ДОЖДЕВАЛЬНЫЙ АППАРАТ ТУРБИННОГО ТИПА Российский патент 2023 года по МПК A01G25/02 B05B3/04 

Изобретение относится к технике полива мелкодисперсным и капельным дождеванием и может быть использовано в мобильных и стационарных установок для получения дождя с размерами капель, допустимыми для орошения широкого спектора возделываемых сельскохозяйственных культур.

Для обеспечения более качественного полива дождевальными машинами и снижения энергоемкости необходимо совершенствовать дождевальные аппараты.

Такие конструкции должны обеспечивать превращение воды в мелкодисперсную структуру дождя при использовании вращающиеся формы, т.е. турбинного типа, в которых вода должна выполнять несколько функций для вращения аппарата, преобразования воды в дождь, в качестве смазки трущихся поверхностей и т.д.

Таким образом, повышение эффективности работы дождевальных машин связано с использованием дождевального аппарата турбинного типа возможно при сохранении кинетической энергии потока жидкости за счет постоянного поперечного сечения прохождении струи с приводом, выполненным в виде лопастей, закрепленных на стержне, последний связан с лопастями дождевального аппарата, размещенным над корпусом сопла. Вращение вначале привода выполненного в виде лопастей закрепленных на стержне заметно добавляет и передает вращение непосредственно дополнительно на конус дефлектора, который снабжен дополнительно рассекателем выпуклой формы, что позволяет кинетическую энергию струи заметно повысить в целом для вращения дефлектора, увеличения радиуса полива, создание монодисперсной структуры дождя.

Известен насадок дождевального аппарата, содержащий корпус, закрепленный на стойке дефлектор и сопло с центральным отверстием, в котором с целью обеспечения возможности регулирования интенсивного дождя в процессе полива, сопло выполнено из материала с памятью, формы с редукцией центрального отверстия большого диаметра на меньший при нагревании, причем стойка выполнена из такого же, как и сопло материала с массой, равной массе сопла, он снабжен источником электропитания и регулируемым сопротивлением, при этом стойка и сопло электрически связаны между собой и подключены к источнику электропитания через регулируемое сопротивление (Авторское свидетельство SU №1616711, В05В 1/26 от 30.12.1990).

К недостаткам описанного насадка относятся малый диапазон изменения размера капель дождя и сложность конструкции. Для изменения положения стойки дефлектора требуется целая электрическая сеть с коммуникациями. Кроме того, является невысокая надежность и забивание полости между пружиной и соплом сором насадка.

Известен распылитель жидкости, содержащий цилиндрический корпус с осевым каналом подачи жидкости и выпускными отверстиями в торце корпуса, посредством хвостовика дефлектор и узел регулировки выпускных отверстий, при этом он снабжен жестко соединенным с хвостовиком дефлектора многовинтовым шнекообразным сердечником, установленным с возможностью свободного вращения вокруг своей оси, при этом дефлектор выполнен с криволинейными лопастями (Авторское свидетельство SU №1613179, В05В 1/26, 3/04 от 15.12.1990).

Недостатком данного распылителя является сложность конструкции, невысокая надежность.

Известен насадок дождевального аппарата, содержащий корпус, закрепленный на стойке дефлектор и сопло с центральным отверстием, при этом сопло и корпус выполнены единой деталью, при этом центральное отверстие сопла сопряжено с полостью конуса и выполнено с сужением в направление среза сопла, а установленный на стойке дефлектор выполнен в виде тела вращения переменного сечения, уменьшающегося в сторону стойки, на поверхности дефлектора вдоль его оси выполнены равно удаленные желобки переменного сечения, разделенные между собой ребрами, к тому же нижняя резьбовая часть стойки смонтирована в полости корпуса посредством кронштейна. В насадке на верхнем срезе дефлектора выполнено фасонное углубление под размер торца шестигранного воротка (Патент RU №2174876, В05В 1/18, В05В 1/26 от 20.10.2001).

Недостатки данного насадка являются сложность конструкции, невысокая надежность.

Известна многолопастная турбина для полива садов и т.д. Турбина предназначена для равномерного распределения воды в виде мелких частиц воды по кругу. Лопатки, разделяющие струи воды и объединяют их, имеет резьбовое сопло, корпус на которое надевается кольцо шарикоподшипника с винтовыми лопатками турбины, создающими вращательное движение (DE 493351 (GEOR G BODE) от 30.09.1924).

К недостаткам к упомянутой выше конструкции является низкая эксплуатационная надежность и неудовлетворительное качество распыла для растений.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту, принятым заявителем зав прототип является дождевальный аппарат турбинного типа, содержащий полый цилиндрический корпус с направляющим стержнем, конусный дефлектор с криволинейными канавкам, регулировочную гайку и контргайку, в котором корпус дополнительно снабжен перегородкой, а конусный дефлектор-фотопластовой прокладкой, причем конусный дефлектор выполнен с возможностью перемещения по направляющему стержню в зависимости от выбранного расхода воды, при этом направляющий стержень, жестко скреплен с корпусной перегородкой, а криволинейные канавки выполнены не доходящими до края поверхности конусного дефлектора на величину, равную ширине кольца выходного отверстия (Патент RU №2257051, A01G 25/02, В05В 1/26 от 27.05.2005).

К недостаткам описанного нами в качестве наиближайшего аналога, относятся низкая эксплуатационная надежность и неудовлетворительное качество дождя. Кроме того, недостатком является большая сила трения между регулировочной гайкой и направляющей втулкой конусного дефлектора.

Сущность изобретения заключается в следующем. Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение - создание универсального дождевального аппарата для мелкодисперсного дождевателя.

Технический результат - улучшение качества полива, повышение эффективности работы дождевальных машин с использованием дождевального аппарата турбинного типа за счет постоянного поперечного сечения прохождения струи лопастями привода внутри патрубка, а также дефлектора с рассекателем. Кроме того, регулирование размеров капель и интенсивного дождя в процессе полива, повышение эксплуатационной надежности работы аппарата при поливе оросительной водой, забираемой при очистке из открытых каналов, бассейна и отстойников с наносами и высоким содержание минеральных примесей, улучшение условий эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном дождевальном аппарате турбинного типа, содержащий полый цилиндрический корпус с соосно установленным в нем направляющем стержнем и с возможностью вращения конусного дефлектора, согласно изобретения, полый цилиндрический корпус выполнен в виде двух оппозитно соединенных корпусом сопла с большим основанием с подводящим цилиндрическим патрубком, в полости которого установлен привод, причем привод выполнен в виде лопастей, закрепленных на стержне, или в виде винтовой турбины, выполненной в виде тела вращения шнека, при этом стержень имеет реверсивную резьбу, нижняя часть стержня установлена на опорном подшипнике, на входном конце цилиндрического большего основания, а его верхняя часть установлена в направляющем подшипнике, прикрепленном в кольцевом ограничительном упоре в верхней части основания подводящего патрубка внутри корпуса, причем верхняя часть вертикального стержня дополнительно прикреплена к конусному дефлекторному насадку кругового полива снабженного рассекателем, средняя часть имеет сферическую выпуклую форму.

Кроме того, втулка конусного дефлекторного насадка выполнена с возможностью съема и поворота на втулке и фиксируется винтом, установленным в кольцевую канавку.

Кроме того, входная кромка дефлектора расположена выше наружной кромки корпуса сопла.

Кроме того, корпус дефлектора ассиметрично расположен к неподвижному с большим основанием подводящего цилиндрического патрубка, таким образом, что можно осуществлять допустимое значение изменения высоты регулирования корпуса сопла прикрепленного резьбовой частью к внешней резьбовой стороне подводящего цилиндрического патрубка с возможностью фиксации снизу гайкой.

Кроме того, угол кривизны лопастей равен α = n⋅360°⋅L⋅D/К⋅V, где n - число оборотов привода, об/мин; L - рабочая длина привода турбины, равная (0,8-1,2)D, см; D - диаметр входной части патрубка, см; V - скорость воды в полости лопастей привода, м/мин; К - коэффициент, учитывающий силы трения, равный 0,3.

Отличие данного устройства дождевального аппарата заключается в том, что корпус выполнен разъемным в виде двух оппозитно соединенных корпуса сопла с большим основанием подводящего цилиндрического патрубка, в полости которого установлен привод в виде лопастей закрепленных на стержне, лопасти выполнены определенной расчетной формы. Привод соединен через установленную в верхней части с конусным дефлектором съемно с фиксирующим винтом, установленным в кольцевую канавку. При этом корпус сопла имеет внутреннюю резьбовую часть соединения с внешней частью резьбовой поверхностью большего диаметра цилиндрического патрубка с фиксирующей гайкой.

Кроме того, жидкость, взаимодействуя с криволинейным минимальным количество по форме лопастей непосредственно на стержне, заставляет дополнительно ускорять вращение конусного дефлектора, снабженного рассекателем выпуклой формы, ускоряет вокруг вертикальной оси вращения. Это с теоретической точки зрения взаимодействия потока жидкости привода, выполненного в виде лопастей и конусного дефлектора с его рассекателем по форме выпуклости можно рассматривать на основании теоремы об изменении движения для секундной массы жидкости в определенных сечениях по высоте. Под секундной массы подразумевается масса жидкости, соответствующая расходу «q» в рассматриваемых сечениях внутри, которой определяется по зависимостям гидравлики струй, где сила, приложения к лопастям его элементов (аппарата), учитывается со скоростью, вызывающей и мощность, которой может хватить для преодоления трения устройств на опору в подшипниках привода. В форму для вращающего момента привода в виде лопастей вводится коэффициент, учитывающий силы трения, равный 0,3.

Приведенная формула позволяет моделировать конструкцию дождевального аппарата турбинного типа. Основным выходным параметром является сила взаимодействия потока жидкости, как привода вращения по форме его выполнения, так и совместная работа - дополнительное вращение позволяет обеспечить устойчивую работу при вращении и конусного дефлектора за счет уменьшения трения между дефлектором и направляющим стержнем посредством двух подшипников скольжения. При этом возможность регулирования расхода и дисперсности распыления воды путем изменения диаметра выходного отверстия сопла и величины погружения конической части дефлектора в сопло, а также повышенная надежность эксплуатации аппарата.

Угол закругления лопастей (привода) зависит от кривизны лопастей для создания оптимальной угловой скорости вращения 3-8 об/мин. Оптимальный угол кривизны также связан с наличием количества лопастей 4-8 шт., что способствует использованию лучше энергии воды для увеличения КПД вращающего момента (возможно для этого использовать расчет графически при составлении определенной зависимости - не показано для упрощения), когда без торможения, и главное без остановок используется вращение соответственно и конусного дефлектора, и что аппарат хорошо и устойчиво работает при числе лопастей привода, выполненного в виде лопастей равным 4-8 шт. Дальнейшее число лопастей не целесообразно по экономической эффективности, усложнению конструкции устройства и возможности забивания проходного сечения мелкими наносами и мелкими растительными включениями, согласно представленного чертежа, т.е. максимально используется кинетическая полезная энергия струи, в конечном счете для вращения дефлектора и увеличения полива, создания монодисперсной структуры дождя.

По варианту выполнения, использование узла конструкции поверхность тела вращения шнека, вращающийся поток воды (жидкость) во внешней винтовой полости шнека образует вихревое движение, при котором происходит движение и конусного дефлектора с выходом жидкости из корпуса сопла, и, встречая на своем пути поверхность конусного дефлектора с рассекателем, имеющего сферическую выпуклую форму, что позволяет увеличить поверхность распыливания жидкости с одновременным дополнительным дроблением капель жидкости.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление информации источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявителем не обнаружен, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» по действующему законодательству.

Для проверки соответствия заявленного изобретения требованию «изобретательского уровня», заявитель провел дополнительный поиск известных решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от ближайшего аналога признаками, заявленного изобретения, результаты которого показывают, что заявленное изобретение не следует для специалиста явным образом из известного уровня техники и технологий, поскольку из уровня техники и технологий, определенных заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует требованию «изобретательский уровень» по действующему законодательству.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 схематически изображен диаметральный разрез дождевального аппарата турбинного типа (вид сбоку).

На фиг. 2 - то же, вариант выполнения винтовой турбины, выполненной в виде шнека.

На фиг. 3 - сечение А-А - на фиг. 2.

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

Дождевальный аппарат турбинного типа содержит полый цилиндрический корпус патрубка 1 с большим основанием (диаметром). К основанию корпуса патрубка 1 присоединено сверху с помощью резьбы 2 корпус сопла 3 в виде двух оппозитно соединенных между собой с фиксацией снизу гайки фасонной (см. чертеж). Патрубок 1 имеет резьбовой участок для навинчивания с внешней стороны его корпуса сопла 3. Во внутренней полости корпуса патрубка 1 установлен привод в виде лопастей 4, которые жестко закреплены на стержне 5, при этом нижняя часть 6 стержня 5 установлена в опорном подшипнике 7, расположенном на входном конце патрубка 1, а верхняя часть 8 стержня 5 установлена в направляющем подшипнике 9, расположенным ниже прикрепления разъемного регулируемого корпуса сопла 3.

Выходной конец стержня 5 (хвостовик) соединен через втулку 10 со стержнем 11 с конусным дефлектором 12, снабженный рассекателем 13 и средняя часть имеет сферическую выпуклую форму. Втулка 14 выполнена с возможностью съема и поворота на втулке 10 (хвостовике), и связи с приводом 5 вращения, при этом втулка 14 фиксируется винтом 15, установленным в кольцевую канавку 16, выполненную в хвостовике втулки 10, в целом они связаны со стержнем 5 привода 4 вращения.

Параметры привода в виде лопастей 4 соответствуют (как пример) оптимальному углу «а» кривизны лопастей и способствуют вращению дополнительно к конусному дефлектору 12 со стержнем 11 (осью), при подходных скоростях не менее 1-3 м/мин. Оптимальный режим данного процесса для противодействия усилии N, развиваемых в полости цилиндрического патрубка 1 приводом в виде лопастей 4 под минимальным напором воды Р_мин. в сторону регулируемого корпуса сопла 3, создает оптимальную угловую скорость вращения 3-8 об/мин. Форма выполнения лопастей 4 с оптимальным углом кривизны (количество лопастей 4-8 шт. ) способствует использованию энергии воды для увеличения КПД вращающего момента и связи с вращением конусного дефлектора 12, отсутствия большой силы трения между другими элементами.

Пример 1

Угол кривизны лопастей равен α=n⋅360°⋅L⋅D/K⋅V,

где n - число оборотов привода, об/мин;

L - рабочая длина привода турбины, равная (0,8-1,2)D, см;

V - скорость воды в полости лопастей привода, м/мин;

D - диаметр входной части патрубка, см;

К - коэффициент, учитывающий силы трения, равен 0,3.

Ниже лопастей 4 привода на стержне 5 имеется реверсивная резьба 17, на которой находится патрубок 18. При этом патрубок 18 снабжен кольцом 19, взаимодействующим с реверсивной резьбой 17 по всей длине снизу стержня 5.

Следует отметить, что по варианту выполнения (фиг. 2) привод может быть выполнен на внешней поверхности стержня 5 винтовой турбиной 20, выполненной в виде шнека тела вращения, и он выполнен из твердого пластинчатого материала.

В цилиндрической полости патрубка 1 размещенные подшипники скольжения 7 и 9 обеспечивают устойчивое вращение привода в виде лопастей 4, который в верхней своей части 8 связан через втулку 10 со стержнем 11 с помощью крепления втулки 14 с винтом 15, что вызывает устойчивое вращение и конусного дефлектора 12, который боковыми поверхностями стенки жестко соединен на стержне 11, причем конусный дефлектор 12 снабжен рассекателем 13, средняя часть имеет сферическую выпуклую форму. Причем, чем больше скорость обтекания струй конусного дефлектора 12 с рассекателем 13, тем мельче дисперсность распыления и лучше орошает землю с растительностью.

Дождевальный аппарат турбинного типа работает следующим образом.

После монтажа аппарата устройство его подключается к водоподающему трубопроводу дождевальной машины (не показано). Вода под давлением с большим основанием в виде патрубка 1, поступая вода, оказывает давление на лопасти 4 привода, далее приводит их во вращение. Под воздействием движения воды снизу вверх приводится во вращение привод в виде лопастей 4, жестко закрепленных на стержне 5. При этом поток воды встречает на свое пути сопротивление в виде рабочих лопастей 4 привода. В результате связи с конусным дефлектором 12 с рассекателем 13, последний дополнительно приобретает ускоренное вращательное движение с оказанием на его боковую плоскость также давления воды, вытекающей из корпуса сопла 3, что значительно в целом улучшает структуру воды, повышает энергию и жизненную силу, встречая на своем пути сопротивление в виде рабочей поверхности конусного дефлектора 12 с рассекателем 13. При этом конусному дефлектору 12 дополнительно придается ускоренное вращательное движение (отсутствует трение между элементами), т.е. происходит более интенсивное полезное вращение конусного дефлектора 12 с рассекателем 13, имеющего сферическую выпуклую форму для кругового полива. При поступление потока из большего основания парубка 1 в сторону корпуса сопла 3, сужающий выход позволяет потоку выходит из сопла 3 и ударятся о дефлектор 12 с рассекателем 13, так его живое сечение уменьшается, а значит, активно воздействует на структуру сжатого потока (по сравнению с прототипом). Так как боковая поверхность конусного дефлектора и рассекателя выполнены с криволинейной вогнутой поверхностью, то струя воды распределяется равномерно и заставляет дефлектор дополнительно вращаться без торможения и быстрее при отсутствии его трения вращения непосредственно на стержне 11. За счет также и рассекателя и его формы на поверхности конусного дефлектора, струи воды, сходящие с дефлектора, разбиваются на мелкие капли дождя, которые не приводят к повреждению культур, значительному вымыванию и водной эрозии почвы, а также способствуют равномерному распределению дождя по всей площади орошения. Кроме того, такое вращение связано с повышением энергии струи и жизненной силы, т.е. взаимодействует с конусным дефлектором 12 снабженный рассекателем 13, и разбиваясь на монодисперсную структуру дождя.

Таким образом, вода под заданным напором, в виде турбулентного потока поступает в корпус сопла 3, где уплотняется и переходит в ламинарное течение, далее через его отверстие вода в виде струй обтекающей стержен 11 дефлектора поступает на конусообразную часть корпуса с рассекателем 13 и распыляется на требуемый радиус. Изменять радиус полива можно путем вкручивания или выкручивания корпуса сопла 3 с фиксирующей снизу гайкой на наружной резьбе патрубка 1, изменяя величину расстояния h между выходным отверстием корпуса сопла 3 и началом дефлекторного конуса. В нижней части стержня 5 имеется реверсивное резьбовое соединение 17 с заранее выполненное резьбой, на котором находится патрубок 18 для крепления в сторону нижней части 6 стержня 5 с опорным подшипником 7 в крестообразной пластине крепления.

Отсюда можно заключить, что регулировка высоты расположения конусного дефлектора 12 с рассекателем 13 над корпусом сопла 3 при наличии изменения подвижного корпуса сопла 3 относительно резьбового соединения на наружной стороне поверхности патрубка 1 (свинчиванием или вывинчиванием, определяет силу удара о конусный дефлектор 12 снабженный рассекателем 13, также образует и дождевое облако распыла в виде тумана. Наилучшее положение в работе дефлектора на поливных машинах от поверхности земли от 1,0 м до 1,5 м, что сказывается и на радиусе действия дождевального аппарата турбинного типа, а также рекомендуется и для внедрения в производство в данных пределах. Полый корпус сопла позволяет беспрепятственно проходит воде с мелкими различными растительными включениями, что исключает его забивание и повышает надежность эксплуатации.

По варианту выполнения (фиг. 2) вода, поступающая во внутреннюю полость патрубка 1, воздействуя на спиральные направляющие винтовой турбины 20, приводит ее во вращение на опорах подшипников скольжения 7 и 9, закрепленных на крестовинах (не показано). Под действием напора, создаваемого вращающейся винтовой турбины 20 во внутренней полости патрубка 1, соответственно, вода поступает в сопло 3, далее в сторону конусного дефлектора 12 с рассекателем 13, также вращается совместно с винновой турбины 20. Предлагаемая конструкция проста в исполнении.

В связи с тем, что все конструктивные параметры взаимосвязаны между собой, то они должны рассматриваться в комплексе с учетом изготовления элементов материала, как из меди или пластика, не ухудшая качества дождя.

Величина испарения и сноса дождя определяется метеорологическими параметрами (температура воздуха, относительная влажность, скорость ветра) и технологическими показателями дефлектора со связью вращения привода в виде лопастей 4 на стержне 5 с подшипниками 7 и 9 на концах стержня 5.

Пример теоретической части обоснования конструкции дождевального аппарата турбинного типа связан с теоретическим расчетом взаимодействия потока жидкости с лопастями 4 привода, так и с конусным дефлектором 12 с рассекателем 13, что позволит максимально использовать кинетическую энергию струи, для вращения привода 4 вместе с дефлектором 12, увеличения радиуса, создания монодисперсной структуры дождя.

Жидкость, взаимодействуя сначала с приводом в виде лопастей 4, затем, передающейся на вращение и конусного дефлектора 12 со стержнем 11 через связь втулки 14 с фиксирующимся винтом 15, втулку 10 и стержня 5 привода 4.

Ниже исследовались скорости вращения привода в виде лопастей 4, их стабилизации, благодаря которым происходит постоянное давление воды из трубопровода дождевальной машины (не показано). Максимальная скорость вращения и связь непосредственно с конусным дефлектором имеет место, в основном, когда выполняются вышеприведенные соотношения лопастей 4 привода и диаметра патрубка 1 соединенного со съемным корпусом сопла 3, т.е. установки наклона лопастей в количестве 4-8 шт. и скорости воды не менее 1-3 м/с. Это оптимальный режим данного в целом процесса. При таком конструктивном исполнении силы трения сведены до минимума, направление лопастей соответствует направлению вращения, связанного с приводом в виде лопастей в сторону конусного дефлектора с рассекателем, представляющим собой выпуклой формы с максимальным значением силы удара струи о криволинейную поверхность с углом закругления 45°, при этом устройства закреплены к своим стержням, соответственно, и связи с подшипниками скольжения 7 и 9, соответственно, снизу и сверху. Аппарат готов к работе для выдачи повышенной поливной нормы.

Устойчивость привода в виде лопастей 4 в вертикальной плоскости обеспечивается нижним и верхним упорами и стабилизируется круговое вращение соответственно круговое вращение дефлектора 12, снабженного рассекателем 13. В свою очередь КПД привода в виде лопастей 4 учитывает потери, возникающие вследствие поступления воды на входе и выходе у цилиндрического патрубка связанного со съемным (регулируемым) корпусом сопла, и потери, возникаемые во всех других деталях узлов дождевального аппарата. Таким образом, в процессе поисков исследований и работоспособность дождевального аппарата турбинного типа при различном количестве и форме лопастей в виде привода, была оптимально 4-8 шт., т.е. он не останавливается и вращается стабильно без торможения.

Изменять радиус полива можно путем вкручивания или выкручивания гайки 2 с соплом 3, изменяя величину расстояния h между выходным отверстием сопла 3 и началом дефлекторного конуса 12. В верхней части патрубка 1 нарезано резьбовое соединение для крепления гайки 2 с соплом 3.

Следует отметить, что рассмотрение самого отдельно дефлектора, то в работах Б.М. Лебедева за критерий распада струи на капли принято отношение H/d, то есть отношение напора в дождевальном аппарате к диаметру сопла, где он отмечает, что при значении H/d>3000, создается более высокое давление в дождевальных аппаратах для обеспечения мелкой структуры дождя нецелесообразно из-за повышенных затрат мощности. Поэтому оптимальный режим работы дождевального аппарата турбинного типа при напоре перед аппаратом от 20 до 45 м.

При рассмотрении теоретического обоснования конструкции самого конусного дефлектора, как показывают исследования, вращения его корпуса не только связано с приводом лопастей (или винтовой турбины) внутри патрубка 1, но связано с работой связи основных геометрических параметров самого дефлектора вращения. Поверхность дефлектора также формирует струю для максимального использования кинетической энергии струи, для дополнительного вращения дефлектора, увеличения радиуса до заданного.

Жидкость, взаимодействуя с рассекателем 13, имеющего сферическую выпуклую форму в средней части, повышает вращение конусного дефлектора, связанного со стержнем 11 через втулку 10 со стержнем 5 привода 4 или привода в виде турбины 20 вокруг общей оси. Динамическое действие струи от поступающей со стороны привода 4 или 20, соответственно, на конусный дефлектор, возможно, представить как суммарное воздействие на него отдельных струек жидкости между рассекателями 13, образованного выпуклой формы в средней своей части.

При этом теоретически можно рассматривать применения уравнения Бернулли для движущегося потока жидкости, что скорость в отдельных между ними отсеках на поверхности дефлектора 12 равна начальной скорости входа струи на конусный дефлектор 12.

С теоретической точки зрения взаимодействие потока жидкости и конусного дефлектора с рассекателями 13 можно рассматривать на основе теоремы об изменении количества движения для секундной массы жидкости, задаваясь сечениями 0-0 и 1-1. Под секундной массой жидкости подразумевается масса жидкости, соответствующая расходу «q» в рассматриваемых сечения струи. Для определения силы воздействия струи на рассекатели сферической выпуклой формы дождевального аппарата турбинного типа управление изменения количества движения для секундной массы жидкости в общем виде может быть записано в следующем виде

где - сила воздействия струи на рассекатели сферической выпуклой формы дефлектора дождевального аппарата турбинного типа, Н.

Выражая секундную массу через расход, получим

На основании закона сохранения количества движения для сечений 0-0 и 1-1 сила реакции рассекателей сферической выпуклой формы будет равна

где R - сила реакции отдельного рассекателя на воздействие струи, Н.

Спроектировав на вертикальную ось OZ и на ось ОХ члены уравнения (3), получим систему уравнений, решая которую можно найти силу реакции

Сила реакции рассекателя сферической выпуклой формы равна силы удара струи, но противоположна по направлению. Выражая расход через площадь живого сечения отсеков между рассекателями и скорость, получим силу удара струи об отдельный рассекатель сферической выпуклой формы.

Не приводя весь большой вывод формул рассмотрения теоретической части, в целом можно сделать вывод, что это дополнительно заставляет вращаться конусный дефлектор с определенной скоростью вместе с установкой привода вращения внутри патрубка. Это определяет относительную скоростью набегания Ψ₁=u₁-υ₁, где Ψ₁ - относительная скорость набегания, м/с; u₁ - скорость струи внутри отсека между рассекателями сферической выпуклой формы, м/с; υ₁ - окружная скорость лопасти дождевального аппарата м/с.

Следует отметить, что угол раскрытия конуса дефлектора 12 выполнен 120° в направлении вертикальной оси водовыпускного отверстия сопла 3, где струя взаимодействует с внешней поверхностью конуса дефлектора выполненной на нем с рассекателями сферической формы.

В целом, мощность должна добавляться к приводу вращения для преодоления с подшипниками скольжения в опорах, расположенными в патрубке дождевателя турбинного типа.

Коэффициент трения скольжения зависит от свойств соприкасающихся материалов и узлов устройства в целом. Если применить подшипники скольжения в опорах, то коэффициент трения резко уменьшается в два раза. Поэтому при разработке конструкции дождевального аппарата, этот факт необходимо учесть в зоне трущихся поверхностей.

Для оценки работоспособности, выше заявитель привел конструктивное решение привода вращения для связи работы с конусным дефлектором.

Исходя из изложенной авторами теории при экспериментальных исследованиях низконапорного дождевального аппарата турбинного типа усовершенствованной конструкции было рассмотрено число лопастей, форма и угол закручивания лопасти, давление перед аппаратом, площади выходного отверстия, скорости вращения от формы варианта выполнения в целом вместе с конусным дефлектором.

Основным выходным параметром является сила взаимодействия потока жидкости, как с приводом, так и рассекателями сферической выпуклой формы при совместной облегченной работе дождевального аппарата турбинного типа, обеспечивающая устойчивое вращение конусного дефлектора. Таким образом, с целью улучшения вращения и увеличения износостойкости, создания беспрепятственного скольжения, не требуется дорогостоящего материала из бронзы, по сравнению с прототипом, что позволяет увеличить срок службы дождевального аппарата, а также снизить энергетические затраты на вращение в целом. Пример 2.

При реализации мелкодисперсного дождевания поливная норма распределяется на дождевые капли величиной от 110 до 560 мкр, при этом последние, в свою очередь достаточно прочно фиксируются на поверхности стебля и листьев растений. Мелкодисперсное дождевание позволяет образовать дождевые капли меньшего размера в связи с этим капли хорошо усваиваются растениями.

Совершенствование качества искусственного дождя обеспечивается мелкодисперсным дождеванием, для чего и была разработана авторами новая конструкция дождевального аппарата турбинного типа по сравнению с прототипом.

Исследования показали, что равномерно распределение дождя по орошаемой площади обеспечило мелкодисперсный полив, предотвратило образование луж и полегания растений. А также увеличило радиус полива и, за счет этого, уменьшило издержки орошения.

Технические характеристики вышеприведенного технического решения на основании лабораторных испытаний отмечено хорошее согласование средней интенсивности искусственного дождя (0,16…0,20 мм/мин) с установившейся скоростью впитывания воды почвой от 0,24 до 0,20 мм/мин.

Отсюда можно сделать вывод, что мелкодисперсная структура дождя усовершенствованной конструкции позволяет увеличить урожайность выращиваемых культур, по сравнению с прототипом.

Кроме того, наличие на конусном дефлекторе рассекателя определенной формы расширяет зону распыления, и получить устойчивое перекрытие струй от соседних конусных дефлекторов, расположенных между собой на расстоянии 5…6 м. Дождевальные аппараты надежны в эксплуатации, снижают потери воды на испарение и снос дождя с 15…20% и более до 4…7%, и способствуют повышению равномерности полива при ветре с 0,45…0,50 до 0,07…0,75, существует возможность повысить расход воды при заданной производительности дождевальной машины.

Радиус полива дождевальным аппаратом можно представить известной в гидравлике формулой:

где R₁ - радиус полива дождевальным аппаратом турбинного типа, м; F - площадь полива без учета перекрытия поливных границ, м.

Объем воды при проведении опытов измерялся дождемерными емкостями с погрешностью в 5 мл.

Средняя интенсивность искусственного дождя вычисляется по количеству воды, создаваемой усовершенствованной конструкцией дождевального аппарата за определенный интервал времени, учитывая при этом определенный политый участок по известной формуле:

где ρ_i - интенсивность искусственного дождя, создаваемого аппаратом, мм/мин; ν_i -количество воды в дождемерной емкости, см²; F_n - площадь дождемерной емкости, см²; t_g -время наполнения дождемерной емкости, мин.

Исследования проводились по методике (Лебедев Б.М. Дождевальные машины / Б.М. Лебедев. - 2-е изд. - М.: Машиностроение. 1977. - 246 с.) с учетом конструктивных параметров аппарата.

Равномерность распределения искусственного дождя по площади определяется по формуле:

где ρ_ср - средняя интенсивность искусственного дождя, создаваемая дождевальным аппаратом турбинного типа на площади орошения, мм/мин;

ρ_max - максимальная интенсивность дождя, создаваемая дождевальным аппаратом турбинного типа на конкретном участке площади, мм/мин.

Крупность капель искусственного дождя и изменение диаметра капель, определяется по методике (Абрамов Г.Ф. Исследование структуры дождя при орошении дождеванием: автореф. дис. канд. техн. наук / Г.Ф. Абрамов. - М. 1952 - 20 с.) по формуле:

где n₁, n₂, n₃ - число капель с диаметром от 0,5 до 1,0 мм; от 1,1 до 2,0 мм; от 2,1 до 3,0 мм.

В ходе лабораторных испытаний были задействованы: манометр, мерная емкость, секундомер, пьезометры и емкости сбора искусственных осадков. Проведение экспериментов производили в трехкратной повторности.

Анализ данных (не показано для сокращения теста) на высотах 0,6; 1,0 и 1,5 метра, от поверхности земли предопределяет также увеличение радиуса полива дождевальным аппаратом в диапазоне от 3,5 до 8,0 м.

Наилучшей высотой размещения дождевального аппарата принята высота в 1 метр по причине его возможности возрастания радиуса действия дождевального аппарата на 20% при сравнении с высотой размещения на 0,6 м.

При повышении высота размещения дождевального аппарата до 1,5 метров достигает разницы лишь на 4-7%, но это отражается на возрастание энергетической потребности и, соответственно, сокращает эффективность его применения.

Следует отметить, что при изучении научно-технической литературы и патентного поиска, дождевальные аппараты турбинного типа позволяют значительно улучшить качество искусственного дождя, обеспечить равномерность его распределения по орошаемой площади, предотвратить образование луж и полегание растений.

Изменять радиус полива можно путем вкручивания или выкручивания гайки 2 с соплом 3 с креплением к корпусу патрубка 1 изменяя величину расстояния h между выходным отверстием сопла 3 и началом дефлекторного корпуса и уменьшение величины h позволяет увеличить радиус полива, а его увеличение величины h - снизить радиус полива.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими техническими решениями улучшает и стабильное вращение конусного дефлектора с рассекателем за счет уменьшения его сил трения между дефлектором и направляющим стержнем посредством его соединения втулки 14 и втулки 10 с хвостовиком стержня 5 привода 4 с двумя подшипниками 7 и 9. Кроме того, возможность регулировки расхода и дисперсности распыления воды путем изменения диаметра выходного отверстия сопла 3 и величины погружения конической части дефлектора в сопло, при этом использование загрязненной воды с различными мелкими растительными включениями в связи с отсутствием перегородок в проходном сечении сопла, соответственно повышенная надежность эксплуатации аппарата.

Таким образом, вышеописанная совокупность существенных отличительных признаков и приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявленного изобретения, достижения указанного технического результата в решения поставленной задачи.

Изобретение относится к области дождевальных устройств. Дождевальный аппарат содержит полый цилиндрический корпус (1) с соосно установленным в нем направляющим стержнем (5) и с возможностью вращения конусного дефлектора (12). Полый цилиндрический корпус выполнен в виде двух оппозитно соединенных корпусом сопла (3) с большим основанием с подводящим цилиндрическим патрубком, в полости которого установлен привод. Привод выполнен в виде лопастей (4), закрепленных на стержне (5), или в виде винтовой турбины, выполненной в виде тела вращения шнека. Стержень имеет реверсивную резьбу (17). Нижняя часть (6) стержня установлена на опорном подшипнике (7), на входном конце цилиндрического большего основания, а его верхняя часть (8) установлена в направляющем подшипнике (9), прикрепленном в кольцевом ограничительном упоре в верхней части основания подводящего патрубка внутри корпуса. Верхняя часть вертикального стержня дополнительно прикреплена к конусному дефлекторному насадку кругового полива, снабженного рассекателем (13), средняя часть имеет сферическую выпуклую форму. Обеспечивается повышение надежности работы аппарата. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Дождевальный аппарат турбинного типа, содержащий полый цилиндрический корпус с соосно установленным в нем направляющим стержнем и с возможностью вращения конусного дефлектора, отличающийся тем, что полый цилиндрический корпус выполнен в виде двух оппозитно соединенных корпусом сопла с большим основанием с подводящим цилиндрическим патрубком, в полости которого установлен привод, причем привод выполнен в виде лопастей, закрепленных на стержне, или в виде винтовой турбины, выполненной в виде тела вращения шнека, при этом стержень имеет реверсивную резьбу, нижняя часть стержня установлена на опорном подшипнике, на входном конце цилиндрического большего основания, а его верхняя часть установлена в направляющем подшипнике, прикрепленном в кольцевом ограничительном упоре в верхней части основания подводящего патрубка внутри корпуса, причем верхняя часть вертикального стержня дополнительно прикреплена к конусному дефлекторному насадку кругового полива, снабженного рассекателем, средняя часть имеет сферическую выпуклую форму.

2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что втулка конусного дефлекторного насадка выполнена с возможностью съема и поворота на втулке и фиксируется винтом, установленным в кольцевую канавку.

3. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что входная кромка дефлектора расположена выше наружной кромки корпуса сопла.

4. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что корпус дефлектора ассиметрично расположен к неподвижному с большим основанием подводящего цилиндрического патрубка таким образом, что можно осуществлять допустимое значение изменения высоты регулирования корпуса сопла, прикрепленного резьбовой частью к внешней резьбовой стороне подводящего цилиндрического патрубка с возможностью фиксации снизу гайкой.

5. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что угол кривизны лопастей равен

где n - число оборотов привода, об/мин; L - рабочая длина привода турбины, равная (0,8-1,2)D, см; D - диаметр входной части патрубка, см; V - скорость воды в полости лопастей привода, м/мин; К - коэффициент, учитывающий силы трения, равный 0,3.