УСТАНОВКА ИМИТАЦИИ ДОЖДЯ Российский патент 2025 года по МПК A01G25/02 G01N33/24 

Область техники

Заявляемое изобретение относится к области лабораторного оборудования, позволяющего воспроизводить (имитировать) дождь различной интенсивности с различной скоростью падения капли в лабораторных условиях, что, в свою очередь, может быть использовано при исследовании почвенных образцов в процессе изучения протекающих эрозионных процессов. Устройство также может быть использовано при исследовании процессов воздействия дождя на почву, как в лабораторных условиях, так и на открытых площадках для выработки комплекса противоэрозионных мероприятий.

Уровень техники

Из уровня техники известны различные дождевальные установки, применяемые в рамках исследования эрозионных процессов почв и грунтов, подвергаемых искусственному дождеванию.

Так из публикации патента RU 2788322 известна неподвижная дождевальная установка, включающая емкость для воды, насос с приводом, водоводы с вентилями и раму с дождевателем, состоящим из дождевальных узлов. На раме закреплена вертикальная штанга со шкалой, на которой установлено с возможностью перемещения и фиксации переливное устройство водовода с дренажной трубкой. Каждый дождевальный узел выполнен в виде тройника и состоит из последовательно закрепленных на тройнике шайбы с жиклером, ниппеля, вертикальной толстой гибкой трубки, пучка тонких гибких трубок и втулки. Тонкие гибкие трубки герметично установлены одними концами во втулке и выполнены одинаковой длины. Вторыми концами трубки закреплены в горизонтальных панелях.

При неподвижном состоянии дождевателя каждая капля воды падает в определённую зону, в то время как дождевальные капли рассеиваются хаотично по почвенной поверхности.

Из публикации SU 1069714 известно устройство для имитации естественного дождя, включающее герметичную емкость с микропористой поверхностью, покрытой каплями гидрофобного вещества.

Недостатком этого устройства является образование капель разного размера, что приводит к неоднородности создаваемого дождя.

Из публикации SU 1648288 известна лабораторная дождевальная установка, состоящая из секций с виброблоком и напорных трубопроводов с насадками, снабженными гибкими трубками и переходниками.

Недостатком данного устройства является низкая равномерность распределения дождя по площади полива. Вода, поступающая через насадки к эластичным трубкам, неравномерно заполняет их. Те трубки, которые заполняются первыми, начинают отсасывать воду из насадки, создавая в ней разрежение, которое не позволяет заполняться остальным трубкам, что, в свою очередь, приводит к большой неравномерности истечения воды между ними.

Из публикации RU 2336688 известна лабораторно-полевая дождевальная установка, включающая емкость для воды, насос с приводом, водоводы с вентилями и раму с дождевателем, состоящим из дождевальных узлов. На раме закреплена вертикальная штанга со шкалой, на которой установлено с возможностью перемещения и фиксации переливное устройство водовода с дренажной трубкой, а каждый дождевальный узел выполнен в виде тройника и состоит из последовательно закрепленных на тройнике шайбы с жиклером, ниппеля, вертикальной толстой гибкой трубки, пучка тонких гибких трубок и втулки, в которой одними концами герметично установлены тонкие гибкие трубки, выполненные одинаковой длины и закрепленные вторыми концами в горизонтальных панелях.

Устройство характеризуется сложностью конструкции, а также необходимостью постоянного обслуживания, очистки многочисленных трубок.

Из публикации SU 1029909 А1 известна лабораторная дождевальная установка, включающая трубопровод, штангу с насадками и вибратором возвратно-поступательного движения, снабженным блоком управления.

Однако устройство, приводящее штангу с насадками в движение, содержит сложный электромеханический привод, подверженный частым выходам из строя. Кроме того, данное решение направлено на «равномерность полива», в то время как дождь характеризуется хаотичностью процесса падения капель.

Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих приведённым выше аналогам за счёт создания установки, обеспечивающей образование водяных капель, с регулируемой интенсивностью их рассеивания.

Краткое раскрытие сущности изобретения

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого изобретения, заключается в обеспечении подвижности дождевателя в подвешенном состоянии в результате циклического воздействия направленных на него водяных струй, что обеспечивает неравномерное хаотичное падение капель дождя.

В заявляемой установке имитации дождя, включающей водомет, емкость которого соединена с источником воды, и дождеватель, установленный с возможностью перемещения под действием струи воды из водомета или под действием ветра, согласно техническому решению, дождеватель представляет собой перфорированную панель с каплеобразователями, плотно вставленными в отверстия перфорации, подвешенную через угловые кронштейны, гибкие соединители и упругие элементы к колонне, и снабжен отражателем силового воздействия, установленным диагонально над панелью дождевателя под углом 55-75° к водомету. Перфорация в панели выполнена равномерно расположенными рядами. В качестве отражателя используют натянутый парус или экран. Каплеобразователь представляет собой цилиндрическую втулку с внутренним каналом диаметром 0,35 мм, в верхней торцевой части снабженную выступающим бортиком, а в нижней части имеющую вогнутую полусферическую полость.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлено схематичное изображение заявляемого устройства

а) - вид сбоку, б) - вид спереди, в) - вид сверху.

На фиг.2 представлен схематично экран в качестве отражателя.

На фиг.3 схематично изображён каплеобразователь.

На фиг.4 представлено схематично изображение водомёта (разрез на виде сбоку и поперечное сечение А-А).

Позициями на чертежах обозначены:

1. Панель дождевателя.

2. Подвеска.

3. Кронштейн.

4. Колонна.

5. Водомёт.

6. Экран (отражатель).

7. Штанга.

8. Соединитель.

9. Каплеобразователь.

10. Корпус водомёта.

11. Кран водомёта.

12. Выпускной клапан.

13 Пружина клапана.

14. Пробка.

15. Крышка корпуса водомёта.

16. Диафрагма.

17. Пружина диафрагмы.

Осуществление изобретения

Устройство содержит перфорированную панель дождевателя 1 площадью 0,5-1,5 м, изготовленную из лёгкого материала с замкнутыми бортами высотой 5-10 см. Перфорация выполнена в виде отверстий диаметром 3,5-4,5 мм, расположенных рядами на расстоянии 3-5 см друг от друга по всей площади панели. В отверстия вставлены каплеобразователи 9. В углах панели дождевателя сформированы кронштейны с отверстиями (позицией не указаны) для её навешивания. В основании кронштейнов выполнены фланцы (позицией не указаны), на которых закреплены штанги 7 для установки экрана 6 или паруса. Каплеобразователи длиной 2-3 см имеют цилиндрическую форму диаметром 3,5-4,5 мм и плотно входят в отверстия перфорации панели дождевателя. В центре каплеобразователя выполнен канал диаметром 0,35-0,4 мм. Сверху каплеобразователь имеет поясок диаметром 6-8 мм и толщиной 1,5-2 мм, а снизу сферическое углубление радиусом 4-6 мм. Торцевые кронштейны панели дождевателя соединены гибкими соединителями 8 (например, веревка или цепочка), которые, в свою очередь, упругими подвесками 2 (например, пружина или резиновый жгут) подвешены к кронштейнам 3 несущих колонн 4, расположенных с торцевых сторон панели дождевателя. Вес панели дождевателя уравновешен жёсткостью растянутых упругих элементов подвесок. На диагонально расположенных штангах надеты трубчатые держатели экрана 6 или паруса высотой 40-60 см (не показано). Экран по контуру имеет козырёк, улавливающий брызги водяных струй и направляющий их на панель дождевателя. Водомёт 5 закреплён на стойке (не показано) и находится в горизонтальном положении под углом 55-75° к экрану. Внутренняя полость в корпусе водомёта имеет объём 1-1,5 л. Внутренние полости корпуса водомёта и крышек разделены выпуклыми диафрагмами 16, которые распираются пружинами 17. Жёсткость пружин в сжатом состоянии равна жёсткости пружины 13 выпускного клапана 12 упирающегося в пробку водомёта 14. В задней части водомёта расположен впускной кран 11, а спереди выпускной канал диаметром 10-15 мм. Над панелью дождевателя расположен водопроводный кран (не показан) - источник воды, которым регулируют поступление воды к панели дождевателя через водомет.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

Перед началом работы панель дождевателя заполняют водой до уровня, обеспечивающего заданную интенсивность падения капель, которая зависит от давления водяного слоя на каплеобразователи, определяемого, соответственно, объемом воды в панели дождевателя. Нужный уровень воды поддерживается работой водомета. Вода по каналам каплеобразователей течёт вниз, собирается в сферической их части, формируя капли, которые достигнув диаметра 4-5 мм, отрываются, падая вниз. При открывании впускного крана водомёта вода заполняет его внутренний объём, достигая давления водопроводной сети (4,5 атмосферы). При этом диафрагмы, сжимая пружины, выгибаются, увеличивая внутренний объём водомёта. При достижении давления водопроводной сети открывается выпускной клапан водомёта, вода струёй вырывается наружу и, ударяя в экран, толкает панель дождевателя. При этом диафрагмы возвращаются в исходное положение, увеличивая время воздействия водяной струи. Водомёт работает циклично. При выпуске струи воды ее давление в водомёте падает, выпускной клапан закрывается и начинается новый цикл. Длительность цикла регулируется впускным краном водомёта. Воздействие водной струи и её брызг от водомета на экран или ветра на парус нарушают равновесие дождевальной панели. Растянутые упругие элементы обеспечивают установление равновесия всей системы. Воздействие силы водной струи на экран или ветра на парус под углом раскладывается на две составляющие, вызывая движение панели дождевателя по замкнутым траекториям, хаотично рассеивая водяные капли, образующиеся в сферических полостях каплеобразователей.

Пример конкретной реализации

Опытный образец заявленной конструкции был создан на кафедре эрозии и охраны почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова. Дождевальная панель квадратной формы размером 0,5 м² была изготовлена из листового алюминия толщиной 1 мм с высотой бортов 5 см. В панели выполнены отверстия диаметром 4 мм, расположенные рядами на расстоянии 4 см друг от друга. В отверстия вставлены пластиковые каплеобразователи диаметром 4 мм, длиной 25 мм. Сверху они имели поясок диаметром 8 мм, толщиной 1,5 мм. Внутри каплеобразователей расположены каналы диаметром 0,35 мм. Канал выходит в вогнутую сферу радиусом 2 мм. В углах панель имеет кронштейны, на фланцах которых установлены штанги диаметром 8 мм, высотой 35 см. На две диагонально расположенные штанги надеты трубчатые держатели отражателя (экран или парус). Парус использовался на открытой площадке под навесом для ветреной погоды. Высота паруса - 0,5 м. Парус был изготовлен из палаточной ткани «Оксфорд 600 Д». В лабораторных условиях на панель дождевателя был установлен экран, изготовленный из тонколистового алюминия толщиной 1 мм. По контуру экран имел козырёк, улавливающий брызги водяных струй и направляющий их на дождевальную панель. Торцевые кронштейны дождевальной панели соединены шнурами. Середины шнуров резиновыми жгутами были подвешены к кронштейнам стены на высоте 1,5 м от поверхности почвы. При установке водомёта ударно-толкающее силовое воздействие его водяной струи, истекающей под давлением 4,5 атмосферы, выводит дождевальную панель из равновесия. Водомёт в данной конфигурации должен быть установлен на 25 см от экрана под углом 60° к нему. Объём водомёта составлял 1 литр. Вода в водомёт поступает через впускной шаровой кран из водопроводной сети. За счёт изгиба диафрагмы объём водомёта будет увеличиваться до 1,4 литра. При открытии выпускного клапана из водомёта вырывается струя диаметром 12 мм и отталкивает дождевальную панель, растягивая при этом резиновые жгуты, которые возвращают её в исходное положение. Затухающая амплитуда и возникающие боковые силы будут перемещать дождевальную панель по разным замкнутым траекториям, хаотично рассеивая водяные капли, что имитирует выпадение естественных осадков.

Изобретение относится к области лабораторного оборудования, позволяющего имитировать дождь различной интенсивности, с различной скоростью падения капли в лабораторных условиях, и может быть использовано при исследовании почвенных образцов в процессе изучения протекающих эрозионных процессов. Установка имитации дождя включает водомет, емкость которого соединена с источником воды, и дождеватель, установленный с возможностью перемещения под действием струи воды из водомета или под действием ветра. Дождеватель представляет собой перфорированную панель с каплеобразователями, плотно вставленными в отверстия перфорации, подвешенную через угловые кронштейны, гибкие соединители и упругие элементы к колонне. Дождеватель снабжен отражателем силового воздействия, установленным диагонально над панелью дождевателя под углом 55-75° к водомету. Технический результат заключается в обеспечении подвижности дождевателя в подвешенном состоянии в результате циклического воздействия направленных на него водяных струй, что обеспечивает неравномерное хаотичное падение капель дождя, имитирующее выпадение естественных осадков. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Установка имитации дождя, включающая водомет, емкость которого соединена с источником воды, и дождеватель, установленный с возможностью перемещения под действием струи воды из водомета или под действием ветра, отличающаяся тем, что дождеватель представляет собой перфорированную панель с каплеобразователями, плотно вставленными в отверстия перфорации, подвешенную через угловые кронштейны, гибкие соединители и упругие элементы к колонне, и снабжен отражателем силового воздействия, установленным диагонально над панелью дождевателя под углом 55-75° к водомету.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что перфорация в панели выполнена равномерно расположенными рядами.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве отражателя используют натянутый парус или экран.

4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каплеобразователь представляет собой цилиндрическую втулку с внутренним каналом диаметром 0,35 мм, в верхней торцевой части снабженную выступающим бортиком, а в нижней части имеющую вогнутую полусферическую полость.