СИСТЕМА ПОДПОЧВЕННОГО ОРОШЕНИЯ Российский патент 2015 года по МПК A01G25/06 A01G25/16 A01G27/00 F16K33/00 

Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации и может быть использовано при орошении сельскохозяйственных культур при поступлении воды из водозаборных узлов или из полевых распределителей для подачи воды в секционные распределители, работающих в режиме увлажнения.

Известна система подпочвенного орошения, включающая источник водоснабжения, полевые распределители, секционные распределители, регулятор подачи воды и увлажнители (Авторское свидетельство RU №429784, кл. A01G 25/06, 1974).

Однако в известной системе подпочвенного орошения автоматизировано только отключение подачи воды в момент насыщения почвы влагой, включение системы в работу осуществляется вручную, что также требует применения ручного труда при проведении полива. Кроме того, перестройка системы на другой уровень расположения увлажнителей, зависящих от строения почвогрунтов заданной климатической зоны, также увеличивает трудоемкость.

Известна также система подпочвенного орошения, включающая источник водоснабжения, полевой и секционные распределители, накопительный резервуар с поплавковым регулятором, увлажнители и устройство для автоматической подачи воды (Авторское свидетельство RU №657791, кл. A01G 25/06, 1979).

Недостатком такого устройства является сложность конструкции, материалоемкость и регулирование расхода происходит с большим тяговым усилием, а это - пониженная точность и низкое действие в работе. Кроме того, оно не обеспечивает потребности растений в воде и воздухе в различные периоды вегетации и не связано с различным строением почвогрунтов и их влагопроницаемостью, что зависит от высотного расположения увлажнителей.

Задачей данного решения является упрощение конструкции, снижение материалоемкости и создание оптимального режима увлажнения и аэрации почвы после прекращения подачи воды в распределитель, таким образом, исключение переувлажнения почвы при капиллярном подпитывании.

Технический результат достигается тем, что система подпочвенного орошения включает источник воды, накопительный резервуар с поплавковым регулятором, полевой и секционный распределители, увлажнители и устройство для автоматической подачи воды, согласно изобретению в поплавковый регулятор введен вертикальный направляющий распределитель с установленным внутри него золотником, который соединен с поплавковой камерой, гидравлически связанной посредством трубки с перфорированными трубками-накопителями, причем распределитель снабжен входным и выходным отверстиями, перекрываемыми заслонкой, который снабжен механизмом изменения положения золотника.

Кроме того, механизм изменения положения золотника выполнен в виде жестко установленного в верхней части штока, имеющего свободно перемещающиеся фиксаторы.

При этом механизм изменения положения золотника, с целью перестройки на ручной режим, снабжен подъемником, взаимодействующим со штоком с перемещающимися фиксаторами.

Предлагаемая система подпочвенного орошения направлена на устранение недостатков за счет конструкции поплавкового датчика, соответственно и расположения золотника, связанного с поплавком, а также расположения золотника в направляющем распределителе, снабженного входным и выходным отверстиями, перекрываемыми заслонкой золотника. В результате этого возможно полностью автоматизировать процесс полива, обеспечить необходимый режим увлажнения и аэрации почвы в результате создания оптимальных межполивных периодов в различные фазы вегетации растений, снизить эксплуатационные затраты путем исключения затрат ручного труда при проведении поливов и экономии оросительной воды. Кроме того, позволяет снизить материалоемкость системы путем устранения из устройства автоматической подачи воды промежуточного и исполнительного бака подпитывающего резервуара.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения и прототипа показывает, что в заявляемой совокупности признаков часть существенных признаков является новой, следовательно, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».

На фиг. 1 показана компоновочная схема системы подпочвенного орошения; на фиг. 2 - схема автоматического водовыпуска с поплавковой камерой.

Система подпочвенного орошения включает полевой распределитель 1 для подачи воды в секционный распределитель 2 (количество их может быть увеличено для поля) и увлажнители 3. Для перекрытия потока воды из полевого распределителя 1 в секционный распределитель 2 имеется автоматический водовыпуск 4, состоящий из корпуса 5, мембранного исполнительного механизма, состоящего из камеры 6 давления, клапана 7 со штоком 8, жестко связанным с мембраной 9 и пропущенным через направляющие 10 в крышке 11, причем клапан 7 перекрывает выпускное отверстие 12, сообщающее выходной патрубок 13, который соединяет трубчатый переход 14 и диафрагму 15, создающую необходимый перепад давления, с секционным распределителем 2. Надмембранная полость автоматического водовыпуска гидравлически связана трубкой 16 с вентилем 17 и гидравлически связана трубкой 18 с вентилем 19.

Распределитель 20 выполнен в виде направляющей втулки, в стенках которой выполнены сквозные симметричные отверстия 21 и 22. Сквозное симметричное отверстие 22 связано трубкой 23 с вентилем 24 и с патрубком 25 полевого распределителя 1. В полости распределителя 20 расположена заслонка 26 золотника 27, который также имеет сквозное отверстие 28. Распределитель 20 закреплен жестко к устоям 29, а золотник 27 одним концом через нижний шток 30 соединен с поплавком 31, установленным в поплавковой камере 32, дополнительный шток 33 выше золотника 27 имеет свободно перемещающиеся фиксаторы 34 и 35, обеспечивающие изменение положения золотника 27 в полости распределителя 20.

Подъем уровня воды в поплавковой камере 32 осуществляется посредством связывающей трубки 36, в которую вода поступает из перфорированных труб-накопителей 37, в которые фильтруется оросительная вода в период проведения поливов, через слой непромокаемых материалов 38, в частности песка, гравия, шлака или синтетических отходов легкой промышленности.

В режиме ручного изменения положения золотника 27 необходимо подъемник 39 с фиксатором 40, шток 33 переместить на заданное высотное положение.

Система подпочвенного орошения работает следующим образом.

Из источника водоснабжения (на чертеже не показано) вода подается в полевой распределитель 1, а поплавок 31 под действием массы и положения фиксатора 35 расположен в нижнем положении, причем сквозные отверстия 21, 22, 28 расположены одно против другого и соединены через трубку 23 с секционным распределителем 2. Одновременно вода поступает в корпус 5 автоматического водовыпуска через выпускное отверстие 12, приподнимает клапан 7 и через шток 8 выгибает мембрану 9 в камере 6 вверх, в полости которой значительно снижается давление, затем поступает в патрубок 13, трубчатый переход 14 и через диафрагму 15, создающую необходимый перепад давления с секционным распределителем 2, и далее в секционный распределитель 2 и в увлажнители 3. В результате через определенный промежуток времени полива уровень воды, профильтровавшийся через слой непромокаемых материалов 38, в частности песка, гравия, шлака или синтетических отходов легкой промышленности, в перфорированные трубы-накопители 37, расположенные на границе соприкосновения с зоной полного насыщения, и соответствующий ему уровень воды в поплавковой камере 32 и положения фиксатора 34, достигает определенного положения, что соответствует достижению почвой верхнего предела увлажнения, наименьшей влагоемкости (НВ). При фиксированном в верхнем положении поплавка 31 (до значения рабочей отметки, на которую настроен золотник 27), происходит перемещение также вверх золотника 27 в полости распределителя 20 и заслонка 26 прикрывает проходное сечение сквозных отверстий 21 и 22, что повышает давление воды в камере 6, воздействующее на мембрану 9, и перемещает ее вниз. Усилие от мембраны 9 передается через шток 8 на клапан 7, который прикрывает поперечное сечение выпускного отверстия 12 в корпусе 5, тем самым полностью прекращается поступление воды в секционный распределитель 2.

Закрытие заслонки 26 сквозных отверстий 21 и 22 в распределителе 20 определяется продолжительностью полива, при котором почва достигает верхнего предела увлажнения - наименьшей влагоемкости. Достижение верхнего предела влажности почвы при оптимальных условиях будет зависеть от водно-физических свойств почвогрунтов для различного региона.

При достижении почвы состояния нижнего порога влажности уровень воды в перфорированных трубах-накопителях 37 и соответственно уровень в поплавковой камере 32 опустится до определенного минимума. В результате происходит опускание поплавка 31 в поплавковой камере 32 под действием массы поплавка 31 и штока 33 с фиксаторами 34 и 35, которые настроены на рабочий режим автоматического водовыпуска, при этом заслонка 26 откроет сквозные отверстия 21 и 22 в распределителе 20 и цикл повторяется. Время заполнения и слива камеры 6 давления можно регулировать также вентилями 17 и 19, этим самым делают настройку устройства водовыпуска на соответствующий временной режим подачи воды в секционный распределитель 2, т.е. расход воды будет поступать меньшего количества в распределитель 2. Вследствие взаимной гидравлической связи мембранного привода, распределителя, поплавковой камеры с поплавком и двумя ограничителями на штоке повышается чувствительность и надежность переходных процессов межполивного периода в различные фазы вегетации растений, что позволяет полностью автоматизировать процесс полива, обеспечить необходимый режим и аэрацию почвы. Уровень в поплавковой камере задается перемещением золотника, связанного с поплавком в поплавковой камере, по вертикали, и этот уровень будет поддерживаться, пока влажность почвы не достигнет заданной за счет капиллярного подпитывания.

Сечение соединительных трубок и их диаметр определяет время заполнения рабочей камеры давления водой автоматического водовыпуска, следовательно, и время закрытия его, которое должно быть достаточно для предотвращения прямого гидравлического удара в полевом распределителе. Дополнительно вентиль 19 может быть закрыт до упора в тех случаях, когда необходимо освободить поплавковую камеру 32 от воды и произвести настройку, например, перемещающихся фиксаторов 34 и 35 вверх или вниз, связанных со штоком 33 по отношению к заслонке 26 золотника 27 в полости распределителя 20, а вентиль 17 обеспечивает, наоборот, разгруженность полости камеры 6, когда не требуется стабилизировать расход воды в секционном распределителе 2 вследствие полного забора воды из полевого распределителя 1 из источника при минимальных расходах. Регулирование в автоматическом режиме в системе подпочвенного орошения имеет простую систему узлов и пониженную чувствительность к мелким взвешенным наносам.

Кроме того, техническое решение механизма изменения положения золотника 27, с целью перестройки на ручной режим, имеет подъемник 39 с фиксатором 40, т.е. устройство может работать и в ручном режиме.

Степень открытия клапана 7 и расход через водовыпуск зависят от соотношения сил, действующих на мембрану 9 (сверху) и со стороны корпуса (снизу). Силу гидродинамического давления на клапан определяют по формуле: F=ρVQ_p, где ρ - плотность воды, кг/м³; V - средняя скорость потока в корпусе, м/с; Q_p - расход через водовыпуск, м³/с. Таким образом, рабочий клапан водовыпуска перемещается в результате перемещения поплавка и изменения давления в рабочей камере. Объем поплавка и его размеры (диаметр и высоту) определяют из условия надежного перекрытия заслонкой золотника в распределителе отверстия слива и допустимой статической ошибки, т.е. h_п=0,3D_п. Таким образом, это позволяет оперативно менять расход воды в секционный распределитель или полностью отключать.

Подобное исполнение автоматического водовыпуска, по мнению автора ранее не было известно и отвечает критерию «новизна».

Таким образом, по сравнению с прототипом система подпочвенного орошения позволяет повысить точность регулирования и поддерживать правильный баланс влажности в почве в результате создания оптимальных межполивных периодов в различные фазы вегетации растений, снизить эксплуатационные затраты, экономию оросительной воды, а также снизить материалоемкость системы, и снижает величину управляющих усилий при работе конструкции, уменьшает перестановочные усилия, что также обеспечивает плавную установку регулирования расхода воды.

Система подпочвенного орошения включает источник воды, накопительный резервуар (32) с поплавковым регулятором, полевой (1) и секционный распределители (2), увлажнители (3) и устройство для автоматической подачи воды (4). В поплавковый регулятор введен вертикальный распределитель (20), внутри которого установлен золотник (27). Золотник (27) соединен с поплавковой камерой (32), гидравлически связанной посредством трубки (36) с перфорированными трубками-накопителями (37). Распределитель (20) снабжен входным и выходным отверстиями, перекрываемыми заслонкой золотника (27). Механизм изменения положения золотника (27) выполнен в виде жестко установленного в верхней части штока, имеющего свободно перемещающиеся фиксаторы (34, 35). В режиме ручного изменения положения золотника (27) подъемник (39) с фиксатором (40) перемещают на требуемую высоту. Подъемник (39) взаимодействует со штоком с перемещающимися фиксаторами (34, 35). Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции системы, снижение материалоемкости, исключение переувлажнения почвы, экономия воды. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система подпочвенного орошения, включающая источник воды, накопительный резервуар с поплавковым регулятором, полевой и секционный распределители, увлажнители и устройство для автоматической подачи воды, отличающаяся тем, что в поплавковый регулятор введен вертикальный направляющий распределитель с установленным внутри него золотником, который соединен с поплавковой камерой, гидравлически связанной посредством трубки с перфорированными трубками-накопителями, причем распределитель снабжен входным и выходным отверстиями, перекрываемыми заслонкой золотника, который снабжен механизмом изменения положения золотника.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что механизм изменения положения золотника выполнен в виде жестко установленного в верхней части штока, имеющего свободно перемещающиеся фиксаторы.

3. Система по п. 1 или п. 2, отличающаяся тем, что механизм изменения положения золотника с целью перестройки на ручной режим снабжен подъемником, взаимодействующим со штоком с перемещающимися фиксаторами.