ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩАЯ АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОРОСИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА С НИЗКОНАПОРНЫМИ ДОЖДЕВАЛЬНЫМИ МАШИНАМИ КРУГОВОГО ДЕЙСТВИЯ Российский патент 2010 года по МПК A01G25/09 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при орошении сельскохозяйственных культур низконапорными дождевальными машинами кругового действия.

Известен регулятор скорости дождевальной машины (А.с. 973079, SU, МКИ А01G 25/09). Регулятор скорости содержит установленный на ведущей тележке задатчик скорости с приводом. Привод задатчика скорости выполнен в виде храпового механизма, кинематически связанного посредством качающегося рычага, имеющего подвижную ось вращения колеса ведущей тележки, причем качающийся рычаг снабжен приводом поступательного движения подвижной оси вращения, связанным с программным устройством.

Недостатком устройства является его сложность.

Известно устройство управления дождевальной машиной (ДМ), включающее регулятор скорости движения ДМ, положения дождевальной машины на поле и открытия дождевальных аппаратов, датчики скорости и положения ДМ на поле и блок задания программы полива (А.с. 1020084, SU, А01G 25/16. - Опубл. 08.10.81 - Бюл. №20).

Недостатком устройства является отсутствие возможности перевода дождевальной машины на низконапорный режим работы и управления работой машины по командам датчика увлажнения почвы.

Известна система управления и защиты многоопорной дождевальной машины, содержащая реверсивный исполнительный механизм, узел управления, выполненный на электрогидрореле, источник питания, последовательно соединенные датчики защиты и управления, генератор коротких импульсов тока напряжением 180-200 В, проходящих по линии защиты и переключающих тиристоры узла управления электрогидрореле (А.с. 1028287, SU, МКИ А01G 25/16. - Опубл. 15.07.83. - Бюл. №26).

Система обеспечивает восстановление переходных сопротивлений контактов линии электрической защиты.

Недостатком системы является непредотвращение гидроударов в трубопроводной сети и в трубопроводе машины, возникающих при открытии и закрытии гидрозадвижки на входе дождевальной машины.

Известна система управления и аварийной защиты многоопорной дождевальной машины (ДМ) (А.с. 1360653, SU, МКИ⁴, А01G 25/16, 25/09. - Опубл. 23.12.85. - Бюл. №47). Система содержит пульт управления, двухпроводную линию связи, блок электрической защиты от аварий, гидроуправляемую задвижку на входе трубопровода машины. С целью повышения надежности работы системы электрической защиты дождевальной машины и повышения надежности защиты трубопроводной сети и дождевальной машины от гидроударов система дополнительно содержит электроконтактный манометр на трубопроводе машины, имеющий контакты контроля нижнего порога заданного давления и отсутствия давления, дополнительное электрогидрореле в цепи дренажного сброса воды из гидропривода задвижки, а в цепь электрической защиты дополнительно включен электрогидравлический клапан трубопровода питания гидропривода ведущей тележки.

Недостатками системы являются неполное устранение гидроударов, возникающих при старт-стопном закрытии и открытии задвижки, возможность поломки трубопровода машины при одновременной неисправности задвижки на входе ДМ и узла системы синхронизации движения ДМ на опорной тележке ДМ.

Известна низконапорная оросительная система с гидравлической насосной станцией и низконапорными дождевальными машинами (Патент 603, KG, МПК А01G 25/09. - Опубл. 31.11.2003 - Бюл. №11).

Система содержит пропеллерную турбину, работающую на перепаде уровней на водораспределительных узлах. Вал турбины соединен с валом низконапорного насоса на входе подводящего трубопровода, к которому подключены дождевальные машины ДМ «Фрегат». Дождевальная машина снабжена высоконапорным насосом, подающим воду в систему гидравлической защиты и линию питания гидроприводов ДМ.

Недостатком системы является отсутствие управления скоростью движения ДМ по командам датчиков увлажнения почвы и устранения гидроударов, возникающих при открытии и закрытии задвижки на входе ДМ и переключениях насосов на насосной станции, необходимость установки высоконапорного насоса на дождевальной машине, установка турбин только на водораспределительных узлах.

Техническим результатом заявленного изобретения является использование энергии потока воды в ирригационном канале для работы привода насосов оросительной системы, предотвращение возникновения гидроударов в оросительной системе с дождевальными машинами, упрощение конструкции автоматизированной системы управления движением дождевальной машины и предотвращение потерь поливной воды на глубинную фильтрацию.

Заявленный технический результат достигается тем, что известная низконапорная оросительная система, содержащая низконапорный и высоконапорный насосы, соединенные с низконапорным и высоконапорным подводящими трубопроводами оросительной сети, с которыми соответственно соединены поливные трубопроводы дождевальных машин и их линии питания гидроприводов, согласно изобретению, содержит водяное колесо, установленное в ирригационном канале, вал которого через редуктор соединен с валами высоконапорного, низконапорного насосов и генератором. Центральный пульт управления оросительной системой соединен с автоматической метеостанцией, генератором, затвором на входе насосов и через линию связи и питания с блоками управления работой дождевальных машин. Блок управления 15 работой дождевальных машин соединен с линией электрической защиты дождевальной машины от аварий, в цепь которой включен электропривод первого вентиля, установленного на входе гидропривода ведущей опорной тележки, с электроприводом второго вентиля, установленного на входе линии управления дождевальными аппаратами, расходомером, установленным на входе трубопровода дождевальной машины, датчиками положения дождевальной машины на местности, датчиком хода колеса первой опорной тележки и датчиком контроля инфильтрационного потока влаги в активном слое почвы.

Система обеспечивает использование энергии потока воды в ирригационном канале для работы насосной станции, предотвращает возникновение гидроударов в оросительной системе, минимизирует затраты энергии на полив, предотвращает непроизводительные потери поливной воды на инфильтрацию в горизонты, лежащие ниже активного слоя почвы.

На чертеже приведена схема энергосберегающей автоматизированной оросительной системы с низконапорными дождевальными машинами (ДМ) кругового действия.

Оросительная система (ОС) содержит ирригационный канал 1, установленное на нем водяное колесо 2, водозаборное сооружение 3, выход которого через затвор 4 с мембранным приводом соединен с входами низконапорного насоса 5 и высоконапорного насоса 6. Вал водяного колеса 2 через редуктор 7 соединен с валами низконапорного насоса 5, высоконапорного насоса 6 и генератором 8. Выход низконапорного насоса 5 соединен через расходомер 9 с низконапорным подводящим трубопроводом 10 ОС, выход высоконапорного насоса 6 соединен через расходомер 11 с высоконапорным подводящим трубопроводом 12 ОС.

Низконапорный подводящий трубопровод 10 соединен через затворы 13 с ручным приводом и расходомеры 14 с входами поливных трубопроводов низконапорных дождевальных машин 15. Высоконапорный подводящий трубопровод 12 на каждой ДМ соединен с входом отсечного клапана 16 с мембранным приводом, выход которого соединен с входом линии питания 17, соединенной через распределительные клапаны 18 с гидроприводами 19 опорных тележек ДМ. Выход распределительного клапана 18 на ведущей опорной тележке соединен с гидроприводом 19 через шаровой кран 20 и первый вентиль 21 с электроприводом. Высоконапорный подводящий трубопровод 12 соединен также на каждой ДМ с входом электрогидрореле 22, выход которого соединен с мембранным приводом отсечного клапана 16, и входом второго вентиля 23 с электроприводом, выход которого соединен с линией управления 24 мембранными приводами клапанов 25 дождевальных аппаратов 26 ДМ 15.

Центральный пульт управления (ЦПУ) 27 ОС соединен с генератором 8, автоматической метеостанцией 28, мембранным приводом затвора 4 на входе насосов, линией связи и питания 29 с блоками управления 30 работой ДМ 15.

Блок управления (БУ) 30 работой ДМ соединен с линией электрической защиты 31 ДМ от аварий, содержащей выключатели 32, взаимодействующие с датчиками положения опорных тележек ДМ, последовательно соединенных с электроприводом первого вентиля 21. Параллельно приводу первого вентиля 21 подключен конденсатор 33. БУ 30 соединен также с электроприводом второго вентиля 23, обмоткой электрогидрореле 22, выходом расходомера 14, датчиками положения 34 ДМ на поливном участке, взаимодействующими с толкателями 35, установленными на кольце 36, укрепленном на центральной опоре ДМ, датчиком 37 хода колеса первой опорной тележки, датчиком 38 контроля инфильтрационного потока в активном слое почвы.

ЦПУ 27 содержит источник питания, контроллер, электронные ключи, аналого-цифровой преобразователь, интерфейс, формирователи управляющих сигналов, электрогидрореле.

Блок управления 30 содержит аккумулятор, контроллер, электронные ключи, тиристорный коммутатор электрогидрореле 22, аналого-цифровой преобразователь, формирователи импульсов контроля замкнутости линии электрической защиты 31 и управления электроприводом первого вентиля 21.

Датчик 38 контроля инфильтрационного потока влаги в активном слое почвы выполнен в виде перфорированной или пористой трубы, уложенной под минимальным углом, обеспечивающим сток просочившейся влаги в нижний конец трубы, в котором установлен датчик уровня воды, соединенный с БУ 30. Датчик 38 устанавливается на нижней границе верхнего горизонта активного слоя. При увлажнении верхнего горизонта до ППВ вода проникает в датчик 38, полив прекращается, а увлажнение нижнего горизонта активного слоя почвы до влажности, близкой к наименьшей влагоемкости, осуществляется влагой, поступающей из верхнего горизонта активного слоя почвы.

Энергосберегающая автоматизированная оросительная система с низконапорными дождевальными машинами кругового действия работает следующим образом.

В начале вегетационного периода в ЦПУ 27 вводят влажность почвы на участках, поливаемых дождевальными машинами 15. Затем ЦПУ 27 начинает контроль эвапотранспирации по информации, получаемой от автоматической метеостанции 28. При уменьшении влагозапасов в почве до уровня, соответствующему порогу оптимальной влажности в активном слое почвы, ЦПУ 27 подает сигнал о необходимости начала полива. Операторы производят открытие задвижек 13 на входе дождевальных машин 15 и опускают водяное колесо 2 в канал 1 или реку, затем задают ЦПУ 27 порядок подключения к поливу дождевальных машин 15 и дают команду ЦПУ 27 на начало управления поливом. Водяное колесо через редуктор 7 вращает валы низконапорного насоса 5, высоконапорного насоса 6 и генератора 8. ЦПУ 27 постепенно открывает затвор 4 для заполнения водой низконапорного подводящего трубопровода 10 и высоконапорного подводящего трубопровода 12. Контроль заполнения трубопроводов 10 и 12 осуществляется по сигналам расходомеров 5 и 6. Если время заполнения трубопроводов превышает заданное, то ЦПУ 27 подает сигнал о порывах трубопроводах. Если оросительная сеть исправна, ЦПУ 27 начинает управление поливом участков. ЦПУ 27 подает команду в линию связи 29 на включение первой дождевальной машины 15. БУ 30 начинает подавать контрольные импульсы тока в линию электрической защиты 31, длительность и мощность которых недостаточна для включения привода первого вентиля 21.

При исправной ДМ 15 выключатели 32 линии электрической защиты замкнуты, и сигнал поступает на вход БУ 30. БУ 30 включает электропривод второго вентиля 23 на постепенное открытие второго вентиля 23 и дождевальных аппаратов 27, что позволяет избежать возникновения гидроударов в дождевальной машине и подводящей оросительной сети. ДМ 15 начинает полив контрольного сектора. При этом первый вентиль 21 остается закрытым и ДМ 15 не двигается. При достижении инфильтрационного потока поливной воды датчика 38 контроля инфильтрационного потока влаги вода поступает в него и его датчик уровня воды замыкается. Поступление этого сигнала в БУ 30 свидетельствует об увлажнении верхнего горизонта активного слоя почвы до влажности, соответствующей ППВ. БУ 30 анализирует время достижения влаги датчика 38 и определяет поливную норму, закрывает дождевальные аппараты 27. Объем вылитой воды распределяется в активном слое почвы, увлажняя его до влажности, близкой к НВ. После чего инфильтрационный поток влаги прекращается, и вылитая поливная норма удерживается почвой в активном слое.

БУ 30 включает электрогидрореле 25, которое открывает отсечной клапан 16, и вода из высоконапорного подводящего трубопровода подается в линию 17 питания гидроприводов. БУ 30 подает напряжение положительной полярности заданной длительности на привод первого вентиля 21, вентиль приоткрывается и дождевальная машина начинает движение. После прохождения контрольного сектора БУ 30 открывает второй вентиль 23, и ДМ начинает полив. По периоду срабатывания датчика 37 хода колеса первой опорной тележки и сигналу расходомера БУ 30 вычисляет выдаваемую поливную норму, и при несоответствии ее заданной производит корректировку открытия первого вентиля 21 подачей импульса напряжения положительной или отрицательной полярности в линию электрической защиты 31. В соответствии с этим изменяется скорость движения ведущей опорной тележки и дождевальной машины и выливаемая поливная норма. При возникновении неисправности на опорной тележке ДМ 15 выключатель 32 на ней размыкается, БУ 30 выключает электрогидрореле 22 и постепенно закрывает дождевальные аппараты 27 для предотвращения возникновения гидроударов. Дождевальная машина останавливается. Полив прекращается. БУ 30 подает в линию связи сигнал об остановке ДМ. ЦПУ 37 включает для стабилизации подачи воды в оросительную систему резервную дождевальную машину. После устранения неисправности оператором ДМ выключатель 32 замыкается, и дождевальная машина продолжает движение. БУ 30 подает сигнал в линию связи 29 об исправности машины. Изменяя скорость движения ДМ, БУ 30 может изменять поливную норму на других секторах полива, если на них выращиваются различные культуры, и проходить, при необходимости, часть секторов поля без полива. Аналогичным образом ЦПУ 27 осуществляет управление включением и выключением других дождевальных машин. ЦПУ 27 по сигналам расходомеров 5 и 6 и сигналам БУ 30 контролирует работу дождевальных машин, определяет после окончания полива необходимость и время следующего включения дождевальной машины, вычисляет затраты воды на орошение.

Энергосберегающая автоматизированная оросительная система с низконапорными дождевальными машинами кругового действия позволяет использовать энергию потока воды в ирригационном канале, без промежуточного ее преобразования в электрическую энергию, для работы насосов, предотвращает возникновение гидроударов в оросительной системе, минимизирует затраты энергии на полив, предотвращает непроизводительные потери воды на инфильтрацию в горизонты почвы, лежащие ниже активного слоя почвы.

Система включает низконапорный насос, низконапорный подводящий трубопровод, высоконапорный насос, высоконапорный подводящий трубопровод, центральный пульт управления оросительной системой. Низконапорный насос соединен с низконапорным подводящим трубопроводом оросительной сети. С низконапорным подводящим трубопроводом оросительной сети через затворы соединены входы поливных трубопроводов низконапорных дождевальных машин. Высоконапорный насос соединен с высоконапорным подводящим трубопроводом. С высоконапорным подводящим трубопроводом через отсечные клапаны соединены линии питания гидроприводов низконапорных дождевальных машин. Центральный пульт управления соединен линией связи и питания с блоком управления работой дождевальных машин. Блок управления соединен с линией электрической защиты от аварий и приводом отсечного клапана, а также с электроприводом второго вентиля, расходомером, датчиками положения дождевальной машины на местности, датчиком хода колеса первой опорной тележки и датчиком контроля инфильтрационного потока влаги в активном слое почвы. Привод отсечного клапана установлен на входе линии питания гидроприводов машины. Привод насосов и генератора выполнен в виде водяного колеса. Водяное колесо установлено в ирригационном канале. Центральный пульт управления соединен с автоматической метеостанцией. Второй вентиль установлен на входе линии управления дождевальными аппаратами. Расходомер установлен на входе дождевальной машины. В линию электрической защиты включен электропривод первого вентиля. Электропривод первого вентиля установлен на входе гидропривода ведущей опорной тележки. Такая конструкция позволяет использовать энергию потока воды в ирригационном канале для работы привода насосов оросительной системы, предотвратить возникновение гидроударов в оросительной системе, упростить конструкцию автоматизированной системы управления движением дождевальной машины и предотвратить потери поливной воды на глубинную фильтрацию. 1 ил.

Энергосберегающая автоматизированная оросительная система с низконапорными дождевальными машинами кругового действия, включающая низконапорный насос, соединенный с низконапорным подводящим трубопроводом оросительной сети, с которым через затворы соединены входы поливных трубопроводов низконапорных дождевальных машин, и высоконапорный насос, соединенный с высоконапорным подводящим трубопроводом, с которым через отсечные клапаны соединены линии питания гидроприводов низконапорных дождевальных машин, центральный пульт управления оросительной системой, соединенный линией связи и питания с блоком управления работой дождевальных машин, причем блок управления соединен с линией электрической защиты от аварий и приводом отсечного клапана, установленного на входе линии питания гидроприводов машины, отличающаяся тем, что привод насосов и генератора выполнен в виде водяного колеса, установленного в ирригационном канале, центральный пульт управления оросительной системы соединен с автоматической метеостанцией, а блок управления работой дождевальной машины соединен с линией электрической защиты, в которую включен электропривод первого вентиля, установленный на входе гидропривода ведущей опорной тележки, электроприводом второго вентиля, установленного на входе линии управления дождевальными аппаратами, расходомером, установленным на входе дождевальной машины, датчиками положения дождевальной машины на местности, датчиком хода колеса первой опорной тележки и датчиком контроля инфильтрационного потока влаги в активном слое почвы.