СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ВОДЫ И ПОДАЧИ ПИТАТЕЛЬНОЙ СМЕСИ В ПОЧВУ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ Российский патент 2007 года по МПК A01G25/02 

Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации, в частности к капельному орошению, и может быть использовано для очистки воды при орошении овощных культур, виноградников, садов, лесных и плодовых питомников, плодово-ягодных культур и т.п. насаждений.

Известна система капельного орошения, включающая источник водоснабжения, подводящую сеть, распределительную сеть и увлажнители с инъекторами, в которой с целью улучшения аэрации увлажняемой зоны и обеспечения контроля за подачей воды в почву на входе в каждый инъектор установлено гидравлическое сопротивление, а под ним, в стенке инъектора, выполнено отверстие; с целью стабилизации и регулирования расхода воздуха, подаваемого в почву, каждый инъектор снабжен гидрозатвором, расположенным ниже отверстия; с целью равномерного распределения воды по увлажненным зонам при изменении напора по длине увлажнителя, инъекторы подключены к увлажнителям через трубчатые вставки различной длины; гидравлическое сопротивление выполнено в виде поплавкового регулятора уровня воды (SU, авторское свидетельство №545305. М. Кл.² А01G 25/02. Система капельного орошения / Б.И. Зигельман и Н.И. Кузякин (СССР). - Заявка №2198288/15; заявлено 10.12.1975; опубл. 05.02.1977, Бюл. №5 // Открытия. Изобретения. - 1977. - №5).

К недостаткам описанной системы капельного орошения относится неудовлетворительная очистка воды, подаваемой из водоподводящей сети в увлажнители инъекторами. Последние забивались растительными остатками и иловатыми взвесями в оросительной воде.

Часть указанных недостатков устраняется в системе капельного орошения, включающей 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 А01G 25/02. Система капельного орошения / Н.А. Куделя, А.В. Шевченко, М.И. Ромащенко (СССР). - Заявка №4443850/30-15; заявлено 05.05.1988; опубл. 23.03.1990, Бюл. №11 // Открытия. Изобретения. - 1990. - №11).

К недостаткам данной системы капельного орошения относятся большие материальные и трудовые затраты на укладку линейно-протяженных трубчатых фильтров в грунт на нижний уровень залегания грунтовых вод.

Известен горизонтальный отстойник, содержащий емкость, верхнюю и нижнюю распределительные системы подвода нефтесодержащей воды и отвода очищенной воды соответственно, трубку 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 систем выполнены с диаметром, увеличивающимся и уменьшающимся соответственно от входного патрубка к выходному, суммарная площадь поперечного сечения верхней и нижней распределительных систем составляет не более 1,3 площади поперечного сечения соответствующего коллектора, а входной и выходной патрубки расположены в диаметрально противоположных концах емкости (SU, авторское свидетельство №1544712 А1, М. Кл.⁵ С02F 1/40, В01D 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 описанного отстойника относятся ограниченные функциональные возможности - сбор аварийных разливов нефтепродуктов.

Близким аналогом по сущности и целевому назначению к заявленному техническому объекту является установка для очистки воды, содержащая корпус с патрубками, верхним и нижним распределительными устройствами, согласно формулы полезной модели, в которой размещена ионообменная смола, а в корпусе дополнительно размещены с возможностью перемещения фильтрационный материал с плотностью ниже плотности воды, причем над поверхностью материала в корпусе имеется свободное от сорбентов пространство (RU, свидетельство на полезную модель №21912 U1, МПК⁷ С02F 1/42. Установка для очистки воды / С.В. Петров, С.Л. Громов (RU). - Заявка №2001110826/20; заявлено 25.04.2001; опубл. 27.02.2002, Бюл. №6 // Изобретения. Полезные модели. - 2002. - №6. - С.301 и 302).

К недостаткам данной установки применительно к решаемой нами проблеме относятся неудовлетворительное качество очистки воды, малая производительность, незначительный и разовый срок службы сорбента.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявленному объекту является система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, включающая насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, фильтр, манометры, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов, в которой фильтр в виде горизонтально установленной емкости с соотношением диаметра к ее длине 1:(1,3-10) снабжен ярусно смонтированными дренажными трубами из коррозионно-стойкого материала, при этом поверхности дренажных труб нижнего яруса покрыты фильтрационным материалом и размещены в донной части емкости под слоем инертного песчаного наполнителя мощностью 400-1000 мм с размерами зерен инертного наполнителя 1-5 мм, а внешний патрубок дренажной трубы верхнего яруса гидравлически связан с напорным гидроциклоном, снабженным в его полости сетчатым экраном в одной части и сборником шлама и вентилем для его выпуска в другой части, при этом концы дренажных труб нижнего яруса соединены посредством коллектора и водоотвода с фильтром тонкой очистки воды (RU, патент №2229217 С2, МПК⁷ А01G 25/02, А01М 7/00. Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву при капельном орошении / Р.А. Бальбеков, Н.А. Безроднов, А.М. Салдаев (RU). - Заявка №2002120960/12; заявлено 30.07.2002; опубл. 27.05.2004).

К недостаткам описанной системы подготовки воды и подачи питательной смеси в почву при капельном орошении относятся большое гидравлическое сопротивление фильтра и ограниченная производительность.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение качества очистки воды.

Технический результат - повышение производительности, снижение себестоимости растениеводческой продукции, повышение эксплуатационной надежности и снижение затрат труда на техническое обслуживание систем капельного орошения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, включающей насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, фильтр в виде полого цилиндра, дренажной трубы из коррозионно-стойкого материала, поверхность которого покрыта фильтрационным материалом и размещена в инертном песчаном наполнителе, гидроциклон, снабженный в его полости сетчатым экраном в одной части и сборником шлама с вентилем для его выпуска в другой части, манометр, коллектор, фильтр тонкой очистки, водовод, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов, согласно изобретению соосно и с возможностью демонтажа дренажная труба смонтирована в вертикально установленном полом цилиндре фильтра, фильтрационный материал из ткани с нейтральными волокнами на поверхности дренажной трубы зафиксирован перфорированным бандажом, закрепленным в ее верхней части, а нижний конец упомянутой трубы закрыт заглушкой и установлен в углублении матрицы в виде диска, расположенного в донной части полого цилиндра, при этом в диске выполнена ступенчатая канавка по спирали эвольвента круга, описываемая параметрическими уравнениями

где x и у - координаты точки спирали в системе декартовых координат ОХУ;

k - радиус образующей окружности;

α - угол поворота радиуса от начального положения,

в верхней широкой части ступенчатой канавки диска размещена кассета фильтра тонкой очистки, а узкая часть ступенчатой канавки в матрице соединена радиально ориентированными каналами с выпускным отверстием в донной части полого фильтра; выступающая верхняя резьбовая часть дренажной трубы закреплена фланцем на крышке полого цилиндра фильтра; кассета фильтра тонкой очистки образована полосой газонаполненного пластика, размещенного в полости перфорированного П-образного каркаса, нижний конец которого установлен в верхней широкой части ступенчатой канавки матрицы, при этом межстенное пространство по спирали круга, пространство между кассетой фильтра тонкой очистки и вертикальной стенкой полого цилиндра фильтра, пространство между кассетой фильтра тонкой очистки и фильтрационным материалом дренажной трубы заполнены инертным песчаным наполнителем; слой песчаного наполнителя над П-образным каркасом кассеты в 1,5...2,0 раза больше, чем расстояние между смежными вертикальными стенками П-образного каркаса фильтра тонкой очистки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показан фильтр системы подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, вид в плане.

На фиг.2 - то же, вид спереди.

На фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, диаметральный разрез фильтра.

На фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2, горизонтальный разрез корпуса фильтра в виде полого цилиндра, вертикально установленной дренажной трубы из коррозионно-стойкого материала, поверхность которой покрыта фильтрационным материалом и зафиксирована перфорированным бандажом.

На фиг.5 - сечение В-В на фиг.2, горизонтальное сечение установленного в инертном песчаном наполнителе фильтра тонкой очистки, размещенного в полости полого цилиндра между его внутренней стенкой и дренажной трубой.

На фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.2, горизонтальное сечение матрицы с выполненной в диске канавкой по спирали эвольвента круга для отвода очищенной воды в выпускное отверстие.

На фиг.7 - сечение Д-Д на фиг.2, горизонтальное сечение радиально ориентированных каналов и узкой части ступенчатой канавки в виде спирали эвольвента круга для отвода воды по кратчайшему пути в выпускное отверстие.

На фиг.8 - место Е на фиг.3, герметичное сопряжение выступающей верхней резьбовой части дренажной трубы с крышкой полого цилиндра.

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

Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения включает насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, гидроциклон, манометр, коллектор, фильтр тонкой очистки воды первой ступени, водоотвод, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов. Гидроциклон снабжен сетчатым экраном, установленным в его полости, и сборником шлама с вентилем для его выпуска в нижней части полости. Описанные узлы, трубопроводы, арматура и капельницы выпускаются серийно заводами сельскохозяйственного и химического машиностроения и поэтому не иллюстрируются чертежами.

Фильтр для подготовки воды и питательной смеси второй ступени очистки выполнен в виде полого цилиндра 1 с крышкой 2, дренажной трубы 3 из коррозионно-стойкого материала, фильтра 4 тонкой очистки третьей ступени очистки, размещенного в полости цилиндра 1. Поверхность дренажной трубы 3 покрыта фильтрационным материалом 5. Дренажная труба 3 и фильтр 4 тонкой очистки размещены в инертном песчаном наполнителе 6.

Дренажная труба 3 с возможностью демонтажа вертикально и соосно установлена в полом цилиндре 1. Фильтрационный материал 5 из ткани с нейтральными волокнами равномерным слоем размещен на поверхности дренажной трубы 3. По высоте дренажной трубы 3 выполнены радиально ориентированные щели 7. Фильтрационный материал 5 на поверхности дренажной трубы 3 зафиксирован перфорированным бандажом 8. В качестве перфорации на поверхности бандажа 8 выполнены отверстия 9 в форме либо круга, либо треугольника, либо прямоугольника. Бандаж 8 закреплен в верхней части дренажной трубы 3. Нижняя часть бандажа 8 размещена в слое инертного песчаного наполнителя 6. Нижний конец дренажной трубы 3 закрыт заглушкой 10 и установлен в углублении 11 матрицы 12 в виде диска. Диск матрицы 12 расположен в донной части 13 полого цилиндра 1.

Выступающая над крышкой 2 резьбовая часть 14 дренажной трубы 3 закреплена посредством фланца 15 и средств крепления 16 в центральной части крышки 2.

Между фланцем 15 и крышкой 2 размещена кольцевая прокладка 17 из эластичного материала. Крышка 2 снабжена ручками 18. На цилиндре 1 крышка 2 закреплена на кольцевом фланце 19 средствами крепления 20 через прокладку 21. В центре крышки 2 выполнено отверстие 22 с диаметром в 1,05...1,20 раза больше, чем внешний диаметр бандажа 8. Под крышкой 2 размещены бонки 23 для выполнения резьбовых отверстий. Фланец 15 на резьбовой части 14 дренажной трубы 3 зафиксирован контргайкой 24.

В диске матрицы 12 выполнена ступенчатая канавка 25 по спирали эвольвенты круга. Эвольвента круга описывается параметрическими уравнениями

где x и y - координаты точки спирали в системе декартовых координат ОХУ;

k - радиус образующей окружности;

α - угол поворота радиуса от начального положения.

В верхней широкой части ступенчатой канавки 25 в диске матрицы 12 размещена кассета 26 фильтра 4 тонкой очистки. Кассета 26 фильтра тонкой очистки 4 образована полосой газонаполненного пластика 27, размещенного в полости перфорированного П-образного каркаса 28. П-образный каркас 28 выполнен из листового пластика. Горизонтальная полка газонаполненного пластика 27 верхней гранью полосы сварена с верхней полкой перфорированного П-образного каркаса 28. Пластик 27 заполняет всю полость П-образного каркаса 28. Нижняя кромка П-образного каркаса 28 установлена в верхней широкой части ступенчатой канавки 25 матрицы 12. Межстенное пространство по спирали эвольвента круга П-образного каркаса 28, пространство между кассетой 26 фильтра 4 тонкой очистки и вертикальной внутренней стенкой полого цилиндра 1 фильтра, пространство между кассетой 26 фильтра 4 тонкой и фильтрационным материалом 5 на дренажной трубе 3 заполнены инертным песчаным наполнителем 6. Слой песчаного наполнителя 6 над П-образным каркасом 28 кассеты 26 фильтра 4 тонкой очистки в 1,5...2,0 раза больше, чем расстояние между смежными вертикальными стенками П-образного каркаса 28.

Узкая часть ступенчатой канавки 25 по спирали эвольвента круга в диске матрицы 12 соединена радиально ориентированными каналами 29 с выпускным отверстием 30 в донной части 13 полого цилиндра 1 фильтра.

Резьбовой частью в выпускном отверстии 30 и резьбовой частью 14 дренажной трубы 3 фильтр заявленной системы подготовки воды и подачи питательной смеси в почву гидравлически связан с системой капельного орошения.

К работе фильтр готовят следующим образом.

На донную часть 13 полого цилиндра 1 опускают диск матрицы 12 радиально-ориентированными каналами 29 вниз. Стык между внутренней стенкой полого цилиндра 1 и перфорированной кромкой диска матрицы 12 обрабатывают герметиком. В широкую часть ступенчатой канавки 25 устанавливают нижней кромкой П-образный каркас 28 фильтра 4 тонкой очистки. Далее на поверхность дренажной трубы 3 накладывают несколько слоев фильтрационного материала 5 и закрепляют. Верхнюю часть фильтрационного материала 5 фиксируют перфорированным бандажом 8. Затем дренажную трубу 3 нижним концом, закрытым катушкой 10, устанавливают вертикально в углублении 11 в диске матрицы 12. Пространство между фильтрационным материалом 5 дренажной трубы 3 и кассетой 26, пространство между стенками П-образного каркаса 28 фильтра 4 и пространство между внутренней стенкой полого цилиндра 1 и фильтром 4 заполняют инертным песчаным наполнителем 6. Слой инертного песчаного наполнителя 6 над верхней кромкой П-образного каркаса 28 должен быть в 1,5-2,0 раза больше, чем расстояние между смежными перфорированными стенками фильтра 4 тонкой очистки. Далее полость цилиндра 1 заполняют водой. Инерционный песчаный наполнитель 5 оседает, выдавливает воздух из пустот. Просевшие места после спуска воды дополняют песчаным наполнителем 5. Далее отверстием 22 крышку 2 ориентируют на выступающую резьбовую часть 14 дренажной трубы 3. Между фланцем 19 и крышкой 2 заблаговременно устанавливают прокладку 21. Крышку 2 крепят крепежными элементами 20 по периметру фланца 19. Затем над отверстием 22 в крышке 2 укладывают прокладку 17 и навинчивают резьбовой фланец 15 на выступающую часть 14 дренажной трубы 3. Фланец 15 фиксируют на крышке 2 крепежными элементами 16. Течь в резьбовом соединении дренажной трубы 3 и фланца 15 исключают контргайкой 24. Далее производят опрессовку фильтра для подготовки воды и питательной смеси.

Описанный фильтр в системе капельного орошения работает следующим образом.

Помня о том, что жидкость протекает в любых каналах по пути наименьшего гидравлического сопротивления, при подаче оросительной воды под давлением в полость дренажной трубы 3 она через радиальные щели 7 пронизывает тканый фильтрационный материал 5 на поверхности дренажной трубы 3. Крупные взвеси и иловатые частицы удерживаются тканым фильтрационным материалом 5. Радиально ориентированные потоки воды из щелей 7 дренажной трубы 3 в ее верхней части, пройдя отверстия 9 в перфорированном бандаже 8, заполняют полость между крышкой 2, внутренней стенкой полого цилиндра 1 и инертным песчаным наполнителем 6. В средней и нижней частях дренажной трубы 3 потоки воды через радиальные щели 7 пронизывают слой инертного песчаного наполнителя 6 вокруг дренажной трубы 3 фильтра 4 тонкой очистки. Вода под давлением во всех направлениях заполняет поры между песчинками в наполнителе 6 и достигает стенок перфорированного каркаса 28 кассеты 26. Очищаемая вода, пройдя определенное количество слоев инертного песчаного наполнителя 6, поступает в полость кассеты 26 и пронизывает газонаполненный пластик 27 фильтра 4 тонкой очистки. Под действием напора воды и гравитационных сил очищенная вода поступает из кассеты 26 в узкие части ступенчатой канавки 25. Из канавок 25 она устремляется в радиально направленные каналы 29 в нижней части диска матрицы 12. Каналами 29 очищенная вода кратчайшим путем подается в выпускное отверстие 30 в донной части 13 полого цилиндра 1, а затем - в магистральный трубопровод системы капельного орошения для подачи к корням с.-х. растений через индивидуальные капельницы.

Высокая производительность фильтра и степень очистки воды доказывает, что в ее работе участвуют в равной степени для удаления взвесей как инертный песчаный наполнитель 6, так и газонаполненный пластик 27 в кассете фильтра 4.

Рабочая поверхность газонаполненного пластика 27 определяется по формуле:

где Н - высота кассеты 26;

S - длина кассеты 26, установленной в ступенчатой канавке 25 по спирали эвольвенты круга.

Длина дуги S спирали эвольвенты круга определяется из выражения:

где k - радиус образующей окружности;

α - угол поворота радиуса от начального положения.

Таким образом, выполнение фильтра 4 из газонаполненного пластика 27, его размещение в кассете 26 по спирали эвольвента и в многократных слоях инертного песчаного наполнителя 6 в полости полого цилиндра 1 обеспечат при наименьших габаритных размерах (Н_к и Д_к) максимальную производительность и высокую степень очистки воды от взвесей и сора растительного и биологического происхождения.

Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации, в частности к капельному орошению, и может быть использовано для очистки воды при орошении овощных культур, виноградников, садов, лесных и плодовых питомников, плодово-ягодных культур и т.п. насаждений. Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения включает насосную станцию, емкость для питательного раствора, фильтр в виде полого цилиндра, дренажной трубы из коррозионно-стойкого материала. Поверхность дренажной трубы покрыта фильтрационным материалом и размещена в инертном песчаном наполнителе. Система имеет гидроциклон. Гидроциклон снабжен сетчатым экраном, сборником шлама и вентилем для его выпуска. Кроме этого в гидравлической сети системы смонтированы манометр, коллектор, фильтр тонкой очистки, водоотвод, запорная арматура, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов. Дренажная труба соосно и вертикально смонтирована в полом цилиндре фильтра. На поверхности дренажной трубы размещен фильтрационный материал из ткани с нейтральными волокнами. Фильтрационный материал в верхней части дренажной трубы зафиксирован перфорированным бандажом. Нижний конец упомянутой трубы закрыт заглушкой и установлен в углублении матрицы в виде диска. Диск расположен в донной части полого цилиндра фильтра. В диске выполнена ступенчатая канавка по спирали эвольвента круга. В верхней широкой части ступенчатой канавки диска размещена кассета фильтра тонкой очистки. Узкая часть ступенчатой канавки в матрице соединена радиально ориентированными каналами с выпускным отверстием в донной части полого цилиндра фильтра. Кассета фильтра тонкой очистки образована полосой газонаполненного пластика, размещенного в полости перфорированного П-образного каркаса. Нижний конец каркаса с газонаполненным пластиком установлен в верхней широкой части ступенчатой канавки матрицы. Межстенное пространство каркаса по спирали круга, пространство между кассетой фильтра тонкой очистки и вертикальной стенкой полого цилиндра фильтра, пространство между кассетой фильтра тонкой очистки и вертикальной стенкой полого цилиндра фильтра, пространство между кассетой фильтра тонкой очистки и фильтрационным материалом дренажной трубы заполнены инертным песчаным наполнителем. Слой песчаного наполнителя над П-образным каркасом кассеты в 1,5...2,0 раза больше, чем расстояние между смежными вертикальными стенками П-образного каркаса фильтра тонкой очистки. Крышка фильтра через прокладку крепежными элементами закреплена на фланце полого цилиндра. Фильтр выполнен моноблоком и имеет вход неочищенной воды и выход очищенной воды для подачи под давлением в магистральный трубопровод системы капельного орошения. Система обеспечит высокую производительность и непрерывную подачу очищенной воды и питательной смеси в капельницы поливных трубопроводов. 3 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, включающая насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, фильтр в виде полого цилиндра, дренажной трубы из коррозионно-стойкого материала, поверхность которого покрыта фильтрационным материалом и размещена в инертном песчаном наполнителе, гидроциклон, снабженный в его полости сетчатым экраном в одной части и сборником шлама с вентилем для его выпуска в другой части, манометр, коллектор, фильтр тонкой очистки, водоотвод, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов, отличающаяся тем, что соосно и с возможностью демонтажа дренажная труба смонтирована в вертикально установленном полом цилиндре фильтра, фильтрационный материал из ткани с нейтральными волокнами на поверхности дренажной трубы зафиксирован перфорированным бандажом, закрепленным в его верхней части, а нижний конец упомянутой трубы закрыт заглушкой и установлен в углублении матрицы в виде диска, расположенного в донной части полого цилиндра, при этом в диске выполнена ступенчатая канавка по спирали эвольвента круга, описываемая параметрическими уравнениями

x=k(cosα+αsinα);

у=k(sinα-αcosα),

где x и у - координаты точки спирали в системе декартовых координат ОХУ;

k - радиус образующей окружности;

α - угол поворота радиуса от начального положения,

в верхней широкой части ступенчатой канавки диска размещена кассета фильтра тонкой очистки, а узкая часть ступенчатой канавки в матрице соединена радиально ориентированными каналами с выпускным отверстием в донной части полого цилиндра фильтра.