора средств химизации.

Изменением уровня конца 23 по шкале подачи доз раствора 20 посредством трубки 21 и фиксатора 19 достигается изменения объема подачи раствора средств химизации из емкости 10 в поливную воду накопительной емкости 1.

Установление мерной емкости 11 выше уровня воздушного колпака 13 позволяет расширить диапазон изменения концентрации применяемых растворов средств химизации, что способствует поочередному и быстрому внесению разных видов растворов средств химизации в почву согласно активной фазе развития растения и повышению эффективности устройства для полива.

Трубка - сапун 12 позволяет производить зарядку смесителя 9 раствором средств химизации через мерную емкость 11.

Таким образом, посредством помещения смесителя 9 в накопительной емкости 1, выполнения в виде закрытой емкости 10 и снабжения трубкой-сапуном 12 и воздушным колпаком 13 с гидравлическим каналом связи 14, установления мерной емкости 11 выше закрытой емкости 10 посредством полого штока 15 на уровне ниже верхнего уровня (ВУ) воды в накопительной емкости 1, нижнего конца трубки-сапуна 12 в верхней части закрытой емкости 10, а верхнего конца выше уровня мерной емкости 11, нижнего среза 16 воздушного колпака 13 выше нижнего уровня (НУ) воды в накопительной емкости 1 и сообщения полости 17 гидравлическим каналом связи 14 с придонной полостью закрытой емкости 10, выполнения мерной емкости в виде стакана 18 с зажимом 19 и шкалой подачи раствора средств химизации 20 и сообщения его полости с полостью накопительной емкости 1 посредством гибкой трубки 21, конец 22 которой соединен с зоной его дна, а конец 22 - пропущен через зажим 19 с возможностью перемещения по шкале подачи раствора средств химизации 20 достигнуто упрощение конструкции и повышение эффективности путем расширения диапазона изменения концентрации растворов средств химизации и их дозированной подачи в поливную воду при каждом цикле «накопление-слив».

В условиях мастерских ФГБНУ ВНИИ «Радуга» в 2021 году был изготовлен экспериментальный образец устройства для полива участка площадью до 36 м² со следующими конструктивными параметрами

Накопительная емкость 1 объем 18 л, высота 35 см.

Сифон 4, соединительный размер 1/2" с накопительной емкостью 1.

Верхний уровень (ВУ) от дна накопительной емкости 1 27 см.

Нижний уровень (НУ) от дна накопительной емкости 1 15 см.

Приемный коллектор 5 ПНД32.

Распределительные 6 и поливные 7 трубопроводы ПВХ6.

Количество водовыпусков 8 36 шт.

Смеситель 9

Мерная емкость 11 объем 0,09 л, уровень верхнего среза 26 см.

Воздушный колпак 13 Ф32 мм, высота 25 мм.

Уровень среза 16 от дна накопительной емкости 1 16 см.

Закрытая емкость 10 объем 0,75 л, высота 14 см.

Гидравлический канал 13 и гибкая трубка 20 трубка ПВХ6.

Проведены стендовые испытания экспериментального образца в лабораторных условиях с целью определения надежности его работы и стабильности подачи концентрированного раствора средств химизации в поливную воду при каждом цикле «накопление-слив» поливной воды. Результаты испытания положительны. Во время испытания не наблюдался ни одного отказа, как устройства для полива в целом, так и смесителя 9 в отдельности. В каждой фазе цикла «накопление» воздушная пробка, образованная в воздушном колпаке 13 и гидравлическом канале связи 14, надежно препятствовала поступлению воды из накопительной емкости 1 в закрытую емкость 10 и снижению концентрации растворов средств химизации в ней, а в каждой фазе цикла «слив» под действием напора воды в мерной емкости 11 вытеснялся из закрытой емкости 10 концентрированный раствор средств химизации в накопительную емкость 1 в постоянным объеме, определенным шкалой подачи растворов 20. Коэффициент равномерного распределения поливной воды с раствором средств химизации по орошаемому участку через водовыпуски 8 составил 0,82, что соответствует техническому требованию устройств для дискретного полива.

Применение предполагаемого изобретения в системах дискретного полива для внесения в почву с поливной водой растворов средств химизации значительно повысит надежность и эффективность этих систем.