СТЕНД ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИБКИХ ПОЛИВНЫХ ТРУБОПРОВОДОВ СО ВСТРОЕННЫМИ В НИХ КАПЕЛЬНИЦАМИ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2007 года по МПК A01G25/00 

Изобретение относится к области исследования в сельском хозяйстве и мелиорации и касается стендового оборудования для ускоренных испытаний в широком диапазоне условий, максимально приближенных к производственным, и предназначено для установления характеристик гибких поливных трубопроводов со встроенными капельницами с широким спектром конструктивного исполнения для систем капельного орошения.

Известен способ проведения имитационных исследований рабочих органов сельскохозяйственных машин, содержащий подбор материала для изготовления моделей растений с геометрическими параметрами, соответствующими натуральному растению, и определение параметров рабочих органов с применением моделей, в котором, с целью расширения возможностей применения моделей при исследованиях, после изготовления моделей растений из выбранного материала измеряют взаимодействие рабочего органа как с моделью, так и натуральным растением с учетом дополнительных факторов, влияющих на проявление различий в физико-механических свойствах растения и его модели, по результатам этих измерений определяют различие в их взаимодействии исходя из соотношения К=Уп/Ум, где Уп - величина взаимодействия натурального растения; Ум - величина взаимодействия модели растения, после этого исследование рабочего органа проводят на моделях растения, а затем с учетом полученного соотношения взаимодействия определяют параметры рабочих органов при взаимодействии с натуральными сельскохозяйственными растениями; подбор материала модели производится без учета физико-механических свойств натурального сельскохозяйственного растения (SU. авторское свидетельство №1257434. А1. М. кл.⁴ G01М 19/00, А01D 45/25. Способ проведения имитационных исследований рабочих органов сельскохозяйственных машин / Н.В.Романовский, A.M.Валге, А.А.Попов, Н.Н.Романовский (СССР). - Заявлено №3874933/30-15; Заявлено 22.03. 1985; Опубл. 15.09.1986, Бюл. №34 // Открытия. Изобретения. - 1986. - №34).

На российском рынке более 20 зарубежных фирм предлагают системы капельного орошения с фильтрами, насосными станциями, водораспределительной сетью, средствами внесения растворов минеральных удобрений, гибкими поливными трубопроводами и встроенными в них капельницами. Однако характеристики расхода капельниц по длине трубопровода и срок их службы не соответствуют данным в рекламных проспектах. Необходимы испытания реальных конструкций, а не имитационных моделей.

Известен стенд для исследования разбрызгивающих устройств, содержащий водосборный бассейн с коническим дном, подводящий и подключенный к центру отводящий трубопроводы, а также соединенную с подводящим трубопроводом водораспределительную трубу со сменными разбрызгивающими устройствами, в котором, с целью обеспечения исследований различных типов устройств в разных метеоусловиях труба установлена с возможностью вращения вокруг продольной оси, а на отводящем трубопроводе дополнительно установлена задвижка (SU, авторское свидетельство №1617318. А1. М. кл.⁵ G01М 19/00. Стенд для исследования разбрызгивающих устройств / A.M.Попов (СССР). - Заявка №4642810/24-06; Заявлено 30.01.1989; Опубл. 30.12.1990, Бюл. №48 // Открытия. Изобретения. - 1990. - №48).

К недостаткам описанного стенда, несмотря на схожесть решаемой технической задачи, относятся ограниченные функциональные возможности.

Сущность заявленного изобретения.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - получение достоверных эксплуатационных характеристик гибких поливных трубопроводов со встроенными в них капельницами для систем капельного орошения.

Технический результат - снижение затрат времени на проведение испытаний и моделирование реальных условий работы поливных трубопроводов при эксплуатации на сложном рельефе орошаемой площади.

Указанный технический результат в известном стенде конструктивного исполнения по первому варианту для исследования гибких поливных трубопроводов со встроенными в их полостях капельницами, содержащем водосборный бассейн с коническим дном, подводящий и отводящий трубопроводы с задвижками и водораспределительную трубу со сменными разбрызгивающими устройствами, согласно изобретению стенд снабжен последовательно смонтированными в гидравлической сети герметической емкостью, насосом, фильтром, регулятором давления, гибким рукавом, штангой, мерными цилиндрами, дренажной сетью и контрольными манометрами, при этом установленная за задвижкой подводящего трубопровода герметичная емкость имеет впускной клапан для доступа воздуха из атмосферы, стравливающий клапан, водомерное устройство, вентиль для сброса дренажа и воды и запорный вентиль для соединения с насосом, фильтр для удаления взвесей и минерального сора смонтирован между насосом и регулятором давления и посредством вентиля - с дренажной сетью, на входе и выходе регулятора давления размещены контрольные манометры и он имеет трубопровод для подачи рециркуляционного потока, испытуемый гибкий поливной трубопровод со встроенными в его полости капельницами в качестве водораспределительной трубы закреплен скобами на штанге, упомянутая штанга смонтирована на раме с возможностью наклона к горизонту, под каждой капельницей испытуемого поливного трубопровода посредством маятникового подвеса смонтирован мерный цилиндр, имеющий возможность опорожнения в водосборный бассейн с коническим дном, гидравлически связанный второй конец испытуемого поливного трубопровода с отводящим трубопроводом снабжен дополнительным контрольным манометром, смонтированным перед задвижкой отводящего трубопровода, а первый конец испытуемого поливного трубопровода гибким U-образным рукавом гидравлически связан с регулятором давления; каждый маятниковый подвес мерного цилиндра снабжен возможностью продольного перемещения на штанге; штанга на раме смонтирована с возможностью образования двуплечего рычага; герметическая емкость снабжена термометром; герметическая емкость снабжена вискозиметром.

Указанный технический результат в известном стенде конструктивного исполнения по второму варианту для исследования гибких поливных трубопроводов со встроенными в их полостях капельницами, содержащем водосборный бассейн, подводящий и отводящий трубопроводы с задвижками и водораспределительную трубу со сменными разбрызгивающими устройствами, согласно изобретению стенд снабжен последовательно смонтированными в гидравлической сети герметичной емкостью, насосом, фильтром, регулятором давления, контрольными манометрами, дренажной сетью и телескопическими стойками, размещенными в водосборном бассейне, упомянутый водосборный бассейн выполнен в виде П-образного самотечного лотка, испытуемый гибкий поливной трубопровод со встроенными капельницами в качестве водораспределительной трубы поочередно размещен в виде колец между телескопическими стойками и, по крайней мере, группой из двух капельниц на горизонтальной штанге, размещенной в подвижной части телескопической стойки и имеющей мерные цилиндры, при этом установленная за задвижкой подводящего трубопровода герметическая емкость имеет впускной клапан для доступа воздуха из атмосферы, стравливающий клапан, водомерное устройство, вентиль для сброса дренажа и воды и запорный вентиль для соединения с насосом, фильтр для удаления взвесей и минерального сора смонтирован между насосом и регулятором давления и посредством вентиля с дренажной сетью, на входе и выходе регулятора давления размещены контрольные манометры и он имеет трубопровод для подачи рециркуляционного потока, первый конец испытуемого гибкого поливного трубопровода гидравлически связан с регулятором давления, его второй конец - с отводящим трубопроводом, снабженным дополнительным контрольным манометром и смонтированным перед задвижкой отводящего трубопровода; самотечный лоток снабжен счетчиком воды.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 схематично представлен стенд для исследования гибких поливных трубопроводов со встроенными в них капельницами (вариант конструктивного исполнения для испытания фрагментов поливных трубопроводов с 7-15 капельницами в них).

На фиг.2 в аксонометрическом изображении представлен фрагмент стенда для исследования бобин поливных трубопроводов от 200 м до 1,5 км со встроенными капельницами в полости гибкого поливного трубопровода, размещенного в П-образном самотечном лотке водосборного бассейна и на горизонтальных штангах телескопических стоек при испытании для снятия эксплуатационных расходных характеристик.

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

Стенд для исследования гибких поливных трубопроводов со встроенными в них капельницами (см. фиг.1) содержит водосборный бассейн 1 с коническим дном, подводящий трубопровод 2 и отводящий трубопровод 3 с задвижками 4 и 5 и водораспределительную трубу 6 со сменными разбрызгивающими устройствами 7. Водораспределительная труба 6 со сменными разбрызгивающими устройствами 7 является объектом исследований. Стенд снабжен последовательно смонтированными в гидравлической сети герметичной емкостью 8, насосом 9, фильтром 10, регулятором давления 11, гибким рукавом 12, штангой 13, мерными цилиндрами 14, дренажной сетью 15 и контрольными манометрами 16 и 17.

Установленная за задвижкой 4 подводящего трубопровода 2 герметичная емкость 8 имеет впускной клапан 18 для доступа воздуха из атмосферы, стравливающий клапан 19, водомерное устройство 20, вентиль 21 для сброса сора, взвесей, дренажа и остатка воды и запорный клапан 22 для соединения с насосом 9.

Фильтр 10 для удаления взвесей и минерального сора смонтирован между насосом 9 и регулятором давления 11 и посредством вентиля 23 - с дренажной сетью 15. На входе и выходе регулятора давления 11 размещены контрольные манометры 16 и 17. Регулятор давления 11 имеет трубопровод 24 для подачи рециркуляционного потока очищенной от взвесей воды и не используемой в водораспределительной трубе 6.

Испытуемый гибкий поливной трубопровод со встроенными в его полости капельницами в качестве водораспределительной трубы 6 со сменными разбрызгивающими устройствами 7 (фрагмент поливного трубопровода не менее чем с 7-15 капельницами в качестве предмета исследования, с шагом t между капельницами 0,2; 0,4; 0,5; 0,61; 0,71; 1,1; 1,4; 2,1 м и др.) закреплен скобами 25 на штанге 13. Упомянутая штанга 13 смонтирована на раме 26. Рама 26 конструктивно выполнена в виде стойки с шарниром 27 в верхней части и противовесом в нижней части. Штанга 13 имеет возможность наклона к горизонту под углом до 60°. Штанга 13 на раме 26 смонтирована с возможностью образования двуплечего рычага. В данном случае при имитации сложного рельефа хотя бы одна капельница остается на нулевой отметке, а другие расположены выше по склону или ниже этой отметки. При проведении исследований регистрируется температура воды термометром, установленным в герметичной емкости 8, вязкость воды - вискозиметром, атмосферное давление воздуха, его температура и влажность. Результаты исследований вносятся в журнал.

Под каждой капельницей испытуемого поливного трубопровода посредством маятникового подвеса 28 смонтирован мерный цилиндр 14. Каждый мерный цилиндр имеет возможность опорожнения в водосборный бассейн 1 с коническим дном. Каждый маятниковый подвес 28 мерного цилиндра 14 снабжен возможностью продольного перемещения на штанге 13 при замене гибкого поливного трубопровода и с иным шагом t размещения в полости трубопровода встроенных капельниц.

Гидравлически связанный второй конец испытуемого гибкого поливного трубопровода с отводящим трубопроводом 3 снабжен дополнительным контрольным манометром 29. Манометр 29 смонтирован перед задвижкой 5 отводящего трубопровода 3. Первый конец испытуемого поливного трубопровода гибким U-образным рукавом 12 гидравлически связан с регулятором давления 11. Описанное размещение водораспределительной трубы 6 со сменными разбрызгивающими устройствами 7 (капельницами) на штанге 13 позволяет создать условия испытания, наиболее характерные в реальной жизни и получить расходные характеристики капельниц с учетом давления воды, степени ее очистки, минерализации, температуры, вязкости, а также описать состояние капельниц, находящихся в эксплуатации в течение 3-5 лет, их гидравлических сопротивлений и компенсаторов давлений.

Стенд для исследования гибких поливных трубопроводов со встроенными в них капельницами по второму варианту конструктивного исполнения предусматривает использование в экспериментах целых бухт (кассет, бобин) с частичной размоткой и размещением испытуемых капельниц на разных отметках по высоте (см. фиг.1 и 2) длиной 100, 200, 400, 500, 800, 900 м и др.

Стенд содержит водосборный бассейн 30, подводящий трубопровод 2, отводящий трубопровод 3 с задвижками 4 и 5 и водораспределительную трубу 6 со сменными разбрызгивающими устройствами 7. Стенд снабжен последовательно смонтированными в гидравлической сети герметичной емкостью 8, насосом 9, фильтром 10, регулятором давления 11, контрольными манометрами 16 и 17, дренажной сетью 15 и телескопическими стойками 31, размещенными в водосборном бассейне 30. Упомянутый водосборный бассейн 30 выполнен в виде П-образного самотечного лотка. Самотечный лоток снабжен счетчиком воды. Уклон лотка направлен в сторону дренажной сети 15.

Испытуемый гибкий поливной трубопровод со встроенными капельницами в качестве водораспределительной трубы 6 со сменными разбрызгивающими устройствами 7 поочередно размещен в виде колец 32 бухты между телескопическими стойками 31. По крайней мере, группа из двух капельниц с взаимным удалением на величину шага t на горизонтальной штанге 33 размещена в подвижной части телескопической стойки 31. Горизонтальная штанга 33 имеет мерные цилиндры 14.

Установленная за задвижкой 4 подводящего трубопровода 2 герметичная емкость 8 имеет впускной клапан 18 для доступа воздуха из атмосферы, стравливающий клапан 19, водомерное устройство 20, вентиль 21 для сброса дренажа и остатки воды и запорный вентиль 22 для соединения с насосом 9.

Фильтр 10 для удаления взвесей и минерального сора смонтирован между насосом 9 и регулятором давления 11. Фильтр 10 посредством вентиля 23 гидравлически связан с дренажной сетью 23. На входе и выходе регулятора давления 11 размещены контрольные манометры 16 и 17. Регулятор давления 11 имеет трубопровод 24 для подачи рециркуляционного потока воды.

Первый конец бухты с кольцами 32 испытуемого гибкого поливного трубопровода гидравлически связан с регулятором давления 11 в гидравлической сети стенда. Второй конец испытуемого поливного трубопровода (6) соединен с отводящим воду трубопроводом 3. Трубопровод 3 снабжен дополнительным контрольным манометром 29. Манометр 29 смонтирован перед задвижкой 5 отводящего трубопровода 3.

Стенд для исследования гибких поливных трубопроводов со встроенными в них капельницами по первому варианту конструктивного исполнения работает следующим образом.

Забираемую воду из водоисточника (открытый водоем, скважина, магистральный трубопровод, водосборник естественных осадков и др.) по подводящему трубопроводу 2 и открытой задвижке 4 направляют в герметичную емкость 8. Перед началом испытаний вентили 21 и 22 должны быть закрыты. По мере заполнения герметичной емкости 8, отслеживаемой по водомерному устройству 20, закрывают задвижку 4. Воздух из емкости 8 через клапан 18 выводится в атмосферу. Клапан 19 срабатывает при излишках подачи воды в емкости 8.

Далее на штангу 13 скобами 25 крепят гибкий поливной трубопровод (6) со встроенными капельницами (7) и концы испытуемого поливного трубопровода крепят к гибкому рукаву 12 и концу отводящего трубопровода 3. Затем открывают задвижку 5. Включают привод насоса 9. При открытом вентиле 22 вода из герметичной емкости 8 под давлением, созданным насосом 9, поступает в корпус фильтра 10. Взвеси и сор осаждаются в донной части корпуса фильтра 10, а чистая вода направляется в корпус регулятора давления 11. На выходе регулятора давления 11 размещен счетчик расхода воды и контрольный манометр 17. Вода под давлением по гибкому рукаву 12 поступает в полость испытуемого гибкого поливного трубопровода, промывает эту полость и по отводящему трубопроводу 3 через задвижку 5 направляется в герметичную емкость 8.

После промывки всей гидравлической сети приступают к проведению испытаний.

При работающем насосе 9 закрывают задвижку 5. Регулятором давления 11 поднимают давление воды в сети до требуемой величины. Манометрами 17 и 29 фиксируют рабочее давление очищенной воды на испытуемом участке. Неиспользованная вода по трубопроводу 24 рециркулирует между насосом 9, фильтром 10 и регулятором давления 11. Далее мерные цилиндры 14 приводят в рабочее положение. Засекают секундомером время работы установки. Далее мерные цилиндры 14 отводят от капельниц (7). В каждом мерном цилиндре 14 замеряют количество воды (мл). Результаты испытаний заносят в журнал. Далее поднимают на заданный интервал давление воды. Опыт повторяют трижды.

Для снятия характеристик гибких поливных трубопроводов с капельницами, снятыми с реальных орошаемых площадей, с системами капельного орошения поступают аналогичным образом. Для описания реальной картины расходных характеристик капельниц с возрастом (старением системы капельного орошения: зима-лето-весна-осень, разложение материала трубопроводов под воздействием температур, солнца, ветра, почвы, поливаемой воды, ее минерализации, состоянием взвесей и степени очистки) проводят аналогичные испытания. Далее герметичную емкость заполняют раствором ортофосфорной кислоты (Н₃РО₄ с константой диссоциации раствора K₁=8·10^-3 для слабого электролита водного раствора при 25°С). Кристаллы ортофосфорной кислоты плавятся при 42,35°С. В воде они растворяются очень хорошо. Образованный таким образом электролит взаимодействует с застрявшими минералами, солями в лабиринтах гидравлических сопротивлений капельниц и восстанавливается таким образом проходное сечение каждой капельницы.

Для имитации сложного рельефа орошаемого участка штангу 13 поворачивают на шарнире 27 и фиксируют под заданным углом. За счет маятникового подвеса 28 под каждой капельницей 7 размещается автоматически свой с индивидуальным номером мерный цилиндр 14.

Таким образом, описанный стенд позволяет получать достоверные первичные данные для составления эксплуатационных характеристик как новых, не находящихся в эксплуатации, так и старых гибких поливных трубопроводов со встроенными капельницами систем капельного орошения.

Для снятия характеристик капельниц, встроенных в полости гибкого поливного трубопровода, выпускаемого массово для реализации на внутреннем российском и международных рынках, подвергают испытанию каждую десятую бухту с длиной не менее 200 м (400; 800; 1200; 1500 м).

Первый конец гибкого поливного трубопровода (6) соединяют с регулятором давления 11, а его второй конец - с отводящим трубопроводом 3. Далее открывают задвижку 5. Включают насос 9 и вся описанная гидравлическая сеть работает в промывном режиме не менее 5 минут. Поливной трубопровод (6) устанавливают на штангах 39 и фиксируют скобами 25. Стойки 31 расставляют согласно схеме опытов. Под каждую капельницу (7) подводят мерный цилиндр 14. Регулятором давления 11 поднимают рабочее давление воды в сети до требуемой величины. Задвижка 5 должна быть закрыта. Манометрами 29 и 17 фиксируют разницу давлений на входе и выходе из поливного трубопровода. По данным количества воды в мерных цилиндрах 14 составляют расходные характеристики капельниц при различных уровнях давлений воды в полости поливного трубопровода (6).

Описанный стенд по выходному варианту конструктивного исполнения обеспечивает снижение затрат времени и труда на проведение испытаний и снятие характеристик капельниц любых вариантов конструктивного исполнения и фирм и моделирование реальных условий эксплуатации как на сложном рельефе, так и на относительно ровных полях, занятых под системами капельного орошения.

Изобретение относится к области исследования в сельском хозяйстве и мелиорации и касается стендового оборудования для ускоренных испытаний в широком диапазоне условий, максимально приближенных к производственным, и предназначено для установления характеристик гибких поливных трубопроводов со встроенными капельницами с широким спектром конструктивного исполнения для систем капельного орошения. Стенд содержит водосборный бассейн с коническим дном, подводящий и отводящий трубопроводы с задвижками и водораспределительную трубу со сменными разбрызгивающими устройствами. Стенд снабжен последовательно смонтированными в гидравлической сети герметичной емкостью, насосом, фильтром, регулятором давления, гибким рукавом, штангой, мерными цилиндрами, дренажной сетью и контрольными манометрами. Установленная за задвижкой подводящего трубопровода герметичная емкость имеет впускной клапан для доступа воздуха из атмосферы, стравливающий клапан, водомерное устройство, вентиль для сброса дренажа и воды и запорный вентиль для соединения с насосом. Фильтр для удаления взвесей и минерального сора смонтирован между насосом и регулятором давления. Фильтр посредством вентиля связан гидравлически с дренажной сетью. На входе и выходе регулятора давления размещены контрольные манометры. Регулятор давления имеет трубопровод для подачи рециркуляционного потока. Испытуемый гибкий поливной трубопровод со встроенными в его полости капельницами в качестве водораспределительной трубы закреплен скобами на штанге. Упомянутая штанга смонтирована на раме с возможностью наклона к горизонту. Под каждой капельницей испытуемого поливного трубопровода посредством маятникового подвеса смонтирован мерный цилиндр. Каждый мерный цилиндр имеет возможность опорожнения в водосборный бассейн с коническим дном. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл.

1. Стенд для исследования гибких поливных трубопроводов со встроенными в них капельницами, содержащий водосборный бассейн с коническим дном, подводящий и отводящий трубопроводы с задвижками и водораспределительную трубу со сменными разбрызгивающими устройствами, отличающийся тем, что он снабжен последовательно смонтированными в гидравлической сети герметичной емкостью, насосом, фильтром, регулятором давления, гибким рукавом, штангой, мерными цилиндрами, дренажной сетью и контрольными манометрами, при этом установленная за задвижкой подводящего трубопровода герметичная емкость имеет впускной клапан для доступа воздуха из атмосферы, взвесей, дренажа и воды и запорный вентиль для соединения с насосом, фильтр для удаления взвесей и минерального сора смонтирован между насосом и регулятором давления и посредством вентиля - с дренажной сетью, на входе и выходе регулятора давления размещены контрольные манометры и он имеет трубопровод для подачи рециркуляционного потока, испытуемый гибкий поливной трубопровод со встроенными в его полости капельницами в качестве водораспределительной трубы закреплен скобами на штанге, упомянутая штанга смонтирована на раме с возможностью наклона к горизонту, под каждой капельницей испытуемого поливного трубопровода посредством маятникового подвеса смонтирован мерный цилиндр, имеющий возможность опорожнения в водосборный бассейн с коническим дном, гидравлически связанный второй конец испытуемого гибкого поливного трубопровода с отводящим трубопроводом снабжен дополнительным контрольным манометром, смонтированным перед задвижкой отводящего трубопровода, а первый конец испытуемого поливного трубопровода гибким U-образным рукавом гидравлически связан с регулятором давления.2. Стенд по п.1, отличающийся тем, что каждый маятниковый подвес мерного цилиндра снабжен возможностью продольного перемещения на штанге.3. Стенд по п.1, отличающийся тем, что штанга на раме смонтирована с возможностью образования двуплечего рычага.4. Стенд по п.1, отличающийся тем, что герметичная емкость снабжена термометром.5. Стенд по п.1, отличающийся тем, что герметичная емкость снабжена вискозиметром.6. Стенд для исследования гибких поливных трубопроводов со встроенными в них капельницами, содержащий водосборный бассейн, подводящий и отводящий трубопроводы с задвижками и водораспределительную трубу со сменными разбрызгивающими устройствами, отличающийся тем, что он снабжен последовательно смонтированными в гидравлической сети герметичной емкостью, насосом, фильтром, регулятором давления, контрольными манометрами, дренажной сетью и телескопическими стойками, размещенными в водосборном бассейне, упомянутый водосборный бассейн выполнен в виде П-образного самотечного лотка, испытуемый гибкий поливной трубопровод со встроенными капельницами в качестве водораспределительной трубы поочередно размещен в виде колец между телескопическими стойками и, по крайней мере, группой из двух капельниц на горизонтальной штанге, размещенной в подвижной части телескопической стойки и имеющей мерные цилиндры, при этом установленная за задвижкой водоподводящего трубопровода герметическая емкость имеет впускной клапан для доступа воздуха из атмосферы, стравливающий клапан, водомерное устройство, вентиль для сброса дренажа и воды и запорный вентиль для соединения с насосом, фильтр для удаления взвесей и минерального сора смонтирован между насосом и регулятором давления и посредством вентиля - с дренажной сетью, на входе и выходе регулятора давления размещены контрольные манометры и он имеет трубопровод для подачи рециркуляционного потока, первый конец бухты испытуемого гибкого поливного трубопровода гидравлически связан с регулятором давления, а его второй конец - с отводящим воду трубопроводом, снабженным дополнительным контрольным манометром и смонтированным перед задвижкой отводящего трубопровода.7. Стенд по п.6, отличающийся тем, что самотечный лоток снабжен счетчиком воды.