УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВНЕСЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ С ПОЛИВНОЙ ВОДОЙ Российский патент 1997 года по МПК A01G25/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в орошаемом земледелии для насыщения поливного потока добавками микроэлементов.

В настоящее время в практику орошаемого сельскохозяйственного производства внедряются ионизаторы микроэлементов. Известно несколько конструкций подобных приспособлений. Одно из них включает корпус и расположенные на его оси металлические электроды цилиндрической формы. К электродам и стальному корпусу от аккумулятора подведено напряжение. Под действием электродвижущей силы происходит перенос ионов, в результате чего они подхватываются потоком поливной воды, обогащают его и распределяются по орошаемой площади [1, 2]
Недостатком данной конструкции является сложность сборки и разборки, постоянное снижение выноса необходимого количества ионов из-за уменьшения диаметра стержней и роста расстояния между анодом и катодом. Кроме того, наличие проставочных колец и соединительных винтов из диэлектриков приводит к их частым поломкам, что вносит свои проблемы. Одновременно с этим возможности установки устройства на байпасе или за счет перепуска части поливного потока с напорной линии на всасывающую линию насосного оборудования сопряжены со снижением кпд оросительной сети.

Отдельно отмечается сложность подвода напряжения к стержням и возможность использования корпуса устройства в качестве катода. Такое техническое решение приводит к бесконечной величине площади катода, так как его изолировать от оросительной сети очень сложно или практически невозможно. К недостаткам следует отнести и ограниченную возможность регулировки количественного выноса ионов микроэлементов в единицу времени, что связывается с площадью электродов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является "Устройство для обогащения воды микроэлементами", содержащее располагаемые в отрезке с проточной водой одну или несколько подключенных к источнику электрического тока пар электродов, причем один из них в каждой паре содержит вносимое вещество. Отрезок трубы с металлическими электродами устанавливается непосредственно в систему водоснабжения. Для обеспечения протекающей воды микроэлементами на клеммы электродов подается напряжение [3]
Недостатком этого устройства является то, что пары электродов устанавливаются на все время, т.е. постоянно. Это приводит к дополнительным гидравлическим потерям, которые присутствуют даже при отключении приспособления. Находясь постоянно в потоке воды или даже влажной среде, металлы подвергаются дополнительным коррозионным воздействиям и непроизводительным потерям. Обращается внимание и на то, что электроды перед их включением в работу необходимо очищать от пассивирующей пленки, т.е. устройство следует периодически разбирать. Поэтому закономерно ставится задача о целесообразности установки рабочих элементов на период обогащения ими оросительной воды, а после выполнения требуемого цикла провести демонтаж, промывку в спецрастворах и хранение в приспособленном помещении. При этом появляется возможность использования одного устройства на нескольких объектах. Кроме того, перед парами электродов отсутствует какой-либо механизм, устраняющий попадание в зазор между ними инородных включений, которые в конечном итоге приводят к нарушению технологического процесса.

Выполнить демонтаж устройства в его представленном виде очень трудоемко, так как каждая пара электродов по существу представляет из себя законченную конструкцию и располагается в трубопроводе сама по себе. Это в свою очередь приводит к громоздкости размещения вдоль трубопровода и сопровождается дополнительным количеством соединений и соответствующим ростом гидравлических потерь.

Основные проблемы связываются с техническими возможностями рассматриваемых пар электродов. Дело в том, что в случае обслуживания плоского анода одним катодом у пары функционирует только одна плоскость. Этой плоскостью является та сторона анода, которая непосредственно контактирует с катодом. Другая в это же время просто напросто подвергается элементарной коррозии. Другая в это же время просто подвергается элементарной коррозии, что приводит к непроизводительным потерям металлов. Здесь скрыты большие резервы по улучшению эксплуатационных возможностей приспособления. Связаны они с расширением диапазона количественного внесения требуемых ионов металлов и снижения токовых характеристик на единицу проделанной работы.

Подтверждение сказанному находится в природе электрохимического процесса, который в конечном итоге определяется плотностью тока. Ниже приводятся зависимости сопротивления растекания тока в пластине для рассматриваемого прототипа и случая, если бы анодная пластина работала уже с двух сторон. В сравниваемых вариантах предусматриваются одинаковые условия, а длина анода при одинаковой ширине увеличивается как бы в два раза.

где R₁ сопротивление растеканию тока при работе анодной пластины с одной стороны;
R₂ сопротивление растеканию тока при работе анодной пластины с двух сторон;
ρ удельное сопротивление воды;
l длина пластины;
b ширина пластины.

Из приведенных зависимостей очевидно, что сопротивление для второго варианта будет в два раза меньше. Исходя из этого прослеживается вывод о величине напряжения электрического тока и его связях с площадью электродов, т. е. для получения одних и тех же выходных параметров по выносу ионов металлов и уменьшения напряжения необходимо увеличивать площадь электродов.

Важным резервом конструктивного упрощения устройства и расширения его эксплуатационных возможностей является использование анодов в виде сплавов нескольких металлов, например, меди с марганцем и т.д.

Целью изобретения является повышение надежности выноса управляемого количества микроэлементов в виде ионов металлов при снижении гидравлических потерь и расширения диапазона вносимых видов микроэлементов.

Цель достигается тем, что устройство для внесения микроэлементов с поливной водой выполнено в виде корпуса для их генератора, имеющего в поперечном сечении форму незамкнутого цилиндра с выходным фланцевым патрубком. При этом крышка для патрубка является базой для компоновки генератора микроэлементов, выполненного в виде рассекателя инородных включений и одинаковых по высоте чередующихся плоско-параллельных катодов и анодов из пластин. Пластины анодов и катодов разделены между собой диэлектрическими проставками одинаковой длины, что обеспечивает образование правильной формы пакета, который начинается и оканчивается катодами. Регулирование выноса количества ионов микроэлементов осуществляется величиной подаваемого напряжения, задействованной площадью пластин и числом включаемых катодов. Пакет пластин внутри корпуса размещается параллельно его оси по потоку воды с учетом образования равновеликих по площади сечения и гидравлически сообщающихся между собой сегментных полостей. Применяемые анодные пластины могут формироваться в виде сплавов металлов, например, меди с марганцем и т.д. Кроме, того два и несколько анодов из различных по составу металлов, например, кобальта и молибдена, размещается вдоль смежных катодов в пределах их габаритов.

Предлагаемое устройство может устанавливаться на всасывающих и напорных трубопроводах насосных станций, непосредственно поливных или дождевальных машин, а также на других ирригационных установках и в открытых каналах. При этом источником электрического тока могут быть солнечные батареи, аккумуляторы, зарядные устройства, работающие от скоростного потока генераторы и др.

Устройство предусматривает корпус с генератором микроэлементов. При этом корпус в поперечном сечении имеет форму незамкнутого цилиндра с выходным фланцевым патрубком. Генератор микроэлементов скомпонован на крышке корпуса и выполнен в виде рассекателя инородных включений и правильной формы пакета из одинаковых по высоте плоско-параллельных пластин, являющихся анодами и катодами. Причем одна или несколько пластин выполнены из редких металлов, а другие, например, из легированных сталей. Пластины металлов в виде железа, цинка, меди, кобальта, молибдена и т.д. а также некоторых сплавов служат анодами, а остальные катодами. Чередование пластин в пакете через диэлектрические проставки определенного размера, для образования зазора по которому протекает вода, предусматривает такое их расположение, чтобы с обеих сторон у анода находился катод. Одновременно с этим два или несколько анодов из различных по составу металлов, например, кобальта и молибдена, размещаются вдоль смежных катодов в пределах их габаритов.

Подобная конструкция устройства приводит к тому, что пакет генератора микроэлементов начинается и заканчивается катодами. Компонуется пакет при помощи резьбовых соединений в виде шпилек и гаек. Через крышку каждый анод и катод электропроводами связан с пультом управления, который в свою очередь кабелем соединен с источником питания. Установка пакета осуществляется непосредственно перед технологическим процессом обогащения оросительной воды ионами металлов, а их ориентация в трубопроводе исходит из условия размещения пластин по ходу движения жидкости. При размещении внутри корпуса пакет образует равновеликие по площади сечения сегменты, гидравлически сообщающиеся между собой.

При подводе к пульту управления электроэнергии и включения в работу необходимого числа анодов и катодов с анодов будут выделяться ионы, которые в процессе перемещения к катоду подхватываются потоком воды и осуществляет его насыщение. Величина выноса микроэлементов и их соотношение определяется параметрами электрического тока, а также комбинациями включения анодов и катодов. Максимальная величина будет тогда, когда включены все линии электропитания и вынос ионов осуществляется с обеих сторон анодов.

На фиг. 1 показана схема устройства, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода.

Устройство для внесения микроэлементов с поливной водой включает корпус 1 генератора микроэлементов, выполненный из незамкнутого в поперечном сечении цилиндра 2, патрубка 3 и фланца 4. На крышке 5 фланца 4 смонтирован генератор микроэлементов в виде рассекателя 6 инородных включений и правильной формы пакета 7 из плоско-параллельных одинаковых по высоте пластин. Пластины выполнены в виде анодов 8, 9, 10 и катодов 11, которые разделены между собой диэлектрическими проставками 12. Проставки 12 обеспечивают создание определенных расчетных зазоров между анодами 8, 9, 10 и катодами 11. Аноды устройства выполнены из меди, цинка, кобальта, молибдена, железа и других металлов и их сплавов, а катоды, например, из нержавеющих легированных сталей. Сборка пластин, анодов и катодов, в пакет 7 осуществляется при помощи шпилек 13 с гайками 14. При этом учитывается, что пакет 7 начинается и заканчивается катодами 11. Аноды 8 выполнены из пластин однотипных металлов и сплавов, ширина которых соответствует габаритам пакета 7, а аноды 9 и 10 выполнены из пластин различных видов металлов, например кобальта и молибдена, суммарная ширина которых с учетом зазора между ними также вписывается в габариты пакета. В состав пакета 7 входят стойки 15, которыми он связан с крышкой 5. Одновременно с этим аноды 8, 9, 10 и катоды 11 через крышку 5 проводами 16 и 17 линией 18 связаны с пультом управления 19, который через кабель 20 связан с генератором 21. Для выработки электроэнергии генератор 21 валом 22 сблокирован с турбиной 23, расположенной в потоке оросительной воды. При наличии скоростного напора турбинка 23 приводит во вращение генератор 21, который вырабатывает электрический ток и подает его на пульт управления 19. С пульта управления 19 необходимая величина напряжения подается на привода 16 и 17 анодов 8, 9, 10 и катодов 11.

В рабочем положении пакет устанавливается так, чтобы пластины располагались параллельно оси корпуса 1. При этом обращается внимание на то, чтобы в сечении незамкнутого цилиндра 2 образовались равновеликие по площади сечения и сообщающиеся между собой сегменты 24, 25, 26.

Устройство для внесения микроэлементов с поливной водой работает следующим образом.

В оросительном трубопроводе монтируется корпус 1 рассматриваемого устройства. На фланце 4 корпуса 1 устанавливается крышка 5 с генератором микроэлементов, выполненного в виде рассекателя 6 и пакета 7. Пакет 7 фиксируется параллельно оси корпуса 1 по ходу движения воды. Последовательно с этим на пульте 19 выполняется настройка устройства на необходимую величину и соотношение смеси ионов металлов. Настройка предусматривает установку необходимого напряжения и одновременного включения соответствующего количества анодов 8, 9, 10 и катодов 11, что определяется подачей напряжения по проводам 16 и 17. При этом обращается внимание на количество включаемых катодов 11, определяющих работу анодов 8, 9, 10 с одной или с двух сторон. После этого включается в работу генератор 21, который взаимодействуя со скоростным потоком через вал 22 и турбину 23 обеспечивает выработку электроэнергии. Образовавшееся напряжение по кабелю 20 поступает на пульт 19, откуда на аноды и катоды. Под действием электрохимического процесса между соответствующими электродами происходит перемещение ионов металлов, которые подхватываются потоком протекающей воды. Последняя обогащается ионами металлов и вместе с ними поступает к месту назначения, где в конечном итоге распределяется в виде искусственного дождя или сосредоточенной струи. После окончания процесса внесения микроэлементов устройство демонтируется, промывается в соответствующем растворе и хранится на складе до следующего использования.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в орошаемом земледелии для насыщения поливного потока добавками редких металлов в виде ионов. Оно рекомендуется для установки в оросительных трубопроводах, непосредственно на дождевальных или поливных машинах, а также в открытых каналах. Устройство может быть использовано и в других областях народного хозяйства с аналогичным назначением. Изобретение позволит повысить надежность выноса управляемого количества микроэлементов при снижении гидравлических потерь и расширить диапазон вносимых их видов за счет того, что корпус генератора микроэлементов в поперечном сечении имеет форму незамкнутого цилиндра с выходным фланцевым парубком. При этом крышка для патрубка является базой для компановки генератора микроэлементов, выполненного в виде рассекателя инородных включений и одинаковых по высоте чередующихся плоско-параллельных катодов и анодов из пластин. Пластины анодов и катодов разделены между собой изоляционными проставками одинаковой длины. Это обеспечивает образование правильной формы пакета, который начинается и оканчивается катодами. Регулирование выноса количества ионов микроэлементов осуществляется величиной подаваемого напряжения, задействованной площадью пластин и числом включаемых катодов. Внутри корпуса пакет пластин размещается параллельно его оси и направлению потока воды с учетом образования равновеликих по площади сечения и гидравлически сообщающихся между собой сегментных полостей. Применяемые анодные пластины могут формироваться из сплавов металлов, например, меди с марганцем и т.д. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для внесения микроэлементов с поливной водой, содержащее расположенный в оросительном трубопроводе корпус, в котором размещен генератор микроэлементов, подключенный к источнику электрического тока, отличающееся тем, что корпус генератора микроэлементов выполнен в виде съемного, незамкнутого в центральном поперечном сечении, цилиндра с выходным фланцевым патрубком и крышкой, на внутренней стороне которой размещены рассекатель инородных включений и чередующиеся плоскопараллельные пластины катодов и анодов, разделенные изоляционными проставками и образующие пакет, ограниченный катодами. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что анодные пластины выполнены в виде сплавов, например, марганца и меди. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что аноды размещены в одной плоскости вдоль смежных катодов и выполнены разнородными, например, из кобальта и молибдена.