способ внесения средств химизации с поливной водой на системах импульсного дождевания и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ внесения средств химизации с поливой водой на системах импульсного дождевания, включающий циклы накопления поливной воды в емкости под избыточным давлением, обогащение накопленной поливной воды средствами химизации, распределение образующейся смеси по орошаемому участку и подготовку порции растворов средств химизации, отличающийся тем, что циклы накопления поливной воды в емкости под избыточным давлением и подготовку порции растворов средств химизации совмещают с зарядкой пружинно-воздушного аккумулятора, обеспечивающего дозирование расчетного объема раствора при цикле полива в поток поливной воды под давлением.

2. Устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах импульсного дождевания, содержащее напорную оросительную сеть с головным узлом, обеспечивающим режим дискретного полива, растворонакопительный бак для удобрений, дозатор расхода растворов удобрений, соединительную и трубопроводную арматуру, отличающееся тем, что дозатор растворов удобрений выполнен в виде автономного пружинно-воздушного аккумулятора, оборудованного полым плунжером со штоком регулировки его рабочего объема и гидравлически связанного с растворонакопительным баком, соединенным с головным узлом оросительной системы посредством трубопровода, внутренний объем которого относится к полезному объему аккумулятора в пределах 0,5...0,9.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к механизации сельского хозяйства и может быть использовано для внесения с поливной водой минеральных удобрений, микроэлементов, химических мелиорантов, гербицидов и других пестицидов. Оно рекомендуется для применения на модульных системах импульсного дождевания, преимущественно импульсного микродождевания. Устройство и способ могут быть использованы и в других областях народного хозяйства с аналогичными задачами и идентичными режимами работы основного оборудования.

Широко известны способы внесения минеральных удобрений и других агрохимикатов с поливной водой, заключающиеся в последовательном приготовлении маточных их составов, дозировании требуемого количества в поток поливной воды, смешивании с ней и распределении по орошаемой площади [1].

Недостатком известных способов применительно к системам импульсного дождевания является то, что в основном требуются внешние источники энергии (электрические, механические, пневматические) или применяются высокоэнергетические гидравлические конструкции, не учитываются особенности дискретных режимов полива, практически не могут реализовываться при малоинтенсивном внесении агрохимикатов, необходим постоянный контроль за работой оборудования и требуется присутствие высококвалифицированного обслуживающего персонала.

Известен способ подкормки растений растворами минеральных удобрений при дождевании, включающий отбор из оросительного трубопровода части потока воды и направление его в емкость со средствами химизации, которые обогащают воду за счет создаваемого в трубопроводе перепада давлений и дозируются в него [2, 3].

Недостатком известного способа внесения агрохимикатов с поливной водой является то, что его применение распространяется на напорные оросительные трубопроводы с большими транзитными расходами, предусматривает обязательные перепады и потери давления в основном трубопроводе, проблематичности контроля количества вносимых удобрений во времени, процесс реализуется за относительно короткий промежуток времени и не обеспечивается малоинтенсивное внесение питательных веществ.

Известно устройство для внесения жидких удобрений с поливной водой, включающее установленные на напорном трубопроводе емкость для жидких удобрений, мембранный насос-дозатор, кинематически связанный с штоками напорного и возвратного гидроцилиндров и гидравлически - с надкорневыми полостями упомянутых гидроцилидров, распределитель и дроссель [4].

Недостатком данного гидропдкормщика является большая материало- и энергоемкость, а также существенные расходно-напорные характеристики, что делает его практически неприемлемым в условиях систем импульсного микродождевания. Так реализуемый производством по данному авторскому свидетельству гидроподкормщик к ДМ "Фрегат" работает в диапазоне давлений 0,47...0,75 МПа и расходах 60...450 дм³/ч, тогда как для рассматриваемых условий орошения потребное давление не превышает 0,2...0,25 МПа. При этом расход поливной воды в питающем трубопроводе составляет 0,05. ..0,25 дм³/с, а необходимый расход насоса-дозатора при оперативном внесении удобрений оценивается величиной 0,003...1,0 дм³/ч. Для условий малоинтенсивного их распределения этот показатель технической характеристики уменьшается в 50...70 раз. Отсюда следует, что в техническом плане решение проблемы по рассматриваемому пути крайне проблематично. В то же время, отбираемая вода на гидропривод насоса-дозатора утилизируется по прилагаемой территории, что сопровождается дополнительными материальными и эксплуатационными издержками.

Наиболее близким к рассматриваемому изобретению по технической сети относится выбранный в качестве прототипа гидроподкормщик для систем импульсного дождевания, содержащий емкость для жидких удобрений, генератор импульсов давления, установленный на магистральном трубопроводе, и насос-дозатор [5].

Недостаток известного устройства и реализуемого им способа состоит в том, что они не решают проблемы надежного дозирования маточных растворов с весьма ограниченными расходными параметрами и в малоинтенсивном режиме. Кроме того, имеет место наличие дорогостоящего и технически сложного специального генератора импульсов давления, определяющего надежность и работоспособность устройства. Одновременно предъявляются повышенные требования к физическим свойствам маточных растворов, отмечается сложность конструктивного исполнения насоса-дозатора и его большая материалоемкость относительно орошаемой площади дождевальной установкой, присутствие движущихся поршневых пар в коррозионно-активной среде с наличием в ней абразивных включений.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является обеспечение надежности малоинтенсивного дозирования агрохимикатов в поливной поток без привлечения дополнительных источников энергии и устранение сброса отработанной воды.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе внесения средств химизации с поливной водой на системах импульсного дождевания циклы накопления поливной воды в емкости под избыточным давлением и подготовку порции растворов средств химизации совмещают с зарядкой пружинно-воздушного аккумулятора, обеспечивающего дозирование расчетного объема раствора при цикле полива в поток воды под давлением.

Задача решается так, что в устройстве для внесения средств химизации с поливной водой на системах импульсного дождевания дозатор растворов удобрений выполнен в виде автономного пружинно-воздушного аккумулятора, оборудованного полым плунжером со штоком регулировки его рабочего объема и гидравлически связанного с растворонакопительным баком, соединенным с головным узлом оросительной системы посредством трубопровода, внутренний объем которого относится с полезному объему аккумулятора в пределах 0,5...0,9.

Устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах импульсного дождевания включает дозатор растворов агрохимикатов, который работает без сброса отработанной воды и предопределяет надежное его функционирование в целом. Оно выполнено в виде автономно расположенного на растворонакопительном баке пружинно-воздушного аккумулятора, оборудованного полым плунжером с перемещающимися по оси штоком. Шток обеспечивает регулировку рабочего объема аккумулятора, который соответственно и дозируется за цикл полива. Внутренняя полость плунжера оборудована пружиной с разделительной мембраной, обеспечивающей накопление воздуха под избыточным давлением. Аккумулятор гидравлически связан с растворонакопительным баком. В то же время растворонакопительный бак своим трубопроводом через запорный кран соединен с головным узлом оросительной системы. При этом отношение внутреннего объема соединительного трубопровода к полезному объему аккумулятора находится в пределах 0,5...0,9.

Заправка бака удобрениями или другими агрохимикатами осуществляется при перекрытом кране на трубопроводе, соединяющим его с головным узлом оросительной системы. Для заправки используют как жидкие удобрения, так и хорошо растворимые сухие туки. После заправки и герметизации бака специальной крышкой перекрытый кран открывают. Вода в цикле накопления головного узла из него транзитом поступает в растворонакопительный бак, смешивается с удобрениями и образовавшийся раствор обеспечивает зарядку аккумулятора. Зарядка аккумулятора реализуется путем заполнения рабочей полости образующимся раствором средств химизации, накопления кинетической энергии за счет сжатия пружины и воздуха, выравнивания давлений в аккумуляторе и головном узле оросительной системы. В результате срабатывания штатного генератора командных импульсов или заменяющего его рабочего органа, обеспечивающих режим непосредственного полива, аккумулятор синхронно с головным узлом разрежается. Это обеспечивает дозированное поступление в него растворов агрохимикатов. В головном узле растворы смешиваются с поливной водой и из него распределяются по орошаемой площади через соответствующие дождевальные аппараты. Объем дозирующего раствора за цикл полива определяется настройкой аккумулятора. Переход всех питательных веществ в поливную воду зависит от настройки аккумулятора, продолжительности работы оросительной системы и поливной нормы, концентрации маточного раствора, длины соединительного трубопровода и его диаметра.

Способ и устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах импульсного дождевания представлены на чертеже.

Устройство для внесения средств химизации с поливной водой на системах импульсного дождевания включает дозатор растворов удобрений 1 в виде аккумулятора и растворонакопительный бак 2.

Растворонакопительный бак 2 содержит обечайку 3, сливной кран 4, горловину с крышкой 6, фланцевый разъем 7 и соединительный трубопровод 8 с краном 9. Горловина 5 служит для загрузки устройства туками, а кран 4 - для слива воды и удаления шламовых включений. Крышка 6 обеспечивает его герметизацию в процессе штатной работы. Трубопровод 8 через кран 9 связывает устройство с головным узлом 10 ирригационной системы, представленной оросительными трубопроводами 11 и 12 с расположенными на них дождевальными аппаратами. Дозатор растворов удобрений 1 смонтирован автономно на фланцевом разъеме 7. Он выполнен из корпуса 13, полого плунжера 14 с уплотнительными манжетами 15 и штока 16 с центральным отверстием. Шток 16 снабжен ниппелем 17 и манометром 18, обеспечивающим подкачку воздуха и контроль за его давлением. Внутри плунжера 14 размещена пружина 19, а на его - торце диафрагма 20 с кожухом 21. Обращается внимание на то, что при практической реализации конструкции устройства по предлагаемой схеме диафрагма может быть заменена сильфоном. Диафрагма 20 и уплотнительные манжеты 15 делят весь конструктивный объем корпуса 13 на "рабочую" 22 и "статичную" 23 полости. Рабочая полость 22 своим полезным объемом обеспечивает накопление и последующее дозирование порции растворов агрохимикатов в процессе штатных технологических циклов полива. Объем этой полости не является постоянным, при работе устройства происходят его постоянные варьирования за счет объемных перемещений диафрагмы под действием постоянно изменяющихся давлений воды в головном узле 10, а также состояния воздуха и пружины 19. Статичная полость 23 обеспечивает размещение плунжера 14 с его комплектующими деталями и определенный технологический резерв, учитывающий регулировку объема рабочей полости в пределах технической характеристики дозатора. Регулировка реализуется осевым перемещением штока 16. Подвод воды к головному узлу 10 обеспечивается по питающему трубопроводу 24 через запорно-регулирующий кран 25.

В процессе штатной работы головного узла 10 по трубопроводу 8 осуществляется поэтапный подвод воды к устройству и отвод от него раствора агрохимикатов. Обращается внимание на то, чтобы отношение внутреннего объема соединительного трубопровода 8 к дозируемому аккумулятором объему раствора средств химизации составляло величину 0,5...0,9. Одновременно следует иметь ввиду, что совмещенное использование в аккумуляторе энергий заряжаемой пружины 19 и сжатого воздуха во внутренней полости плунжера 14 упрощает конструктивное исполнение дозатора и комплектуемого им устройства, снижает его габариты и металлоемкость, обеспечивает наглядность управления технологическим процессом и повышает эксплуатационную надежность устройства.

Способ внесения средств химизации с поливной водой на системах импульсного дождевания и устройство для этих целей реализуются следующим образом.

Принципиальные возможности устройства позволяют его использование при применении как маточных растворов агрохимикатов, так и сухих хорошо растворимых в воде туков. В любом из вариантов начало проведения рассматриваемого технологического процесса сопровождается заправкой растворонакопительного бака 2 маточным раствором или соответствующими туками. Для этих целей последовательно совершают ряд операций: перекрывают кран 9 на трубопроводе 8, открывают крышку 6 и кран 4, обеспечивая слив воды из обечайки 3. При необходимости через кран 4 осуществляют промывку и удаление из бака 2 возможных шламовых включений. В дальнейшем кран 4 перекрывают и проводят заправку бака 2 средствами химизации. Применительно к сухим тукам их величина составляет в пределах 2/3...3/4 от объема обечайки 3, а жидкие компоненты залегаются в необходимом количестве на площадь орошения или с учетом максимально возможного объема бака 2. Параллельно с этими работами осевым перемещением штока 16 и его плунжера 14 с манжетами 15 регулируют объем рабочей полости 22 за счет изменения объема статичной полости 23 и устанавливают количество подаваемого раствора за цикл дозирования. После этого манипуляциями краном 9 обеспечивают заполнение бака 2 водой на 90...95% его объема, а закрытием крышки 6 - его герметизацию и готовность устройства к работе. Далее открывают кран 9, тем самым обеспечивают поступление части поливной воды из головного узла 10 в устройство и реализацию способа внесения средств химизации с поливной водой.

При открытом кране 25 и поступлении воды по питающему трубопроводу 24 она в режиме штатного цикла "наполнение" заполняет головной узел 10 и реализует его зарядку до величины задаваемого давления. Одновременно с зарядкой головного узла 10 вода по трубопроводу 8 попадает в растворонакопительный бак 2, где смешивается с растворами имеющихся там агрохимикатов, а образующаяся смесь транзитом попадает в рабочую полость 22 корпуса 13 или дозатора 1. Поступающая смесь заполняет свободный объем, повышает в полости давление до величины в головном узле 10 и перемещает диафрагму 20 в пределах ее кожуха 21.

Объемное перемещение диафрагмы 20 обеспечивает сжатие пружины 19 и находящегося под диафрагмой 20 во внутренней полости штока 14 воздуха. Таким образом, реализуется зарядка аккумулятора 1 объемом дозируемого раствора средств химизации на последующий цикл полива под давлением головного узла 10. После срабатывания головного узла 10 и падения в нем давления накопленный в рабочей полости 22 объем раствора агрохимикатов под действием кинематической энергии пружины 19 и сжатого воздуха через бак и трубопровод 8 дозируется в головной узел 10. В результате проходящих действий происходит смешение двух жидкостей и образование так называемого рабочего раствора средств химизации, который поступает в трубопроводы 11 и 12 с соответствующими дождевальными аппаратами и в дальнейшем распределяется по орошаемой площади. Следует учитывать, что поступивший в головной узел объем раствора удобрений будет равен "полезному" объему накопленного раствора в аккумуляторе за минусом внутреннего объема соединительного трубопровода. В результате лабораторно-аналитических исследований на опытном образце устройства установлено, что при точности дозирования + 8% отношение внутреннего диаметра соединительного трубопровода к последнему объему аккумулятора не должно превышать интервала 0,5. ..0,9.

После окончания цикла непосредственного полива возобновляется цикл заполнения головного узла 10 водой и заправки аккумулятора 1 очередной порцией агрохимикатов с последующей его разрядкой в зависимости от работы ирригационного оборудования, то есть процесс продолжается в автоматизированном режиме. Визуальный контроль за функционированием дозатора ведут по показаниям манометра 18. При необходимости подзарядку аккумулятора сжатым воздухом реализуют через ниппель 1.

Продолжительность работы устройства для полного выноса агрохимических веществ из бака 2 и их переход в поливную воду предопределяется его настройкой и режимом работы ирригационного оборудования. Определяется она расчетным путем и накопленным опытом эксплуатации оборудования. По завершении этого времени перекрытием крана 9 устройство отключают. Открывают крышку 6 и сливной кран 4. Последовательно за этим повторяют все сопутствующие подготовке устройства к работе операции и повторно включают его в работу.

Использование предлагаемого способа и устройства для его реализации позволяют согласовывать режим работы системы импульсного дождевания с задачами малоинтенсивного и рассредоточенного внесения удобрений, управлять дозированием в поливной поток других средств химизации, улучшить качество распределения агрохимикатов по площади, сохранить надежность и работоспособность оросительной системы, не оказывать влияния на технико-эксплуатационные их характеристики.

Источники информации

1. Абрамов А. Ф. , Ивашкин В.И. Внесение средств химизации с поливной водой. - М.: Росагропромиздат, 1988, 88 с.

2. Соловьев Е.Е. Подкормка растений при дождевании. // Колхозное производство, 1959, 12, с.32.

3. Авторское свидетельство СССР 82032, кл. А 01 С 45 23/04.

4. Авторское свидетельство СССР 594915, кл. А 01 С 23/04, 1975.

5. Авторское свидетельство СССР 1119211, кл. А 01 С 23/04, 1985.