УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРОШЕНИЯ ТЕПЛИЦ, ПАРНИКОВ И САДОВЫХ УЧАСТКОВ Российский патент 2005 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 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 с растениями. Стенки и днище сосуда-испарителя перфорированные. Высота сосуда принимается не менее глубины прорастания корневой системы выращиваемых растений. 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. 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 водопоглощение 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.

Более близким прототипом является устройство [2], содержащее накопительную емкость для воды, снабженную выпускным отверстием, перекрываемым клапаном, и выпускным трубопроводом, вспомогательную емкость, положение которой может быть отрегулировано по высоте, и соединенную гибким трубопроводом с выпускным трубопроводом накопительной емкости, трубопровод для подачи воды в эту емкость через поплавковый клапан, поплавок которого расположен во вспомогательной емкости, а выходной патрубок соединен с накопительной емкостью гибким трубопроводом с устройством для точного регулирования расхода воды, например вентилем на конце, герметичные сосуды с пористыми днищами, установленные в зоне предполагаемого орошения на заданной глубине и соединенные гибкими трубопроводами со вспомогательной емкостью. При этом на выпускном трубопроводе из накопительной емкости после присоединения к нему гибкого трубопровода, связывающего выпускной трубопровод с указанной емкостью, установлен регулировочный вентиль, а на гибких трубопроводах, соединяющих вспомогательную емкость с герметичными сосудами с пористыми днищами, - винтовые зажимы для изменения проходных сечений указанных трубопроводов.

Недостатком описанного устройства является трудность в эксплуатации, заключающаяся в том, что для обеспечения отключения подачи воды в накопительную емкость после ее наполнения при помощи поплавкового клапана, установленного на соответствующем трубопроводе, необходимо обеспечить требуемый перепад уровней воды в накопительной и вспомогательной емкостях. Подача воды во вспомогательную емкость зависит также и от гидравлического сопротивления системы полива. Если перепад уровней будет меньше требуемого, и гидравлическое сопротивление системы полива мало, то поплавковый клапан не сработает, и подача воды не отключится. Если перепад окажется больше требуемого, а гидравлическое сопротивление высоким, то во вспомогательную емкость может попасть излишнее количество воды, которая из нее выльется, т.е. будет использоваться непроизводительно. Поскольку поливная норма, а следовательно, уровень воды в накопительной емкости может меняться довольно часто в зависимости от вегетативного развития растений, погодных условий и других факторов, а гидравлическое сопротивление системы вообще неизвестно и к тому же может меняться в зависимости от условий эксплуатации, то для обеспечения нормальной работы устройства нужно точно и часто производить регулировку положения по высоте вспомогательной емкости и величины открытия регулировочного вентиля на выпускном трубопроводе накопительной емкости. Это делается методом проб, и при этом затрачивается значительное время, что снижает эффективность применения устройства.

Цель изобретения - повышение эффективности и упрощение эксплуатации устройства. Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее накопительную емкость для воды, вспомогательную емкость, соединенную при помощи гибких трубопроводов, снабженных винтовыми зажимами, с герметичными сосудами с пористыми днищами, установленными в почву в зоне предполагаемого орошения на заданной глубине, трубопровод для подачи воды в накопительную емкость через установленный на нем поплавковый клапан, поплавок которого расположен во вспомогательной емкости, а выходной патрубок соединен с накопительной емкостью трубопроводом, снабженным устройством для точного регулирования расхода воды, например вентилем, выпускной трубопровод с установленным на нем вентилем, присоединенный к выпускному устройству накопительной емкости, снабжено поплавковым клапаном, выходной патрубок которого соединен трубопроводом с выпускным трубопроводом накопительной емкости в месте до расположения на нем вентиля, а выходной патрубок - трубопроводом со вспомогательной емкостью, в которой расположен поплавок указанного клапана. При этом вспомогательная емкость расположена ниже днища накопительной емкости.

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

Устройство состоит из накопительной емкости 1, установленной на основание 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 прикреплена 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. Длина этой тяги такова, что поплавок 8 не может опуститься ниже положения, показанного на фиг.1 пунктиром, т.е. не дойдет до верхнего конца тяги 4. К выпускному отверстию присоединен выпускной трубопровод 11, на котором установлен вентиль 32. Рядом с накопительной емкостью находится вспомогательная емкость, расположенная по высоте ниже днища накопительной емкости. 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 трубопровод 18, другой конец которого опущен в накопительную емкость 1. К трубопроводу 18 присоединен отвод 19 с запорным вентилем 20. На трубопроводе 18 установлено устройство для точного регулирования расхода воды, например вентиль 21. Во вспомогательной емкости 13 расположен поплавок 22 другого поплавкового клапана 26, входной патрубок которого соединен трубопроводом 12 с выпускным трубопроводом 11 в месте до расположения вентиля 32, а к выпускному патрубку присоединен трубопровод 27, конец которого опущен во вспомогательную емкость 13. К этой емкости присоединены гибкие трубопроводы 23, которые другими своими концами присоединены к герметичным сосудам 24 с пористыми днищами (тензиометрам). Такие сосуды используются на практике в качестве датчиков влажности. Эти сосуды плотно устанавливаются в почву в зоне орошения на заданную глубину, соответствующую полной или частичной глубине расположения корневой системы растений. На фиг.1 условно показано 2 сосуда 24, хотя их количество может быть любым. При этом на вспомогательной емкости 13 должно быть соответствующее количество патрубков для присоединения трубопроводов 23. На этих трубопроводах установлены винтовые зажимы для регулирования поперечного сечения трубопроводов 23. Для исключения попадания атмосферной влаги во вспомогательную емкость 13 над ней установлен съемный козырек 29. К вспомогательной емкости 13 в случае необходимости могут быть присоединены через трубопроводы 30 с вентилями 31 дополнительные вспомогательные емкости 28.

Работает устройство следующим образом. При поливе по бороздам, напуском, внутрипочвенном орошении и другим низконапорным способом вначале присоединяют трубопровод 11 к системе полива и открывают полностью вентиль 32. Затем при помощи регулировки длины гибкой тяги 7 устанавливают объем воды в накопительной емкости 1, который должен подаваться в поливную систему. Этот объем должен соответствовать поливной норме. После этого известным образом заливается вода во вспомогательную емкость 13, 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. Емкости 13 и 28 устанавливаются ниже уровня днища емкости 1 на небольшую высоту над землей. Поплавки 17 и 22 клапанов 16 и 26 должны свободно лежать во вспомогательной емкости 13, и оба клапана должны находиться в положении "Закрыто". Вначале трубопроводы 23 должны находиться в горизонтальном положении 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 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 и соответствует влажности почвы в диапазоне от полной полевой влагоемкости до влажности несколько ниже наименьшей влагоемкости. В этом диапазоне, как известно, происходит рост и развитие растений. При отсосе понижается уровень воды во вспомогательной емкости 13. Поплавки 17 и 22 клапанов 16 и 26 опускаются, и последние переходят 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 из трубопровода 11 поступает на полив. При этом по трубопроводу 12 через поплавковый клапан 26 она поступает во вспомогательную емкость 13 и емкости 28. Это обеспечивается благодаря низкому расположению указанных емкостей. Уровень воды в них повышается до первоначального, и поплавковые клапаны переходят в положение "Закрыто", т.е. прекращается подача воды в накопительную емкость 1 по трубопроводу 18 и во вспомогательную емкость 13 по трубопроводу 12.

Следующий цикл начинается после того, как за счет сосущей силы почвы", а также за счет собственного веса воды, в зависимости от положения трубопроводов 23, вновь понизится уровень в емкостях 13 и 28. Время заполнения 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, так как объем отсосанной воды из емкостей 13 и 28 прямо пропорционален суммарной площади днищ этих сосудов;

2) изменением сопротивления трубопроводов 23, так как 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 с 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 31 и трубопроводов 30, поскольку при этом изменяется объем, а следовательно, и время отсоса воды при помощи сосудов 24. Кроме того, можно изменять указанное время заполнения накопительной емкости 1, изменяя длину трубопроводов 23 (если предусмотрен комплект сменных трубопроводов), так как количество отсасываемой воды обратно пропорционально длине пути протекания.

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 32, 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 тяги 7. Подачу (расход) воды по трубопроводу 18 регулируют при помощи вентиля 21. Поскольку расход воды через этот вентиль будет малым, то время наполнения можно регулировать с достаточной для практических целей точностью. Затем, как и в предыдущем случае полива через низконапорные системы, заливают воду в сосуды 24, гибкие трубопроводы 23 и емкости 13 и 28, давая воздуху выйти из этих узлов. При этом поплавковые клапаны 16 и 26 будут находиться в положении "Закрыто". При отсасывании воды почвой из емкостей 13 и 28 эти клапаны переходят 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 установленного времени. После заполнения этого объема поплавок 8 поднимет клапан 3, и вода через трубопроводы 11 и 12 попадет в емкости 13 и 28. Поплавковые клапаны 16 и 26 перейдут в положение "Закрыто", и полив прекратится. В случае, когда объем воды из накопительной емкости 1 мал (при установке малой продолжительности полива), то для обеспечения подачи необходимого количества воды во вспомогательную емкость регулируют вентиль 32, чем создают необходимое сопротивление в трубопроводе 11. Это обеспечивает срабатывание клапанов 16 и 26. Затем цикл возобновится после отсасывания воды из емкостей 13 и 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 и 28 будет выше за счет попадания атмосферных осадков. В результате поднимутся поплавки 17 и 22, т.е. прекратится подача воды по трубопроводам 14 и 12. 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 и 28 будет испаряться, что также приведет 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.

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.п.), 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: поплавковых клапанов 16, 26, выпускного клапана 3, используемых в сантехнике, гибких и жестких трубопроводов, вентилей 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 РФ №2053649, кл. А 01 G 27/00, 25/16.

2. Патент РФ №2137354, кл. А 01 G 27/00, 25/16.

Устройство относится к системам орошения и может быть использовано для автоматического полива растений на ограниченных площадях. Устройство содержит накопительную емкость с отверстием в днище, закрываемым клапаном, вспомогательную емкость, два поплавковых клапана, через один из которых обеспечивается подача воды в накопительную емкость, а второй служит для отключения этой подачи. Поплавки клапанов расположены во вспомогательной емкости, расположенной ниже днища накопительной емкости и связанной гибкими трубопроводами с герметичными сосудами с пористыми днищами, установленными в почву. При отсасывании воды через эти днища почвой понижается уровень воды во вспомогательной емкости и открываются поплавковые клапаны, через один из которых вода поступает в накопительную емкость. При достижении заданного уровня наполнения открывается клапан выходного отверстия, вода поступает в низконапорную систему полива и через второй поплавковый клапан - во вспомогательную емкость, повышение уровня воды в которой приводит к отключению подачи воды в накопительную емкость. Изобретение повышает эффективность и упрощает конструкцию. 2 ил.

Устройство для орошения теплиц, парников и садовых участков, содержащее накопительную емкость для воды, вспомогательную емкость, соединенную при помощи гибких трубопроводов с расположенными на них винтовыми зажимами с герметичными сосудами с пористыми днищами (тензиометрами), установленными в почву в зоне предполагаемого орошения на заданной глубине, трубопровод для подачи воды в накопительную емкость через установленный на нем поплавковый клапан, поплавок которого расположен во вспомогательной емкости, а выходной патрубок соединен с накопительной емкостью трубопроводом, снабженным устройством для точного регулирования расхода воды, например, вентилем, выпускной трубопровод, присоединенный к выпускному устройству накопительной емкости и снабженный вентилем, отличающееся тем, что оно снабжено поплавковым клапаном, входной патрубок которого соединен трубопроводом с выпускным трубопроводом накопительной емкости в месте до расположения на нем вентиля, а выходной патрубок - трубопроводом со вспомогательной емкостью, в которой расположен поплавок указанного клапана, при этом вспомогательная емкость расположена ниже накопительной емкости.