Устройство для автоматизированного управления бороздковым поливом из ярусных лотковых оросителей Советский патент 1991 года по МПК A01G25/16 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для автоматизации поверхностного полива с постоянным, дискретным или переменным расходом воды в борозды из лотковых оросителей с частичным использованием средств ручного и механизированного полива.

Цель изобретения - повышение качества управления поливом путем повышения точности и надежности управления.

На фиг.1 показана схема устройства для автоматизированного управления поливом; на фиг.2 - то же, разрез.

Устройство применяется на любых открытых каналах с расходом от 10 до 300 л/с с перепадом уровней соответственно от 5 до 30 см, например, с лотковыми оросителями (лотки) 1 типа Л Р-60, устанавливаемыми на местности каскадно по секциям длиной 100 м, которые на стыке соединены через сифонный гидропневмозатвор 2 (в дальнейшем - затвор). Количество секций определяется шириной поля и составляет 20 шт. Затвор 2 установлен над перегородкой с гребнем 3 в верхней части. Гребень 3 расположен ниже отметки рабочего уровня у 1 воды в лотке 1 на высоту hi. Выход затвора расположен ниже отметки у 2 постоянного уровня воды на высоту П2, а перепад высот дна между подводящим и отводящим лотками составляет пз.

Капор затвора 2 соединен с атмосферой через гидравлический замок 4, выполненный в виде U-образной трубы 5. Труба 5 соединена с пневмоприводом 6, на котором установлен трехходовой кран (не показан), который в простейшем случае может быть заменен заглушкой. Первый выход трехходового крана подключен первым отводом пневмопривода 6 к таймеру, выполненному в виде вакуумного клапана на основе вертикальной трубки 7 с установленным в ней концом первого отвода пневмопровода 6, а второй выход трехходового крана посредством второго отвода пневмопровода 6 - к датчику полива, выполненному в виде пнев- моклапана 8, вход которого перекрывается поплавковым приводом при наличии воды в контрольной борозде. Конец первого отвода пневмопровода 6 затоплен в трубке 7 (гидрозатвор таймера) на глубину h4 S hi. Пневмопровод б выполнен из гибкой трубки типа ТКР по ТУ 16-503-205-80 с диаметром прохода 2 мм. Для устранения возможности засорения трубки в пнемоклапане 8 на конце второго отвода пневмопровода 6 установлена вставка из трубки диаметром 6 мм длиной не более 1 м. Вставка из трубки с диаметром прохода 6 мм может быть выполнена путем сварки, соединением натягом

трубок или путем соединительного ниппеля. Увеличенный диаметр трубки датчика полива обеспечивает уменьшение скорости воздуха в трубку и устраняет возможность

подсоса легких предметов на входе трубки. Таймер, выполненный на основе гидравлически управляемого вакуумного клапана с трубкой 7, представляющей собой гидрозатвор, соединенный через трубку 9 с

герметичным сосудом 10, обеспечивает расширенный диапазон выдержек времени до 48 ч с дискретностью задания 1 мин. В верхней части сосуда 10 вмонтирована пробка 11 с пористой прокладкой 12.

Пористая прокладка 12 применяется только при ускоренном режиме работы таймера для уплотнения пробки 11 или для создания регулируемого сопротивления подсоса воздуха в сосуд 10 при неполном

закрытиии пробки 11 с резьбой. На стенке сосуда установлена светопроводящая шкала 13 с указанием времени до 48 ч через 10 мин. При необходимости повышенной точности задания времени работы капельного

таймера дозирование времени задания осуществляется по тарировочным таблицам для перевода времени в объем жидкости, измеряемой мензуркой с точностью до 1 мл. Гидрозатвор таймера (трубка 7 воздушного клапана) состоит из изогнутого колена с диаметром верхнего отверстия более 7 мм и должен обеспечивать соотношение h4 и: hi. Для задания скорости истечения капель из трубки таймера в нижней части

установлено калибровочное отверстие (жиклер) 14, выполненное из несмачиваемого материала с возможностью его замены на другой размер из комплекта жиклеров. Верхнее отверстие диаметром более 7 мм необходимо для заправки чистой водой сосуда 10 из переносной резиновой груши. Поплавковый привод гидрозатвора состоит из установленного на рычаге 15 поплавка 16, размещенного в лотке 1 до затвора 2.

Датчик полива, выполненный в виде датчика уровня воды в борозде и состоящий из нормально закрытого клапана, перекрываемого пробкой на конце рычага с поплавком 16, устанавливается в ложе 17 борозды

и крепится на переносном штыре 18. Выход таймера через пневмопровод 6, трехходовой кран (не показан) на разветвлении пневмопровода 6 и через верхнюю часть трубы 5 соединен с капором затвора 2. Таймер в

виде воздушного клапана с трубкой 7 обеспечивает задание времени полива из левого лотка 1. Запуск таймера осуществляется при повышении уровня воды в лотке до отметки v 1 транзитного уровня воды в лотке

или после включения затвора 2 на пропуск воды.

Для подачи воды в борозды между отметками v 1 и v3 в стенках лотка 1 установлены трубки с разрядными отверстиями (не показаны). Диаметр трубы 5 должен обеспечивать расход через нее воздуха (под действием вакуума he в ээтворе 2), равный расходу воды через затвор 2. Кратковременным открытием вентиля 19 осуществляется отключение затвора и замена воды в гидравлическом замке 4 на новый объем Vp, которым задается расход воды через затвор 2. Площадь трубы 5 определяется по формуле S К, где S - площадь сечения затвора; К

Rrc ,

о- - отношение сопротивления трубы для

KB

воды RB и для воздуха RB; Rr - сопротивление трубы 5 для воздуха (газа), которое определяется по известным или эмпирическим согласно эксперименту формулам. Таким образом, для работы устройства в конструкции трубы 5 должны быть выполнены условия

hs (1,3 - 1,5)пз; he -у

Поплавковый привод гидропневмокла- пана, перекрывающего отверстие 14 для регулирования истечения из герметичного сосуда 10, установлен в открытой емкости 20, гидравлически соединенной с трубкой гидрозамка 4.

Устройство работает следующим образом.

Известно, что при истечении капель жидкости под постоянным напором интервал времени между каплями постоянный . Это позволяет осуществить предельно простым устройством программное управление затвором. Капельный таймер отсчитывает время истечения заданного по программе объема жидкости под давлением столба N. например, воды из отверстия 14 со скоростью 0,25-4 капли в 1 с. Объем 100 капель равен 5 мл. При задании отверстием 14 скорости истечения 1 капля в 4 с объема 1160 мл воды достаточно для работы таймера в течение 24 ч с ошибкой не более 10 с. Для удобства эксплуатации шкала 13 протари- рована в единицах времени (часы и минуты). Ускорение времени можно достичь при истечении воды под напором hy при регулировке пробкой 11 скорости подачи в сосуд 10 воздуха. Для задания времени изменения расхода воды через затвор 2 путем доливания воды в гидравлический замок из таймера в сосуд 20 до достижения в капоре

затвора 2 максимального вакуума he, а также времени подачи расчетного, например, максимального расхода воды на полив, емкость сосуда 10 равна 3 л. Пневмопровод 6

должен подниматься над затвором на высоту hB. Это исключает возможность засасывания воды в капор.

Сосуд 20 открыт сверху, а его верхняя кромка расположена выше максимально

возможного уровня воды в правом колене трубы 5, при этом вода в сосуд 20 поступает каплями из отверстия 14 по штоку открытого клапана укрепленного на рычаге 15.

Устройство при залитых до v2 лотках 1

и подаче стабилизированного расхода воды в лоток 1 работает следующим образом. Программу полива задают заливанием воды в сосуды 10 таймеров. В соответствии с характеристиками поля возможны два режима

полива, например, пяти участков одновременного полива в течение 24 ч;

первый режим последовательного полива участков постоянной или прерывистой (дискретной)струей,

второй режим программного управления поливом с плавно нарастающим с постоянным нарастанием, а затем плавно убывающим расходом воды на полив.

При выполнении первого режима полива труба 5 закрыта заглушкой, а правая трубка 9 (фиг.2) и сосуд 20 не используются. При этом роль заглушки в трубе 5 может, при закрытом вентиле 19, выполнять гидравлический замок 4, залитый объемом воды, большим Vp, при котором высота столба воды в левом колене трубы 5 больше максимального вакуума п0м в сантиметрах водяного столба. В этом случае под действием вакуума hen вода в левом колене не может

подняться в трубу 5 до заполнения нижней части колена воздухом, который легче воды, и в этом случае может всплывать через гидрозатвор 4 по левому колену трубы 5 и поступать в капор затвора 2,

Для определения времени полива каждого участка определяют время между началом полива, когда уровень до затвора 2 достигает отметки V1 (при этом затвор 2 закрыт и транзита воды в нижележащий участок нет), и моментом, когда вода добегает до датчика полива в контрольной борозде (конец пневмопровода б датчика полива сообщается с атмосферой). При этом срабатывает пневмоклапан и открывает выход

воздуха из капора сифона.

Это время пб шкале 13 устанавливают на всех затворах 2. Полив очередного участка осуществляется до опорожнения гидрозатвора воздушного клапана с трубкой и

открытия выхода воздуха из капора затвора 2. Вода под давлением столба hi вытесняет воздух доу1 и затвор 2 самозаряжается для пропуска воды в правый лоток и т.д. до окончания топлива всех участков. Если требуется повторение полива, например при дискретной подаче воды на полив, то поливальщик задает таймерам в виде воздушного клапана с трубкой 7 время второго импульса полива и на 3 мин прекращает подачу воды в лоток 1, Достаточно 3 мин прекращения подачи воды в головной лоток 1 для понижения уровня воды в секции лотка 1 до отметки 2 и последовательной саморазрядки всех затворов 2 путем подсоса в их капор воздуха со стороны входа затвора 2. При этом все затворы 2 разряжаются и при возрастании уровня воды от v 3 до и 1 в первом левом лотке 1 в капоре затвора 2 образуется воздушная пробка и повторяется полив первого, а затем аналогично и последующих участков.

Работа во втором режиме отличается тем, что заранее задаются уставки времени включения в работу гидропневмоклапанов, управляемых поплавковым приводом в открытых емкостях 20. Гидропневмоклапаны на рычаге 15(фиг.2)включаютсяпосле включения затвора 2. При этом вода гидравлического замка 4 под действием вакуума пвз поднимается выше изгиба трубы 5. Величина вакуума Пвз это выраженная в сантиметрах водяного столба высота столба воды за изгибом нижнего колена трубы 5. Исходная величина hB3 соответствует ранее протари- рованному расходу воды через затвор 2 и задается предварительно залитым в замок 4 объемом воды VP1, обеспечивающим начальный расход QL По мере отсоса воздуха из капора затвора 2 вакуум пВ1 поддерживается автоматически на точных весах гидрозатвора 4 - при переходе столба воды заданного объема за изгиб влево от нижнего колена трубы 5 воздух по верхней стенке трубы бпозырямиили сплошным потоком поступает в капор затвора 2 до тех пор, пока величина вакуума в капоре не установится на уровне заданного hei. При этом изгиб нижнего колена трубы 5 заполнится водой и прекратится доступ воздуха в капор затвора 2.

Увеличение по заданной программе во времени объема воды Vp в гидрозатвор 4 позволяет изменять величины от исходного

ДО максимально ВОЗМОЖНОГО ИВмакс ПРИ

полном расходе воды через затвор 2 и этим регулировать по заданной программе расход воды на полив в каждой смежной паре участков полива при синхронном возрастании и убывании постоянного общего расхода воды на входе первого левого лотка 1,

Таким образом, во втором режиме обеспечивается поступление воздуха в капор затвора 2 до выравнивания в нем вакуума до величины, равной высоте столба воды в трубе 5, а замок 4 закрывается путем залива водой изгиба колена трубы 5. Это позволяет при поступлении дополнительного объема воды в гидрозатвор из таймера в виде воздушного клапана с трубкой 7 осуществлять регулирование вакуума (расхода) в затворе 2. В режиме регулирования расхода воды гидрозамок 4 и труба 5 выполняют роль высокочувствительных весов, обеспечивающих вакуум в затворе всегда равным высоте столба воды в трубе 5. Регулирование расхода прекращается при достижении высоты столба воды величины, равной максимальному вакууму при полном расходе воды через затвор 2. Полив постоянным расходом продолжается до срабатывания таймеров всех последующих 19-ти затворов (всего принято 20 последовательно установленных затворов). При этом регулиривание расхода воды всегда осуществляется на паре затворов, например на 10 парах, из которых первым всегда считается вышележащий в чередующейся паре затвор по ходу воды, а

второй всегда находится после первого. Таким образом, осуществляется подача возрастающего постоянного, а затем убывающего расхода воды на полив по любой программе изменения расхода воды в процессе синхронного полива двух участков и повторяется на остальных участках.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства заключается в сокращении затрат на автоматизацию полива до 200 руб/га. Устройство позволяет осуществить в широких производственных условиях без дополнительных затрат на оборудование полив дискретной струей или полив с переменным расходом воды в борозды по любой программе изменения расхода воды и времени подачи воды для каждого участка полива в отдельности. Все это позволяет увеличить равномерность полива, повысить качество полива, сократить расход воды на полив до 40%. и повысить урожайность до 25%.

Формула изобретения

1. Устройство для автоматизированного управления бороздковым поливом из ярусных лотковых оросителей, включающее си- фонные гидропневмозатворы; между секциями оросителей, каждый из которых

снабжен пневмопроводом с установленным на нем трехходовым краном, отличающееся тем, что, с целью повышения качества управления поливом путем повышения точности и надежности управления, устройство снабжено программно-управля- емым вакуумным клапаном, установленным на первом выходе трехходового крана, гидрозамком, гидропневмоклапаном с поплавковым приводом, установленным в открытой емкости, гидравлически связанной с гидрозамком, пневмоклэпаном с поплавковым приводом, закрытой емкостью для воды, причем программно-управляемый вакуумный клапан выполнен в виде вертикальной трубки, внутренняя полость которой гидравлически соединена с герметичным сосудом, имеющим регулируемый дроссель в верхней части, при этом

вертикальная трубка установлена с возможностью перекрытия калиброванного отверстия в ее нижней части клапаном с поплавковым приводом, размещенным в

лотке до гидропневмозатвора, гидрозамок выполнен в виде U-образной трубки с вентилем в нижней ее части, пневматически связанной с входом трехходового крана, второй выход которого соединен с выходом

пневмоклапана с поплавковым приводом для установки в контрольной борозде, а гид- ропневмоклапанЪэединен посредством вертикальной трубки с дополнительной закрытой емкостью для воды.

2. Устройство по п.1. о т л и ч а ю щ е еу с я тем, что регулируемый дроссель выполнен в виде пробки с пористой прокладкой имеющей переменное пневмосопротивле- ние.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для автоматизации поверхностного полива с постоянным, дискретным или переменным расходом воды в борозды из открытых каналов, "ок-арыков", лотковых оросителей с использованием средств ручного и механизированного полива. Цель изобретения - повышение качества управления поливом путем повышения точности и надежности управления. Устройство для автоматизированного управления поливом из лотковых оросителей 1 содержит гидропневмозатвор 2, капор которого пневмопроводом 6 гидравлически связан с таймером, выполненным на основе управляемого вакуумного клапана с трубкой 7. Датчик уровня в контрольной борозде 17 выполнен в виде пневмоклапана 8. Кроме того, пневмопровод 6 гидравлически соединен с гидрозамком, связанным через поплавковый привод с гидропневмоклапаном для программного управления поливом, а трехходовый кран предназначен для переключения режимов полива с дискретной нормой на программно-изменяемую и обратно. Гидравлический таймер 7 работает по принципу капельницы и обеспечивает любую программу полива на двух участках с постоянным или синхронно нарастающим и убывающим расходом воды на заданное время до 48 ч с точностью отработки задания 30 с. Регулирование расхода воды на полив осуществляется путем подачи воздуха в капор пневмозатвора через гидравлический замок под действием вакуума в капоре сифона. 2 ил.

Фие.2