Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву при капельном орошении

Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву при капельном орошении

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскохозяйственной мелиорации, в частности к капельному орошению, и может быть использовано для очистки воды при орошении овощных культур, виноградников, садов, лесных и плодовых питомников, плодово-ягодных культур и т.п. насаждений.

Известна система капельного орошения, включающая источник водоснабжения, подводящую сеть, распределительную сеть и увлажнители с инъекторами, в которой с целью улучшения аэрации увлажняемой зоны и обеспечения контроля за подачей воды в почву на входе в каждый инъектор установлено гидравлическое сопротивление, а под ним, в стенке инъектора, выполнено отверстие; с целью стабилизации и регулирования расхода воздуха, подаваемого в почву, каждый инъектор снабжен гидрозатвором, расположенным ниже отверстия; с целью равномерного распределения воды по увлажненным зонам при изменении напора по длине увлажнителя, инъекторы подключены к увлажнителям через трубчатые вставки различной длины; гидравлическое сопротивление выполнено в виде поплавкового регулятора уровня воды (SU, авторское свидетельство №545305. М. Кл.² А01G 25/02. Система капельного орошения / Б.И. Зигельман и Н.И. Кузякин (СССР). - Заявка №2198288/15; заявлено 10.12.1975; опубл. 05.02.1977, Бюл. №5 // Открытия. Изобретения. - 1977. - №5).

К недостаткам описанной системы капельного орошения относится неудовлетворительная очистка воды, подаваемой из водоподводящей сети в увлажнители инъекторами. Последние забивались растительными остатками и иловатыми взвесями в оросительной воде.

Часть указанных недостатков устраняется в системе капельного орошения, включающей водоисточник, бассейн-отстойник, насосную станцию и оросительную сеть с капельницами, в которой с целью повышения надежности работы и снижения эксплуатационных затрат система снабжена линейно-протяженными трубчатыми фильтрами, уложенными в грунте вдоль берега водоисточника и заглубленными под уровень грунтовых вод, при этом трубчатые фильтры сообщены с бассейном-отстойником, который выполнен закрытым (SU, авторское свидетельство №1551285. А1, М. Кл.⁵ А01G 25/02. Система капельного орошения / Н.А. Куделя, А.В. Шевченко, М.И. Ромащенко (СССР). - Заявка №4443850/30-15; заявлено 05.05.1988; опубл. 23.03.1990, Бюл. №11 // Открытия. Изобретения. - 1990. - №11).

К недостаткам данной системы капельного орошения относятся большие материальные и трудовые затраты на укладку линейно-протяженных трубчатых фильтров в грунт на нижний уровень залегания грунтовых вод.

Известен горизонтальный отстойник, содержащий емкость, верхнюю и нижнюю распределительные системы подвода нефтесодержащей воды и отвода очищенной воды соответственно, трубку слива нефтепродуктов, входной и выходной патрубки, в котором с целью повышения эффективности очистки нефтесодержащих вод верхняя и нижняя распределительные системы выполнены в виде соединенных с коллектором горизонтальных перфорированных труб, при этом трубы верхней и нижней систем выполнены с диаметром, увеличивающимся и уменьшающимся соответственно от входного патрубка к выходному, суммарная площадь поперечного сечения верхней и нижней распределительных систем составляет не более 1,3 площади поперечного сечения соответствующего коллектора, а входной и выходной патрубки расположены в диаметрально противоположных концах емкости (SU, авторское свидетельство №1544712 А1, М. Кл.⁵ С02F 1/40, В01D 21/24, 17/032. Горизонтальный отстойник / Э.М. Кесельман, Л.М. Долуб (СССР). - Заявка №4279584/23-26; заявлено 08.07.1987; опубл. 23.02.1990, Бюл. №7 // Открытия. Изобретения. - 1990. - №7).

К недостаткам описанного отстойника относятся ограниченные функциональные возможности - сбор аварийных разливов нефтепродуктов.

Близким аналогом по сущности и целевому назначению к заявленному техническому объекту является установка для очистки воды, содержащая корпус с патрубками, верхним и нижним распределительными устройствами, согласно формулы полезной модели, в которой размещена ионообменная смола, а в корпусе дополнительно размещены с возможностью перемещения фильтрационный материал с плотностью ниже плотности воды, причем над поверхностью материала в корпусе имеется свободное от сорбентов пространство (RU, свидетельство на полезную модель №21912 U1, МПК⁷ С02F 1/42. Установка для очистки воды / С.В. Петров, С.Л. Громов (RU). - Заявка №2001110826/20; заявлено 25.04.2001; опубл. 27.02.2002, Бюл. №6 // Изобретения. Полезные модели. - 2002. - №6. - С.301 и 302).

К недостаткам данной установки применительно к решаемой нами проблеме относятся неудовлетворительное качество очистки воды, малая производительность, незначительный и разовый срок службы сорбента.

Наиболее близким аналогом (прототипом) к заявленному объекту является система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, включающая насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, фильтр, манометры, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов, в которой фильтр в виде горизонтально установленной емкости с соотношением диаметра к ее длине 1:(1,3-10) снабжен ярусно смонтированными дренажными трубами из коррозионно-стойкого материала, при этом поверхности дренажных труб нижнего яруса покрыты фильтрационным материалом и размещены в донной части емкости под слоем инертного песчаного наполнителя мощностью 400-1000 мм с размерами зерен инертного наполнителя 1-5 мм, а внешний патрубок дренажной трубы верхнего яруса гидравлически связан с напорным гидроциклоном, снабженным в его полости сетчатым экраном в одной части и сборником шлама и вентилем для его выпуска в другой части, при этом концы дренажных труб нижнего яруса соединены посредством коллектора и водоотвода с фильтром тонкой очистки воды (RU, патент №2229217 С2, МПК⁷ А01G 25/02, А01М 7/00. Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву при капельном орошении / Р.А. Бальбеков, Н.А. Безроднов, А.М. Салдаев (RU). - Заявка №2002120960/12; заявлено 30.07.2002; опубл. 27.05.2004).

К недостаткам описанной системы подготовки воды и подачи питательной смеси в почву при капельном орошении относятся большое гидравлическое сопротивление фильтра и ограниченная производительность.

Сущность заявленного изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, - повышение качества очистки воды.

Технический результат - повышение производительности, снижение себестоимости растениеводческой продукции, повышение эксплуатационной надежности и снижение затрат труда на техническое обслуживание систем капельного орошения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной системе подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, включающей насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, фильтр в виде полого цилиндра, дренажной трубы из коррозионно-стойкого материала, поверхность которого покрыта фильтрационным материалом и размещена в инертном песчаном наполнителе, гидроциклон, снабженный в его полости сетчатым экраном в одной части и сборником шлама с вентилем для его выпуска в другой части, манометр, коллектор, фильтр тонкой очистки, водовод, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов, согласно изобретению соосно и с возможностью демонтажа дренажная труба смонтирована в вертикально установленном полом цилиндре фильтра, фильтрационный материал из ткани с нейтральными волокнами на поверхности дренажной трубы зафиксирован перфорированным бандажом, закрепленным в ее верхней части, а нижний конец упомянутой трубы закрыт заглушкой и установлен в углублении матрицы в виде диска, расположенного в донной части полого цилиндра, при этом в диске выполнена ступенчатая канавка по спирали эвольвента круга, описываемая параметрическими уравнениями

где x и у - координаты точки спирали в системе декартовых координат ОХУ;

k - радиус образующей окружности;

α - угол поворота радиуса от начального положения,

в верхней широкой части ступенчатой канавки диска размещена кассета фильтра тонкой очистки, а узкая часть ступенчатой канавки в матрице соединена радиально ориентированными каналами с выпускным отверстием в донной части полого фильтра; выступающая верхняя резьбовая часть дренажной трубы закреплена фланцем на крышке полого цилиндра фильтра; кассета фильтра тонкой очистки образована полосой газонаполненного пластика, размещенного в полости перфорированного П-образного каркаса, нижний конец которого установлен в верхней широкой части ступенчатой канавки матрицы, при этом межстенное пространство по спирали круга, пространство между кассетой фильтра тонкой очистки и вертикальной стенкой полого цилиндра фильтра, пространство между кассетой фильтра тонкой очистки и фильтрационным материалом дренажной трубы заполнены инертным песчаным наполнителем; слой песчаного наполнителя над П-образным каркасом кассеты в 1,5...2,0 раза больше, чем расстояние между смежными вертикальными стенками П-образного каркаса фильтра тонкой очистки.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 показан фильтр системы подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, вид в плане.

На фиг.2 - то же, вид спереди.

На фиг.3 - сечение А-А на фиг.1, диаметральный разрез фильтра.

На фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2, горизонтальный разрез корпуса фильтра в виде полого цилиндра, вертикально установленной дренажной трубы из коррозионно-стойкого материала, поверхность которой покрыта фильтрационным материалом и зафиксирована перфорированным бандажом.

На фиг.5 - сечение В-В на фиг.2, горизонтальное сечение установленного в инертном песчаном наполнителе фильтра тонкой очистки, размещенного в полости полого цилиндра между его внутренней стенкой и дренажной трубой.

На фиг.6 - сечение Г-Г на фиг.2, горизонтальное сечение матрицы с выполненной в диске канавкой по спирали эвольвента круга для отвода очищенной воды в выпускное отверстие.

На фиг.7 - сечение Д-Д на фиг.2, горизонтальное сечение радиально ориентированных каналов и узкой части ступенчатой канавки в виде спирали эвольвента круга для отвода воды по кратчайшему пути в выпускное отверстие.

На фиг.8 - место Е на фиг.3, герметичное сопряжение выступающей верхней резьбовой части дренажной трубы с крышкой полого цилиндра.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения включает насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, гидроциклон, манометр, коллектор, фильтр тонкой очистки воды первой ступени, водоотвод, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов. Гидроциклон снабжен сетчатым экраном, установленным в его полости, и сборником шлама с вентилем для его выпуска в нижней части полости. Описанные узлы, трубопроводы, арматура и капельницы выпускаются серийно заводами сельскохозяйственного и химического машиностроения и поэтому не иллюстрируются чертежами.

Фильтр для подготовки воды и питательной смеси второй ступени очистки выполнен в виде полого цилиндра 1 с крышкой 2, дренажной трубы 3 из коррозионно-стойкого материала, фильтра 4 тонкой очистки третьей ступени очистки, размещенного в полости цилиндра 1. Поверхность дренажной трубы 3 покрыта фильтрационным материалом 5. Дренажная труба 3 и фильтр 4 тонкой очистки размещены в инертном песчаном наполнителе 6.

Дренажная труба 3 с возможностью демонтажа вертикально и соосно установлена в полом цилиндре 1. Фильтрационный материал 5 из ткани с нейтральными волокнами равномерным слоем размещен на поверхности дренажной трубы 3. По высоте дренажной трубы 3 выполнены радиально ориентированные щели 7. Фильтрационный материал 5 на поверхности дренажной трубы 3 зафиксирован перфорированным бандажом 8. В качестве перфорации на поверхности бандажа 8 выполнены отверстия 9 в форме либо круга, либо треугольника, либо прямоугольника. Бандаж 8 закреплен в верхней части дренажной трубы 3. Нижняя часть бандажа 8 размещена в слое инертного песчаного наполнителя 6. Нижний конец дренажной трубы 3 закрыт заглушкой 10 и установлен в углублении 11 матрицы 12 в виде диска. Диск матрицы 12 расположен в донной части 13 полого цилиндра 1.

Выступающая над крышкой 2 резьбовая часть 14 дренажной трубы 3 закреплена посредством фланца 15 и средств крепления 16 в центральной части крышки 2.

Между фланцем 15 и крышкой 2 размещена кольцевая прокладка 17 из эластичного материала. Крышка 2 снабжена ручками 18. На цилиндре 1 крышка 2 закреплена на кольцевом фланце 19 средствами крепления 20 через прокладку 21. В центре крышки 2 выполнено отверстие 22 с диаметром в 1,05...1,20 раза больше, чем внешний диаметр бандажа 8. Под крышкой 2 размещены бонки 23 для выполнения резьбовых отверстий. Фланец 15 на резьбовой части 14 дренажной трубы 3 зафиксирован контргайкой 24.

В диске матрицы 12 выполнена ступенчатая канавка 25 по спирали эвольвенты круга. Эвольвента круга описывается параметрическими уравнениями

где x и y - координаты точки спирали в системе декартовых координат ОХУ;

k - радиус образующей окружности;

α - угол поворота радиуса от начального положения.

В верхней широкой части ступенчатой канавки 25 в диске матрицы 12 размещена кассета 26 фильтра 4 тонкой очистки. Кассета 26 фильтра тонкой очистки 4 образована полосой газонаполненного пластика 27, размещенного в полости перфорированного П-образного каркаса 28. П-образный каркас 28 выполнен из листового пластика. Горизонтальная полка газонаполненного пластика 27 верхней гранью полосы сварена с верхней полкой перфорированного П-образного каркаса 28. Пластик 27 заполняет всю полость П-образного каркаса 28. Нижняя кромка П-образного каркаса 28 установлена в верхней широкой части ступенчатой канавки 25 матрицы 12. Межстенное пространство по спирали эвольвента круга П-образного каркаса 28, пространство между кассетой 26 фильтра 4 тонкой очистки и вертикальной внутренней стенкой полого цилиндра 1 фильтра, пространство между кассетой 26 фильтра 4 тонкой и фильтрационным материалом 5 на дренажной трубе 3 заполнены инертным песчаным наполнителем 6. Слой песчаного наполнителя 6 над П-образным каркасом 28 кассеты 26 фильтра 4 тонкой очистки в 1,5...2,0 раза больше, чем расстояние между смежными вертикальными стенками П-образного каркаса 28.

Узкая часть ступенчатой канавки 25 по спирали эвольвента круга в диске матрицы 12 соединена радиально ориентированными каналами 29 с выпускным отверстием 30 в донной части 13 полого цилиндра 1 фильтра.

Резьбовой частью в выпускном отверстии 30 и резьбовой частью 14 дренажной трубы 3 фильтр заявленной системы подготовки воды и подачи питательной смеси в почву гидравлически связан с системой капельного орошения.

К работе фильтр готовят следующим образом.

На донную часть 13 полого цилиндра 1 опускают диск матрицы 12 радиально-ориентированными каналами 29 вниз. Стык между внутренней стенкой полого цилиндра 1 и перфорированной кромкой диска матрицы 12 обрабатывают герметиком. В широкую часть ступенчатой канавки 25 устанавливают нижней кромкой П-образный каркас 28 фильтра 4 тонкой очистки. Далее на поверхность дренажной трубы 3 накладывают несколько слоев фильтрационного материала 5 и закрепляют. Верхнюю часть фильтрационного материала 5 фиксируют перфорированным бандажом 8. Затем дренажную трубу 3 нижним концом, закрытым катушкой 10, устанавливают вертикально в углублении 11 в диске матрицы 12. Пространство между фильтрационным материалом 5 дренажной трубы 3 и кассетой 26, пространство между стенками П-образного каркаса 28 фильтра 4 и пространство между внутренней стенкой полого цилиндра 1 и фильтром 4 заполняют инертным песчаным наполнителем 6. Слой инертного песчаного наполнителя 6 над верхней кромкой П-образного каркаса 28 должен быть в 1,5-2,0 раза больше, чем расстояние между смежными перфорированными стенками фильтра 4 тонкой очистки. Далее полость цилиндра 1 заполняют водой. Инерционный песчаный наполнитель 5 оседает, выдавливает воздух из пустот. Просевшие места после спуска воды дополняют песчаным наполнителем 5. Далее отверстием 22 крышку 2 ориентируют на выступающую резьбовую часть 14 дренажной трубы 3. Между фланцем 19 и крышкой 2 заблаговременно устанавливают прокладку 21. Крышку 2 крепят крепежными элементами 20 по периметру фланца 19. Затем над отверстием 22 в крышке 2 укладывают прокладку 17 и навинчивают резьбовой фланец 15 на выступающую часть 14 дренажной трубы 3. Фланец 15 фиксируют на крышке 2 крепежными элементами 16. Течь в резьбовом соединении дренажной трубы 3 и фланца 15 исключают контргайкой 24. Далее производят опрессовку фильтра для подготовки воды и питательной смеси.

Описанный фильтр в системе капельного орошения работает следующим образом.

Помня о том, что жидкость протекает в любых каналах по пути наименьшего гидравлического сопротивления, при подаче оросительной воды под давлением в полость дренажной трубы 3 она через радиальные щели 7 пронизывает тканый фильтрационный материал 5 на поверхности дренажной трубы 3. Крупные взвеси и иловатые частицы удерживаются тканым фильтрационным материалом 5. Радиально ориентированные потоки воды из щелей 7 дренажной трубы 3 в ее верхней части, пройдя отверстия 9 в перфорированном бандаже 8, заполняют полость между крышкой 2, внутренней стенкой полого цилиндра 1 и инертным песчаным наполнителем 6. В средней и нижней частях дренажной трубы 3 потоки воды через радиальные щели 7 пронизывают слой инертного песчаного наполнителя 6 вокруг дренажной трубы 3 фильтра 4 тонкой очистки. Вода под давлением во всех направлениях заполняет поры между песчинками в наполнителе 6 и достигает стенок перфорированного каркаса 28 кассеты 26. Очищаемая вода, пройдя определенное количество слоев инертного песчаного наполнителя 6, поступает в полость кассеты 26 и пронизывает газонаполненный пластик 27 фильтра 4 тонкой очистки. Под действием напора воды и гравитационных сил очищенная вода поступает из кассеты 26 в узкие части ступенчатой канавки 25. Из канавок 25 она устремляется в радиально направленные каналы 29 в нижней части диска матрицы 12. Каналами 29 очищенная вода кратчайшим путем подается в выпускное отверстие 30 в донной части 13 полого цилиндра 1, а затем - в магистральный трубопровод системы капельного орошения для подачи к корням с.-х. растений через индивидуальные капельницы.

Высокая производительность фильтра и степень очистки воды доказывает, что в ее работе участвуют в равной степени для удаления взвесей как инертный песчаный наполнитель 6, так и газонаполненный пластик 27 в кассете фильтра 4.

Рабочая поверхность газонаполненного пластика 27 определяется по формуле:

где Н - высота кассеты 26;

S - длина кассеты 26, установленной в ступенчатой канавке 25 по спирали эвольвенты круга.

Длина дуги S спирали эвольвенты круга определяется из выражения:

где k - радиус образующей окружности;

α - угол поворота радиуса от начального положения.

Таким образом, выполнение фильтра 4 из газонаполненного пластика 27, его размещение в кассете 26 по спирали эвольвента и в многократных слоях инертного песчаного наполнителя 6 в полости полого цилиндра 1 обеспечат при наименьших габаритных размерах (Н_к и Д_к) максимальную производительность и высокую степень очистки воды от взвесей и сора растительного и биологического происхождения.

1. Система подготовки воды и подачи питательной смеси в почву для капельного орошения, включающая насосную станцию, емкость для подготовки питательного раствора, фильтр в виде полого цилиндра, дренажной трубы из коррозионно-стойкого материала, поверхность которого покрыта фильтрационным материалом и размещена в инертном песчаном наполнителе, гидроциклон, снабженный в его полости сетчатым экраном в одной части и сборником шлама с вентилем для его выпуска в другой части, манометр, коллектор, фильтр тонкой очистки, водоотвод, запорную арматуру, магистральный трубопровод, сеть распределительных и снабженных капельницами поливных трубопроводов, отличающаяся тем, что соосно и с возможностью демонтажа дренажная труба смонтирована в вертикально установленном полом цилиндре фильтра, фильтрационный материал из ткани с нейтральными волокнами на поверхности дренажной трубы зафиксирован перфорированным бандажом, закрепленным в его верхней части, а нижний конец упомянутой трубы закрыт заглушкой и установлен в углублении матрицы в виде диска, расположенного в донной части полого цилиндра, при этом в диске выполнена ступенчатая канавка по спирали эвольвента круга, описываемая параметрическими уравнениями

x=k(cosα+αsinα);

у=k(sinα-αcosα),

где x и у - координаты точки спирали в системе декартовых координат ОХУ;

k - радиус образующей окружности;

α - угол поворота радиуса от начального положения,

в верхней широкой части ступенчатой канавки диска размещена кассета фильтра тонкой очистки, а узкая часть ступенчатой канавки в матрице соединена радиально ориентированными каналами с выпускным отверстием в донной части полого цилиндра фильтра.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что выступающая верхняя резьбовая часть дренажной трубы закреплена фланцем на крышке полого цилиндра фильтра.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что кассета фильтра тонкой очистки образована полосой газонаполненного пластика, размещенного в полости перфорированного П-образного каркаса, нижняя кромка которого установлена в верхней широкой части ступенчатой канавки матрицы, при этом межстенное пространство по спирали эвольвента круга, пространство между кассетой фильтра тонкой очистки и вертикальной стенкой полого цилиндра фильтра, пространство между кассетой фильтра тонкой очистки и фильтрационным материалом на дренажной трубе заполнены инертным песчаным наполнителем.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что слой песчаного наполнителя над П-образным каркасом кассеты в 1,5...2,0 раза больше, чем расстояние между смежными вертикальными стенками П-образного каркаса фильтра тонкой очистки.