САМОНАПОРНАЯ ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА Российский патент 1994 года по МПК A01G25/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к поливу из трубопроводов на местности с повышенными уклонами.

Известна оросительная система, включающая поливные трубопроводы с водовыпускными отверстиями с перегораживающими устройствами, обеспечивающими безнапорное движение воды выше участка ее выпуска в борозды, при этом параллельно каждому трубопроводу и выше его по уклону, начиная со второго, проложены водосбросные каналы, а сами трубопроводы расположены при этом ступенчато, перегораживающие сооружения установлены в местах перепада и выполнены каждое в виде колодца с щитовым затвором, делящим его на напорную и безнапорную камеры, последняя из которых гидравлически связана с водосбросным каналом.

Наиболее близкой к предлагаемой является самонапорная оросительная система, включающая водозаборное сооружение, распределительный трубопровод, поливные трубопроводы и водораспределительные колодцы, снабженные устройствами для подачи и регулирования расходов воды и расположенные последовательно по длине распределительного трубопровода в местах отвода из него в поливные [1]. Недостатком данной системы является ограниченная функциональная возможность, большая материалоемкость сооружений. Кроме того, система не позволяет делать промывку трубопроводов.

Цель изобретения - снижение эксплуатационных затрат и упрощение эксплуатации.

Предлагаемая система с помощью водорегулирующего узла и двухпозиционных переключателей потока обеспечивает возможность управления из одной точки (место среднего колодца) тремя водораспределительными узлами и индивидуально каждым из двух поливных трубопроводов, входящих в каждый из трех узлов. При этом обеспечивается подача всего расхода воды в любой последовательности и в любой пропорции из места отвода поливных трубопроводов, что значительно расширяет эксплуатационные возможности системы. Кроме того, использование одного водорегулирующего узла для обслуживания шести поливных трубопроводов вместо специальных колодцев с запорными органами для каждого трубопровода снижает строительную стоимость системы.

В переключателе с четырьмя позициями для регулирования расхода на транзитном трубопроводе практически отсутствуют трения механической передачи, что достигается установкой двух криволинейных затворов в виде отдельных секторов трубы, расположенных с угловым смещением относительно друг друга. Это дает за один поворот оси возможность регулировать направление (отвод) потока в трубопроводах: например, один трубопровод открывается транзитом или закрывается. Таким образом, осуществляется четыре позиции регулирования потока в одном корпусе. Усилие, необходимое для поворота оси и для преодоления сил трения, малы, так как ось закреплена шарнирно в двух точках (опорной пяты и крышки корпуса) и имеет незначительный диаметр в сравнении с диаметром колодца (камеры). Поэтому момент от сил трения мал: М_тр = Р_тр˙r, где r - радиус оси.

Простота устройства, состоящего из элемента сварной конструкции, обуславливает удобство обслуживания, доступ к любому элементу устройства в межполивной период и при проведении профилактического осмотра.

Процесс водораспределения и полива из верхнего и нижнего узлов на системе происходит при полной их автоматизации.

На фиг.1 приведена самонапорная оросительная система, план; на фиг.2 - запорно-распределительное устройство в средней части распределительного трубопровода; на фиг. 3 - то же, разрез по оси поливных трубопроводов; на фиг.4 - план запорно-распределительного устройства; на фиг.5 узел I на фиг. 2; на фиг. 6 - разрез А-А на фиг.2; на фиг.7 - разрез по Б-Б на фиг.2; на фиг.8-10 - различные положения поливных трубопроводов; на фиг.11-13 - различные положения криволинейных затворов в запорно-распределительном устройстве для перекрытия или открытия сечения трактов транзитного трубопровода; на фиг.14-16 - различные положения криволинейных затворов в запорно-распределительном устройстве для поочередного перекрытия сечения трактов поливных трубопроводов; на фиг.17 - переключатель потока, продольный разрез; на фиг. 18 - то же, поперечный разрез; на фиг.19-20 - кинематические схемы положения затворов; на фиг.18 при включении в работу поливного трубопровода и при отсутствии воды в последнем.

Оросительная система состоит из источника орошения, например канала 1, распределительного трубопровода 2 с головной задвижкой 3, обеспечивающей забор и подачу в трубопровод 2 расчетного расхода воды, поливных трубопроводов 4, 5, 6, 7, 8, 9, снабженных водовыпусками в борозды или полосы. Для перераспределения потока из транспортирующего трубопровода 2 в поливные трубопроводы 6 и 7, а также в поливные трубопроводы 4, 5, 8, 9 имеется основной запорно-распределительный орган 10, который состоит из стояка 1, поворотной оси 12, которая закреплена в своей нижней части к опорной пяте 13 дна стояка с возможностью вращения. В верхней части оси 12 установлена в направляющих 14 в отверстии крышки 15 стояка 11. К оси 12 напротив входных отверстий переключаемых трактов трубопроводов соответственно транзитного 2, поливных 6 и 7 жестко закреплены криволинейные затворы 16, 17, 18, 19, выполненные в виде отдельных секторов в угловом отношении не более 60^о к оси стояка 11 и угловые размеры затворов принимаются в соответствии с размерами перекрываемых отверстий трубопроводов 2, 6 и 7 (60^о и меньше), а также в зависимости от угла между поливными трубопроводами (фиг.8-16). Криволинейные затворы 16, 17, 18 и 19 выполнены из листового материала с резиновыми уплотнениями и закреплены к поворотной оси 12 посредством горизонтальных ребер 20, состоящих из плоских секторов и имеющих окна 21, причем криволинейные затворы 16, 17, 18 и 19 закреплены к оси 12 на разной высоте в соответствии с расположением отверстий трактов трубопроводов 2, 6 и 7, а поливные трубопроводы 6 и 7 (фиг.8-10) могут быть расположены под углом 60, 120, 180^о относительно друг друга. Диаметры труб транзитного 2 и поливных 6 и 7 трубопроводов составляют в угловом соотношении (фиг.6,7) 60^о или меньше от углового размера цилиндрической камеры 11 (естественно равного 360^о).

Над крышкой 15 стояка 11 к оси 12 закреплена поворотная ручка 22 с фиксатором 23, например, в виде стопорного винта. На внешней поверхности крышки 15 выполнены углубления 24, соответствующие числу положений перекрытия сечений трактов трубопроводов 2, 6 и 7 криволинейными затворами 16, 17, 18, 19 (фиг.6-16).

Каждый из поливных трубопроводов 4, 5 в начале распределительного трубопровода 2 и поливных трубопроводов 8, 9 в конце трубопровода 2 снабжены гидравлическими переключателями потока 25, состоящего из корпуса 26 в виде тройника-делителя с крышкой 27, в полости которого установлен переключатель, содержащий плоский клапан 28, снабженный с двух сторон накопительными емкостями-поплавками 29 и 30 с водовыпускными трубками 31 и 32 в нижней части, один конец трубок 31 и 32 сообщен с полостью емкостей 29 и 30, а другой поочередно соединен с полостью замкнутого корпуса 26, и клапан в верхней части выполнен сквозным отверстием 33, сообщающим между собой накопительные емкости 29 и 30 и размещенный в верхней части корпуса 26 рычага 34, закрепленный на горизонтальной оси 35 поворота. Нижняя часть рычага 34 прикреплена к клапану 28, а верхняя часть имеет вилочный паз 36, контактно связанный шарниром 37 с рычагом-коромыслом 38, который заканчивается сменным грузом-балансиром 39 (переменной массы). Рычаг 34 установлен на оси 35 поворота, а рычаг-коромысло 38 установлен на оси 40 поворота и находится в одной вертикальной плоскости в верхней части корпуса 26. В боковых стенках корпуса 26 расположены противоположно друг к другу отводящие (поливные) трубопроводы 17 и 18, входные тракты которых срезаны под углом и выдвинуты в полость корпуса 26.

Между входными трактами трубопроводов 17 и 18 установлен клапан 26 с емкостями-поплавками 29 и 30, высота последних меньше диаметра отводящих трактов трубопроводов 17 и 18, а поперечное сечение отверстий трубок 31 и 32 накопительной емкости 29 и 30 выполнено с площадью большей, чем поперечное сечение сквозного отверстия 33 в плоском клапане 26.

Центр тяжести съемно-наборного груза 39 переменного массы и центр тяжести клапана 28 при отсутствии воды в транспортирующем трубопроводе 2 не совпадает с вертикальной плоскостью осей 35 и 40 поворота и располагаются одновременно по одну или другую сторону от осей 35 и 40 поворота рычага 34 и рычага-коромысла 38. Положение клапана 28 переключателя потока в работе зависит от положения криволинейных затворов в основном запорном распределительном органе 10. Концевая часть распределительного трубопровода 2 снабжены регулятором 41.

Оросительная система работает следующим образом. Вода из источника водозабора 1 поступает в распределительный трубопровод 2 и при положении криволинейных затворов 16, 17, 18, 19 на поворотной оси 12 основного запорно-распределительного органа 10 "Закрыто" для транзитного трубопровода и за сооружением 10 и одного из поливных трубопроводов 6 или 7 (положение криволинейных затворов II и III на фиг.11-16) поступает на полив. Так как распределительный трубопровод имеет уклон, обеспечивающий положение каждого из узлов по уровню расположения ниже, чем вышерасположенный (например, при уклоне 0,01 и более и длине борозды более 150-200 м), то при включении в работу нижерасположенного поливного трубопровода, поливной трубопровод вышерасположенного русла опорожняется от воды и в этом случае вода опустится ниже клапана 28 с емкостями 29 и 30, и клапан 28 займет положение ближе к вертикальной оси (фиг.20). В этом случае отсутствует мертвая точка, так как моменты меняются, а длина рычага со стороны балансирного груза 39 остается равной l₄, причем длина рычага со стороны клапана 28 сокращается до величины l₅-l₄. Отсюда действующие силы при подходе к мертвой точке В определяются
P_гр= ,, где Р_гр - сила, действующая от балансирного груза;
P_в= , , где Р_в - сила, действующая от веса клапана и веса воды в емкости.

Условием перехода (переключения) через мертвую точку будет
Р_в > Р_гр, или
> ..

Отсюда требуемый вес (объем воды, необходимый для переключения)
G_в= ..

Таким образом, на фиг.20 показано, что при уменьшении угла до 0^омоменты от веса груза и от веса клапана исчезают, так как плечи l₃ и l₁равны нулю. Силой, предопределяющей переход клапана через мертвую точку В является сила Р_в, действующая от момента веса воды, заключенной в левую емкость (правая емкость в это время опорожнена), и наоборот.

После выдачи необходимой поливной нормы из поливного трубопровода 6 и 7 (узел 10) меняют положение криволинейных затворов (например на положение IV на фиг.11-16) в положение "Закрыто", при этом нижний криволинейных затворов 18 перемещают напротив водовыпускного отверстия тракта транспортирующего трубопровода 2 и вода поступает в переключатель потока 25 верхнего яруса, а затем последовательно один за одним включают на полив трубопроводы 4 и 5 при смене положений криволинейных затворов 16-19.

По завершении полива из трубопровода верхнего яруса с помощью поворотной ручки 22 переводят ось 11 и поворачивают затворы 16-19 для полива нижнего яруса, т.е. открывается транспортирующий трубопровод 2 (положение II на фиг.11-16) в положение "Открыто", затем аналогично происходит полив последовательно один за другим при переключении на трубопроводы 8 и 9, как и в узле 25, при этом клапан 28 с емкостями 29 и 30 перекроет один из входов поливных трубопроводов 8 или 9, и вода поступает на полив.

Водораспределение на верхнем и нижнем ярусах производится в аналогичной последовательности с помощью управления криволинейными затворами центрального запорно-распределительного органа 10, а некоторые отличия могут иметь место из-за того, что управление при осуществлении импульсного способа полива - заключение того или иного поливного трубопровода - осуществляют через расчетные промежутки времени, определяемые режимом проведения полива из одного узла 10.

Для прекращения полива задвижку 3 закрывают. Таким образом, включение и выключение системы с шестью поливными трубопроводами зависит от положения криволинейных затворов в узле 10 с помощью четырех позиций (фиг.11-16). Усилие, необходимое для поворота оси 12 и для преодоления сил трения, незначительно, так как ось 12 закреплена шарнирно в двух точках (опорной пяты и крышки камеры) и имеет незначительный диаметр (в сравнении с диаметром цилиндрической камеры). Как известно, все нагрузки, воспринимаемые затворами, передаются через ось вращения на опорные части вращающейся оси. Поэтому момент от сил трения мал
М_тр = l_тр ˙ r, где r - радиус оси.

Кроме того, момент сил от гидродинамического воздействия воды на затворы можно уменьшить за счет изменения расчетом длины поворотной ручки 22, при которой усилие может достигнуть не более 15-20 кгс. Сам криволинейный затвор выполняется из листового материала при отсутствии значительной торцовой площади. Поэтому ребра жесткости крепления к оси затвора расположены в горизонтальном положении и имеют сквозные окна 21.

Указанный угловой размер (60^о и меньше) трубопровода относительно цилиндрической камеры дает оптимальное соотношение размеров элементов переключателя затворов при максимальном расходе воды через камеру с регулированием направления движения по четырем позициям: "Транзит", "Вправо", "Влево", "Закрыто".

Таким образом, благодаря возможности компактного расположения затворов в плане и по высоте на поворотной оси с управляемой ручкой (можно и с дистанционным управлением) обеспечивается возможность регулировать расход в любой заданной пропорции. Кроме того, повышается уровень автоматизации и механизации полива.

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, в частности в самонапорных оросительных системах. Сущность изобретения: система содержит водораспределительные колодцы 10 и 25 для двух поливных трубопроводов. Устройства для подачи и регулирования расходов воды выполнены в виде двухпозиционных гидравлических переключателей потока воды, а в среднем колодце 10 упомянутые устройства выполнены в виде криволинейных затворов, закрепленных на вертикальной стойке на разных уровнях соответственно расположению распределительного 2 и поливных 6 и 7 трубопроводов. Входные патрубки последних установлены в колодце и на одном уровне относительно распределительного трубопровода 2. Вертикальная стойка снабжена поворотной рукояткой, имеющей фиксатор поворота, выполненный в виде закрепленного на рукоятке стержня и расположенных на крышке колодца радиальных углублений, соответствующих числу положений перекрытий отверстий трубопроводов криволинейными затворами. При этом криволинейные затворы выполнены в виде секторов с углами раструба кратными 60 °. 1 з.п. ф-лы, 20 ил.

1. САМОНАПОРНАЯ ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, включающая водозаборное сооружение, распределительный трубопровод, поливные трубопроводы и водораспределительные колодцы, снабженные устройствами для подачи и регулирования расхода воды и расположенные последовательно по длине распределительного трубопровода в местах отвода из него в поливные, отличающаяся тем, что в водораспределительных колоцах, расположенных в крайних точках отвода из распределительного в поливные трубопроводы, устройства для подачи и регулирования расхода воды выполнены в виде двухпозиционных гидравлических переключателей потока воды, а в среднем колодце упомянутые устройства выполнены в виде криволинейных затворов, закрепленных на вертикальной стойке на разных уровнях соответственно расположению отверстий распределительного и поливных трубопроводов, входые патрубки которых установлены в колодце на одном уровне относительно распределительного трубопровода, при этом вертикальная стойка снабжена поворотной рукояткой, имеющей фиксатор поворота, выполненный в виде закрепленного на рукоятке стержня и расположенных на крышке колодца радиальных углублений, соответствующих числу положений перекрытий отверстий трубопроводов криволинейными затворами. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что криволинейные затворы выполнены в виде секторов с углами раструба, кратными 60^o.