СПОСОБ ПРИКОРНЕВОЙ ДОЗИРОВАННОЙ ПОЛИВКИ РАСТЕНИЙ Российский патент 2018 года по МПК A01G25/02 

Изобретение относится к разделу сельского хозяйства и предназначено для капельного и слабо струйного прикорневого полива растений, как в приусадебных, крестьянских, фермерских хозяйствах, так и на небольших промышленных посадках растений. Несмотря на простое конструктивное оформление для использования предлагаемого способа, при поливе он позволяет обеспечить абсолютно одинаковые условия для функционирования всех точек полива на каждой грядке рассчитать и подвести строго нормированную, требуемую дозу влаги к каждому растению.

Рассматривая уровень развития техники прикорневого полива, при использовании его в малых хозяйствах, следует остановиться на тех технических условиях и сложностях, которые нужно преодолеть, при использовании его на участке. Большинство существующих систем прикорневого капельного полива предполагают капельный способ введения влаги к каждому растению, но большая часть из них не обеспечивают равномерного дозированного полива для всех растений, расположенных вдоль одной капельной ленты или вдоль распределяющего трубопровода, особенно при их большой длине. Неравномерность в обеспеченности отдельных растений влагой создает и фиксированное расположение водовыпусков эмиттерных и щелевых на самой ленте, которые часто из-за неточностей при посадке не совпадают с местом расположения точки выпуска влаги и корневой системы растения. Очень чувствительны эти системы и к качеству поливочной воды, то есть размер загрязняющих частиц не должен превышать 100-120 мкм, а опыт эксплуатации показывает, что только тонкие фильтры с очисткой до 80 мкм обеспечивают функционирование капельных лент и их лабиринтов без засорения. Другим недостатком в работе капельных лент является узкий диапазон допустимого давления в системе запитки водой - от 0,5 до 1,0 бар. Его превышение может привести к разрыву лент и нерасчетному режиму каплеобразования, так как только в указанном узком диапазоне будет обеспечена заявленная изготовителем производительность ленты и равномерность поступления влаги в каждой точке полива.

Для устранения сильного влияния величины давления на равномерность работы выпускных устройств и возможных прорывов лент при реализации прикорневого полива, часто используются системы с накопительным резервуаром. Но для обеспечения возможности использования нормативных параметров расхода при поливе, высота размещения резервуара в своей нижней точке, должна быть не менее 5 метров над уровнем грядок в момент завершения полива. Хотя при более низком давлении щелевой и эмиттерный выпуск у капельных лент будут работать, но производительность их определять нужно при этом эмпирическим путем. Если в системе не используются накопительные емкости, а превышение давления может привести к порывам лент, особенно тонких, поэтому в случае присоединения коллекторов щелевых и эмиттерных лент прямо к водопроводной сети или к сети с нагнетательными насосами, помимо установки тонких фильтров очистки воды, нужно ставить еще и регулятор давления в подводящей системе в заданном диапазоне (например, РДЛ15).

В системах же с накопительным резервуаром требуется, помимо наличия емкости значительного размера, еще соорудить конструкцию для ее размещением на высоте от 100 до 200 см, так, как минимальное давление в системе ленточного капельного полива 0.1 бар, но количество подводимой к растению воды при таком давлении будет совершенно неопределенным и особенно по длине ленты. К тому же изменение уровня в емкости при расходе, а следовательно, и давления в системе полива может доходить до 30-40%, что также может сказаться на скорости каплеобразования в различных точках по длине ленты, особенно при использовании различных регулируемых жиклеров, пробок и вмонтируемых в разводящие трубки капельниц. А, поскольку количество воды прошедшее через капельницу определяется в основном по времени, то погрешность в норме полива может быть значительной.

Рассмотрим наиболее близкие по способу функционирования и использования системы и устройства.

В патенте RU 2331189 С2 предложена система с накопительной емкостью, заполняемой от водопровода с отсечкой подачи поплавковым механизмом и с дальнейшей подачей воды в распределительные трубопроводы через сифон, запускаемый от гидравлического пускового электрического насоса, который запускается по определенной программе и работает в течении минуты, затем вода идет в распределительные трубопроводы небольшого сечения самотеком. Из-за этого минимальное расстояние от нижней части емкости до уровня посаженных растений не должно быть менее 40 см. Система достаточно сложна и требует установки дополнительно пускового насоса, для запуска сифона. Насос должен быть погружной, так что такой способ полива растений не очень дешевый особенно с учетом наличия программного блока в системе полива.

Патент РФ №2177684 предполагает наличие не только емкости, но и регулируемых по высоте стоек, удерживающих распределительный трубопровод с капельницами и дополнительно снабженный пластинками для разбрызгивания капель на большую площадь увлажнения.

В патенте РФ 2367144, являющемся вариантом предыдущего патента тех же авторов, предложено использование резервуара, расположенного на определенной высоте и автоматически заполняемого по мере опорожнения. Далее вода из емкости самотеком поступает в поливочный трубопровод, размешенный вдоль ряда растений. Трубопровод снабжен капельными устройствами с возможной регулировкой сечения канавки выпуска воды в каждой точке полива. Система достаточно сложна в настройке и по мере выработки воды в процессе полива давление в точках размещения капельниц достаточно сильно меняется, что приводит и к нарушению расчетного режима рассекания капель. В других системах капельного полива стремятся обеспечить постоянство выпуска воды капельницами за счет более точной регулировки давления воды в распределительных трубопроводах. Так, в патенте Казахстана №28782 применена система подачи воды в закольцованные попарно, поливные распределительные трубопроводы с капельницами, и для поддержания по всей длине трубопровода постоянного давления, в тупиковом конце трубопроводов установлены ресиверы.

Другие системы поддержания постоянного давления в распределительных системах основаны на обеспечении более строгого диапазона давлений в точке подключения основных коммутационных трубопроводов. Однако даже установленный для капельных лент уровень давления от 0.8 до 1,0 бар не обеспечивает зачастую необходимую регулировку равных выпусков капель по всей длине капельной ленты или распределительного трубопровода.

Все описываемые способы и системы капельной и слабоструйной подачи недостаточно надежны в обеспечении равномерного давления на всех капельницах и могут привести к турбулентному движению воды при длинных лентах и распределительных трубопроводах. А турбулентность приводит к взмучиванию загрязняющих частиц и забиванию жиклеров или лабиринтов выпуска в щелевых и эмиттерных лентах частицами свыше 100 мкм. Поэтому здесь предложен способ свободный от большинства перечисленных недостатков, описанных систем и промышленных установок, используемых в небольших хозяйствах. В патенте РФ №2539854 С1 МПК7: G05B 19/04 A01G 25/16 A01G 25/02 предложена система с накопительной емкостью и устройством подачи воды с помощью программного устройства последовательно на несколько распределяющих шлангов, размещенных на каждом ряду растений. Сами распределительные трубопроводы на каждом ряду представляют собой обычные трубки и предназначены для размещения на них отдельных капельниц или подводящих к растениям трубочек. Устройство достаточно сложное не только в плане изготовления, но и при настройке и из-за неудобств, при обслуживания посадок.

Конечно, применение автоматизации в этом патенте с возможностью программного обеспечения заливки необходимого, заданного объема воды в каждую линию пролива, это хорошо и удобно, но это только блочная схема процесса нормированного полива растений. Ни схем, ни конструктивных разработок системы нет, и применить это устройство в конкретных условиях невозможно, пока не будут разработаны и испытаны все блоки. Тем более, не применимо такое устройство в приусадебных или крестьянских хозяйствах из-за возможной высокой стоимости программного блока и сервомеханизмов перемещения раздаточного наконечника от одного приемного патрубка распределительной трубки или капельной ленты к другому. Не решаются в этом патенте вопрос и очистки поливочной воды от частиц засоряющих лабиринты капельниц или жиклеры распылителей, так же как и равномерность давления по всей длине распределительной трубы.

В качестве прототипа для предложенного способа взят патент РФ №20022405 С1, «Способ прикорневого полива растений», где предложено вместо жестких трубопроводов, не обеспечивающих точную подгонку поливочных отверстий к корням растений, применит гибкие трубопроводы, включая и из полиэтиленовой пленки с образованием отверстий прямо по месту в самом рукав трубопровода. Безусловно, такой способ имеет много недостатков. Зависимость от рельефа местности, недолговечность трубопроводов, отсутствие возможности регулировки интенсивности полива в каждой отдельной точке размещения растения.

Целью разработки предлагаемого способа было обеспечение строго дозированной подачи воды во время полива к каждому растению, вне зависимости от давления в подающей магистрали и уровня воды в отдельно стоящей емкости для накопления воды для полива. Возможность регулировки подаваемой воды в зависимости от вида растения. Возможность подключения к поливу более чем одного ряда растений. Минимальное количество труб, коллекторов, фильтров и прочей арматуры на участке, создающих неудобства при проведении технологических работах в огороде. Возможность использовать для полива воды любого качества вплоть до воды из канавы. Простота и малое время монтажа системы из известных элементов при реализации предлагаемого способа в приусадебном и крестьянском хозяйстве. Возможность промывки при реализации способа всех элементом в ней применяемых, если засор все-таки произойдет. Защищенность элементов поливочной системы, используемых при реализации способа, от повреждений при огородных работах и длительный их ресурс эксплуатации. Желательно не проводить демонтаж элементов системы на зимний период.

Предлагаемый способ позволил решить почти все эти задачи и был не один раз применен на практике. Была проверена легкость промывки и возможность использования ручной заливки системы воды из ведер. Доказан, а потом рассчитан, более эффективный прогрев жидкости во время полива указанной системой по сравнению с поливом из отдельно установленной накопительной емкости равного объема.

Для реализации способа применена труба значительного диаметра (свыше 110 мм в диаметре), в дальнейшем называемая труба-резервуар. Эта труба является одновременно и накопительной емкостью и одновременно длинным распределительным коллектором, от которого запитываются распределяемые по отдельным растениям гибкие трубочки, с индивидуальными, как на медицинских системах регуляторами скорости каплеобразования или скорости истечения образующейся струи. Эти распределительные гибкие трубочки могут иметь различный диаметр и длину, они могут быть прозрачными или цветными для различия в поливе растений разного вида. Внутренний диаметр этих трубочек обычно для огородных культур 2-4 мм, для кустов и садовых деревьев может быть и большим.

На грядке труба выставляется горизонтально по уровню, на высоте от 20 мм и больше над почвой по желанию. В силу большой разницы в сечении трубы-резервуара и суммарного сечения всех распределительных поливочных тонких трубочек, течения внутри трубы будут локальными и чрезвычайно малой скорости, то есть практически постепенный вылив из трубы через них будет происходить из длинного резервуара с почти стоячей водой и постоянным уровнем по всей его длине, что и является основой для равномерного увлажнения всех растений по длине поливочного участка. Ввиду достаточно большой жесткости труб диаметром свыше 110 мм, величина межопорного пролета может составить до трех-пяти метров и выполняется с помощью лагеров, например кирпичей или камней. Однако расстояние между лагерами можно корректировать в процессе эксплуатации, и оно существенно зависит от материала, используемого при изготовлении конкретной поливочной системы.

На чертеже в собранном виде показана вся поливочная система, позволяющая реализовать предлагаемый способ на практике. Здесь 3 - труба-резервуар большого диаметра гарантирующего, вместимость в ней объема воды, необходимого для нормативного полива всех растений, расположенных вдоль всей трубы. Труба-резервуар с одного конца имеет заливочную горловину 1, соединенную с самой трубой 3 с помощью колена в 90°. С другой стороны трубы-резервуара 3 имеется заглушка 6. В нижней части трубы 3 вовнутрь нее введены гибкие распределительные трубочки небольшого диаметра 4, которые имеют регуляторы подачи 5 воды к растению в виде зажима, уменьшающего проходное сечение гибкой трубочки. Сама труба-резервуар 3 устанавливается на грядке, где необходимо полить растения во всю ее длину. Труба 3 на грядке устанавливается с помощью лагеров 8 строго горизонтально по уровню. Возвышение над землей может быть либо минимальным, что бы только не пережимались распределительные гибкие трубочки, либо по желанию высота установки трубы-резервуара может быть принята любой по необходимости или по каким-либо другим соображениям.

После заполнения трубы-резервуара 3 водой из водопровода с помощью шланга или из отдельно установленной емкости, или путем заливки через патрубок ведрами, распределяют все распределительные гибкие трубочки 4 к корням своих ближайших растений 7. Одновременно регулируется необходимая подача с помощью регулятора подачи 5 непосредственно к каждому растению. Такая настройка выполняется один раз при первом запуске полива. В дальнейшем возможна только корректировка интенсивности каплеобразования или величины и интенсивности струи полива растения. В силу того, что расход через распределительные гибкие трубочки будет очень малым, то движение воды в самой трубе-резервуаре будет практически нулевым со слабыми стоками в местах подключения трубочек. Именно поэтому все частицы, которые могут забить трубочки, осядут либо на дно, либо всплывут на поверхность. В случае, если все же произойдет закупорка какой-нибудь трубочки, то, открыв ее на полное истечение, можно будет засор устранить, в крайнем случае, с помощью медицинского шприца на 10-20 мл можно прочистить трубочку обратным потом воды в трубу 3. Если засоры случаются часто, то, открыв заглушку 6 из заправочного шланга, промывается вся труба-резервуар и снова ставится заглушка.

Сами распределительные гибкие трубочки могут заводиться вовнутрь трубы-резервуара и сверху, но при этом, опустив ее внутрь трубы до упора (дна) и вытащив примерно на 5 мм обратно, необходимо будет каждую трубочку запускать с помощью специального (можно и медицинского) шприца, чтобы началось из нее истечение воды. В этом случае в зависимости от заглубления в трубу-резервуар раздаточных трубочек можно регулировать порцию суммарной воды протекающей через конкретную раздающую трубочку. Это может явиться еще одним способом нормирования подачи воды к растениям.

Как подобрать диаметр трубы-резервуара. Практика показывают, что для схемы посадки томатов по пять растений на погонный метр. Это при двухрядной посадке растений по схеме 40×30 см. 40 - расстояние между растениями в ряде и 30 см между рядами. При норме обычно принятой для полива томатов в 1.5-1.7 литра в день на растение достаточно иметь воды для полива одного метра погонных таких посадок 7.5-8,5 л. Один погонный метр труба с внутренний диаметром 105 мм имеет объем 8.6 литра. Это обычный размер внутреннего диаметра для пластмассовых безнапорных труб с внешним диаметром 110 мм. (Канализационные трубы наружной безнапорной проводки). Длина трубы может быть различной и зависит только от длины грядок. Короткие трубы могут быть состыкованы с помощью соединительных муфт. Длинные трубы можно разделить в случае необходимости обеспечения технологических проходов на участке. При этом именно в точке разрыва трубы-резервуара целесообразно делать с обеих сторон горловины для запитки обеих половин водой по отдельности с помощью заправочного шланга с любым давлением, либо заправкой ведрами в случае приусадебной организации огорода, где нет водопровода.

Основная труба-резервуар с одной стороны имеет заглушку с другой обычное колено на 90° с раструбом, куда и заливается вода для полива. Наполнение трубы до верху и определяет заданный объем для поливки всех растений. Естественно, при взятии трубы большего диаметра запас воды для полива будет возрастать, для многорядной системы прикорневого полива могут применяться и обычные канализационные трубы диаметром 160, 200, 250 мм и т.д., с объемом одного погонного метра тубы в 18.13, 28.34, 45.2 литра соответственно. Что при принятых выше нормах ежедневного полива позволит за каждым погонным метром упомянутых труб закрепить полив 10,16 и 26 растений соответственно. Существуют еще обсадные трубы ПВХ диаметром 125, 140 и т.д. Теперь о гарантированности обеспечении равной доли полива на каждое растение. Ввиду того, что уровень во всей трубе-резервуаре во всех точках ее слива в распределительные трубочки одинаков, то и условия полива всех растений будут равными. Естественно, что первоначальная скорость полива будет больше, а на последнем этапе интенсивность полива значительно уменьшится. Но во всех точках трубы-резервуара будут иметь место совершенно идентичные процессы истекания воды по всем гибким распределительным трубочкам. Если же норму полива необходимо увеличить, то пересчитав по числу растений и новой норме всегда можно определить, сколько нужно долить воды в трубу-резервуар. Учет добавленной воды можно определить по обычным счетчикам воды, если заполнение трубы-резервуара ведется от водопровода, либо мерными ведрами. Но более правильное решение иметь мерный щуп в горловине, только заливать дополнительное количества воды в этом случае нужно, только после полного расхода воды предыдущего объема. Примерно аналогичная процедура должна быть выполнена, если меняется вид растений, в связи с чем меняются и нормы полива на каждое растение.

Вместе с тем полив многорядных посадок можно осуществлять той же 110 мм трубой-резервуаром, только число заполнений в этом случае легко пересчитать, считая, что одно наполнение позволяет полить до пяти растений (например, томатов) на 1 погонный метр, при числе таких растений на один погонный метр 10 трубу-резервуар придется наполнять дважды и т.д.

То есть предложенной способ организации полива позволяет определять объем произведенного полива каждого растения не по времени, как это сейчас рекомендуют при ленточных и других видах поливах, а по числу заполнений трубы-резервуара с делением суммарного объема полива на число растений, полив которых связан с конкретной трубой-резервуаром.

Подобное способ полива с использованием жестких труб большого диаметра для прикорневого полива, естественно, имеет значительно больший ресурс своего использования, чем все существующие системы подобного назначения. При этом значительно больше все элементы, используемые при применении этого способа, защищены и от повреждения хозяйственным инвентарем при проведении работ на огороде. Этот способ полива освобождает дорожки и прилегающую территорию от коммуникаций, фильтров, отдельно устанавливаемых резервуаров, что делает работу в огороде или на даче значительно удобней и без риска получения травм, особенно в темное время суток. Размещение труб-резервуаров на земле может иметь и не только прямолинейную конфигурацию, но с применением колен под различными углами и тройников система полива может быть построена наиболее удобным образом для конкретного хозяйства и от одной заправочной горловины обеспечивать наполнением поливной водой всю разветвленную сеть.

При установке труб-резервуаров для реализации такого способа полива в зонах декоративных посадок возможно путем их раскраски вписаться в колористический замысел дизайнера, устраняя с глаз все коммуникационные шланги и трубы, Тем более, что элементы в 13-15 см на декоративных посадках, очень быстро станут невидимыми за ковром растений. Применение различных цветов для распределительных гибких трубочек позволяет за отдельными видами растений закрепить свой цвет для их быстрой идентификации, Применение способа с использованием трубы-резервуара большого диаметра выгодно и благодаря большей скорости прогрева воды для полива. Так, в трубе 110 мм в диаметре прогрев будет идти в пять раз быстрее, чем в емкости накопителе типа 250 литровая бочка, так как поверхность нагрева, у трубы, например, диаметром 110 мм по сравнению с бочкой будет при той же емкости в пять раз больше.

С эксплуатационной точки зрения такой способ полива с использованием трубы-резервуара удобен так, как не требует зимнего демонтажа системы. Только следует снять заглушку с одной стороны и чуть приподнять заправочный узел.

Изобретение относится к области ирригационной техники. При осуществлении способа прикорневой дозированной поливки растений размещают трубу-резервуар на уровне грунта. Трубу-резервуар размещают в непосредственной близости к растениям. Заполняют трубу-резервуар водой через заправочную горловину. Обеспечивают одинаковые условия по давлению и движению жидкости в трубе-резервуаре во всех точках выпуска воды. При необходимости регулируют расход воды в гибких распределительных трубках. Повышается равномерность и эффективность полива. Обеспечивается возможность использования воды любого качества. 1 ил.

Способ прикорневой дозированной поливки растений за счет создания совершенно одинаковых условий по давлению и движению жидкости в резервуаре во всех точках подачи влаги к корням заданной группы растений, путем размещения большого диаметра трубы-резервуара на уровне грунта в непосредственной близости к растениям, быстрого ее заполнения через заправочную горловину, с дальнейшим медленным выпуском воды к корням растений через все закрепленные на трубе распределительные гибкие трубочки с равными скоростями истечения и возможностью регулировки их расхода при необходимости.