ДОЖДЕВАЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 1994 года по МПК A01G25/02 B05B3/06 

Изобретение относится к орошаемому земледелию, в частности к дождевальным аппаратам.

Известен дождевальный аппарат КСИД-2, который включает воздушную камеру, сложную систему клапанов, корпус, ствол с дополнительным соплом.

Недостатками этого устройства являются очень высокая сложность и низкая надежность, требуется периодическая подкачка воздуха в камеры.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению относится дождевальный аппарат от комплекта "Сигма-50", включающий затвор на стояке, корпус, на котором с возможностью вращения закреплен Г-образный основной ствол, с закрепленной на нем сложной ударной лопаткой с регулируемой пружиной, при этом основной ствол сообщен с дополнительным стволом, который размещен под первым и снабжен выпрямителем потока.

Недостатками этого устройства являются: сложность конструкции и ненадежность; возможность соприкосновения струи дополнительного и основного сопла, направленных в одну сторону, что вызывает усиление стока; невозможность прерывистого дождевания.

Цель изобретения - повышение надежности и универсальности аппарата при одновременном улучшении качества полива.

Цель достигается тем, что в дождевальном аппарате прерывистого действия, включающем затвор, корпус, на котором с возможностью вращения установлен основной ствол с соплом, гидравлически сообщенный с дополнительным стволом, который оснащен выпрямителем потока, дополнительный ствол расположен на верхней части основного ствола, а сопла указанных стволов направлены в горизонтальном плане под углом друг к другу и расположены на одинаковом уровне по вертикали; при этом дополнительный ствол снабжен клапаном, который гибкой тягой связан с регулируемым противовесом; кроме того, затвор оснащен механизмом возврата в открытое положение, установлен в основном стволе у его входа и соединен с противовесом посредством тяги последнего и дополнительного троса, которые связаны друг с другом с помощью съемного зажима. При этом клапан размещен внутри дополнительного ствола между входом в его полость и выпрямителем потока, а гибкая тяга, на которой закреплен противовес, расположена в блоке, установленном на выдвижной телескопической стреле, которая расположена с противоположной стороны основного ствола, при этом противовес выполнен в виде полого сосуда. Кроме того, механизм возврата затвора в открытое положение выполнен в виде рычага и груза, закрепленного на нем с возможностью перемещения. При этом концевой канал основного ствола от его сопла до входа в дополнительный ствол выполнен более узким, чем остальная входная часть основного ствола, причем проходное сечение последней выполнено площадью, минимальное значение которой равно сумме площадей сечений концевого узкого канала основного ствола и входа в дополнительный ствол, при этом широкий и узкий каналы основного ствола соединены конусом. Узкий канал выполнен длиной, минимальное значение которой равно 8-32 его диаметрам. Кроме того, дополнительный ствол выполнен в виде цилиндрического раструба, в который вставлен съемный цилиндр, внутренний диаметр которого равен максимальному значению диаметра узкой части раструба, при этом выпрямитель закреплен в съемном цилиндре.

Отличительные признаки предлагаемого технического решения в совокупности с известными обеспечивают достижение положительного эффекта, заключающегося в повышении надежности и улучшении качества полива, поскольку дополнительный ствол создает реактивную силу, а его струя направлена под углом к основной, что исключает их пересечение. При этом достигнуто прерывистое вращение аппарата и прерывистое дождевание за счет центробежной силы, создаваемой противовесом при вращении аппарата. Благодаря тому, что найдены оптимальное расположение дополнительного ствола и площадь его сечения, достигнуто увеличение дальности полета основной и дополнительной струи без размещения в основном стволе выпрямителя. Кроме того, прерывистое дождевание обеспечено благодаря установке затвора на стволе и наличию возвратного надежного и простого механизма возврата затвора и открытое положение, выполненного в виде груза, перемещаемого по рычагу, связанному с противовесом. Прерывистое вращение обеспечено благодаря наличию в дополнительном стволе клапана, связанного с противовесом, который закреплен на выдвижной телескопической стреле, который обеспечивает прерывистую подачу воды в дополнительное сопло, создающее реактивную струю.

На фиг. 1 представлен дождевальный аппарат в момент его действия в продольном частичном разрезе; на фиг.2 - то же, в горизонтальной проекции (вид сверху); на фиг. 3 - гидравлическая схема и соразмерность основных элементов основного и дополнительного стволов.

Дождевальный аппарат состоит из корпуса 1, затвора 2, который может быть выполнен дисковым или шаровым, Г-образного основного ствола 3 с соплом 4 и дополнительным стволом 5, оснащенным соплом 6 и выпрямителем потока 7. Основной ствол 3 установлен с возможностью поворота вокруг центральной оси аппарата. Для обеспечения вращения Г-образного ствола 3 и предотвращения возможности пересечения их струи основного и дополнительных сопел 4 и 6 последние направлены в горизонтальном плане друг к другу под углом (фиг.1 и 2). Для того чтобы обеспечить улучшение качества полива путем прерывистого вращения аппарата, дополнительный ствол снабжен клапаном 8, который гибкой тягой 9 связан с регулируемым противовесом 10. При этом гибкая тяга 9, на которой закреплен противовес, расположена в блоках 11 и 12, последний из которых размещен в кронштейне 1, зафиксированном на выдвижной телескопической стреле 14, изготовленной, например, из вставленных друг в друга труб, скрепляемых винтовыми упорами 15. Стрела 14 для уравновешивания аппарата и создания максимальной центробежной силы закреплена с обратной стороны основного ствола 3. Такая конструкция стрелы 14 необходима для изменения центробежной силы и обеспечения более надежной работы клапана 8. С этой же целью противовес 10 выполнен в виде полого сосуда с пробкой, заполняемого песком или почвой с водой. Для того чтобы при обрыве тяги 9 клапан не выскакивал и не закрывал сопло 6, т.е. для предотвращения полива аппаратом на одном месте, клапан 8 размещен между входом 16 в дополнительный ствол 5 и его выпрямителем потока 7, который выполнен в виде пластины (фиг.1 и 2). Для обеспечения возможности прерывистого дождевания затвор 2 установлен на входе поворотного Г-образного ствола 3, т.е. он закреплен с возможностью вращения вместе с последними и связан с противовесом 10. При этом затвор 2 оснащен механизмом возврата его в открытое положение, который может быть выполнен в виде пружины, связанной с рычагом 17, закрепленной на оси 18. Однако для большей надежности и упрощения механизм возврата представлен указанным рычагом 17 с грузом 19, который размещен на первом с возможностью перемещения по нему, что необходимо для регулирования закрытия и открытия затвора 2. Связь затвора 2 с противовесом 10 осуществлена через посредство тяги 9 последнего и дополнительного троса 20, закрепленного на тяге 9 и рычаге 17. Для регулирования закрытия и открытия трос 20 закреплен на тяге с возможностью изменения места крепления, т.е. с помощью съемного зажима 21. Для предотвращения преждевременного сброса воды из стволов 3 и 4 и образования кавитационных явлений, а также для увеличения дальности выброса воды при импульсном дождевании сопла 4 и 6 расположены на одинаковом уровне по вертикали, т.е. находятся на одной горизонтальной плоскости. Для повышения надежности трос 20 размещен на ролике 22, закрепленном на стволе 3 (фиг.1 и 2). Для лучшей и более надежной связи противовеса 10 и клапана 8 дополнительный ствол 5 расположен сверху на основном стволе 3, что стало возможным благодаря их разному направлению, в противном случае неизбежным было бы падение короткой струи сопла 6 на длинную струю основного сопла 4, что приводило бы к разрушению последней и резкому ухудшению качества полива. Для обеспечения надежного перекрытия потока клапан 8 выполнен в виде шара. Для обеспечения возможности ремонта сопло 6 и выпрямитель 7 выполнены съемными. Для того чтобы обеспечить наряду с возможностью ремонта и хорошее качество дождя, дополнительная прямая часть дополнительного ствола 9 выполнена в виде цилиндрического раструба, узкая часть 23 которого направлена к входу 16, а широкая часть 24 - к соплу 6, причем в последнюю вставлен съемный трубчатый цилиндр 25, внутренний диаметр которого выполнен равным или меньше, чем диаметр узкой части 23 ствола 5, т.е. d≅d′/ так как в противном случае падает скорость потока и дальность пoлета струи. При этом пластины выпрямителя 7 закреплены на цилиндре 25. Благодаря этому образована полость/ в которой расположен клапан 8/ который при обрыве тяги 9 всегда расположен в стволе 5/ не закрывая при этом выход из последнего. Для предотвращения уменьшения скорости потока внутренний диаметр входной части 26 основного ствола 3/ расположенной между затвором 2 и входом 16 в дополнительный ствол 5/ выполнен больше / чем внутренний диаметр узкого канала 27 между входом 16 в дополнительный ствол 5 и основным соплом 4. При этом площадь проходного сечения входной части 26 равна или больше суммы площади проходных сечений дополнительного ствола 5 и узкого канала 27/ т.е. 0,25πd²≥0,25πd'²+ 0,25πd21

Для уменьшения потерь напора узкий канал 27 и широкая часть основного ствола соединены конусом 28. Для обеспечения максимальной дальности полета основной струи минимальная длина узкого канала 27 основного ствола между его соплом 4 и дополнительным стволом равна 8-32 его диаметром, т.е. 8 - 32. Опытами установлено, что при длине канала 27 меньше восьми его диаметров, резко падает дальность полета струи почти на 15%. При длине больше 32-х диаметров дальность полета струи не увеличивается.

Работает дождевальный аппарат следующим образом.

Перед подачей воды затвор 2 находится в открытом положении, так как груз 19 удерживает рычаг 17 в нижнем, а противовес 10 - в верхнем положении. Вода поступает в основной ствол 3 и выбрасывается через сопло 4 на максимальное расстояние. При этом часть потока поступает через вход 16 в дополнительный ствол 5, давлением клапан 8 отводится от входа 16, в результате вода поступает в сопло 6. Поскольку последнее направлено под углом к основному соплу 4, то малая струя не контактирует с большой, при этом одновременно и создается реактивная сила, вращающая основной ствол 3 и закрепленные на нем затвор 2, стрелу 14 и противовес 10. При вращении последний создает центробежную силу, под действием которой натягивается тяга 9 и трос 20, в результате чего клапан 8 перекрывает вход 16 в дополнительный ствол 5, что предотвращает утечку воды из основного ствола 3 через дополнительное сопло 6, тем более что последнее расположено на уровне основного сопла 4. В результате вращение аппарата прекращается, а центробежная сила пропадает, груз 19 на рычаге 17 преодолевает силу тяжести противовеса 10 и открывает затвор 2. Вода снова поступает в стволы 5 и 3. Поскольку последние заполнены водой, то происходит резкое ее выталкивание, что обеспечивает максимальную дальность полета струй и короткий их распыл и тем самым предотвращение эрозии почвы. Одновременно благодаря постоянной заполненности стволов 3 и 5 водой исключаются сильные удары и кавитационные явления, т.е. повышается надежность. Регулировка аппарата производится перемещением груза 19 по рычагу 7, заполнением противовеса 10 балластом, изменением местоположения соединения троса 20 к тяге 9, а также длины последней и стрелы 14. Дождевальный аппарат может работать и как обычный аппарат, т.е. постоянно. Для этого трос 20 отсоединяется от тяги 9 противовеса 10. В результате затвор 2 находится постоянно в открытом положении, удерживаясь грузом 19. Вода поступает постоянно в ствол 3. При этом первоначально вода выбрасывается на максимальное расстояние соплом 4 и 6, при этом сопло 4 обеспечивает полив внешней окружности, а сопло 6 - внутренней. Струя сопла 6 создает реактивную силу, которая начинает вращать ствол 3, в результате вращения дальность струй сопел 4 и 6 падает. При этом одновременно возникает центробежная сила, создаваемая движением по окружности противовеса 10, который из нижнего положения переходит в горизонтальное. При этом он тянет за собой тягу 9 и закрепленный на ней клапан 8, который благодаря своей шарообразной форме закрывает узкую часть 23, т.е. вход 16 дополнительного ствола 5, что ведет к ликвидации реактивной силы вращения и остановке аппарата. При прекращении вращения пропадает центробежная сила, создаваемая противовесом 10, он опускается вниз, его вес преодолевается давлением воды на клапан 8, вода снова поступает в сопло 6, и цикл повторяется. Следует отметить, что аппарат надежно работает, так как нет никаких ударных лопаток и пружин. При обрыве тяги 9 клапан 8 прижимается к пластинчатому выпрямителю 7 потока, при этом вода меньшим расходом поступает к соплу 6, что обеспечивает снижение вращения стволом 3 и 5. Причем аппарат все время вращается, т.е. исключается размыв почвы струями основного и дополнительного сопел 4 и 6. Благодаря тому, что между входом 16 в дополнительный ствол 5 и соплом 4 основного ствола проходной канал 27 имеет меньшую площадь сечения, чем входная часть 26 основного ствола 3, и тому, что площадь сечения последней больше суммы площадей проходных сечений концевого канала 27 и дополнительного ствола 5, то не наблюдается снижения скорости потока в них и уменьшения дальности полета струй. Этому же способствует и то, что длина узкого концевого канала 27 основного ствола 3 больше 8-32 его диаметров. Благодаря такой длине канала 27 происходит снижение завихрения потока, он "выпрямляется". То же самое обеспечивает и выполнение внутреннего диаметра проходного сечения ствола 5, т.е. внутреннего диаметра цилиндра 25 равным или меньшим, чем диаметр входа 16 в указанный ствол 5.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемый аппарат надежнее, универсальнее и обеспечивает лучшее качество полива.

Использование: в сельскохозяйственном машиностроении, в частности в дождевальных аппаратах для орошения полей. Сущность изобретения: дождевальный аппарат включает основной 3 и дополнительные 5 стволы, затвор 2, корпус 1, клапан 8, противовес 10 на стреле 14, груз 19 на рычаге 17 затвора 2. Расположение ствола 5 под углом в плане к основному 3 обеспечивает безударную работу и повышает надежность аппарата. Разъемная связь механизма возврата затвора 2 с тягой 9 клапана 8 обеспечивает универсальность аппарата, так как при разъединении троса 20 с тягой 9 затвора остается постоянно открытым, а при их соединении создается прерывистый режим работы аппарата. 5 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. ДОЖДЕВАЛЬНЫЙ АППАРАТ, включающий корпус, основной поворотный ствол с соплом, гидравлически с ним соединенный дополнительный ствол и затвор, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, универсальности и улучшения качества полива, дополнительный ствол снабжен выпрямителем потока, а сопла обоих стволов направлены в плане под углом друг к другу и установлены на одном уровне по вертикали, при этом дополнительный ствол снабжен клапаном, имеющим привод в виде гибкой тяги с противовесом, а затвор размещен на входе в основной ствол и снабжен механизмом возврата в открытое состояние. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что механизм возврата затвора в открытое состояние посредством дополнительного троса соединен с гибкой тягой противовеса, при этом тяга и трос связаны друг с другом съемным зажимом. 3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что клапан размещен внутри дополнительного ствола между входом последнего и выпрямителем потока, а гибкая тяга противовеса закреплена через блок на консольно расположенной и направленной в противоположную от основного ствола сторону телескопической стреле, при этом противовес выполнен в виде сосуда, наполняемого балластом. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что механизм возврата выполнен в виде рычага и груза, закрепленного на нем с возможностью перестановки. 5. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что концевой канал основного ствола от сопла до входа в дополнительный ствол выполнен более узким, чем входная его часть, минимальная площадь проходного сечения которой равна сумме площадей сечений концевого канала и входной его части, при этом широкая и узкая части канала соединены конусом, а узкий канал имеет длину, равную 8 - 32 его диаметрам. 6. Аппарат по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительный ствол выполнен в виде раструба с цилиндрической частью с размещенным в ней съемным полым цилиндром, внутренний диаметр которого равен или меньше диаметра входа дополнительного ствола.