УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРОШЕНИЯ ТЕПЛИЦ, ПАРНИКОВ И САДОВЫХ УЧАСТКОВ Российский патент 1999 года по МПК A01G25/16 A01G27/00 

Изобретение относится к системам орошения и может быть использовано для осуществления автоматического полива на ограниченных площадях - теплицах - парниках и садовых участках.

Известно устройство [1] , содержащее накопительную емкость, в которую вода подается по трубопроводу с регулировочным вентилем. В днище емкости имеется выпускное отверстие, закрытое клапаном, срабатывающим при помощи системы поплавков, гибких тяг и рычагов. Вентиль на трубопроводе регулируют предварительно так, что накопительная емкость заполняется в течение определенного времени, а после ее заполнения автоматически закрывается клапан и вода через выпускное отверстие подается в систему полива. Затем процесс повторяется.

Недостатком описанного устройства является то, что подача воды в ней зависит только от регулировки вентиля напорного трубопровода, а не от влажности почвы, которая в свою очередь может меняться в течение вегетации растений в зависимости от погодных и других факторов. Оно также не позволяет регулировать поливную норму и всегда выдает в систему полива с заданной частотой определенный объем воды, равный объему накопительной емкости. Устройство, например, не обеспечивает подачу воды малыми поливными нормами, что необходимо в ряде случаев на некоторых этапах вегетации. Устройство может быть использовано только для низконапорных систем полива: по бороздам, напуском (затоплением) и т.д., но не может быть использовано для дождевания, капельно-импульсного полива и др., требующих высокого напора воды.

Более близким прототипом является устройство [2], содержащее емкость для воды, коромысло, жестко закрепленное на оси запорного крана с размещенными на его плечах скользящими грузами, перемещения которых ограничены магнитными упорами. На одном конце коромысла находится сосуд-противовес, на другом - сосуд-испаритель с размещенной в нем почвой и растениями. Стенки и днище сосуда-испарителя перфорированные. Высота сосуда принимается не менее глубины проростания корневой системы выращиваемых растений, а его площадь - не менее площади, достаточной для выращивания одного такого растения. Испаритель находится в зоне орошения. Дренажная способность между смежными участками почвы в естественном (монолитном) состоянии имитируется подбором числа перфораций в сосуде-испарителе.

Недостатком описанного устройства является неточный учет изменения влажности почвы вследствие ее нахождения не в естественном (монолитном) состоянии, а в виде изолированного от всего массива куска, размещенного в сосуде-испарителе. В этом случае искажается истинное значение влажности почвы за счет следующих причин:
отсутствия влияния на влажность почвы в сосуде-испарителе молекулярных и главным образом капиллярных сил нижележащих слоев (вплоть до уровня грунтовых вод), которые, как показывают исследования гидрологии почв и грунтов, оказывают большое влияние на влажность почвы;
более интенсивного испарения (не только с поверхности, как у почвы, находящейся в естественном состоянии, но и с боков и снизу через перфорации), что приводит к более быстрому усыханию почвы в сосуде-испарителе по сравнению с почвой в естественном состоянии. При интенсивном испарении нарушается равновесие коромысла и начинается процесс подачи воды, т.е. периоды между положением "Открыто" и "Закрыто" уменьшаются, что приводит к нарушению режима орошения. Кроме того, известно, что водопоглощение почвы, т.е. ее способность впитывать и фильтровать влагу и изменять в связи с этим свою влажность, зависит от наличия в ней щелей, пустот, трещин, ходов червей и корней. Поэтому вадопоглощение почвы в системе "сосуд-испаритель - основной массив" и почвы просто основного массива будет различно, так как между стенками сосуда-испарителя и нишей в основном массиве, в которую входит сосуд-испаритель при наклоне коромысла, существуют зазоры, параметры которых меняются в зависимости от угла наклона коромысла. При этом необходимо учитывать изменчивость водопоглощения в пространстве основного массива почвы.

Известное устройство не обеспечивает подачу воды в высоконапорные системы полива. В нем не предусмотрено регулирование поливной нормы при подаче воды в низконапорные системы.

Цель изобретения - повышение эффективности работы, расширение эксплуатационных возможностей и возможности регулирования частоты поливов.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее накопительную емкость для воды, трубопровод для подачи воды в эту емкость через присоединенный к нему поплавковый клапан, выпускной трубопровод, присоединенный к выпускному устройству указанной емкости с установленным на трубопроводе вентилем, снабжено вспомогательной емкостью, местоположение которой по высоте может быть отрегулировано. Кроме того, устройство снабжено гибкими трубопроводами, присоединенными одними своими концами к вспомогательной емкости, а другими - к герметичным сосудам с пористыми днищами, установленными в почве на заданной глубине в зоне предполагаемого орошения. В устройстве имеется гибкий трубопровод, присоединенный одним своим концом к вспомогательной емкости, а другим - к выпускному трубопроводу между вентилем, смонтированным на выпускном трубопроводе, и выпускным отверстием накопительной емкости. Поплавковый клапан, через который подается вода в накопительную емкость, установлен таким образом, что его поплавок расположен во вспомогательной емкости. Кроме того, к выходному патрубку поплавкового клапана присоединен гибкий трубопровод, другой конец которого расположен в накопительной емкости. Этот трубопровод имеет отвод с установленным на нем вентилем, при этом между накопительной емкостью и отводом на гибком трубопроводе установлено устройство для точного регулирования воды, например вентиль. Такие же вентили установлены на гибких трубопроводах, соединяющих вспомогательную емкость с герметичными сосудами с пористыми днищами. К вспомогательной емкости присоединен при помощи трубопроводов с установленными на них вентилями дополнительные емкости, местоположение которых по высоте может быть отрегулировано.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - трубопроводы с вентилями и вспомогательные емкости.

устройство состоит из накопительной емкости 1, установленной на основании 2. В днище емкости имеется выпускное отверстие с седлом, в котором расположен выпускной клапан 3. К клапану присоединена металлическая тяга 4, проходящая через направляющую втулку 6, установленную на скобе 5. К концу тяги 4 присоединена гибкая тяга 7. Другой конец тяги 7 прикреплен к поплавку 8 так, что длина тяги 7 может быть отрегулирована. К верхней части поплавка 8 прикреплена удерживающая гибкая тяга 9, верхний конец которой закреплен на неподвижной опоре 10, выполненной известным образом и жестко соединенной с накопительной емкостью 1. Длина этой тяги такова, что поплавок 8 не может опуститься ниже положения, показанного пунктиром, т.е. не дойдет до верхнего конца тяги 4. К выпускному отверстию присоединен выпускной трубопровод 11, на котором установлен регулировочный вентиль 12. Рядом с накопительной емкостью 1 находится вспомогательная емкость 13, установленная на высоте H над уровнем земли. Эта высота известным образом может быть отрегулирована.

Подача воды в устройство осуществляется по трубопроводу 14, на котором установлен вентиль 15. К этому трубопроводу присоединен поплавковый (шаровой) клапан 16, поплавок 17 которого размещен во вспомогательной емкости 13. К выходному патрубку поплавкового клапана 16 присоединен гибкий трубопровод 18, другой конец которого опущен в накопительную емкость 1. К трубопроводу 18 присоединен отвод 19 с запорным вентилем 20. На трубопроводе 18 установлено также устройство для точного регулирования расхода воды, например вентиль 21.

К вспомогательной емкости 13 присоединен гибкий трубопровод 22, другой конец которого присоединен к выпускному трубопроводу 11 между вентилем 12 и выпускным отверстием в днище накопительной емкости 1. Co вспомогательной емкостью 13 также соединены гибкие трубопроводы 23, которые другими своими концами присоединены к герметичным сосудам 24 с пористыми днищами. Такие сосуды используются на практике в качестве датчиков влажности (тензиометры). Эти сосуды плотно установлены в почву в зоне орошения на заданную глубину, соответствующую полной или частичной глубине расположения корневой системы растений. На фиг.1 условно показано два сосуда 24, хотя их количество может быть любым. При этом на вспомогательной емкости 13 должно быть соответствующее количество патрубков для присоединения трубопроводов 23. На трубопроводах 23 установлены винтовые зажимы 25 для регулирования поперечного сечения этих трубопроводов. К вспомогательной емкости 13 в случае необходимости могут быть присоединены через трубопроводы 26 с вентилями 27 дополнительные вспомогательные емкости 28, местоположение которых по высоте может быть отрегулировано (см. фиг. 2). Для исключения попадания атмосферной влаги во вспомогательную емкость 13 и дополнительные емкости 28 над ними установлен съемный козырек 29.

Работает устройство следующим образом. При поливе по бороздам, напуском, внутрипочвенным орошением и другим низконапорным способом вначале присоединяют трубопровод 11 к системе полива, а вентиль 12 открывают. Затем при помощи регулировки длины гибкой тяги 7 устанавливают объем воды в накопительной емкости 1, который будет подаваться в поливную систему. Этот объем должен соответствовать поливной норме. После этого известным способом заливается вода во вспомогательную емкость 13 и емкости 28, гибкие трубопроводы 23 и сосуды 24, предварительно установленные в почву. Винтовые зажимы 25, установленные на трубопроводах 23, должны быть открыты. Воздух, находящийся внутри этих узлов, должен выйти. При этом регулируется положение емкостей 13 и 28 по высоте. Они устанавливаются так, чтобы при их заполнении уровень воды находился на высоте присоединения гибкого трубопровода 22 и одновременно были бы на величину h ниже заданного уровня воды и накопительной емкости 1, соответствующего поливной норме. Поплавок 17 поплавкового клапана 16 должен свободно лежать на этом уровне во вспомогательной емкости 13. При этом поплавковый клапан 16 будет находиться в положении "Закрыто". Вначале трубопроводы 23 должны находиться горизонтально для того, чтобы вода под действием собственного веса из вспомогательной емкости 13 через трубопроводы 23 заполнила сосуды 24.

Далее открывают вентиль 15 напорного трубопровода 14 и закрывают вентиль 20. Полностью открывают вентиль 21. Вначале при отсутствии воды в накопительной емкости 1 выпускной клапан 3 под действием собственного веса опустится в седло и закроет выпускное отверстие. Если влажность почвы мала, то за счет капиллярных и молекулярных сил происходит отсос воды из верхних слоев почвы вглубь (эффект "сосущей силы почвы"), в том числе из сосудов 24. Этот эффект увеличивается по мере уменьшения влажности почвы. Отсос воды происходит через пористые днища сосудов 24. Пористость каждого днища такова, что обеспечивается просачивание через них только воды, но исключаются прорывы воздуха внутрь сосудов 24. Известно, что создаваемое при отсосе воды разрежение в сосудах 24 (тензиометрах) достаточно точно для практических целей соответствует влажности почвы в диапазоне от полной полевой влагоемкости до влажности несколько ниже наименьшей влагоемкости. В этом диапазоне, как известно, происходят рост и развитие растений.

При отсосе понижается уровень воды во вспомогательной емкости 13 (новый уровень показан пунктиром на фиг. 1). Поплавок 17 поплавкового клапана 16 опускается и последний постепенно переходит в положение "Открыто". Вода из трубопровода 14 через клапан 16, трубопровод 18 поступает в накопительную емкость 1 и заполняет ее до заданного уровня. Поплавок 8 поднимается и открывает выпускной клапан 3. Вода по трубопроводу 11 поступает на полив. Поскольку в системе полива имеется сопротивление, то часть воды после открытия клапана 3 одновременно поступает по трубопроводу 22 во вспомогательную емкость 13 и емкости 28. Уровень воды в них при этом повышается до первоначального и поплавковый клапан 16 переходит в положение "Закрыто", т, е. подача воды в накопительную емкость 1 прекращается. Если сопротивление в системе полива недостаточно для подъема воды по трубопроводу 22 в емкости 13, 28, то регулировкой вентиля 12 добиваются нужного сопротивления в трубопроводе 11, обеспечивая подъем воды в емкости 13, 28.

Следующий цикл начнется после того как за счет "сосущей силы почвы", а также собственного веса воды, в зависимости от положения трубопроводов 23, вновь понизится уровень в емкостях 13, 28. Время между заполнениями накопительной емкости 1, т. е. частоту поливов можно регулировать следующими способами, основанными на применении закона протекания жидкости через пористые среды (закон Дарси):
1. количеством сосудов 24, т.к. количество отсосанной воды из емкостей 13, 28 прямо пропорционально суммарной площади днищ этих сосудов;
2. изменением сопротивления трубопроводов 23, т.к. расход проходящей через них воды будет обратно пропорционален падению напора, зависящего от сопротивления (это можно осуществить либо путем подъема или опускания каких-либо участков трубопроводов 23 относительно уровня воды во вспомогательной емкости 13 и сообщенных в ней емкостях 28, либо регулировкой винтовых зажимов 25, установленных на трубопроводах 23);
3. изменением площади поперечного сечения вспомогательной емкости 13 и емкостей 28 за счет присоединения или отсоединения емкостей 28 при помощи вентилей 27, поскольку при этом изменяется объем, а следовательно, и время отсоса воды при помощи сосудов 24 при условии, что количество этих сосудов не изменяется.

Кроме того, возможно изменять указанное время заполнения накопительной емкости 1. изменяя длину трубопроводов 23 (если предусмотрен комплект сменных трубопроводов), т. к. количество отсасываемой воды обратно пропорционально длине пути просачивания.

Если производится подача воды в высоконапорную систему полива (дождевание, капельно-импульсное орошение и др.), то работа производится следующим образом. Трубопровод 19 присоединяют к системе полива, вентили 12, 20 и 15 открывают. Затем регулируют время подачи воды в систему полива. Это делается путем регулирования времени заполнения некоторого малого объема в накопительной емкости 1. Этот объем устанавливается посредством регулирования длины тяги 7, а подачу (расход) воды по трубопроводу 18 регулируют при помощи вентиля 21. Поскольку расход воды через вентиль 21 будет малым, то время наполнения его можно отрегулировать от нескольких часов до нескольких суток. Затем, как и в предыдущем случае полива через низконапорные системы, заливают воду в сосуды 24, гибкие трубопроводы 23 и емкости 13, 28, давая воздуху выйти из этих узлов. Положение емкостей 13, 28 регулируют так же, как в предыдущем случае, располагая их так, чтобы уровень воды в них устанавливался на высоте присоединения гибкого трубопровода 22 и одновременно был бы на величину ниже заданного уровня в накопительной емкости 1. При этом поплавковый клапан 16 будет находиться в положении "Закрыто". При отсасывании воды почвой из емкостей 13, 28 этот клапан постепенно переходит в положение "Открыто", и происходит подача на полив через трубопровод 19. Одновременно через трубопровод 18 будет происходить заполнение заданного объема накопительной емкости 1 в течение заранее установленного времени. После заполнения указанного объема поплавок 8 поднимет клапан 3 и вода попадет через трубопроводы 11, 22 в емкости 13, 28. Избыток воды из этих емкостей выльется через край. Поплавковый клапан 16 перейдет в положение "Закрыто", и полив прекратится. После этого цикл возобновится после отсасывания воды из емкостей 13, 28. Время между циклами регулируется так же, как и в первом случае при использовании устройства для низконапорных систем полива.

Если устройство подает воду на полив на открытом грунте, то допускается возможность учета влияния атмосферных осадков на почву. Для этой цели необходимо снять защитный козырек 29. Тогда уровень воды в емкостях 13, 28 будет выше за счет попадания атмосферных осадков. В результате поднимется поплавок 17, т.е. уменьшится подача воды из трубопровода 14. Если устройство работает на закрытом грунте, то влияние осадков необходимо исключить путем установки козырька 29. При жаркой погоде во всех случаях вода в емкостях 13, 28 будет испаряться, что также приводит к уменьшению уровня воды в этих емкостях и сокращению времени между циклами. Таким образом, предложенное устройство является универсальным, так как оно применимо для всех систем полива высоконапорных и низконапорных, на открытых и защищенных грунтах и учитывает все погодные факторы.

Устройство может быть упрощено, если оно будет использоваться только для подачи воды в низконапорную систему полива. Поплавковый клапан 16 может быть установлен непосредственно над накопительной емкостью 1 так, что вода из его выходного патрубка попадала бы сразу в указанную емкость. Это позволяет отказаться от применения трубопроводов 18, 19, вентилей 20 и 21.

При отсутствии водопроводной сети и при использовании устройства для низконапорной системы полива оно может питаться из какой-либо емкости, поднятой на некоторую высоту (бака и т.д.), предварительно заполняемой насосом или каким-либо другим способом.

Устройство конструктивно просто, в нем нет электроники и оно вообще не требует подключения к электросети. Это обеспечивает безопасность эксплуатации и не требует квалифицированного обслуживания. Оно может работать автономно без присутствия человека, что имеет значение, когда имеется возможность только эпизодически (например, раз в неделю) осуществлять контроль за его работой. Устройство рассчитано поэтому на массового потребителя. Оно допускает, если его изготовить из химически стойких материалов, внесение жидких удобрений в почву. Устройство в основном состоит из серийно выпускаемых деталей и узлов: клапанов 3, 16, используемых в сантехнике, гибких трубопроводов и др. В качестве поплавка 8 может быть использован кусок пенопласта. Устройство контролирует фактическую влажность почвы в естественном состоянии в корнеобитаемой зоне. Оно является саморегулируемым, так как автоматически изменяет режим орошения в зависимости от влажности почвы. Устройство позволяет регулировать поливную норму и изменять время между поливами.

Источники информации:
1.Патент СССР N 1790349 кл. A 01 G 27/00.

2.Патент РФ N 2053649 кл. A 01 G 27/00, 25/16.

Устройство используется для автоматического полива растений на ограниченных площадях. Техническим результатом является повышение эффективности работы, расширение эксплуатационных возможностей и возможности регулирования частоты поливов. Устройство содержит накопительную емкость с отверстием в днище, закрываемым клапаном, поплавковый клапан, вспомогательную емкость, в которой расположен поплавок клапана. Уровень воды во вспомогательной емкости устанавливается ниже, чем в накопительной емкости, и она связана гибкими трубопроводами с герметичными сосудами с пористыми днищами, установленными в почве, а также с выпускным трубопроводом. При отсасывании воды почвой через пористые днища сосудов уровень воды во вспомогательной емкости понижается, открывается поплавковый клапан, и вода через него поступает в накопительную емкость. При достижении заданного уровня вода поступает в низконапорную систему полива, а также через трубопровод во вспомогательную емкость. Уровень воды в ней повышается, и поплавковый клапан закрывается. При работе с высоконапорной системой полива время ее работы регулируется за счет времени заполнения некоторого определенного малого объема в накопительной емкости при помощи вентиля. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для орошения теплиц, парников и садовых участков, содержащее накопительную емкость для воды, трубопровод для подачи воды в эту емкость через установленный на нем поплавковый клапан, выпускной трубопровод, присоединенный к выпускному устройству указанной емкости, с установленным на этом трубопроводе вентилем, отличающееся тем, что оно снабжено вспомогательной емкостью, местоположение которой по высоте может быть отрегулировано, гибкими трубопроводами, присоединенными одними своими концами к вспомогательной емкости, а другими - к герметичным сосудам с пористыми днищами, установленными в зоне предполагаемого орошения в почве на заданной глубине, гибким трубопроводом, присоединенным одним концом к вспомогательной емкости, а другим - к выпускному трубопроводу между вентилем, смонтированным на выпускном трубопроводе, и выпускным устройством накопительной емкости, при этом поплавковый клапан установлен таким образом, что его поплавок расположен во вспомогательной емкости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к выходному патрубку поплавкового клапана присоединен гибкий трубопровод, другой конец которого расположен в накопительной емкости, при этом указанный трубопровод снабжен отводом с установленным на этом отводе вентилем, а между накопительной емкостью и отводом на гибком трубопроводе установлено устройство для точного регулирования расхода воды, например, вентиль. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на гибких трубопроводах, соединяющих вспомогательную емкость с герметичными сосудами с пористыми днищами, установлены винтовые зажимы для регулирования изменения проходных сечений указанных трубопроводов, а к вспомогательной емкости присоединены при помощи трубопроводов с указанными на них вентилями дополнительные емкости, местоположение которых по высоте может отрегулировано.