Автоматизированная система бороздкового полива

союз сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 11 А 01 6 25 БРЕТЕНИ НИЕ АВТ 15; 4648262/15(21) 4647698 (22) 08.02.89 (46) 07.09.91 (75) В.И.Про (53) 631.347. (56) Авторско М 1329687, к МА ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР МУ СВИДЕТЕЛЬСТ Бюл, М ЗЗнов(57) 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 бороэдкового полива соИзобретение относится к сельскому хозяйству и применяется для программного автоматизированного управления поливом по бороздам иэ 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 бороэдкового 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 и поливных трубопроводов 3 с регулировочными задвижками 4 на входе. Система, 50 16747 трубопровод с вными трубопэ компараторы , имеющие кастие на входе ембраны, и кокосым срезом.собой диффероп неяматичепечи вающии работу секций или пневмосигниям связи. Упполив той или ся устройствомучетом показачвы и времениконтрольного 2 ил держит распределительный подключенными к нему поли роводами, К последним чере подключены микрогидранть либрованное входное отвер перекрываемое тарелкой м ленчатые водовыпуски с Компараторы представляют ренциаяьный усилитель Гид ского действия, обес дистанционное включение в микрогидран 1 ов по гидроналам, передаваемым по ли равление переключением на иной секцией осуществляет программного управления с ний датчиков влажности по добегания воды в бороздах участка. 1 з.п, ф-лы, 1 табл.,обеспечивает одновременный полив иэ 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 ВТдиаметром 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 ихвыхода 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 монтажнымидопусками, а также экспериментом на почвах конкретного поля из условия 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 герметизированном принудительно закрытом мембраной 7 коленчатом патрубке 9. Для его создания не требуется особых соотношений углов для предлагаемой конструкции водовыпусков с междурядьем 90 см. Основное условие его работы - глубина изгиба от горизонтали колена должна быть больше 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 колено более тяжелым илом (аналогично известному воздушному гидропневмозатвору), Благодаря этому ил в корпусгидранта 5 не поступает и э го допол 20 40 45 шей или большей площадью, чем мембрана 50 55 5 10 15 25 30 35 нительно увеличивает надежность работы описанной конструкции гидранта, Таким образом, отверстие 11 повышенных размеров, пригруэ 14, угол на выходе гидранта и дополнительно грязевой затвор увеличивают надежность работы системы в целом. Конструкция микрогидрантов позволяет стабилизировать расход воды из обьединенных под одно калиброванное отверстие 11 водовыпусков 8, что обеспечивается за счет уменьшения изменчивости колебания потери части напора Ли 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 эа 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 18 с направляющщми втулками на оси. Между первым корпусом 17 и нижней крышкой 18 на болтово;йсоединении (не показано) установлена мембрана 19 с мень 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 (илибольшей) площадью, чем мембрана 20 во 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 воэможностью восприятия части нагрузки эа половиной хода штока вверх, Это сделано для того, чтобы при программном изменении давления во второй половине "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 площадей 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 воэможностью утечки воды в водовыпуски 8 через открытые отверстия перекидного клапана дросселированием воды создается переменное программно-управляемое давление над мембраной 20 всех микрогидрантов 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 и20 выполнены иэ металлической втулки игибкой резиновой прокладки в месте ее соединения с корпусом со свободным ходом мембран, обеспечивающим возможностьперекрытия отверстий перекидного клапана 22 и регулирование расхода воды в во 40 45 50 55 печивать расход воды о борозды до 1,5 О где О, - расчетный допустимй неразмывающий расход воды в сухую Гзсрозду. Линии управления 10 и 16 выполнены иэ полиэтиленооой трубки диаметром 10 мм.В качестве устройства 24 программногоуправления применяются прогроммируе 5 10 15 20 25 30 35 довыпуски 8 компаратора 15, подобные водовыпускам 8 микрогидрантоо 5. Полсоинд хода мембраны 19 и клапана 22 осущест оляется с противодавлением от пружинного ограничителя хода 23 с воэможностью регулирования расхода воды в водооыпуски 8. При этом сила полного разделения полостей управления мембран 19 и 20 для сравнения давлений в линиях 10 и 16, не имеет 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 соединениями 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 водовыпуски 8 при любом соотношении давлений на входе компаратора через линии управления 25 и 16 за пределы заданных каждому компаратору о отдельности "окон" давления в режиме управления поливом, Гибкие прокладки мембран 19 и 20 наклеены на втулки мембран и наружными концами закреплены между корпусайи 17. Полость управления мембраны 20 через линию 25 малого сечения соединена с поли. оным трубопроводом 3, а через линию управления 10 соединена с полостями управления микрогидрантов 5 только но выделенном для каждого ксмпаратора отдельном участке полива. Входи упраоления всех К компараторов, устэпоолсннлзх нэ и поливных трубопроводах 3, соединены пз. раллельно между собой и с устройством 24 программного управления через линию 16 управления первой ступени управления. Конструкция водозабора 2 должна обеспечивать подачу постоянного расхода воды на полив и очистку воды о мусора до раэмероо меньших диаметров патрубка 9, Задеижки 4 предназначены для регулирования постоянного заданного расхода воды при одновременном поливе иэ всех трубопроводов 3. Б кячестое дистанционно управляемой промывной задвижки 26 может использоваться ксмпдрд гор с номером К + 1 без верхней крьцчки 18 с диаметром отверстия перекидного клапана 22 не менее диаметра поливного трубопрсвода 3. Площадь водовыпусков 8 дслжна обес 1674752510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 мые 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 по времени типа П 31.2 ЭА с индикатором типа ИПдля 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 КЭПс редукторами давления воздуха для каждогоучастка 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/см сигнализацию 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 всутки. Этим обеспечивается набор любых известных и перспективных технологий полива.Кроме того, в качестве устройства 24 программного управления может быть использован прибор КЭПпо 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 ППР.5. пневматические выходы которого от источника давления или через редуктор давления воздуха подключены к линии 10 управления, Запуск и переключение режимов работы устройства 24 осуществляется вручную или по сигналам 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, 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 дискенапример для полива четырех участков в течение суток по одной иэ 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 Он. а во второй половине борозды.с плавно убывающим расходом до 0,5 Он (где Он - неразмывающий расхОд воды в сухой борозде).В зависимости от использования технических средств программного управления давлением возможны два варианта управления системой: в первом варианте каждый компаратор вместо линий 16 управления имеет грузовой гидростатический эадатчик 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 воэможности 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 воэможность 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.Пе ед включением в работу линия 16 ству очистки воды и колебание расхода вРсоединена с атмосферой, а при отсутствии борозды,воды втрубопроводе 1 на нее поданодавле- При аварийном режиме при выходе иэние более 10 м водяного столба и клапан строя устройства программного упрдвле 22 закрыт для прохода воды через водовы ния (при порыве трубопровода 3 компдодтопуск 8, Закрытие клапана 22 при малом или ры автоматически закрывают выход воды вбольшом давлении в линии 16 управления водовыпуски 8) применяется ручное управповышает надежность работы системы, а ление поливом, которое осуществлчет полпри аварии на трубопроводах 1 или 3 пре- иэальщик с применением часов,тств ет засорению илом микрогидрантов 5 10 трехходового крана, манометра и ручногои трубопроводов , кр3, За рытое состояние клэ- насоса, Переключение участков пол э опана 22 обеспечивает передачу беэ умень- ратор осуществляет по часам при помощищения давления из трубопроводов 3 через крана с заглушкой, при этом оператор кратпатрубок 9, колпаратор 15 и линию 10 уп- ковременно подключает насоси подкдчиваравления на микрогидрднты 5 для их закры ет давление в линии 16 управления додавления срабатывания очередного компатия.После подачи устройством 24 в линию рдторд 15.16 давления воздуха или воды от 1,5 до Для защиты системы от работы в ава 2,5 м водяного стол а н кб а омпардторе 15 рийном режиме при понижении давления впервого участка полива в соответствии с 20 трубопроводах 1 или 3 устройство 24 содертаблицей давление нэ мембрану 19 больше жит реле давления типа ЭКМ-И с замыкадавления воды на мем рану, р4 б н 20, При этом ющимся контактом для включения обмоткишток 21 перемещает клапан 22 до тех пор, электропневмореле типа ППР,5, котороепо э это давление не уравновесится усили- своими пневматическими выходдми перерытом клапане 25 ключэет питание линии 16 управления с рдл. 10 м22 а компаратор 15 выполняет функцию бочего на аварийное давление более мгидравлического повторителя сигналов для водяного столба.передачи управляемого давления воды че- Технико-экономический эффект автомареэ линию 10 в полости управл тав ения микро- тизированной здкрытой оросительной сисгид антов 5, которые и овторяют 30 темы заключается в техническойпеременный расход воды через водовыпу- реализации наиболее совершенных и люски 8, аналогичный расходу водовыпусков 8 бых перспективных способов полива, обескомпаратора по лю15 бой заданной про- печивдющих высокое качество полива иповышение урожайности до 2 раз; в расшиграмме,После подачи компардтором соответ рении области применения сис е с дт мы ешествующего давления в линиюю 10 управле- выми поливными трубопроводалти малогония мембраны водовыпуск7 ы пуском под сечения на наиболее перспективные к внеддавлением воды из патру ковб 9 открывают- рению закрытые оросительные системы сся для подачи воды через калиалиброванное давлением воды более 1 м водяного столба; вотверстие 11 и водовыпуски в ов борозды, 40 сокращении материалоемкости системы приН от выходов водовыпусков уменьшении капитальных затрат на строиаклон и рдзворфо ми ют несмыкающиеся между собой тельство системы с 150 до ру гэ; вформируют несмыкаю иаботы и качестваэллипсоидные воронкоронки размыва с выносом поьышении надежности ракамней и гравия за пределы выхода водо- полива,выпуска 8, При этом после отключения мик Годовой экономический эффект составрогидрантов 5 исключается возможность ляет более 100 руб га,засорения водовыпусков 8 камнями, а илистая почва не поступает в корпус 12 и устра- Оо м ла изобретенияр уняется возможность эаилениятрубопровода 1 при аварии на линиях упиях уп 1, Автоматизированная система бороэравления или при паводках. ри этомП этом ис- дкового полива, включающая источник оропольэование микрогидрантовдр нтов исключает шения, распределительный трубопровод,изменчивость расхода воды по ороб роэдам и подключенный к последнему через водозасущественн ино повышает надежность работы борное очистное сооружение, поливныеустройства, а также о еспбеспечивает возмож трубопроводы, подключен р р дт боп ово и снабженныеность ос ществления совершенных техно- лительному трубопроводу и сна женныеность сулогий полива с переменным расходом воды промывной задвий за вижкой на их концах, микров борозды. Увеличение диаметра отверстии гидр р дэнты аз еленные на секции полива иков 8 ст дняет засорение их гидрдвлически связанные с поливными труе ством линии связи иодорослями, упрощает требования к каче- бопроводами поср дустройство программного управления поливом, к выходу которого подключена линия управления секциями полива, а к входу - датчики технологического процесса полива, о т л и ч а ю щ а я с я 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, причем дифференциальный подпружиненный привод штока перепускного клапана выполнен двухмембранным, а его надмембранная и подмембранная полости соединены соответственно с поливным трубопроводом и слинией управления.2. Система по п,1, отл ич а ю ща я с ятем, что, с целью повышения качества пол 5 ива, каждый микрогидрант включает не менее двух подземных водовыпусков длярасположения их радиально в направленииначала и конца борозды на корпусе, установленном на подводящем патрубке и раз 10 деленном мембраной на две полости,верхняя иэ которых соединена с выходомкомпаратора. а нижняя через калиброванное отверстие связана с подводящим патрубком с воэможностью перекрытия15 калиброванного отверстия мембраной поддействием скрепленного с последней грузапри снижении давления в верхней камере,причем водовыпуски выполнены в виде Гобразных полиэтиленовых патрубков с диа 20 метром не менее диаметра калиброванногоотверстия, входная часть которых установлена под острым улом в вертикальной плоскости с понижением от входа патрубка доместа соединения с его выходной частью.25 установленной под тем же углом с повышением к выходу патрубка, выполненному ввиде косого среза под острым, углом в вертикальной плоскости с понижением в сторону входной части патрубка,Составитель Г.ПараевТехред М.Моргентал Корректор М.Шароши Редактор С.Лыжова Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Заказ 2947 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5