Автоматизированная система бороздкового полива Советский патент 1991 года по МПК A01G25/16 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и применяется для программного автоматизированного управления поливом по бороздам из трубопроводов малого сечения по узким чередующимся полосам.

Цель изобретения - упрощение конструкции, сокращение материалоемкости и расширение области применения системы.

На фиг.1 показана схема автоматизированной закрытой самонапорной системы бороздкового полива и приведена конструкция компаратора: на фиг.2 - конструкция микрогидранта.

Система (фиг.1) содержит распределительный трубопровод 1 с водозаборными и очистными сооружениями 2 на его входе п поливных трубопроводов 3 с регулировочными задвижками 4 на входе. Система

обеспечивает одновременный полив из всех поливных трубопроводов 3 по чередующимся полосам шириной, например 38 м, при этом на участке площадью 61 га количество полос слева и справа трубопровода 1 равно 8 Трубопровод 1 выполняется телескопическим из асбоцементных труб ВТ-9 диаметром 160 - 400 мм, а трубопровод 3 - из труб диаметром 125 мм.

Микрогидранты 5 состоят из корпуса и крышки 6, между которыми закреплена гибкая мембрана 7 с износостойкой резиновой накладкой и не менее двух водовыпусков 8 в борозды с увеличенными отверстиями на выходе диаметром не менее диаметра общего патрубка 9 на его входе Калиброванные отверстия образованы косым срезом по вертикали с углом 2 - 10° с чередованием их

О ч| -N

сл го

выхода к верху или к низу борозды. Косой срез этих отверстий обеспечивает эллиптическую воронку размыва и экранирует отверстие от попадания песка и гравия. Для обеспечения закрытия микрогидранта 5 от давления воды в трубопроводе 1 со стороны линии 10 управления мембрана 7 должна иметь большую площадь, чем со стороны патрубка 9 с учетом потери напора через водовыпуски 8.

На входе микрогидранта 5 установлено общее для не менее чем двух водовыпусков 8 калиброванное отверстие 11. Водовыпуски 8 с сечением не менее площади калиброванного отверстия 11 выполнены из полиэтиленовых патрубков под углом а до 20° вниз от горизонтали с выходом из коленчатого патрубка с косым срезом, развернутым от вертикали под углом до 10° с чередованием через борозду выхода воды к началу или к концу борозды. Величина углов отклонения определяется возможными монтажными допусками, а также экспериментом на почвах конкретного поля из усло- вия непопадания ила в полость микрогидранта 5. Микрогидрант выполняется с возможностью регулирования расхода воды в борозду и содержит полиэтиленовый корпус 12, крышку 13, эластичную мембрану 7 с наклеенными на нее полиэтиленовым наконечником и металлическим пригрузом 14, обеспечивающим закрытие выхода патрубка 9 под давлением столба воды над отключенным при аварии в линии микрогидрантом 5,

Основной особенностью микрогидранта является ослабление влияния его параметров на расход. Это достигается существенным сокращением количества микрогидрантов, увеличением диаметра в 2 - 3 раза и сохранением относительно большого диаметра трубопровода 1. При этом важным является наличие указанных углов и достигаемые при этом эффекты грязевого затвора, который образуется в гермети- зированном принудительно закрытом мембраной 7 коленчатом патрубке 9. Для его создания не требуется особых соотношений углов для предлагаемой конструкции водовыпусков с междурядьем 90 см. Основ- ное условие его работы - глубина изгиба от горизонтали колена должна быть бопьше диаметра патрубка 9. Если нет утечки воды (обратного тока) в процессе закрытия мембраны 7, то легкая вода из части патрубка 9 под углом к горизонтали не может вытеснить ся на выход через колене более тяжелым илом (аналогично известному воздушному гидропневмозэтвору). Благодаря этому ил в корпус гидранта 5 не поступает и эго дополнительно увеличивает надежность работы описанной конструкции гидранта. Таким образом, отверстие 11 повышенных размеров, пригруз 14, угол на выходе гидранта и дополнительно грязевой затвор увеличивают надежность работы системы в целом. Конструкция микрогидрантов позволяет стабилизировать расход воды из объединенных под одно калиброванное отверстие 11 водовыпусков 8, что обеспечивается за счет уменьшения изменчивости колебания потери части напора Л h на преодоление переменного сопротивления слоя грунта над водовыпуском, а также за счет устранения возможности частичного засорения калиброванного отверстия 11, так как оно имеет увеличенный размер и разделено от соприкосновения с грунтом грязевым гидрозатвором в виде коленчатого патрубка. Благодаря предлагаемому косому срезу увеличенного в размерах выхода водовыпуска 8 вихри воды в воронке над водовыпуском выносят тяжелые фракции и гравий за пределы вертикали выхода водовыпуска 8, формируется эллипсоидная воронка размыва и существенно уменьшаются колебания потери напора над водовыпуском. Все это в целом уменьшает колебания расхода в борозды при импульсном поливе.

На поливных трубопроводах 3 в начале каждого из К участков полива установлен гидравлический или пневмогидравлический компаратор 15 сигналов давления в трубопроводе 3 и общей для всех участков полива и поливных трубопроводов 3 линии 10 управления, Линию 10 управления можно считать первой ступенью управления, а линию 16 управления микрогидрантами 5 - второй ступенью управления. Компаратор 15 состоит из двух корпусов 17, верхней и нижней крышки 18с направляющими втулками на оси. Между первым корпусом 17 и нижней крышкой 18 на болтовой соединении (не показано) установлена Мембрана 19 с меньшей или большей площадью, чем мембрана 20 во втором корпусе. Мембраны 19 и 20 предназначены для сравнения давлений жидкости или газа в первой ступени линии управления и в поливном трубопроводе 3, соединенного с полостью управления второго корпуса над мембраной 20 линией 10 управления малого сечения (4 мм), выполняющей роль дросселя. Таким образом, конструкция компаратора позволяет сравнивать давления в первой ступени 16 управления и в поливном трубопроводе 3. В зависимости от расчетной величины избирательного давления воды (на включение) между первым корпусом и нижней крышкой 18 установлена мембрана 19 с меньшей (или

большей) площадью, чем мембрана 20 DO втором корпусе. Диаметры мембран зависят от соотношения давлений в линиях 16 и 10 и в допусках на надежную работу компаратора 15 с учетом допусков на его конструкцию в окнах давления в линии 16 управления.

Компаратор 15 содержит единый шток 21, закрепленный на мембранах 19, 20 и на перекидном клапане 22 и снабженный пружинным ограничителем 23 хода, который выполнен с возможностью восприятия части нагрузки за половиной хода штока вверх. Это сделано для того, чтобы при программном изменении давления во второй полови- не окна давления при помощи пружинного ограничителя 23 каждого компаратора можно было регулировать степень закрытия верхнего отверстия перекидного клапана 22 на пропуск воды в водовыпуски 8 компаратора. От степени открытия отверстия перекидного клапана 22 зависит то, какое давление устанавливается над мембраной 20. При закрытом клапане 22 в связи с отсутствием утечек воды в линии управления 10 микрогидрантами 5 над мембраной 20 устанавливается давление воды, равное давлению воды в поливном трубопроводе 3, В зависимости от степени открытия клапана 22, задаваемой программно управляемым давлением в линии 16 под мембраной 19, жесткостью пружинных ограничителей 23 хода, соотношением площа- дей мембран 19, 20 и в связи с возможностью дросселирования расхода воды в водовыпуски 8 через линию 10 управления малого диаметра на входе компаратора, давление над мембраной 20 повторяет изменение давления под мембраной 19. Таким образом, соединение напрямую линий 10 и 16 через полость управления мембраны 20 с возможностью утечки воды в водовыпуски 8 через открытые отверстия перекидного клапана дросселированием воды создается переменное программно-управляемое давление над мембраной 20 всех микрогидрзнтов 5 через линию 10 управления. При этом все микрогидранты 5, а их может быть до 50, синхронно повторяют сигналы устройства программного управления 24 и обеспечивается любая технология полива с управлением расходом воды в борозды по любой заданной программе. Мембраны 19 и 20 выполнены из металлической втулки и гибкой резиновой прокладки в месте ее соединения с корпусом со свободным ходом мембран, обеспечивающим возможность перекрытия отверстий перекидного клапана 22 и регулирование расхода воды в водовыпуски 8 компаратора 15, подобные во- довыпускам 8 микрогидрантов 5. Половина хода мембраны 19 и клапана 22 осуществляется с противодавлением от пружинного orраничителя хода 23 с возможностью регулирования расхода воды в водовыпуски 8. При этом сила полного разделения полостей управления мембран 19 и 20 для сравнения давлений в линиях 10 и 16, не имеет

0 значения, так как давление передается на мембрану 19 от пневматического или гидравлического источника энергии. Сборка корпусов 17, крышек 18 и мембран 19 и 20 осуществляется болтовыми соединени5 ями на их фланцах. В направляющих втулках крышек 18 установлен шток 21, положение которого отрегулировано с возможностью перекрытия отверстий компаратора 15 на пропуск воды в его

0 водовыпуски 8 при любом соотношении давлений на входе компаратора через линии управления 25 и 16 за пределы заданных каждому компаратору к отдельности окон давления в режиме управления пол5 ивом. Гибкие прокладки мембрлн 19 и 20 наклеены на втулки мембран и наружными концами закреплены между корпусами 17. Полость управления мембраны 20 через линию 25 малого сечения соединена с поли0 вным трубопроводом 3, а через линию управления 10 соединена с полостями управления микрогидрантов 5 только ня выде- ленном для каждого компаратора отдельном участке полива. Входи упрапле5 ния всех К компараторов, установленных на п поливных трубопроводах 3, соединены параллельно между собой и с устройством 24 программного управления через линию 16 управления первой ступени управления.

0 Конструкция водозабора 2 должна обеспечивать подачу постоянною расхода воды на полив и очистку воды от мусора до размеров меньших диаметров патрубка 9. Задвижки 4 предназначены для

5 регулирования постоянного заданного рас- хода воды при одновременном поливе из всех трубопроводов 3. В качестве дистанционно управляемой промывной задвижки 26 может использоваться компаратор с но0 мером К + 1 без верхней крышки 18 с диаметром отверстия перекидного клапана 22 не менее диаметра поливного трубопровода 3. Площадь водовыпусков 8 должна обеспечивать расход воды в борозды до 1,5 QH.

5 где Он - расчетный допустимый неразмыва- ющий расход воды в сухую борозду. Линии управления 10 и 16 выполнены из полиэтиленовой трубки диаметром 10 мм.

В качестве устройства 24 программного управления применяются программируемые таймеры или управляющие системы с усилителями сигналов на выходе, например Протар с расширителем последовательно управляемых выходов до 16 каналов системы НПО Кристалл, г. Киев. Эти устройства снабжены источником сжатого воздуха на ресивере с периодической или непрерывной подзарядкой, например от автомобильного компрессора Темп, и задатчиком пневматическим программным повремени типа П 31.2 ЭА с индикатором типа ИП-1 для сигнализации выполнения заданной операции полива. Протар обеспечивает возможность формирования любых программ с контролем процессов по 11 аналоговым или дискретным каналам от датчиков и может быть использован . также с серийно выпускаемым электропневматическим командным прибором КЭП-16 с редукторами давления воздуха для каждого участка полива согласно таблице. Устройство 24 подключено к электросети напряжением 220 В и обеспечивает по заданной программе на программном диске автоматическое изменение давления в диапазоне 0,2 -1,0 кгс/см2 сигна- лизацию двух точек программы давлением 1,4 кгс/см , ручной или дистанционный пуск и останов программного диска, а также программное изменение давления в окнах давления включения каждого компаратора. Управление давлением используется для регулирования расхода воды в борозды, а также для осуществления прогрессивных технологий полива с нарастающим, убывающим или пульсирующим расходом воды. Программа полива, например, 4 участков заносится на программный диск и может повторяться 1,2, 3,6,12,24 и 95 раз в сутки. Этим обеспечивается набор любых известных и перспективных технологий полива.

Кроме того, в качестве устройства 24 программного управления может быть использован прибор КЭП-16 по ТУ 25.02.1601- 75 на 16 каналов управления между его электрическими выходами, заземлением и источником питания постоянного тока напряжением 24 В, для каждого канала управления подключена обмотка включения электропневмореле типа П1ПР.5. пневматические выходы которого от источника дав- ления или через редуктор давления воздуха подключены к линии 10 управления. Запуск и переключение режимов работы устройства 24 осуществляется вручную или по сигна- лам датчиков, например датчиков влажности почвы или добегания воды до заданной отметки поля. Для этого устройство программного управления содержит микропроцессорное измерительное устройство на микрокалькуляторе типа Электроника

МК-49. С интегральными датчиками влажности почвы по изменению сопротивления длинного провода, экранированного от нижнего слоя земли.

Работает система бороздкового полива следующим образом.

(На примере полива узких по фронту участков сначала четных, а затем по кругу нечетных).

Перед поливом налаживают систему - проверяют работоспособность микрогидрантов, герметичность линий 10 и 16 управления, задвижками 4 устанавливают рабочее давление в трубопроводах 3 и проверяют работу очистного сооружения 2. В программное устройство 24 устанавливают ранее отработанную циклограмму полива на программном диске,/например для полива четырех участков в течение суток по одной из известных технологий полива - постоянной, возрастающей, пульсирующей или дискретной струей воды в борозды, с переменным расходом воды в первой половине борозды от Он до 1,5 QH. а во второй половине борозды с плавно убывающим расходом до 0,5 Он (где Он - неразмывающий расхбд воды в сухой борозде).

В зависимости от использования технических средств программного управления давлением возможны два варианта управления системой: в персом варианте каждый компаратор вместо линий 16 управления имеет грузовой гидростатический за- датчик давления срабатывания с управляемой задвижкой на водозаборном сооружении 2 с возможностью управления поливом путем кратковременного программного изменения давления в трубопроводах 1 и 3; второй вариант управления при постоянном давлении в трубопроводах 1 и 3 и программно управляемом давлении в общей для всех компараторов 15 линии 16 управления приведен ниже. В зависимости от возможности управления давлением в трубопроводе 1 или в линии 16 управления соотношение площадей поршней мембран 19 и 20 различно для каждого компаратора 15, а все пружины 23 устанавливаются с одинаковой жесткостью, при которой половина усилия от равной для всех компараторов ступени повышения давления для их переключения уРавновешивается усилием пружины. Этим обеспечивается возможность не только выбора каждого компаратора для полива одной секции, но и регулирование расхода воды в борозды. В таблице дан пример выбора соотношения площадей мембран 19 и 20 в зависимости от давления в метрах водяного столба.

Перед включением в работу линия16 соединена с атмосферой, а при отсутствии воды в трубопроводе 1 на нее подано давление более 10м водяного столба и клапан 22 закрыт для прохода воды через водовы- пуск 8. Закрытие клапана 22 при малом или большом давлении в линии 16 управления повышает надежность работы системы, а при аварии на трубопроводах 1 или 3 препятствует засорению илом микрогидрантов 5 и трубопроводов 3. Закрытое состояние клапана 22 обеспечивает передачу без уменьшения давления из трубопроводов 3 через патрубок 9, компаратор 15 и линию 10 управления на микрогидранты 5 для их закрытия.

После подачи устройством 24 в линию 16 давления воздуха или воды от 1,5 до 2,5 м водяного столба на компараторе 15 первого участка полива в соответствии с таблицей давление на мембрану 19 больше давления воды на мембрану 20. При этом шток 21 перемещает клапан 22 до тех пор, это давление не уравновесится усилием на мембране 20 при открытом клапане 22, а компаратор 15 выполняет функцию гидравлического повторителя сигналов для передачи управляемого давления воды через линию 10 в полости управления микрогидрантов 5, которые повторяют переменный расход воды через водовыпу- ски 8, аналогичный расходу водовыпусков 8 компаратора 15 по любой заданной программе.

После подачи компаратором соответствующего давления в линию 10 управления мембраны 7 водовыпуском под давлением воды из патрубков 9 открываются для подачи воды через калиброванное отверстие 11 и водовыпуски в борозды. Наклон и разворот выходов водовыпусков формируют несмыкающиеся между собой эллипсоидные воронки размыва с выносом камней и гравия за пределы выхода водо- выпуска 8. При этом после отключения микрогидрантов 5 исключается возможность засорения водовыпусков 8 камнями, а илистая почва не поступает в корпус 12 и устра- няется возможность заиления трубопровода 1 при аварии на линиях управления или при паводках. При этом использование микрогидрантов исключает изменчивость расхода воды по бороздам и существенно повышает надежность работы устройства, а также обеспечивает возможность осуществления совершенных технологий полива с переменным расходом воды в борозды. Увеличение диаметра отверстий 11 и водовыпусков 8 устраняет засорение их водорослями, упрощает требования к качеству очистки РОДЫ и колебание расхода в борозды.

При аварийном режиме при выходе из строя устройства программного управления (при порыве трубопровода 3 компараторы автоматически закрывают выход воды в водовыпуски 8) применяется ручное управление поливом, которое осуществляет поливальщик с применением часов,

трехходового крана, манометра и ручного насоса. Переключение участков полива оператор осуществляет по часам при помощи крана с заглушкой, при этом оператор кратковременно подключает насос и подкачивает давление в линии 16 управления до давления срабатывания очередного компаратора 15.

Для защиты системы от работы в аварийном режиме при понижении давления в

трубопроводах 1 или 3 устройство 24 содержит реле давления типа ЭКМ-IV с замыкающимся контактом для включения обмотки электропневмореле типа П1ПР.5. которое своими пневматическими выходами переключает питание линии 16 управления с рабочего на аварийное давление более 10 м водяного столба.

Технико-экономический эффект автоматизированной закрытой оросительной системы заключается в технической реализации наиболее совершенных и любых перспективных способов полипа, обеспечивающих высокое качество полива и повышение урожайности до 2 раз; в расширении области применения системы с дешевыми поливными трубопроводами малого сечения на наиболее перспективные к внедрению закрытые оросительные системы с давлением воды более 1 м водяного столба; в

сокращении материалоемкости системы при уменьшении капитальных затрат на строительство системы с 1500 до 400 руб/га; в повышении надежности работы и качества полива

Годовой экономический эффект составляет более 100 руб/га.

Формула изобретения

1. Автоматизированная система бороздкового полива, включающая источник орошения, распределительный трубопровод, подключенный к последнему через водозаборное очистное сооружение, поливные

трубопроводы, подключенные к распределительному трубопроводу и снабженные промывной задвижкой на их концах, микро- (идранты, разделенные на секции полива и гидравлически связанные с поливными трубопроводами посредством линий связи, и

устройство программного управления поливом, к выходу которого подключена линия управления секциями полива, а к входу - датчики технологического процесса полива, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, сокращения материалоемкости и расширения области применения, система снаожена компараторами, управляющий вход которых соединен с линией управления поливом, а выход - с линиями связи, причем датчики технологического процесса выполнены в виде реле давления в распределительном трубопроводе и в линии управления, а каждый компаратор выполнен в виде трех камер, первая из которых сообщена с водовыпусками, установленными на компараторе, и с второй промежуточной камерой через перепускной клапан, запорный элемент которого установлен с возможностью соединения второй промежуточной камеры с первой и третьей камерами, при этом вход последней соединен с поливным трубопроводом, а выход - с управляющими верхними полостями микрогидрантов секции полива, при- чем дифференциальный подпружиненный привод штока перепускного клапана выполнен двухмембранным, а его надмембранная и подмембранная полости соединены соответственно с поливным трубопроводом и с линией управления.

2. Система поп.1, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества полива, каждый микрогидрант включает не менее двух подземных водовыпусков для расположения их радиально в направлении начала и конца борозды на корпусе, установленном на подводящем патрубке и разделенном мембраной на две полости, верхняя из которых соединена с выходом компаратора, а нижняя через калиброванное отверстие связана с подводящим патрубком с возможностью перекрытия калиброванного отверстия мембраной под действием скрепленного с последней груза при снижении давления в верхней камере, причем водовыпуски выполнены в виде Г- образных полиэтиленовых патрубков с диаметром не менее диаметра калиброванного отверстия, входная часть которых установлена под острым углом в вертикальной плоскости с понижением от входа патрубка до места соединения с его выходной частью, установленной под тем же углом с повышением к выходу патрубка, выполненному в виде косого среза под острым .углом в вертикальной плоскости с понижением в сторону входной части патрубка.

П 13

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть применено при программном управлении автоматизированной системой бороздкового полива. Цель изобретения - упрощение конструкции, сокращение материалоемкости и расширение области применения системы. Автоматизированная система бороздкового полива содержит распределительный трубопровод с подключенными к нему поливными трубопроводами. К последним через компараторы подключены микрогидранты, имеющие калиброванное входное отверстие на входе, перекрываемое тарелкой мембраны, и коленчатые водовыпуски с косым срезом. Компараторы представляют собой дифференциальный усилитель гидропневматического действия, обеспечивающий дистанционное включение в работу секций микрогидрантов по гидро- или пновмосиг- налам, передаваемым по линиям связи Управление переключением на полив той или иной секцией осуществляется устройством программного управления с учетом показаний датчиков влажности почвы и времени добегания воды в бороздах контрольного участка 1 з.п. ф-лы. 1 табл , 2 ил (Л С