Жарков В.А., Калашников А.А., Калашникова Л.П., Ангольд Е.В.

Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства

Казахстан, г. Тараз

ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА С МАЛОИНТЕНСИВНОЙ

ТЕХНОЛОГИЕЙ ПОЛИВА

Возросший интерес к малоинтенсивным технологиям полива сельскохозяйственных культур требует создания малорасходных технических средств полива с водоподачей оптимально приближенной к ходу суточного водопотребления растений с интенсивностью, учитывающей водопроницаемость почв.

С этой целью в Казахском НИИ водного хозяйства разработаны системы импульсного дождевания и капельного (капельно-дождевального) орошения с техническими средствами полива импульсного принципа работы, позволяющими регулировать процесс водоподачи в соответствии с ходом водопотребления растений в течение вегетационного периода.

Малоинтенсивное импульсное дождевание комплектом КСИД-1 позволяет поддерживать влажность почвы в слое активного влагообмена на оптимальном уровне 75…80 % НВ без значительных её колебаний ,свойственным традиционным технологиям обычного дождевания и поверхностного полива.

Комплект КСИД-1 (Рисунок 1) имеет все необходимые элементы для обеспечения работоспособности его в течение вегетационного периода.

1 – насос; 2 – пульт управления; 3, 5 – запорно-регулирующая арматура;

4 – генератор импульсов давления; 6 – распределительный и 7 –поливные

трубопроводы; 8 – обратная связь; 9- импульсные дождеватели; 10 – контрольный импульсный дождеватель

Рисунок 1 - Принципиальная схема комплекта КСИД-1

Для управления работой импульсных дождевателей разработана принципиальная схема генератора импульсов давления (Рисунок 2), позволяющая обеспечить формирование в сети трубопроводов импульсов повышения и понижения давления.

В комплекте импульсного дождевания предусмотрена обратная связь контрольного импульсного дождевателя с генератором импульсов давления для обеспечения подачи сигнала о заполнении гидроаккумулятора дождевателя заданным объемом воды и выработке генератором импульса понижения в трубопроводной сети.

1, 2 – задвижки; 3 – напорный клапан; 4 – сливной клапан; 5 – кран;

6 – трубопровод; 7 – клапан-распределитель; 8, 9 – реле давления; 10 –сеть;

11 – дождеватель импульсный; 12 – камера; 13-16 - шланги

Рисунок 2 - Принципиальная схема генератора импульсов давления

Работа системы импульсного дождевания происходит следующим образом. При необходимости полива по сигналу датчика влажности почвы или в соответствии с программой включается в работу насосная станция. Происходит подача воды в трубопроводную сеть и аккумуляция расхода и напора в полостях гидроаккумуляторов до расчетной величины. По сигналу датчика их заполнения или по сигналу реле времени с пульта управления подается команда на генератор импульсов давления, который формирует сигнал понижения давления определенной продолжительности в сети трубопроводов. Происходит срабатывание запорных органов импульсных дождевателей и выброс накопленного объема воды. Закрытие запорных органов дождевателей происходит по сигналу повышения давления.

Генератор импульсов давления устанавливается в голове системы по отношению к напорообразующему узлу. Для воздействия на объект управления генератор импульсов давления состоит из необходимых клапанов, кранов, задвижек и т.д.

Трубопроводная сеть выполняется из стальных или пластмассовых труб, может быть разборной и стационарной.

Для улучшения качества дождя импульсных дождевателей, снабженных дождевальными аппаратами с двумя стволами разработана насадка специальная, имеющая камеру поступления воздуха в струю воды во время выплеска накопленного объема воды из импульсного дождевателя в атмосферу через двухрожковый дождевальный аппарат (Рисунок 3). В момент дождевания в сопло из специальной камеры поступает воздух, что позволяет улучшить структуру дождя за счет изменения диаметра капель.

1 – камера специальная; 2 – крышка,

3 – ствол; 4 - сопло

Рисунок 3 - Насадка специальная

Для системы капельно-дождевального орошения в качестве одного из вариантов технологии непрерывного полива разработана дискретная технология водоподачи. Дискретная технология позволяет обеспечить периодическую подачу воды по зонам полива на орошаемом участке в соответствии с циклами работы устройства водораспределения и управления работой системы. На системе применены капельно-дождевальные водовыпуски, работающие в импульсном режиме.

В отличие от известных систем капельного орошения, предлагаемая работает в режиме повторяющихся циклов «накопления-подачи» воды в прилегающую к растениям среду.

Накопление воды или питательного раствора в накопительных емкостях капельно-дождевальных водовыпусков происходит при повышении давления в трубопроводной сети до расчетных параметров. Подача воды к растениям осуществляется под действием сжатого воздуха или эластичных материалов через отверстия для капельного полива или дождевальные насадки - при его снижении.

Система орошения состоит из напорообразующего узла, устройства водораспределения и управления работой системы, распределительных и поливных трубопроводов с водовыпусками импульсного принципа работы, запорно-регулирующей и соединительной арматуры (Рисунок 4).

1 – водоисточник; 2 – напорообразующий узел; 3 – запорная арматура;

4 – устройство водораспределения и управления работой; трубопроводы:

5 – распределительные, 6 –поливные; 7, 8 – модульный участок (зона);

9 –водовыпуск.

Рисунок 4 - Принципиальная схема системы капельно–дождевального

орошения

С учетом современных требований по снижению энергоемкости процесса полива на базе имеющихся конструкторских разработок КазНИИВХ средств управления для систем низконапорного капельно-дождевального орошения с водовыпусками импульсного принципа работы разработана гидравлическая технологическая схема автоматизации процесса полива, показанная на Рисунке 5.

1 – водоисточник; 2 – напорообразующее устройство; трубопроводы:

3 - магистральный, 4 – распределительный, 5 – поливной; 6 – капельницы

(капельно-дождевальные водовыпуски); 7 – устройство водораспределения и управления работой; 8 – дозатор; 9 – регулирующий клапан

Рисунок 5 – Гидравлическая схема автоматизации процесса полива

Гидравлическая схема автоматизации полива, показанная на Рисунке 5, имеет устройство водораспределения и управления работой, которым обеспечивается поочередная подача воды на зоны полива (А, Б) и формирование импульсов повышения и понижения давления в трубопроводной сети этих зон. При установке на системе орошения водовыпусков импульсного принципа работы в соответствии с циклами работы устройства управления обеспечивается поочередная выдача накопленного водовыпусками объема воды к растениям на зонах полива. Устройство водораспределения и управления работой показано на Рисунке 6.

Работа устройства осуществляется следующим образом. При запуске в работу системы орошения происходит подача воды от напорообразующего узла 1 по магистральному трубопроводу 2 в корпус поочередной подачи воды 3 и далее через открытое седло 5 (6), распределительный трубопровод 8 (7) в одну из зон орошения. Одновременно по каналу 11 (12) она подводится к седлу 17 (14) регулирующего клапана 13. При достижении верхнего предела срабатывания, на который рассчитана пружина 18 регулирующего клапана, давлением воды клапан 15 (16) отжимается к седлу 14 (17) регулирующего клапана.

1 – напорообразующий узел; 2 - магистральный трубопровод; 3 - корпус устройства поочередной подачи воды; 4 – клапан; 5 (6) – седло; 8 (7) – распределительный трубопровод; 9 –дозатор; 10 – вилка; 11 (12) – каналы; 13, 15, 16 – клапана;

14 (17) – седло; 18 – пружина; 19 – кран.

Рисунок 6 - Принципиальная схема устройства водораспределения и

управления работой системы

Происходит поступление воды в одну из полостей дозатора 9 через кран 19, с помощью которого регулируется время заполнения полости дозатора 4, то есть, продолжительность рабочего цикла зоны полива. При заполнении полости дозатора происходит его опрокидывание и слив воды из него в накопительную емкость или на близлежащую территорию. При этом дозатор с помощью вилки 10, жестко связанной с его осью, перебрасывает регулирующий клапан в положение, при котором доступ воды в распределительный трубопровод 8 первой зоны перекрывается. Подача воды осуществляется в распределительный трубопровод 7 второй зоны. В первой зоне полива давление в сети трубопровода снижается за счет соединения ее с атмосферой, и капельницы или водовыпуски выдают накопленный в них объем воды к растениям. Далее процесс продолжается аналогично на второй зоне.

Конструкция капельно-дождевального водовыпуска показана на Рисунке 7 [1]. Капельно-дождевальный водовыпуск работает следующим образом. При подаче воды во входное отверстие крышки 2 корпуса 1 происходит перемещение манжеты 4 в сторону выходного отверстия переходника 7 и его перекрытие.

1 – корпус, 2, 3– крышка 4 – полупроводниковая манжета, 5 – колпак,

6 – эластичный шар, 7 – переходник, 8 – корпус крана, 9 – переключатель,

10 – дождевальная насадка, 11 – поливная трубка

Рисунок 7 - Импульсный капельно-дождевальный водовыпуск

Отгибая эластичные края манжеты, вода поступает в гидроаккумулятор в виде колпака 5 и заполняет его, сжимая эластичный шар 6 до заданного объема. Далее при подаче импульса понижения давления в трубопроводную сеть происходит снижение давления в полости между крышкой 2 и манжетой 4 и за счет давления воды в колпаке 5 перемещение манжеты 4 в сторону входного отверстия, открывая тем самым доступ воды из его емкости в переходник 7. Происходит поступление воды к растениям в режиме дождевания через насадку 10 или через выходное отверстие для капельного полива 11. Режим работы водовыпуска устанавливается переключателем 9. Далее процесс работы такого устройства аналогичен. Использование в конструкции водовыпуска эластичного водонепроницаемого вкладыша в виде шара позволяет устранить возможность выноса воздуха в атмосферу из полости колпака вместе с водой и, тем самым, обеспечить постоянный объем водоподачи к растениям в течение всего времени эксплуатации водовыпусков на системах орошения.

Применение импульсного капельно-дождевального водовыпуска на системах орошения позволит обеспечить строго фиксированный объем водоподачи к растениям независимо от рельефа местности. В условиях высоких температур воздуха и низких значений его влажности в термически напряженный период вегетации растений за счет дождевания появляется возможность снизить температуру и повысить влажность воздуха, то есть создать благоприятные условия для роста и развития растений, способствуя тем самым повышению урожайности.

При установке на поливных трубопроводах капельно-дождевальных водовыпусков импульсного принципа работы в результате поступления воды на одну из зон полива происходит аккумуляция расхода и напора в емкостях гидроаккумуляторах водовыпусков до расчетных величин. Далее с помощью устройства водораспределения и управления работой осуществляется переключение водоподачи на другую зону полива. В первой зоне полива формируется сигнал понижения давления в сети технологических трубопроводов определенной продолжительности и происходит срабатывание запорных органов водовыпусков и подача накопленного объема воды к растениям в режиме капельного орошения, дождевания или капельно-дождевального полива.

Во второй зоне полива происходит аккумуляция расхода и напора в емкостях водовыпусков до заданных величин и далее по сигналу понижения давления в сети трубопроводов осуществляется полив растений. Закрытие запорных органов водовыпусков происходит за счет сигнала повышения давления.

Система позволяет в момент одновременного срабатывания всех капельно-дождевальных водовыпусков импульсного принципа работы достичь максимального давления, так как запускающий импульс посылается в тот момент, когда скорость движения воды в сети трубопроводов практически равна нулю.

Регулировка времени срабатывания технических средств полива на зонах полива обеспечивается запорно-регулирующей арматурой устройства водораспределения и управления работой.

Установка таких водовыпусков на поливных трубопроводах позволяет осуществлять подачу порций воды к растениям в режиме капельного полива или дождевания.

Для создания мелкодисперсного дождевания применена насадка дефлекторного типа конструкции КазНИИВХ, обеспечивающая структуру дождя менее 1 мм и равномерность распределения воды по площади орошения более 0.8, что не оказывает отрицательного воздействия на почву и обеспечивает качество полива.

Разработанные технические средства полива с малоинтенсивной технологией водоподачи позволяют обеспечить подачу воды к растениям в соответствии с их водопотреблением с малой интенсивностью полива с учетом особенностей водопроницаемости почв, апробированы на производственных участках и могут быть рекомендованы сельхозтоваропроизводителям любых форм собственности для орошения территорий, занятых селькохозяйственными и иными культурами.

Список использованных источников

1 Инновационный патент РК № 22850. Импульсный капельно-дождевальный водовыпуск. // Жарков В.А., Гричаная Т.С., Ангольд Е.В. и др. // Промышленная собственность. Официальный бюллетень. Изобретения. Полезные модели. -№9. -2010.