ФИЛЬТР СИСТЕМЫ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C02F1/40 A01G25/02 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к системам капельного орошения, предпочтительно в фермерских и крестьянских хозяйствах.

Известна система капельного орошения, включающая водоисточник, бассейн-отстойник, насосную станцию и оросительную сеть с капельницами, в которой, с целью повышения надежности работы и снижения эксплуатационных затрат, система снабжена линейно-протяженными трубчатыми фильтрами, уложенными в грунте вдоль берега водоисточника и заглубленными под уровень грунтовых вод, при этом трубчатые фильтры сообщены с бассейном-отстойником, который выполнен закрытым (SU, авторское свидетельство 1551285, А1, М.кл.⁵ А 01 G 25/02. Система капельного орошения/ Н.А. Куделя, А.В. Шевченко, М.И. Ромащенко (СССР). - Заявка 4443650/30-15; Заявлено 06.05.1986; Опубл. 23.03.1990, Бюл. 11// Открытия. Изобретения. - 1990. - 11).

К недостаткам данной системы относятся низкая степень очистки воды и большие затраты на ее строительство и эксплуатацию. Трубчатые фильтры быстро забиваются илом и взвесями воды. Вся система стационарна.

Известен горизонтальный отстойник, содержащий емкость, верхнюю и нижнюю распределительные системы подвода нефтесодержащей воды и отвода очищенной воды, соответственно, трубу слива нефтепродуктов, входной и выходной патрубки, в котором, с целью повышения эффективности очистки нефтесодержащих вод, верхняя и нижняя распределительные системы выполнены в виде соединенных с коллектором горизонтальных перфорированных труб, при этом трубы верхней и нижней системы выполнены с диаметром, увеличивающимся и уменьшающимся соответственно от входного патрубка к выходному, суммарная площадь поперечного сечения труб верхней и нижней распределительных систем составляет не более 1,3 площади поперечного сечения соответствующего коллектора, а входной и выходной патрубки расположены в диаметрально противоположных торцах емкости (SU, авторское свидетельство 1544712, А1, М.кл.⁵ С 02 F 1/40, В 01 D 21/24, 17/032. Горизонтальный отстойник/ Э.М. Кесельман, Л.М. Долуб (СССР). - Заявка 4279584/23-26; Заявлено 08.07.1987; Опубл. 23.02.1990, Бюл. 7// Открытия. Изобретения. - 1990. - 7).

К недостаткам данного отстойника в решаемой нами технической задаче относятся малая производительность и неудовлетворительное качество очищенной воды. Наличие взвесей, ила и наносов с размерами более 50 мкм недопустимо для капельниц и инъекторов систем капельного орошения. Ими забиваются каплеобразующие технологические отверстия. Капельница перестает работать. Растение или группа растений на этом месте погибает.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - подготовка воды из открытых водоемов или иных водоисточников для систем капельного орошения.

Технический результат - повышение производительности установки и качества очищенной поливной волы, снижение себестоимости растениеводческой продукции при возделывании на орошаемых участках.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном фильтре системы капельного орошения, содержащем емкость, расположенные в диаметрально противоположных торцах емкости входной и выходной патрубки, соединенные коллектором с верхней и нижней распределительными, горизонтально установленными в ее полости перфорированными трубами, систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения, согласно изобретению он снабжен системой контроля, отводной сетью и гидроциклонами, гидравлически параллельно соединенными в систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и входными патрубками на диаметрально противоположных торцах емкости с ее верхней горизонтально установленной перфорированной трубой, каждый из гидроциклонов имеет установленный в его полости сетчатый фильтр в виде усеченного конуса, направленный большим основанием в сторону выхода из корпуса очищенной воды, а малым основанием ориентировано в сторону камеры осаждения наносов и ила, связанной вентилем и трубопроводом с системой отвода продуктов загрязнения, упомянутая емкость снабжена пневмоаккумулятором и разделена на отсеки, каждый из которых заполнен фильтрационным материалом и гидравлически соединен с нижними горизонтально установленными перфорированными трубами, а посредством коллектора и запорных вентилей - с магистральным трубопроводом, при этом последний обводной сетью связан через вентили с системой подвода наносо- и илосодержащей воды, а названная система контроля включает датчики, например манометры, смонтированные в трубопроводах системы отвода очищенной воды, подвода воды в гидроциклоны и в емкость с фильтрационным материалом; распределительные горизонтально установленные в полости емкости перфорированные трубы смонтированы с возможностью демонтажа; манометры системы контроля и вентили системы подводе наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения смонтированы на панели с минимальным взаимным удалением; пневмоаккумулятор имеет запорную арматуру для подачи под избыточным давлением хлорсодержащих газов; емкость, гидроциклоны, система контроля, система подвода воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды выполнены автономным блоком и смонтированы на опорной базе.

За счет того, что фильтр выполняет многофункциональные задачи и снабжен возможностью изменения режимов работы и удаления кольматажа с поверхности и из микропор фильтрационного материала, достигается указанный выше технический результат.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена принципиальная гидравлическая схема фильтра установленной в сети системы капельного орошения.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Фильтр системы капельного орошения содержит емкость 1, объемом 4-8 м³, смонтированную в гидравлической сети. В диаметрально противоположных торцах 2 и 3 емкости 1 расположены входной и выходной патрубки 4, 5. Патрубки 4, 5 соединены коллектором с верхней и нижней распределительными горизонтально установленными в полости емкости 1 перфорированными трубами 6, 7. Емкость 1 соединена с системой подвоза наносо- и илосодержащей воды 8, отвода продуктов загрязнения 9 и очищенной воды 10 в магистральный трубопровод 11 капельного орошения. Горизонтально установленные в полости емкости 1 распределительные перфорированные трубы 6, 7 смонтированы с возможностью ускоренного демонтажа.

Фильтр снабжен системой контроля 12, обводной сетью 13 и гидроциклонами 14 и 15, гидравлически параллельно соединенными в систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения 9 и входными патрубками 4 на диаметрально противоположных торцах 2 и 3 емкости 1 с ее верхней горизонтально установленной перфорированной трубой 6. Каждый из гидроциклонов 14 (15) имеет установленный в его полости сетчатый фильтр 16 в виде усеченного конуса. Большим основанием сетчатый фильтр 16 направлен в сторону выхода из корпуса 17 очищенной воды, т.е. в трубопровод 18. Малым основанием фильтр 16 ориентирован в сторону камеры 19 осаждения наносов взвесей и ила. Каждая камера 19 связана вентилем 20 и трубопроводом 21 с системой отвода продуктов загрязнения 9.

Упомянутая емкость 1 снабжена пневмоаккумулятором 22. Полость емкости 1 разделена перегородками 28 на отсеки 23, 24, 25, 26 и 27. Каждый отсек 23 (24-27) заполнен фильтрационным материалом 29. Фильтрационный материал 29 представлен послойно уложенными крупнозернистым и мелкозернистым наполнителями.

В качестве крупного заполнителя использован щебень доломитовый с размером зерна 5-20 мм. Насыпная плотность - 1,3 т/м³. Объемная масса щебня равна 2,62 т/м³. Марка морозостойкости F=200. Прочность 1000÷1200 кГс/см².

В качестве мелкого заполнителя использован кварцевый песок с модулем крупности 2,5. Содержание илистых и глинистых примесей не более 1%.

Отсеки 23-27 гидравлически соединены с нижними горизонтально установленными перфорированными трубами 5, а посредством коллектора и запорных вентилей 30 и 31 - с магистральным трубопроводом 11. Магистрельный трубопровод 11 обводной сетью 13 связан через вентили 32 и 33 с системой 8 подвода наносо- и илосодержащей воды. Вентилем 33 система 8 связана с напорным патрубком 34 водяного насоса 35 гидростанции. Вентиль 32 соединяет насос 35 посредством обводной сети 13 и вентиля 31 с магистральным трубопроводом 11. Насос 35 посредством трубопровода 36 и вентиля 37 гидравлически и механически связан с плавучим клапаном 38 для забора воды из открытого водоема (пруд, озеро, река, искусственный накопитель осадков и т.п. гидротехнических сооружений), максимально прогреваемый атмосферным воздухом и лучами солнца в период посадки, посева и вегетации орошаемых с.-х. культур.

Названная система 12 контроля работы всех систем фильтра включает датчики, например манометры 40, 41, 42, 43 и 44, смонтированные в трубопроводах системы 10 отвода очищенной воды, подвода воды трубопроводами 18 в гидроциклоны 14, 15, в емкости 1 с фильтрационным материалом 29 и напорного патрубка 34 насоса 35, соответственно.

Манометры 40-44 системы контроля 12 и вентили 30-33 системы подвода 8 наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения 13 и очищенной воды 10 в магистральный трубопровод 11 смонтированы на панели с минимальным взаимным удалением.

Пневмоаккумулятор 22 смонтирован на загрузочной горловине емкости 1. Пневмоаккумулятор 22 имеет запорную арматуру для подачи под избыточным давлением кислорода в емкость 1 для аэрации и насыщения им воды или хлорсодержащего газа для уничтожения микроорганизмов в наносах, иле и взвесях в очищаемой воде после ее сброса в полость емкости 1 над фильтрационным материалом 29.

Емкость 1, гидроциклоны 14 и 15, система контроля 12, система 8 подвода воды и отвода продуктов загрязнения 9 и очищенной воды 11 выполнены автономным блоком и смонтированы на опорной базе.

Фильтр системы капельного орошения функционирует следующим образом.

Работу фильтра рассмотрим на трех характерных случаях работы системы капельного орошения: влагозарядковый или предпосадочный полив; капельное или внутрипочвенное орошение; удаление кольматажа (продуктов загрязнения).

В первом случае вентили 33, 20 и 30 закрывают. При открытых вентилях 37, 32 и 31 и работающем насосе 35 вода из водоисточника или открытого водоема засасывается и под рабочим давлением по обводной сети 13, минуя фильтр, через вентиль 31 поступает в магистральный трубопровод 11, а от него по распределительным трубопроводам подается на орошаемое поле. По показаниям датчиков, в частности манометров 44 и 40 системы контроля 12, судят о нормальной бесперебойной работе установки. Таким образом поступают осенью при влагозарядковых поливах, рано весной при посадке или в аварийных ситуациях из-за неисправности фильтра.

При капельном орошении в период вегетации растений для существенного снижения расходе воды и бесперебойной работы всей системы капельного орошения вентиль 32 закрывают, а вентили 33 и 30 полностью открывают. Забранная из водоема неочищенная вода с илом, растительным и минеральным сором, взвесями, водорослями и в виде микроорганизмов насосом 35 по напорному патрубку 34 и через вентиль 33 поступает в систему 8 подвода неочищенной воды и делится на параллельные потоки. Эти потоки неочищенной воды поступают в полости корпусов 17 гидроциклонов 14 и 15. При тангенциальной подаче гидроциклонов 14 и 15 потокам воды в корпусах 17 придается вращательное движение. Наносы и взвеси, не пройдя через отверстия сетчатых фильтров 16, оседают в направлении камеры 19, накапливая в своих полостях твердый осадок наносов, взвесей, ила и другого сора. Молекулы воды, пройдя сетчатые фильтры 16 в циклонах 14 и 15, потоками воды направляются после предварительной очистки по трубопроводам 16 в перфорированную трубу 6. Из трубы 6 вода сливается на поверхность фильтрационного материала 29 в отсеках 23-27. Отсеки 23-27 равномерно распределяют воду в полости емкости 1. По мере увеличения воды в емкости 1, в пневмоаккумуляторе 22 повышается давление воздуха, которое контролируется манометром 43. При необходимости требуемое давление в пневмоаккумуляторе 22 может быть увеличено при подаче под давлением газа через запорную арматуру от кислородных или иных баллонов высокого давления. Пневмоаккумулятор 22 нивелирует давление воды в полости емкости 1.

Под давлением воздуха и воды в сети ее молекулы в отсеках 23-27 проникают через толщу фильтрационного материала 29. Иловатые частицы, взвеси, сор задерживаются в порах наполнителей фильтрационного материала 29.

Молекулы очищенной воды, дренируясь через фильтрационный материал 29, направляются через перфорации в полости труб 7, а далее через коллектор в систему 10 подачи очищенной воды и через открытые вентили 30 и 31 поступают в магистральный трубопровод 11 системы капельного орошения. Количество труб 7 в емкости 1 способствует расходу воды. Капельницами системы орошения очищенная вода адресно направляется к корням растений с потребной нормой расхода.

О нормальной работе фильтра судят по перепадам давлений, считываемых с показаний манометров 44, 41, 43, 42 и 40. При перепадах давлений в показаниях манометров 44 и 40 более чем на 0,07 МПа насос 35 выключают, а фильтр переводят в режим удаления кольматажа.

Поданные водой под давлением мельчайшие иловатые частицы и взвеси забивают верхний слой фильтрационного материала 29. На поверхности верхнего слоя - материале 29 - образуется водонепроницаемый, кольматирующий слой.

При работе заявленного фильтра по третьему варианту закрывают вентили 31 и 33 и открывают вентили 20 гидроциклонов 14 и 15, вентили 32 и 30 обводной сети 13. Вода, поданная насосом 35 под наибольшим рабочим давлением через вентиль 32, обводную сеть 13, вентиль 30, поступает противотоком через систему 10 подачи очищенной воды и выходные патрубки 5 в диаметрально противоположных торцах 2, 3 емкости 1 в горизонтально установленные с равным удалением друг от друга в донной части емкости 1 распределительные перфорированные трубы 7.

Потоками воды в отсеках 23-27, независимо от наклона емкости 1 к горизонту, взвеси, ил, сор выталкиваются из пор и пустот крупно- и мелкозернистого наполнителей фильтрационного материала 29. Грязная (мутная) вода из емкости 1 через щели трубы 6 направляется по трубопроводам 18 в полости сетчатых фильтров 16 в корпусах 17 гидроциклонов 14 и 15. Воздух из пневмоаккумулятора 22 стравливается и поступает в полости гидроциклонов 14 и 15, способствуя этим удалению продуктов загрязнения из полостей корпусов 17 и камер 19 осаждения наносов, взвесей и ила гидроциклонов 14 и 15. Осадок из камер 19 через вентили 20 и трубопроводы 21 направляют в систему 9 для отвода продуктов загрязнения. Этот поток по системе 9 в фермерских и крестьянских хозяйствах направляют для орошения напуском или в виноградники, или карликовые сады, или плодово-ягодниковые кустарники. Для повышения интенсивности удаления кольматажа из емкости 1 оператор чередует операции удаления наносов и очистки воды. При перепадах давлений в показаниях манометров 44, 41 и 42 менее чем на 0,01 МПа, систему настраивают на режим очистки воды для последующей подачи в магистральный трубопровод 11.

Для уничтожения микрофлоры фильтрационного материала 29 в емкости 1 пневмоаккумулятор 22 под избыточным давлением подает хлорсодержащий газ.

Таким образом, описанная совокупность существенных отличительных признаков заявленного фильтра обеспечивает достижение указанного выше технического результата.

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к системам капельного орошения. Фильтр содержит емкость и расположенные в диаметральных противоположных торцах емкости входной и выходной патрубки. Патрубки соединены коллектором с верхней и нижней распределительными горизонтально установленными в ее полости перфорированными трубами. Фильтр гидравлически связан с системой подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения. Фильтр снабжен системой контроля, обводной сетью и гидроциклонами, гидравлически параллельно соединенными в систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения, и входными патрубками на диаметрально противоположных торцах емкости с ее верхней горизонтально установленной перфорированной трубой. Каждый из гидроциклонов имеет установленный в его полости сетчатый фильтр в виде усеченного конуса. Большое основание сетчатого фильтра направлено в сторону выхода очищенной воды из корпуса гидроциклона. Малое основание ориентировано в сторону камеры осаждения наносов и ила. Камера осаждения связана вентилем и трубопроводом с системой отвода продуктов загрязнения. Изобретение позволяет повысить производительность установки и качество очищенной поливной воды. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Фильтр системы капельного орошения, содержащий емкость, распределительные в диаметрально противоположных торцах емкости входной и выходной патрубки, соединенные коллектором с верхней и нижней распределительными горизонтально установленными в ее полости перфорированными трубами, систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения, отличающийся тем, что он снабжен системой контроля, обводной сетью и гидроциклонами, гидравлически параллельно соединенными в систему подвода наносо- и илосодержащей воды и входными патрубками на диаметрально противоположных торцах емкости с ее верхней горизонтально установленной перфорированной трубой, каждый из гидроциклонов имеет установленный в его полости сетчатый фильтр в виде усеченного конуса, направленный большим основанием в сторону выхода из корпуса очищенной воды, а малым основанием ориентирован в сторону камеры осаждения взвесей, наносов и ила, связанной вентилем и трубопроводом с системой отвода продуктов загрязнения, упомянутая емкость снабжена пневмоаккумулятором и разделена на отсеки, каждый из которых заполнен фильтрационным материалом и гидравлически соединен с нижними горизонтально установленными перфорированными трубами, а посредством коллектора и запорных вентилей - с магистральным трубопроводом, при этом последний обводной сетью связан через вентили с системой подвода насосо- и илосодержащей воды, а названная система контроля включает датчики, например манометры, смонтированные в трубопроводах системы отвода очищенной воды, подвода воды в гидроциклоны и в емкость с фильтрационным материалом.2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что распределительные горизонтально установленные в полости емкости перфорированные трубы смонтированы с возможностью демонтажа.3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что манометры системы контроля и вентили системы подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения смонтированы на панели с минимальным взаимным удалением.4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что пневмоаккумулятор имеет запорную арматуру для подачи под избыточным давлением хлорсодержащих газов в емкость.5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что емкость, гидроциклоны, система контроля, система подвода воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды выполнены автономным блоком и смонтированы на опорной базе.