Автоматическая оросительная система Советский патент 1986 года по МПК E02B13/00 

1

И чобретение относится к селыко му хозяйству и может быть применено для организации орошения сельскохозяйственных культур с грунпо- вым использованием широкозахватных дождевальных машин с забором воды в движении из открытых оросителей, например Кубань, преимущественно при повьшенных уклонах распределительного канала и наличии перепада уровней между последним и оросителями дождевальных машин (ДМ).

Цель изобретения - сокращение сброса воды и уменьшение стоимости системы,:

На фиг. 1 приведена схема автоматической оросительной системы; на фиг. 2 - план оросительной системы с указанием размещения основных элементов; на фиг. 3 и 4 - варианты вьтолнения делителей и сумматоров блоков управления и их взаимосвязей; на фиг. 5 - схема цепей управления затворами оросителей.

Автоматическая оросительная система содержит источник 1 орошения, регулятор 2 водоподачи, распределительный канал 3, оросители 4, затв ры 5 для регулирования количества воды, подаваемой из распределительного канала 3 в оросители 4, блоки 6 управления затворами 5, датчики уровня воды в оросителях 4, причем регулятор 2 водоподачи содержит затвор 8 с приводом 9, устройство 10 сравнения, датчик 11 расхода (показан вариант его выполнения в виде датчика воды в канале 3 с пересчетным устройством, возможен вариант с использованием датчика положения затвора 8 и др.), блок 12 суммирования и ограничения.

Каждый из блоков 6 управления содержит функциональный преобразователь 13, пороговые реле 14 закрывания и пороговые реле 15 отрывания затвора 5, усилитель 16, делитель 17, сумматор 18 и реле 19 максимального УРОВНЯ воды с контактами 19-1,19-2,19-3,19-4, а к сумматору 18 может быть подключен . также сигнализатор 20 работы ДМ.

Источник 1 орошения представляет собой реку, канал или водохранилище. Регулятор 2 водоподачи может быть выполнен в виде затвора с электроприводом, в виде насосной станции с соответствующими система25

2212782

ми управления, но во всех случаях он представляет собой локальный автомат-стйбилизатор расхода, т.е. содержит датчик расхода, соединен5 ный с первым входом устройства срав- . нения, а ко второму входу последнего подключены цепи установки задания. Распределительный канал 3 прокладывается по уклону местности,

С может набираться из лотков, чем

больше уклон, тем меньшее необходимо сечение канала и тем он дешевле. -Оросительные каналы (оросители) 4 ДМ выполняются безуклонными и рас 5 полагаются ниже точки отбора воды из распределительного канала (разность отметок Дна может быть в пределах от десятков сантиметров до нескольких метров), т.е. имеет место при2 соединение с перепадом уровней для использования управляемых затворов 5. Затворы могут быть вьшолнены в виде задвижки, поворотного или кольцевого клапана на трубчатом водоводе, в виде щитового затвора на выходе донного водоотбора, в виде гидроавтомата с управляемой установкой, главное, что затвор изменяет величину расхода воды из

30 распределительного канала 3, подаваемого в ороситель 4. Положение затвора 5 определяется пороговыми реле 14, 15 и усилителем 16, который может представлять собой два

35 пускателя (релейный усилитель) - открывающий (верхний на фиг. 5), связанный с пороговым элементом 15, и закрывающий (нижний на фиг. 5), связанный с пороговым элементом 14.

0 Затвор 5 снабжен ограничителями

хода (не показаны), которые настроены так, чтобы максимальный расход не превьппал 1,4 номинального расхода Q, ДМ. Пороговые элементы 14,

15 подают команды усилителю 16 в тех случаях, когда разность сигналов на их входах (с выходов делителя 17 и от датчика уровня 7) станет больше (меньше) установленной ве50 личины. Функциональный преобразователь 13 по сигналу уровня с датчика 7 формирует на выходе.сигнал И- , пропорциональный величине незаполненного объема оросителя. Функцио55 нальный преобразователь может быть выполнен в виде источника тока или напряжения и потенциометра или диод- но-резисторной схемы и др.

31

Делители 17 блоков 6 управления связаны с выходом датчика 11 расода и формируют на своих выходах игнал , пропорциональный поаваемому в распределительный канал 3 расходу (п воды, в простейшем лучае (фиг. 3) делители образуются из последовательно соединенных потенциометров, положением движка в которых можно корректировать приоритет данного оросителя. Каждый сумматор 18 формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный сумме сигналов на его входах, умноженных на масштабный коэффициент, т,е. сигал на выходе сумматора пропорционален сумме незаполненных объемов данного и всех нижерасположенных оросителей, а на выходе верхнего сумматора 18 сигнал W EUJ, пропорционален незаполненному объему системы, может использоваться и третий вход сумматора, связанньй с выходом сигнализатора работы ДМ данного оросителя, причем в этом случае принимаются соответствующие масштабные коэффициенты. На фиг. 4 показан один из возможных вариантов вьтолнения сумматоров в виде нормализованных блоков с использованием нормализованных токовых сигналов, когда сумматор представляет собой два потенциометра, а суммирование реализуется последовательной схемой их соединения. Сигнализаторы работы 20 машин, которые используются в условиях неблагоприятного сочетания условий конструирования или повышенных требованиях к качеству управления, могут представлять собой радио-ультразвуковой и др. сигнализатор, реле протока и др. Важно лишь то, что при включении ДМ в работу на выходе сигнализатора должен быть сигнал, пропорциональный UM при отключении этот сигнал равен 0. На выходе блока 12 получаем сигнал о величине заданного расхода. Реле 19 максимального уровня воды замыкает свои контакты 19-1,19-2,19-4 и размыкает контакт 19-3 при повьппении уровня до максимального, определяемого гребнем концевого защитного водослива 21 данного оросителяс Если от данного распределителя канала питаются только оросители с дождевальными машинами, тогда контакты реле 19

212784

и пороговых реле 14, 15 соединяются так, как показано на фиг. 5. Если же через распределительньй канал питается водой и нижерасположенная 5 оросительная система, например, поверхностного полива, тогда контакты 19-2,19-3,19-4, обеспечивающие ис- .ключение сбросов и проток воды через систему, не используются. Однако

10 в этом случае в нижней части распределительного канала может быть установлен дополнительный блок 6 управления, делитель 17 и сумматор 18 которого соединяются с затвором и

15 датчиками нижележащей оросительной системы. Система содержит также известные вспомогательные элементы, в частности для умножения на коэффициент (не показаны).

20 Автоматическая оросительная система работает следующим образом.

Первоначальное заполнение оросителей начинается при подаче напряжения на систему управления. Ороси25 тели опорожнены, поэтому на выходах функциональных преобразойателей получаем максимальнсые сигналы, блок 12 вьщает сигнал на открытие затвора 8, который открывается до тех

2Q пор, пока не будет обеспечена выда-; ча заданного расхода (3 Сигнал Qri подается на все делители 17, что приводит к появлению на их выходах сигналов . Так как оросители без воды, то С}, кЦ 0 (Н-уровень в оросителях 4), пороговые элементы 15 подают затвором 5 команды на открытие, затворы открываются полностью, подавая в свои

д оросители расход 1,2 (3 „ . Если распределительный канал не расчитан на одновременное заполнение всех оросителей, то первоначально заполняются верхние оросители. По мере

, их заполнения уровни в них повышала, , ются, а сигналы W; уменьшаются,

и при достижении заданного уровня пороговые элементы заполненных оро- сителей закрывают свои затворы 5 вода подается нижерасположенным оросителям системы.

По мере заполнения оросителей сигналы Wj с выходов функциональных преобразователей 13 уменьшают- 55 ся, что приводит к уменьшению сигнала W с выхода сумматора 18, По мере окончания заполнения резервного объема системы сигнал 0.

35

уменьшается, что приводит к уменьшению подаваемого в систему расхода.. После заполнения всех оросителей W| О, поэтому затвор 8 полностью прекращает подачу воды в систему, которая заполнена водой и готова к работе дождевальных машин. Режим заполнения имеет место один раз в год.

Включение в работу ДМ при заполненных оросителях приводит к уменьшению уровня Н и увеличению сигналов Wj на выходах соответствующих функциональных преобразователей 13. Сумматоры 18 формируют сигнал UI о величине незаполненного (сработанного) резервного объема системы, который определяет появление сигнала Q на выходе блока 12 регулято- ра 12 водоподачи, что вызывает открывание затвора 8 и подачу в систему расхода QH при этом соответствующий сигнал Qf, подается в делители 17. В связи с тем, что ороси- тели с неработающими машинами заполнены, контакты 19-1 их реле 19 в схеме делителей 17 замкнуты, поэтому сигнал dp, разделяется и вызывает появление сигналов ( j толь- ко между блоками 6 управления затворов с работающими машинами, причем степень открытия затворов тем больше, чем меньше уровень Н. Поэтому более опорожненный ороситель полу- чает больше воды, чем менее опорожненный. При этом затвор самого нижнего незаполненного оросителя открыт полностью и прижимает все излишки подаваемой воды (контакты 19-2 нижерасположенных заполненных оросителей замкнуты, поэтому они через контакт 19-3 самого нижнего из незаполненных оросителей подают сигнал на его пускатель 16, что при- водит к полному открыванию этого затвора 5).

Пока подача воды в систему меньше водопотребления машин, или если включились дополнительные машины, сигналы И; и соответственно сигналы W и Q увеличиваются, что приводит к увеличению подачи воды в систему и, соответственно, сигнала и г,. Последнее приводит к увеличен сигналов ; с выходов делителей 17 блоков управления оросителей с. работающими машинами, что обусловли, вает дополнительное открывание их затворов 5 с соответствующим увеличением подачи воды в оросители Процесс увеличения подаваемого расхода продолжается до тех пор, пока не достигается равенство его потребляемому машинами расходу, что соответствует неизменности величин W| ,(1

и-.

При включении дополнительной машины процесс протекает аналогично. Снижение уровня в ее оросителе первоначально приводит к отпусканию реле 19 с размыканием контакта 19-1, что вызывает появление сигнала W; Дальнейшее уменьшение уровня обусловливает, с одной стороны, увеличение W, , W , 0 и соответствующее увеличение Q , а с другой - открывание затвора 5 этого оросителя. Процесс увеличения подаваемого расхода продолжается до тех пор, пока не достигается равенство подаваемого в систему и потребляемого машинами расходов. Все излишки воды направляются в нижний из незаполненных оросителей. Если -из-за остановки машины .в этом оросителе, или из-за чрезмерной подачи воды этот ороситель зaпoлнитJCЯ, тогда, кроме умень- шения подачи воды, сработает реле 19, которое замыкает контакт 19-1, что снимет сигнал Ч, , размыкает контакт 19-Зи замыкает 19-4, что приводит к полному закрыванию своего затвора 5, замыкает контакт 19-2, что приводит к подаче напряжения на пускатель открывания затвора вышерасположенного (опять нижнего из незаполненных) оросителя. Затвор открывается полностью и теперь этот ороситель аккумулирует все излишки подаваемой в систему воды.

Корректировка подачи воды в оросители рри вариациях водопотребления машинами и неизменной вели-; чине общего резерва воды в системе производится в блоках 6 управления следующим образом. Сигнал Q не изменяется, поэтому « . сохраняется неизменным, в этих условиях увеличение водопотребления в оросителе приводит к снижению уровня, что имеет следствием дополнительное приоткрыванйе затвора и увеличение подачи воды в данный ороситель, а уменьшение недопотребления приводит к увеличению приоткрывания затвора и уменьшению подачи воды в данньй ороситель. Указанные корректировки, осуществляемые регулятора- ми затворовторосителей, поддерживае одинаковые степени заполненности всех оросителей, исключают, в частности, возможность подачи существенных объемов воды в нижний ороси- тель с открытым затвором в нормальных режимах работы в тем, чтобы сохранить там незанятой часть резервного объема для улавливания воды в переходных режимах, в частност при отключениях машин.

При отключениях дождевальных машин процессы протекают подобным образом. Прекращение водопотребления в оросителях приводит к повьш1ению уровня воды Н и уменьшению сигнала с выхода функционального преобразователя 13. Это имеет следствием, с одной стороны, уменьшение W , соответствующее уменьшение 1л/з и, со- ответственно, снижение величины подаваемого в систему расхода и с другой стороны, закрывание затвора 5, подающего воду в этот ороситель. Процесс з меньшения Q продолжается до тех пор, пока не обеспечивается соответствие нового подаваемого расхода водопотрёблению оставшихся в- работе машин.

Если через данный распределительный канал питается дополнительный массив ор ошения, тогда задача исключения сбросов воды из системы снимается и использовать контакты 19-2,19-3,19-4 реле 19 нет необхо-

ДИМОСТИо

Для обеспечения надежного водозабора и водораспределения в системах с жесткими условиями работы (многоярусные системы, системы с большим

ю is

20 25 о

5

числом дождевальных машин) необходимо использовать техническое решение с использованием сигнализаторов работы дождевальных машин. Работы системы в этом случае практически не отличается от описанной выше, разница лишь в том, что сигнал о ситуации в данном оросителе получаем в виде суммы сигналов,причем составляющая сигнала о работе машин появляется сразу после включения машины в работу, что вызывает немедленное увеличение расхода. Аналогично отключение ДМ и уменьшение W на величину сигнала о работе машины приводит к немедленному з еньшению подаваемого расхода. Значительное повышение быстродействия, отклика на возмущение повьштает качество управления, позволяет обеспечить надежное водораспределение и минимизацию сбросов.

Таким образом, система ооеспечи- вает автоматическое водораспределе- с минимизацией сбросов -в системах с большими уклонами (до 0,01) распределительного канала, что исключает необходимость создания резервных объемов канала. Система характеризуется высокой степенью универсальности и широким спектром применения. При незначительных корректировках (достаточно соединить с входом порогового реле 14 не выход датчика уровня, а выход функционального преобразователя 13, сохранив связь последнего с сумматором 18), эту систему можно применять дпя управления затворами на распределительном канале (совмещенном с водосливной стенкой) при непосредственном сопряжении оросителей с распределительным каналом.

7Т Г

riT

jrL

fl

a

г/

HI

7

29

21

r

20

21

Kjbixody 11

К13 ч-

pf/J. J

и

-fK -cz nнсЬ-Зэ

/72 2Г j

pf/J. J

хТ

/5-J /5-2

. if

К а 1 19-2 13-2

rV lif

Г5r-FU;5

SnP

r&k

-

L-,u - ---. -I-.-...«,

-#

/5-J /5-2

lif

/if-//

-гуг

/«-Я

/5-4

/«

;ff-//

Составитель Г.Параев . Редактор О.Пилипенко Техред О.Сопко Корректор А.Ференц

Заказ 1557/36 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. 5