СПОСОБ ВНЕСЕНИЯ СРЕДСТВ ХИМИЗАЦИИ С ПОЛИВНОЙ ВОДОЙ НА СИСТЕМАХ ДИСКРЕТНОГО ПОЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК A01C21/00 A01C23/00 A01C23/04 

Изобретение относится к области механизации сельского хозяйства, в частности к многоцелевому использованию оросительных систем дискретного полива для внесения минеральных удобрений, микроэлементов, улучшителей качества поливной воды, гебицидов и других пестицидов почвенного действия.

Широко известны способы внесения минеральных удобрений и других средств химизации с поливной водой, заключающиеся в последовательном приготовлении маточных растворов, дозировании их требуемого величества в поток поливной воды, смешивании с нею и распределении по орошаемой площади [1].

Недостатком известных способов применительно к системам дискретного полива является то, что требуются дополнительные источники энергии (электрические, гидравлические, механические, пневматические), не учитываются особенности дискретных режимов поливов, практически не могут реализовываться при малоинтенсивном внесении средств химизации (при внесении 100 - 500 л растворов средств химизации на 1 га в течение 5-6 суток), необходимо присутствие квалифицированного обслуживавшего персонала.

Известен способ подкормки растений растворами минеральных удобрений при дождевании, включающий отбор из оросительного трубопровода части потока воды и направлении его в емкость со средствами химизации, которые за счет создаваемого в трубопроводе перепада давлений дозируются в него и обогащают поливную воду [2, 3, 4].

Недостатком известного способа внесения удобрений с поливной водой является то, что его применение распространяется на напорные оросительные трубопроводы, предусматривает потери давления в основном трубопроводе, проблематично и не контролируемо количество вносимых удобрительных веществ во времени, процесс происходит при больших расходах отбираемой поливной воды и за относительно короткий промежуток времени, не позволяет применяться на системах с расходом поливной воды 5 - 10 л/ч.

Известен гидроподкормщик для внесения жидких минеральных удобрений с поливной водой, включающий открытый резервуар цилиндрической формы, поплавковый сифон и винтовой зажим [5].

Данный гидроподкормщик не требует дополнительных энергетических источников, но не обеспечивает дискретного режима работы в автоматизированном режиме, затрудняет процесс дозирования очень малых расходов, не обеспечивает надежную работу всего комплекса.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению относится гидроподкормщик к дождевальным машинам, включающий бак для удобрений с внутренними стенками, подводящий снизу к внутренней его полости питающий трубопровод и трубопровод для отбора приготовленного раствора из полости между внутренними и наружными стенками [6].

Недостатки известного способа и устройства заключаются в том, что они не учитывают особенностей режима работы систем дискретного полива, требуют автономного и непрерывного поступления воды, требуют источников энергии для смешивания с поливной водой, не решают проблемы надежного дозирования маточных растворов с весьма малыми расходными параметрами.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в обеспечении надежности малоинтенсивного внесения и равномерного распределения средств химизации с поливной водой без привлечения дополнительных источников энергии.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива циклы накопления и подачи поливной воды совмещают с подготовкой в мерном цилиндре фиксированного объема раствора средств химизации на цикл полива. При этом дискретное их дозирование осуществляют в процессе свободного перелива и повторного смешения этого объема с маточным раствором в накопителе. В устройстве для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива емкость для средств химизации выполнена в виде замкнутого объема с размещенным в верхней ее части мерным цилиндром. Емкость для средств химизации расположена ниже накопителя поливной воды, в котором расположен сифон, и гидравлически соединена с накопителем в зоне всасывающего патрубка сифона. В то же время отношение суммарного рабочего объема мерного цилиндра, заключенного между верхним и нижним уровнями накопителя поливной воды в режиме штатной его работы, и объема соединительного шланга, гидравлически связывающего накопитель поливной воды и емкость для средств химизации, к рабочему объему мерного цилиндра не превышает 1,1, а отношение рабочего объема мерного цилиндра к объему соединительного шланга составляет в пределах 10.

Способ и устройство для внесения средств химизации с поливной водой представлены на чертеже.

Устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива включает накопитель поливной воды 1, который соединительным шлангом 2 гидравлически связан с емкостью 3 для средств химизации. При этом емкость 3 включает фильтрующий стакан 4, сливной кран 5 и крышку 6 с съемным мерным цилиндром 7. Поступление поливной воды в накопитель 1 обеспечивается по трубке 8 с краном 9, а последующая ее дискретная подача в распределительный 10 и соответственно поливные 11 трубопроводы сифоном 12. Способ внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива и устройство для его осуществления реализуется следующим образом.

Манипуляцией кранами 5 и 9 обеспечивают прекращение поступления поливной воды в накопитель 1 и освобождение емкости 3 от имеющейся в ней "жидкости", а также удаления возможных шламовых включений, кран 5 закрывают. Снимают крышку 6 и в фильтрующий стакан 4 засыпают необходимую (расчетную) массу питательных веществ или других агрохимикатов. При этом не исключается возможность заполнения емкости 3 жидкими удобрениями или маточными составами разрешенных к применению других средств химизации. Агрохимикаты могут быть простого, бинарного, тройного и более составов, например удобрений и микроэлементов, удобрений и химмелиорантов, удобрений и почвенных гербицидов, удобрений и почвенных пестицидов другого значения.

Заправленную средствами химизации емкость 3 закрывают крышкой 6, на которой располагают мерный цилиндр 7. Мерный цилиндр 7 выбирают из имеющегося их комплекта с учетом объема дозируемого раствора на цикл полива.

По окончании подготовительных операций открывают кран 9, тем самым обеспечивают заполнение накопителя 1 поливной водой, поступающей по трубке 8. При заполнении накопителя 1 поливная вода по соединительному шлангу 2 попадает в емкость 3, где взоимодействует с находящимися в фильтрующем стакане 4 средствами химизации. В процессе соприкосновения воды со средствами химизации происходят их растворение, а образовавшийся маточный раствор вытесняется в мерный цилиндр 7. Этот процесс продолжается по мере заполнения накопителя 1 водой.

При достижении в накопителе 1 и цилиндре 7 верхних уровней воды срабатывает сифон 12 и накопленная вода перекачивается им в распределительный 10 и оросительные 11 трубопроводы. По мере снижения уровня поливной воды в накопителе 1 отслеживается уровень раствора средств химизации в мерном цилиндре 7, т. е. раствор за счет свободного перелива-перетекания возвращается в емкость 3. В емкости 3 происходит смешивание двух растворов разных концентраций: находящегося в емкости 3 и возвратившегося из мерного цилиндра 7. Образующаяся смесь по соединительному шлангу 2 вытесняется в накопитель 1. Поступление растворов средств химизации в накопитель 1 происходит в зоне всасывающего патрубка сифона 12, что благоприятствует качественному их смешению с водой и улучшает равномерность распределения агрохимикатов по площади.

После отбора накопленного объема воды сифон 12 разрежается - процесс полива прекращается. Одновременно с этим возобновляется накопление очередного объема воды и порции растворов средств химизации до соответствующего срабатывания сифона 12 - процесс дискретного полива и внесения агрохимикатов продолжается в автоматизированном режиме.

Предсказуемая работоспособность устройства и достоверность расчетных концентраций рабочего раствора (качественных показателей обогащения поливной воды) агрохимикатов по циклам дискретного полива, а также равномерность их распределения по площади определяются конструктивными параметрами соединительного шланга 2 и компоновкой мерного цилиндра 7. Суть проблемы находится в поочередном использовании соединительного шланга 2 для подвода воды, обеспечивающем подготовку порции растворов средств химизации и их отвода в накопитель поливной воды 1 по законам сообщающихся сосудов.

Установлено, что для "идеального варианта конструкции" объем мерного цилиндра 7, определяющего норму внесения средств химизации на цикл полива и продолжительность работы устройства без его перезарядки, должен полностью поступать (переливаться, перекачиваться, дозироваться) в накопленную на цикл полива воду. Достигнуть такого случая практически проблематично, что связано с неизбежным сохранением во внутреннем объеме шланга 2 какого-то количества (объема) маточного раствора.

В противоположность "идеального варианта" на практике могут быть созданы такие условия, когда весь в мерном цилиндре 7 маточный раствор только циркулирует в соединительном шланге 2 и его присоединительной арматуре. При этом он никогда не попадает в поливную воду, т.е. накопитель 1. Примеры такого решения иллюстрируются вариантами конструктивного исполнения, когда объем соединительного шланга 2 будет равен или превышать объем мерного цилиндра 7.

Конкретные значения соотношений этих объемов (соединительной линии и мерного цилиндра) друг к другу в конечном итоге характеризуют точность дозирования (%) маточного раствора агрохимикатов в поток поливной воды.

Аналитически это выражается в следующем виде

V₁ = V_п.ap+V_с.ш≅ V_c.ш,
где Т_доз - точность дозирования, %;
V₁ - объем соединительной линии, мл (дм³);
V₂ - объем мерного цилиндра, мл (дм³);
V_п.ар - объем присоединительной арматуры, мл (дм³);
V_с.ш - объем соединительного шланга, мл (дм³).

Пример: Требуется определить точность дозирования гидроподкормщика или степень поступления маточного раствора в поливную воду из мерного цилиндра с рабочими параметрами: V_п.ар= 1,5 мл; V_с.ш = 8,5 мл;
V₂= 100 мл.

Решение:

Таким образом, точность дозирования гидроподкормщика оценивается величиной в 10%, т.е. за каждый цикл полива из мерного цилиндра в поливной поток не попадает 10% его объема.

С учетом сказанного дозирующие элементы конструкции гидроподкормщика должны характеризоваться следующими отношениями:
- суммарными объемами мерного цилиндра (V₂) и соединительной линии (V₁) к рабочему объему мерного цилиндра. Рабочий объем мерного цилиндра пропорционален столбу жидкости (воды) между его верхними и нижними уровнями накопителя поливной воды при работе конструкции в штатном режиме, что предопределяется принципом устройства на законах сообщающихся сосудов. Объем цилиндра определяется по показаниям его тарировочных делений или умножением известной площади сечения на высоту столба срабатывания маточного раствора или поливной воды в накопителе;
- рабочего объема мерного цилиндра к объему соединительной линии (соединительного шланга).

Числовые значения этих показателей представлены в табл. 1 и 2. Они были установлены по задаваемому уровню точности дозирования (%) растворов средств химизации в накопитель поливной воды 1 по результатам аналитических расчетов и конструкторских разработок.

Проверка полученных аналитических значений в лабораторных исследованиях на опытном образце устройства показала, что варьирование теоретических и лабораторных сравнительных результатов не превышает 19%.

Анализ табл. 1 показывает, что по мере снижения точности дозирования (5, 10, 15, 25) растет и отношение объема мерного цилиндра и соединительной дозирующей линии к объему дозирования маточного раствора за цикл полива в пределах 1,05-1,25. При этом при оптимальном показателе точности дозирования в 10% отношение равняется 1,1.

Оптимальный показатель в 10% установлен (выбран) в соответствии с существующими исходными (агротехническими) требованиями к гидроподкормочному оборудованию, согласно установившейся практике, технико-техиологической целесообразности, реальности реализации конструкции и др.

Из данных табл.2 видно, что при точности дозирования 5-25% отношение объема дозируемого раствора к объему соединительного шланга (соединительной линии) находится в интервале 20,..4.

Таким образом, при точности дозирования ±10%, как наиболее приемлемом показателе для устройств гидроподкормочного назначения, отношение суммы объемов мерного цилиндра и соединительной дозирующей линии к объему дозирования цилиндром не должно превышать 1,1, а отношение объема дозируемого раствора мерным цилиндром к объему дозирующей линии (соединительного шланга) должно составлять не менее 10.

Рассмотренные пути решения задачи внесения средств химизации с поливной водой осуществляется без дополнительных энергоисточников, отслеживают режим работы систем дискретного полива, позволяют осуществлять многоцелевое их использование в малоинтенсивном режиме с учетом этапов органогенеза развития растений, не снижают эксплуатационных показателей оросительных систем, позволяют точно дозировать малые расходы агросмесей и равномерно их распределять по площади.

Источники информации
1. Абрамов А. Ф. , Ивашкин В.И. Внесение средств химизации с поливной водой. М., Росагропромиздат. 1998-88 с.

2. Авторское свидетельство СССР 82032, АС1С45в 23/04.

3. Соловьев Е. Е. Подкормка растений при дождевании. Колхозное производство. - 1959 - 12. - С.32.

4. Сандигурский Д. М. , Безроднов Н.А. Механизация поливных работ. М., "Колос", 1975.- С.108.

5. Козин М.А. Как провести подкормку сельскохозяйственных культур минеральных удобрений при поливе. Сб. научных трудов ЮЖНИИГиМ.-Новочеркасск, 1958, Вып.5.- С.179-184.

6. Авторское свидетельство СССР 1017201, АО1023/04, 1983, БИ 18 (прототип).

Изобретение относится к механизации сельского хозяйства при использовании систем дискретного полива. Способ внесения средств химизации с поливной водой включает циклы накопления и подачи поливной воды, которые совмещают с подготовкой в мерном цилиндре фиксированного объема раствора средств химизации на цикл полива и дискретным их дозированием. Дозирование осуществляют при свободном переливе и повторном смешении этого объема с марочными растворами в накопителе. Устройство содержит накопитель (1) поливной воды, емкость (3) для средств химизации, которая выполнена в виде замкнутого объема. В верхней ее части размещен мерный цилиндр (7). Емкость (3) расположена ниже накопителя (1), в котором размещен силфон (12), и соединена с накопителем (1) в зоне всасывающего патрубка силфона (12) гидравлически. Это обеспечивает надежность малоинтенсивного внесения и равномерность распределения средств химизации с поливной водой. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.

1. Способ внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива, включающий обогащение поливной воды средствами химизации и распределение смеси по орошаемому участку, отличающийся тем, что циклы накопления и подачи поливной воды совмещают с подготовкой в мерном цилиндре фиксированного объема раствора средств химизации на цикл полива и дискретным их дозированием, которое осуществляют при свободном переливе и повторном смешении этого объема с маточными растворами в накопителе. 2. Устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах дискретного полива, содержащее накопитель поливной воды, емкость для средств химизации, соединительный шланг и трубопроводы, отличающееся тем, что емкость для средств химизации выполнена в виде замкнутого объема с размещенным в верхней ее части мерным цилиндром, расположена ниже накопителя поливной воды, в котором размещен сифон, и соединена с накопителем в зоне всасывающего патрубка сифона гидравлически. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что отношение суммарного рабочего объема мерного цилиндра, заключенного между верхним и нижним уровнями накопителя поливной воды в режиме штатной его работы, и объема соединительного его шланга, гидравлически связывающего накопитель поливной воды и емкость для средств химизации, к рабочему объему мерного цилиндра не превышает 1,1, а отношение рабочего объема мерного цилиндра к объему соединительного шланга составляет 10.