Научная статья на тему 'Новые технические решения повышения эффективности ресурсосберегающих способов полива'

Новые технические решения повышения эффективности ресурсосберегающих способов полива Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
437
81
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ДОЖДЕВАЛЬНЫЙ АППАРАТ / КАПЕЛЬНЫЙ ВОДОВЫПУСК / КАПЕЛЬНОЕ / КОМБИНИРОВАННОЕ ОРОШЕНИЕ / ТЕХНИКА ПОЛИВА

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Овчинников А. С., Бочарников В. С.

В статье представлены новые конструкции дождевального аппарата и капельного водовыпуска, направленные на совершенствование техники ресурсосберегающих способов полива мелкодисперсным дождеванием и капельным орошением.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Новые технические решения повышения эффективности ресурсосберегающих способов полива»

АГРОПРОМЫШЛЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ

УДК 631.674

НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ СПОСОБОВ ПОЛИВА

A.С. Овчинников, член-корреспондент РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук, профессор

B.С. Бочарников, кандидат технических наук

Волгоградский государственный аграрный университет

В статье представлены новые конструкции дождевального аппарата и капельного водо-выпуска, направленные на совершенствование техники ресурсосберегающих способов полива мелкодисперсным дождеванием и капельным орошением.

Ключевые слова: дождевальный аппарат, капельный водовыпуск, капельное, комбинированное орошение, техника полива.

В связи с развитием в нашей стране мелких и средних фермерских хозяйств при производстве овощных культур, возрастает необходимость применения простейших средств управления поливом растений, процессами формирования температурного режима почвы и воздуха, светового режима, а также элементарных средств автоматизации, что значительно снижает материальные и трудовые затраты и повышает экономическую эффективность отрасли овощеводства.

В этой связи перед мелиоративной наукой особенно остро стоит вопрос о необходимости глубокого изучения и внедрения в аграрное производство научнообоснованных ресурсосберегающих технологий, технических средств и приемов, позволяющих минимизировать затраты при получении высоких стабильных урожаев высококачественной овощной продукции [2, 4, 7]. К таким технологиям, безусловно, относится применение систем капельного, комбинированного и внутрипочвенного орошения [3, 5, 6].

Значительный интерес представляют комбинированные системы капельного орошения с мелкодисперсным увлажнением, позволяющие проводить полив как в режиме капельного орошения, так и в режиме мелкодисперсного дождевания, а также совмещать эти режимы.

Проведенные исследования на посевах сельскохозяйственных культур [1] подтверждают эффективность использования комбинированного способа полива, способствующего повышению урожайности сельскохозяйственных культур на 6-8 % по сравнению с капельным орошением.

Для таких систем нами предлагается новое техническое решение, направленное на создание универсального дождевального аппарата для мелкодисперсного дождевания. Разработанный дождевальный аппарат турбинного типа обеспечивает получение технического результата - регулирования размеров капель и интенсивности дождя в процессе полива, повышения эксплуатационной надежности работы аппарата при поливе оросительной водой, забираемой из открытых каналов с наносами и высоким содержанием минеральных примесей, упрощение конструкции и улучшение условий эксплуатации. Данный технический результат достигается тем, что в предлагаемой конструкции дождевального аппарата турбинного типа, содержащего снабженный перего-

родкой полый цилиндрический корпус с соосно установленным в нем направляющим стержнем, фторопластовой прокладкой и с возможностью вращения вокруг него и перемещения вдоль стержня конусного дефлектора с криволинейными расходящимися канавками на рабочей поверхности, ограниченной регулировочной гайкой и контргайкой на резьбовой части направляющего стержня. Соосно оси вращения в конусном дефлекторе выполнены ступенчатые цилиндрические полости: в полости наименьшего диаметра оппозитно друг другу размещена пара подшипников скольжения для вращения на направляющем стержне, в полости среднего диаметра размещен упругий элемент в виде пружины сжатия, одной торцевой частью сопряжен с фторопластовой прокладкой, размещенной на стержне со стороны перегородки, а другой - с подшипником скольжения, в полости наибольшего диаметра размещена регулировочная гайка в качестве опорной пяты, при этом полость наименьшего диаметра с полостью наибольшего диаметра гидравлически соединена каналами, параллельными оси вращения конусного дефлектора; полость с наибольшим диаметром конусного дефлектора уплотнена манжетой, размещенной на цилиндрическом пояске регулировочной гайки; торец перегородки снабжен обтекателем; на внешней резьбовой поверхности корпуса размещена фасонная гайка. На рис.1 изображен диаметральный разрез дождевального аппарата турбинного типа в режиме настройки минимального расхода поливной воды.

Рисунок 1 Рисунок 2

На рис. 2 - то же, при установке в ниппеле поливного трубопровода, ориентированного вниз при настройке на большой расход поливной воды.

Дождевальный аппарат турбинного типа содержит полый цилиндрический корпус 1, направляющий стержень 2, фторопластовую прокладку 3, конусный дефлектор 4 с криволинейными расходящимися канавками на рабочей поверхности 6, регулировочную гайку 7 и контргайку 8.

Полый цилиндрический корпус 1 на внешней поверхности имеет резьбовой участок 9 и монтажный участок 10 для завинчивания в ниппель водопроводящего трубопровода дождевальной машины. На внешнем резьбовом участке 9 корпуса 1 размещена фасонная гайка 11 для фиксации корпуса 1 в ниппеле трубопровода. Корпус 1 снабжен

перегородкой 12, на котором соосно корпусу 1 установлен направляющий стержень 2. Один конец стержня 2 зафиксирован в перегородке 12. Конусный дефлектор 4 на направляющем стержне 2 установлен с возможностью вращения и перемещения вдоль оси стержня 2. Торец перегородки 12 снабжен обтекателем 13. Им добиваются плавной подачи воды в полость корпуса 1. Соосно оси вращения в конусном дефлекторе 4 выполнены ступенчатые цилиндрические полости 14, 15, 16 и 17. В цилиндрической полости 16 наименьшего диаметра оппозитно друг другу размещена пара подшипников скольжения 18 и 19. Подшипниками скольжения 18 и 19 обеспечивается устойчивое вращение конусного дефлектора 4 на направляющем стержне 2. В полости 14 среднего диаметра размещен упругий элемент 20 в виде пружины сжатия. Упругий элемент 20 одной торцевой частью сопряжен с фторопластовой прокладкой 3. Фторопластовая прокладка 3 размещена на направляющем стержне 2 со стороны перегородки 12. Другая торцевая часть упругого элемента 20 сопряжена с подшипником скольжения 18. В полости 17 наибольшего диаметра размещена регулировочная гайка 7 в качестве опорной пяты. Полость 16 с наименьшим диаметром с полостью 17 наибольшего диаметра гидравлически соединена каналами 21, выполненными параллельными оси вращения конусного дефлектора 4. Полость 17 наибольшего диаметра конусного дефлектора 4 уплотнена манжетой 22. Манжета 22 размещена на цилиндрическом пояске регулировочной гайки 7. Регулировочная гайка 7 и контргайка 8 размещены на резьбовом хвостовике 23 направляющего стержня 2.

Дождевальный аппарат работает следующим образом. При поступлении оросительной воды в ниппель водоподающего трубопровода дождевальной машины она, обтекая обтекатель 13 на торце перегородки 12, поступает в полость корпуса 1. Поток воды встречает на своем пути сопротивление в виде рабочей поверхности 6 конусного дефлектора 4. За счет спиралеобразных канавок 5 на рабочей поверхности 6 конусного дефлектора 4 последнему придается вращательное движение. Одновременно с этим в зазор между фторопластовой прокладкой 3 и торцевым срезом конусного дефлектора 4 в полость 14 под давлением поступает вода. Из полости 14 она перетекает в полость 15, которая каналами 21 гидравлически связана с полостью 17. Кольцевая часть полости 15 со стороны каналов 21 имеет полость в три-четыре раза меньше, чем площадь кольца регулировочной гайки 7 в полости 17. По этой причине между торцевой частью полости 17 и торцевой частью регулировочной гайки 7 создается осевое усилие, которое смещает конусный дефлектор 4 в направлении упругого элемента 20, сжимая его витки. В этом случае конусный дефлектор 4 вращается на направляющем стержне 2 благодаря подшипникам скольжения 18 и 19 и пяте, которую выполняет регулировочная гайка 7. При таком конструктивном исполнении силы трения сведены до минимума. Направление навивки пружины сжатия соответствует направлению вращения конусного дефлектора 4. С проскальзыванием упругий элемент 20 вращается вслед за конусным дефлектором 4 вокруг направляющего стержня 2 на фторопластовой прокладке 3. Упругий элемент 20 компенсирует осевые перемещения конусного дефлектора 4 на направляющем стержне 2.

Для изменения расхода воды дождевального аппарата контргайку 8 на резьбовой части 23 направляющего стержня 2 свинчивают. Затем вывинчивают регулировочную гайку 7 на резьбовой части 23. Под воздействием сжатых витков упругого элемента 20 конусный дефлектор 4 своими подшипниками скольжения 18 и 19 скользит вдоль направляющего стержня 2, занимая новое положение (рис. 2). Затем регулировочную гайку 7 фиксируют контргайкой 8 на резьбовой части 23 стержня 2. Аппарат готов к работе для выдачи повышенной поливной нормы. За счет центробежных сил тонкий

слой воды с рабочей поверхности 6 конусного дефлектора 4 приобретает большую скорость, приобретает направление с небольшим углом к горизонту и разбивается о воздух на мелкодисперсные частицы. Оросительная вода в виде тумана оседает на поверхность листьев и стеблей сельскохозяйственных культур.

С целью повышения качества полива сельскохозяйственных культур в условиях открытого и закрытого грунта за счет равномерной раздачи поливных норм по длине трубопровода, обеспечиваемой путем компенсации потерь давления в полости трубопровода, нами предлагается новая конструкция капельного водовыпуска,

На рис. ЗА представлен диаметральный разрез капельного водовыпуска при выполнении технологического процесса.

На рис. ЗБ изображено сечение А-А на рис. ЗА, положение гибкой эластичной пленки с сегментной поверхностью и мембраны ее в полюсной части при забивании выпускного отверстия крышки минеральным сором.

Капельный водовыпуск включает корпус 1 с входным отверстием 2, крышку 3 с выпускным отверстием 4 и мембрану 5. Корпусу 1 с крышкой 3 придана форма полого шара. Равновеликие части полого шара с возможностью разъема сопряжены в плоскости большого круга. След этой плоскости на рис. ЗА обозначен как I-I. В полости крышки 3 размещена мембрана 5. Мембрана 5 имеет вид усеченного полого шара. Мембрана 5 изготовлена из газонаполненного эластичного пластика, например полистирола. Мембрана 5 внешней сферой сопряжена с внутренней сферической поверхностью крышки 3. Верхняя усеченная часть мембраны 5 - шаровой сегмент - обеспечивает беспрепятственное заполнение водой через входное отверстие 2 полости корпуса 1 и мембраны 5 над крышкой 3. Высота усеченной части мембраны 5 на 60...70 % меньше радиуса внутренней сферы корпуса 1. Часть мембраны 5 выше плоскости большого круга (след I-I) плотно прикрывает стык в месте разъема корпуса 1 и крышки 3. На внутренней сферической поверхности крышки 3 по меридианам выполнены каналы 6 с увеличивающимися сечениями в направлении ее выпускного отверстия 4. Между каналами 6 в зоне нижнего полюса крышки 3 размещена группа радиально ориентированных отверстий 7.

I

i

А-А

Б

А

Рисунок 3 - Капельный водовыпуск

Эта группа отверстий 7 в крышке 3 закрыта гибкой и эластичной водонепроницаемой пленкой 8 с сегментной поверхностью. Пленка 8 размещена на полюсе мембраны 5 и соединена с ним водостойким клеевым соединением.

Капельный водовыпуск работает следующим образом.

При работающей оросительной сети вода под давлением к входному отверстию 2 в корпусе 1 заполняет сначала полость мембраны 5, а затем и полость корпуса 1. За счет давления воды мембрана 5 плотно облегает сферическую поверхность крышки 3. Вода из полости корпуса 1 проходит с равномерной скоростью через микропоры газонаполненного пластика и поступает в каналы 6 на внутренней сферической поверхности крышки 3. Капли воды в виде мельчайших частиц стекают по каналам 6 в направлении выпускного отверстия 4. Из отверстия 4 вода попадает на орошаемый участок. За счет давления воды в полости мембраны 5 ее водонепроницаемая пленка 8 плотно облегает сегментную поверхность и исключает проникновение в отверстия 7.

При сбросе давления воды в водораспределительной сети оставшаяся вода под действием сил гравитации проходит через микропоры с увеличенными размерами в воздухо наполненных каналах мембраны 5. Остаток воды полностью через каналы 6 и отверстие 4 вытекает из крышки 3. В межполивной период полость водовыпуска остается сухой.

В случае забивания выпускного отверстия 4 микроводорослями или минеральным сором вода, как и в первом случае, под давлением пронизывает толщу мембраны 5 из газонаполненного пластика и поступает по каналам 6 в донную часть крышки 3. Полость под водонепроницаемой пленкой 8 и крышкой 3 заполняется водой, образуя двояковыпуклую линзу. Под давлением воды в полости мембраны 5 вода через открывшуюся группу отверстий 7 резко сбрасывается из полости крышки 3, а эластичная пленка 8 за счет гидравлического удара пробивает вместе с водой сор из выпускного отверстия 4. В дальнейшем капельный водовыпуск работает в штатном режиме.

Таким образом, предлагаемая нами конструкция водовыпуска позволяет достигнуть повышения качества полива сельскохозяйственных культур и эксплуатационной надежности водораспределительной сети на поверхности орошаемого участка.

Применение предлагаемой конструкции дождевального аппарата обеспечивает высокое качество орошения, заключающееся в равномерном распределении поливной воды и создании устойчивого микроклимата у поверхности листьев растений.

Библиографический список

1. Майер, А.В. Новая технология комбинированного орошения [Текст]/ А.В. Майер // Современные проблемы, перспективы и инновационные тенденции развития аграрной науки: материалы Международной научно-практической конференции. - Махачкала: ДГСХА, 2010. -

С. 478-481.

2. Овчинников, А.С. Конструктивные особенности систем капельного и внутрипоч-венного орошения [Текст]/ А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков, В.С. Бочарников // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2007. - № 1 (5). - С. 54-56.

3. Овчинников, А.С. Оценка рентабельности производства овощей в Нижнем Поволжье [Текст] / А.С. Овчинников, О.В. Бочарникова, В.С. Бочарников // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2007. - № 1(5). - С. 49-53.

4. Овчинников, А.С. Ресурсосберегающие способы и режим полива сладкого перца [Текст] / А.С. Овчинников, М.П. Мещеряков // Картофель и овощи. - 2008. - №6. - С. 27-28.

5. Овчинников, А.С. Изучение формирования контуров увлажнения при внутрипочвен-ном орошении в пленочных теплицах в зависимости от конструктивных особенностей трубчатых увлажнителей и величины пьезометрического напора [Текст] / А.С. Овчинников, В.С. Бочарников // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова. - 2008. - № 1. - С. 43-44.

6. Особенности технологии возделывания сладкого перца при капельном орошении в условиях Нижнего Поволжья [Текст]/ А.С. Овчинников, О.В. Бочарникова, В.С. Бочарников, Т.В. Пантюшина // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. - 2010. - № 3(19). -С. 18-22.

7. Урожайность сладкого перца при капельном орошении [Текст]/ А.С. Овчинников, О.В. Бочарникова, Т.В. Пантюшина, Е.В. Шенцева // Мелиорация и водное хозяйство. - 2007. -№ 2. - С. 45-49.

E-mail: vgsha@vgsha.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.