Монтаж крыла колесного дождевального трубопровода ДКШ-64 «Волжанка» — Строительные СНИПы, ГОСТы, сметы, ЕНиР,

Дождеобразователи

Используемые названия: распылители («гидрораспылители» и «водораспылители»), разбрызгиватели, дождеватели, дождевальные насадки, дождевальные аппараты, дождевальные пушки и водомёты, каплеобразователи, диспергаторы, аэрозолегенераторы, спринклеры и ряд других названий.

Назначение дождеобразователей – создание искусственного дождя (создание множества ниспадающих на поверхность земли водных капель), выпадающего на поверхность земли, в пределах зоны (пространства) его (их) действия. В качестве дождеобразующих устройств они используются во всех видах дождевальной техники (дождевальных машинах, установках и дождевателях).

Различают (по конструктивным особенностям и принципу каплеобразования) дождевальные насадки (дождеобразователи, не имеющие подвижных конструктивных элементов) и дождевальные аппараты (дождеобразователи, в конструкции которых имеются подвижные «рабочие» элементы).

Подразделяются* на:

• короткоструйные (с радиусом действия – отброса дождевых микроструй и капель на расстояние до 15 метров);
• среднеструйные, отбрасывающие поливные микроструи и капли на расстояние в (15÷35) метров;
• дальнеструйные дождеобразователи – с отбросом струи и капель поливной воды на расстояние, превышающее 35 м.

* Известны и другие предложения по условному делению дождеобразователей на коротко-, средне- и дальнеструйные в части критериальных (количественных) значений дальности отброса, формируемых ими микроструй и капель искусственного дождя.

Известны предложения условного деления дождеобразователей на низко-, средне- и высоконапорные.

Дождеобразующие (дождевальные) насадки по характеру (структуре) выходящей (выбрасываемой) из них водной струи могут быть компактными [сопловыми или брандбойными (с выбросом в воздушное пространство компактной (сосредоточенной) поливной струи)] и рассосредоточенными или многоструйными – с выбросом в воздушное пространство нескольких рассосредоточенных струй (массы капель), а по дальности отброса струй – коротко-, средне- и дальнеструйными; могут быть неподвижными (закреплёнными на поворачивающемся стояке) и вращающимися (поворачивающимися).

В дождеобразующих насадках предусматривается выпуск (выброс) изначально высокоскоростной и, в разной степени, сосредоточенной или рассосредоточенной водной струи с различным (по форме и размерам) поперечным сечением, с определённой (зависящей от напора в водоподводящем трубопроводе) скоростью в воздушное (приземное) пространство.

В насадках формирование параметров, исходящих из них, водных струй осуществляется статическими (жёстко скреплёнными или закреплёнными) конструктивными элементами. Среди широкого спектра конструктивных решений дождеобразующих насадок рассматриваются их сопловые (струйные), дефлекторные, форсуночные, спиральные, щелевые, конусные, центробежные, компактноструйные (одноструйные), многоструйные и другие конструкции насадок.

В сопловых, ствольных или струйных дождеобразующих (конически сужающихся к выходу) насадках компактная круглая в поперечном сечении (по форме выходного отверстия сопла – насадки) водная струя выбрасывается в атмосферное пространство, где под воздействием сопротивления воздушной среды и ветра (в процессе полёта) системно распадается на микроструи и капли с последующим выпадением их на увлажняемую (поливаемую) земную поверхность (в виде слоя искусственного дождя).

Дальность отлёта поливных струй (а, следовательно, форма и размер поливаемого струйной насадкой участка) определяется исходным диаметром струи (сопла), напором на выходе из сопла или начальной скоростью водной струи и углом её выхода в воздушную среду к горизонту (рисунок 1).

1 – дальнеструйные сопловые (струйные) дождеобразователи; 2 – поливные струи, формируемые сопловыми дождеобразующими устройствами

Рисунок 1 – Общий вид, исходящих из сопловых дождеобразователей, компактных поливных струй

В дождевальных устройствах сопловые (ствольные или струйные) дождеобразующие насадки закрепляются непосредственно на водонапорном трубопроводе или на отходящих от него трубчатых водоподводящих стояках или отводах. При жёстком соединении насадки с водоподающей трубой (стояком) устраиваются неподвижные струйные насадки (рисунок 2,а).

1 – ствольная часть насадки; 2 – дождевальная насадка; 3 – стояк

Рисунок 2 – Виды односопловой (а) и двухсопловой (б) насадок

Поворот таких насадок для полива орошаемого участка по кругу или сектору осуществляется вращением (поворотом) удерживающего их стояка посредством специального механизма (устройства).

Сопловые (ствольные или струйные) неподвижные одноструйные дождевальные насадки конструктивно просты, позволяют регулировать дальность отлёта водных струй, но создают неравномерный слой, выпадающего из них, капель искусственного дождя по длине поливной струи (см. рисунок 1).

В таких конструкциях дождеобразователей минимальный слой дождя выпадает в непосредственной близости к нему, а максимальный – на расстоянии в (0,75÷0,85) Rзах (радиуса захвата или длины отлёта струи). Для частичного устранения этого недостатка устраивают двух- и трёхсопловые (струйные) дождеобразователи (см. рисунок 2,б) или оборудуют их дополнительными элементами («распылителями», «отсекателями» и (или) «вспомогательными (малыми) насадками»).

Классическими примерами таких дождеобразователей являются, используемые на дальнеструйных дождевальных машинах ДДН-70 и ДДН-100, дальнеструйные дождеватели ДД-70ВН и ДД-100ВН и дальнеструйный дождеобразователь ДДК-30, характеристики которых приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Данные по дальнеструйным дождеобразующим насадкам ДД-70ВН, ДД-100ВН и ДДК-30

Более равномерное распределение дождя по поливаемой площади обеспечивается при вращении сопловой части насадки вокруг вертикальной оси, но при этом дальность отброса (полёта) струи уменьшается на (5÷10) %.

Вращение сопел (или ствола с закреплённым на нём соплом) осуществляется:

• посредством гидропривода с рабочим элементом – турбинным колесом, вращающимся под действием напорной струи (ДД-15, 30, 50, 80);
• за счёт реактивного усилия, возникающего в изогнутом в плане стволе при протекании по нему напорной струи (ДН-1);
• качающимся коромыслом, оборудованным лопаткой, периодически воспринимающей ударное воздействие водной струи (ДА и «Роса»);
• с помощью коромысла и пружины (Фрегат, РИК);
• посредством специального механизма с приводом от двигателя (ДДН-70 и ДДН-100).

Дефлекторные дождевальные насадки. В определённой степени недостатки сопловых (ствольных) насадок в части качества искусственного дождя и полива устраняются при трансформации водной струи в полости (корпусе) насадки или на выходе из неё, что достигается устройством дефлекторов (отражателей).

В зависимости от конструкции и формы дефлектора (отражателя) рассматриваются конусные, купольные, сложноформенные (например, «ложкообразные») и другие дефлекторные насадки. Широкое распространение получила дождеобразующая насадка с конусным внутрикорпусным стационарным дефлектором («отражателем»), общий вид и принципиальная конструктивная схема которой приведены на рисунке 3).

В приведенной на рисунке 3 конструкции дефлекторной насадки компактная водная («поливная») струя, вытекая из отверстия водоподводящей трубы (стояка) под напором (с определённой скоростью) и ударяясь о конусную поверхность дефлектора или плавно обтекая его, образует относительно тонкий слой воды, вытекающий за корпус насадки в воздушную среду, где он распадается на отдельные микроструи и водные капли, образующие искусственный дождь.

1 – водоподводящий трубопровод; 2 – корпус насадки; 3 – водовыпускное отверстие в насадку; 4 – дефлектор (отражатель); 5 – крепление насадки к водоподводящей трубе; 6 – крепление отражателя

Рисунок 3 – Общий вид (а) и конструктивная схема (б) дождевальной дефлекторной насадки с жёстко закреплённым (стационарным) конусным дефлектором (отражателем)

Трансформированная посредством конусного дефлектора (отражателя) водная струя обладает значительно меньшей компактностью и кинетической энергией по сравнению с сосредоточенной «сопловой» или «ствольной» струёй, что и предопределяет относительно небольшой её отлёт, в связи с чем такие насадки относят к короткоструйным.

Конусная дефлекторная насадка имеет ряд усовершенствований, среди которых насадка с внекорпусным конусным отражателем и регулируемым его расположением относительно корпуса насадки, позволяющим регулировать размер водовыпускного отверстия кольцевой формы (рисунок 4).

1 – корпус насадки; 2 – конусный дефлектор (отражатель); 3 – шток дефлектора; 4 – гаечный фиксатор; 5 – водовыпускное отверстие из насадки

Рисунок 4 – Конструктивная схема дефлекторной дождевальной насадки с подвижным и регулируемым по высоте внекорпусным конусным дефлектором (отражателем)

Насадка конструкции СтавНИИГиМа (по рисунку 4) работает при давлении в (0,1÷0,6) МПа и обеспечивает: расход дождеобразователя qд/о = (0,3÷4,2) л/с, радиус полива до 7 м при диаметре капель – (0,95±0,25) мм.

Известен ряд конструкций короткоструйных (внекорпусных) дефлекторных насадок [с внекорпусным расположением дефлекторов (отражателей)], отдельные примеры конструкций которых приведены на рисунке 5.

Данные насадки обеспечивают секторно направленный полив, располагают качественно отработанной расчётно-конструктивной базой и имеют различные виды усовершенствования (см., например, рисунок 6,а).

а) насадка с ложкообразным дефлектором; б) насадка с линейно-консольным дефлектором; 1 – дефлектор; 2 – корпус насадки; 3 – водовыпускное отверстие

Рисунок 5 – Схемы внекорпусных дефлекторных дождевальных насадок

Разработан и применяется широкий спектр конструкций щелевых дождевальных насадок, пример такой насадки приведен на рисунке 6,б.

а) с криволинейным очертанием контурной поверхности; б) с перпендикулярным к оси насадки выпуском поливной струи; 1 – ствольная часть насадки; 2 – водовыпускное отверстие; 3 – дождевальная насадка

Рисунок 6 – Схемы внекорпусной (а) и корпусной щелевой (б) дождевальной насадки

Щелевые насадки выполняются устройством под углом в 30° к горизонту узкой прорези или «пропила» шириной (3÷7) миллиметров в ствольной части трубы по сектору в пределах (60÷120)°. Такие насадки, в зависимости от напора и диаметра сопла, обеспечивают секторный выброс плоской веерообразной струи с расходом от 0,5 до 1,0 л/с. По характеристикам качества искусственного дождя щелевые насадки несколько уступают дефлекторным.

Относительно редко применяются центробежные дождеобразующие насадки, вид и конструктивная схема которых приведена на рисунке 7).

В центробежных (короткоструйных) насадках (по рисунку 7) высокоскоростная струя воды, поступающая из напорного, тангенциально расположенного (относительно насадки) водовода (трубопровода) во внутреннюю полость улиткообразного корпуса (спиралевидной формы), на выходе образует вдольстеночный относительно тонкий слой вихревого водного потока с незаполненным водой внутрикорпусным пространством, изливающегося с определённой скоростью в воздушную среду, где он распадается на отдельные струи (микроструи) и капли, выпадающие на поливаемую поверхность. Такие дождевальные насадки отличает высокий уровень надёжности.

1 – сопло; 2 – коническая поверхность насадки

Рисунок 7 – Общий вид (а) и конструктивная схема (б) центробежной насадки

Приведенные выше виды дефлекторных насадок достаточно обстоятельно исследованы и апробированы в производственных условиях, по ним имеется обоснованная конструктивная база (см. издания Лебедева Б.М., Штепа Б.Г., Шумакова Б.Б., специалистов ВНИИ «Радуга» и других).

Кроме рассмотренных выше, используются и другие конструктивные решения дефлекторных насадок (среди которых секторно направленные полуконусные, полуцилиндрические и другие сложносферические дефлекторы), например – широкий спектр дождеобразовательных насадок для орошения цветников, теплиц и оранжерей.

а) плосколучевая насадка; б) этажная насадка; в) двулучевая насадка

Рисунок 8 – Схемы щелевых насадок для теплиц

Плосколучевая насадка (см. рисунок 8,а) с сектором полива (выпуска поливной струи) в 140° устраивается с диаметром выходного отверстия в 2,2 мм и обеспечивает выдачу расхода поливной воды от 1,4 до 2,0 л/мин при давлении в поливной сети от 3 до 6 атмосфер.

Этажная (двухэтажная) дождевальная (дождеобразующая) насадка (по рисунку 8,б) предусматривает обеспечение секторного полива с углом роспуска струи, достигающим 180 градусов, и имеет нижеприведенные технические характеристики: расход поливной воды в (4÷5) л/мин при рабочем давлении равном (0,3÷0,6) МПа при размере поливаемой зоны – (0,8×5,0) метра.

Двулучевая щелевая насадка (по рисунку 2.8,в) рассчитана на расход в (4÷5) л/мин при давлении в поливной сети равном (0,3÷0,6) МПа, обеспечивает полив прямоугольного участка сельхозугодья размером (1×4) метра.

Для полива растений в теплицах применяются различные конструктивные решения отражательных дождеобразующих насадок (см. рисунок 9).

а) конструкция с регулируемым отбойником и б) с нерегулируемым отбойником; 1 – отбойник; 2 – водовыпускное сопло

Рисунок 9 – Примеры конструктивных решений отражательных дождевальных насадок

В конструкциях отражательных насадок исходящая из сопла компактная (тонкая) струя поливной воды при её ударе о статически закреплённый отражатель распределяется круговым веером микроструй и капель искусственного дождя в окружающем место её установки воздушном пространстве.

Насадка (по рисунку 9,а) с регулируемым положением отражателя характеризуется расходом в (3,5÷4,5) л/мин при давлении в ней равном (3÷6) атмосферам и обеспечивает полив в зоне радиусом в 1,1 метра. Конструкция дождевальной насадки с нерегулируемым положением отбойника (рисунок 9,б) обеспечивает выдачу поливной воды расходом в (1÷2) л/мин при давлении равном (2÷5) атмосферы с радиусом зоны захвата Rзах = 1,2 метра.

Известны конструктивные решения дождевальных насадок, работа которых основана на «лобовом» соударении двух водных струй (рисунок 10).

1 – основное сопло; 2 – вспомогательное сопло; 3 – элемент крепления насадки к стояку

Рисунок 10 – Схема струесоударной дождевальной насадки для малоплощадных зон увлажнения ( qд/н = (2÷3) л/мин; Rд/н = (3÷6) атмосфер; Rзах = 1,2 метра)

Российская компания «Садовый инженер» предлагает «гидромелиораторам-орошенцам» широкий спектр (дефлекторных) насадок (микродождевателей и «нанодождеобразователей»), работающих при напорах в сети, составляющих (1,5÷2,5) атмосферы при расходах поливной воды от 0,02 до 0,12 л/с и радиусах захвата Rзах = (5÷10) метров, рекомендуемых для полива овощных, садовых культур, цветников, питомников, теплиц, оранжерей. Виды предлагаемых «нанодождевальных» насадок приведены на рисунке 11.

Рисунок 11 – Виды нанодождеобразователей (по каталогу «Садовый инженер»)

Для полива садовых растений и культур, выращиваемых в теплицах и оранжереях, этой фирмой предлагаются полнокруговые и секторные (с углом выпуска струй равном 180°) дождеобразующие насадки MINI-1360 и MINI- 1180, виды конструктивных решений которых приведены на рисунке 12.

Рисунок 12 – Дождеобразующие насадки MINI-1360 (а) и MINI-1180 (б) (по каталогу «Садовый инженер»)

Указанные насадки (по рисунку 2.12) обеспечивают дождеобразование при давлениях от 0,5 до 2,0 атмосфер. Соответственно рабочим напорам насадка «MINI-1360» обеспечивает подачу расхода поливной воды от 0,31 л/с (при P = 0,5 атм) до qд/н = 0,48 л/с (при P = 2,0 атм) и увлажнение площади Sувл = (47,1÷69,4)

К достоинствам дефлекторных насадок относят: относительно равномерное распределение дождя (поливной воды) по зоне полива (увлажнения) при среднем размере капель (1,0±0,1) мм и менее; функционирование дождеобразователя при относительно небольших напорах в них (порядка (8÷15) м), а, следовательно, при небольших энергетических затратах на образование искусственного дождя.

Недостатками дефлекторных и других вышеописанных конструкций дождеобразователей (насадок) являются: относительно высокая интенсивность дождя (порядка (0,9±0,15) мм/мин и более) и относительно небольшой радиус захвата (порядка (4÷8) м в зависимости от напора).

Учитывая вышеотмеченные достоинства короткоструйных насадок и относительно низкую энергозатратность их конструкции, системно улучшались применительно к использованию на различных дождевальных машинах (ЭДМФ «Кубань-Л», МДФА «Таврия», ДДА-100В и ДДА-100ВХ, ДМ «Фрегат» и др.), отдельные конструктивные решения которых рассмотрены ниже.

Пример двух конструктивных решений малоинтенсивных («почвощадящих») энерго- и водосберегающих короткоструйных дождеобразовательных насадок секторного действия со сферической поверхностью дефлектора и регулируемым размером (диаметром) сопла приведен на рисунке 13.

1 – корпус насадки; 2 – дефлектор; 3 – сферическая поверхность дефлектора; 4 – присоединительный участок насадки; 5 – водоподводящий канал; 6 – конфузор; 7 – сопло; 8 – водовыпускное отверстие; 9 – крепление регулятора сопла; 10 – соплорегулирующее устройство

Рисунок 13 – Схемы секторных дефлекторных короткоструйных насадок МДФА «Таврия» (а) и конструкции ВНИИ «Радуга» (б) общий вид и (в) продольный разрез

Предлагаемая специалистами ВНИИ «Радуга» дефлекторная короткоструйная насадка секторного полива для ДМ «Фрегат» характеризуется крупностью капель искусственного дождя dк = (0,75±0,05) мм и при системном её расположении – коэффициентом качества полива равным kпол/эф = 0,85.

Необходимо отметить, что при всей привлекательности короткоструйных дождеобразователей задача обеспечения равномерности распределения дождя по длине отлёта поливных струй остаётся неразрешённой. Максимальное значение интенсивности искусственного дождя наблюдается в зоне (0,3÷0,6) Rзах , где её величина превышает среднюю в (1,5÷2,0) и более раза.

Необходимо отметить и то обстоятельство, что дождевальные насадки только рассосредотачивают концентрированный водный поток, а дождевальные аппараты не только «распыляют», но и распределяют поливную воду по поливному участку, что и предопределило их более широкое применение.

Дождеобразующие аппараты в отличие от насадок имеют в своей конструкции движущиеся элементы, обеспечивающие их самостоятельное вращение вокруг своей вертикальной оси и (или) влияющие на параметры, исходящих(ей) из них водных(ой) струй(и).

Так, вращающиеся по кругу или поворачивающиеся по сектору насадки, закрепляемые на водоподающем трубопроводе (стояке) с возможностью вращения (поворота) и являются частью дождевального аппарата (как дождеобразователя, имеющего вращающиеся элементы). Такие сопловые (ствольные или струйные) насадки вращаются за счёт реактивной силы поливной струи посредством специального элемента (дефлектора, лопатки, турбинки, коромысла-противовеса и др.) или за счёт горизонтального изгиба их ствольной части. Различают:

• средне- и дальнеструйные;
• стабильно действующие;
• импульсные дождеобразователи («дождеобразующие аппараты»).

Среди дождеобразующих аппаратов наиболее широкое распространение получили струйные вращающиеся или поворачивающиеся вокруг вертикальной оси по кругу и (или) сектору. Струйные (дождевальные) аппараты основаны на формировании и выбросе под острым углом к горизонту одной или нескольких водных струй из сопла вращающегося (поворачивающегося) аппарата, благодаря чему поливается круг (или часть круга – сектор) с радиусом равным дальности отлёта струй и капель.

По типу привода, обеспечивающего частичное (секторное) или полнокруговое (круговое) вращение (поворачивание) дождеобразующего аппарата вокруг вертикальной оси различают: турбинные или пропеллерные (дальнеструйные дождеватели серии ДД); реактивные (использующие реактивную силу водного потока, движущегося по изогнутому в плане участку ствола); коромысловые или качающиеся (серии ДА), использующие ударное воздействие водной струи на отражающие лопатки поворотного механизма (дождеобразователи «Роса-1», «Фрегат-1, 2, 3 и 4»); возвратно-пружинные («Фрегат», «Роса-2», «Роса-3») и другие струйные аппараты-дождеобразователи.

Для повышения равномерности рассосредоточения дождя по мере уда- лённости от места выхода водных струй применяются двух- и трёхсопловые дождевальные аппараты с разными (обычно меньшими по сравнению с основным) диаметрами выходных отверстий или другие устройства – распылители водных струй, обеспечивающие увлажнение земли вблизи дождевателя.

Частота (скорость) вращения (круговых и секторных) дождевальных аппаратов вокруг вертикальной оси принимается с ограничением по скорости движения концевой части поливной струи по периметру зоны увлажнения, которая не должна превышать двух метров в секунду.

Отметим, что вращение дождевальных аппаратов вокруг вертикальной оси с определённой скоростью обеспечивает последовательное перемещение поливной струи по зоне полива. При этом не только обеспечивается полив всего полнокругового или секторного участка сельхозугодья, но и решается задача обеспечения качества полива в части выдачи расчётной поливной нормы и создания условий для бесстокового увлажнения поливного участка.

При последовательном перемещении сопла дождевального аппарата (по кругу или сектору), а, следовательно, и при перемещении поливной струи имеет место прерывистый во времени полив. Выброс струи и оседание воды из созданного ею дождевого облака в одном месте чередуется с отсутствием такового в другом месте зоны увлажнения.

В процессе кругового или секторного перемещения водной струи в разных радиальных створах зоны увлажнения в достаточно широком диапазоне значений изменяется интенсивность выпадения дождевых осадков. Вращение ствола (сопел) дождевального аппарата формирует прерывистое дождевание (прерывистый полив) с изменением интенсивности дождя от 10 и более мм/мин до минимума и даже до нуля.

В периоды снижения интенсивности выпадения дождевых осадков или полного его прекращения (в «межструеподаваемые» периоды) протекает процесс впитывания поливной воды в почву из бесстоковых лужиц, чем повышается впитывающая способность почвогрунтов («почвенного покрова»).

Исследованиями параметров, формируемых струйными дождевальными аппаратами поливных струй, установлены основные соотношения определяющих их характеристик (напора на дождевателе и диаметра сопла), обеспечивающих определённые режимы каплеобразования (таблица 2).

Таблица 2 – Данные по характеру распада поливных струй на капли (по Штепа Б.Г.)

Системное регулирование размерами поливной струи и скоростью вращения дождевального аппарата позволяет выбирать соответствующие условиям полива конструкцию и формировать режим работы дождеобразователя. Отметим, что в практике дождевания используется достаточно «протяжённая линейка» конструкций струйных дождевальных аппаратов с широким спектром технических и технологических характеристик, но возможности их регулирования (по расходу и (или) напору) относительно невелики и особенно в части скорости (частоты) их вращения, что должно быть устранено.

Среднеструйные дождеобразователи различных конструктивных решений в практике орошения получили наиболее широкое распространение.

Разработано семейство среднеструйных дождеобразователей «Роса», среди которых:

• односопловый аппарат «Роса-1» с поливом по кругу;
• двухсопловый («Роса-2»);
• трёхсопловые аппараты («Роса-3»), поливающие как по кругу, так и по сектору, виды которых приведены на рисунке 14 и 15.

Технические характеристики и технологические параметры среднеструйных дождеобразователей семейства «Роса» приведены в таблице 3.

Рисунок 14 – Общие виды дождеобразователей «Роса-1» (а), «Роса-2» (б) и «Роса-3» (в) (по Шумакову Б.Б.)

1 – упорное кольцо; 2 – стержень; 3 – рычаг; 4 – винт; 5 – пружина; 6 – упор; 7, 8 – ось; 9 – колпачок; 10 – фиксатор; 11 – возвратная пружина; 12 – шайба; 13 – вспомогательное сопло; 14 – коромысло; 15 – ствол; 16 – основное сопло; 17 – вспомогательное сопло; 18 – корпус; 19 – основание; 20 – втулка; 21 – стакан; 22 – фторопластовая шайба; 23 – резиновая шайба

Рисунок 15 – Среднеструйный дождевальный аппарат «Роса-3» (по Штепа Б.Г.)

Таблица 3 – Данные по дождеобразователям серии «Роса»

Кроме среднеструйных дождеобразовательных аппаратов семейства «Роса» в отечественной гидромелиоративной практике используются и другие их конструктивные решения и, в частности, дождеватели для дождевальных устройств ДКШ-64 (рисунок 16) и ДКН-80 (рисунок 17), основные технические характеристики и параметры которых приведены в таблице 4.

1 – возвратная пружина; 2 – коромысло; 3 – основное сопло дождевального аппарата; 4 – выпрямитель; 5 – вспомогательное сопло; 6 – водоподводящий стояк к дождевателю

Рисунок 16 – Среднеструйный дождевальный аппарат ДКШ-64 (по Шумакову Б.Б.)

1 – коромысло; 2 – струеобразующее сопло; 3 – основное сопло дождевального аппарата; 4 – крепление аппарата к водопроводящей трубе; 5 – водоподводящая труба

Рисунок 17 – Общий вид среднеструйного дождевального аппарата ДКН-80 (по Шумакову Б.Б.)

Таблица 4 – Данные по среднеструйным дождевальным аппаратам ДКШ-64 и ДКН-80 (по Шумакову Б.Б.)

В отечественной практике дождевания широко используются среднеструйные дождеобразователи семейства «Фрегат» (рисунки 18, 19, 20).

Технические характеристики и технологические параметры дождеобразовательных аппаратов семейства «Фрегат» приведены в таблице 5.

Известен двухсторонний среднеструйный дождевальный аппарат с механизмом принудительного поворота, имеющий два противоположно направленных сопла. Данное конструктивное решение дождеобразователя разгружает стояк или патрубок от воздействия реактивных сил, создаваемыми исходящими из сопел аппарата дождевальных струй (рисунок 21).

а) № 1; б) № 2; в) № 3; г) № 4; д) концевой

Рисунок 18 – Общие виды дождеобразователей серии «Фрегат» (по Шумакову Б.Б.)

1 – основание; 2 – уплотнительная фторопластовая втулка; 3 – стакан; 4 – корпус; 5 – выпрямитель; 6 – основное сопло; 7 – рассекатель; 8 – коромысло; 9 – ось; 10 – возвратная пружина; 11 – резиновые шайбы; 12 – вспомогательное с рассекателем сопло; 13 – пружина; 14 – латунная шайба; 15 – фторопластовая шайба; 16 – резиновая шайба

Рисунок 19 – Разрез среднеструйного дождевального аппарата серии III (№ 3) дождевальной машины «Фрегат» (по Штепа Б.Г.)

1 – стакан; 2 – фторопластовая шайба; 3 – штуцер основания; 4 – фторопластовая шайба; 5 – латунная шайба; 6-11 – пружины; 7 – палец; 8 – перекидной рычаг; 9 – зацеп; 10, 14 – ось; 12 – коромысло; 13 – возвратная пружина; 15 – сопло привода коромысла;

Рисунок 20 – Разрез дождевального аппарата ДМ «Фрегат» (по Штепа Б.Г.)

Таблица 5 – Основные характеристики по дождеобразующим аппаратам семейства «Фрегат» (по Шумакову Б.Б.)

1, 2 – сопла; 3 – ствол; 4 – корпус; 5 – втулка; 6 – колесо храповое; 7 – манжета; 8 – пружина; 9 – втулка в сборе; 10 – шайба; 11 – механизм шаговый храповый

Рисунок 21 – Среднеструйный двухсторонний дождевальный аппарат

Дальнеструйные дождеватели (дождеобразователи) обеспечивают подачу поливных струй на расстояние, превышающее (35÷100) и более метров. Разработаны и используются одно- и двухсопловые конструкции дальнеструйных дождеобразователей (в широком диапазоне размеров) кругового и секторного полива (аппаратов) семейства «ДД» (рисунки 22 и 23).

Технические и технологические параметры дальнеструйных дождеобразователей серии «ДД» (по Маслову Б.С. и др.) приведены в таблице 6.

1 – ствол; 2 – сопло; 3 – турбинка

Рисунок 22 – Дальнеструйные дождеобразователи (дождеватели) ДД-30 (а) и ДД-80 (б)

Рисунок 23 – Общие виды установки дальнеструйных дождевателей на напорных трубопроводах

Таблица 6 – Данные по дальнеструйным дождеобразователям семейства «ДД» (по Маслову Б.С.)

Дальнеструйные дождеобразователи отличает высокая производительность полива, его полная автоматизация и простота конструктивных решений. Основными недостатками односопловых дальнеструйных насадок и аппаратов является высокая степень неравномерности выпадения дождевых осадков из поливной струи (рисунок 24), высокая крупность дождевых капель, значительные реактивные усилия и динамические воздействия на опоры (стояки), что требует дальнейшего совершенствования их конструкций.

Для расчёта диаметра капель dк , мм, образующихся при распаде дождевальных струй, может быть использована зависимость – dк = k √dc / Vc , где dc — диаметр выбрасываемой из сопла струи (мм);

1 – поливная струя; 2 – дальнеструйный дождеобразователь; 3 – дождевальное устройство (дождеватель)

Рисунок 24 – Общий вид поливной струи, создаваемой дальнеструйным дождевальным аппаратом

Для определения дальности отлёта струи ( Lc , м) предложено несколько эмпирических зависимостей. Одна из таких формул (автора Б.М. Лебедева) рекомендуется к использованию (при 800 ≤ ( Hдн / dc ) ≤ 4000 ) в виде:

Lc = Hдн / [0,5 0,25 ( Hдн / dдн ) ] ,

где Hдн — напор воды в установке перед дождевальной насадкой в метрах;

dдн — диаметр дождевальной насадки или сопла установки в миллиметрах.

Дождеобразующие устройства известных зарубежных фирм.

Известны дождеобразователи (мезо-, мини- и микроспринклеры) компании Энталь (Израиль), разработанные для широкого диапазона расходов, давлений и радиусов захвата: от микроспринклеров для подкронового полива древесных культур с радиусом захвата от 1,5 до 3,0 метров и расходом поливной воды от 0,5 до 0,85 л/с до среднеструйных дождевателей (типа «Ротор 688»), работающих в диапазоне давлений – от 2,5 до 4,0 атмосфер с расходами от 0,14; 0,21; 0,28 и до 0,42 л/с и «радиусом полива» от 15 до 20 метров.

Широко применяются мезоспринклеры [среднеструйные дождеобразователи (семейства – AR 044; AR 048; AR 70) компании Мецерплас (Израиль)], технические характеристики которых приведены в таблице 7.

Таблица 7 – Данные по мезоспринклерам компании Мецерплас

Широкий спектр дождеобразователей разработан зарубежными специалистами различных фирм. Так, дождевальные машины Reinke оборудуются дождеобразователями: Impact, Rotators, Spinners, I-Wob; Sprays; Д 3000 и другими. На дождевальных машинах серии «Pivot» также используется широкая линейка дождеобразователей, отдельные из которых описаны ниже.

Дождеобразователь I-WOB (производство компании Senninger Irrigation, США) функционирует при давлении на дождеобразующем аппарате в (0,69÷1,38) атмосфер с высотой подъёма дождевателя над поверхностью сельхозугодий, изменяющейся от 0,92 до 2,75 метров (рисунок 25).

Рисунок 25 – Общий вид (а) и схема полива (б) дождеобразователем I-WOB

Дождеватель LDN рассчитан на давление в (0,42÷1,38) атмосферы с регулируемой высотой его подъёма от 0,46 до 4,27 метров (см. рисунок 26).

Рисунок 26 – Общий вид (а) и схема полива (б) дождеобразователем LDN

Дождеватель SUPER SPRAY работает в диапазоне давлений – (0,42÷1,72) атм при высоте подъёма от 0,46 до 4,27 метров (рисунок 27).

Рисунок 27 – Общий вид (а) и схема полива (б) дождевателем SUPER SPRAY

Дождеобразователь QUAD-SPRAY обеспечивает полив при рабочем давлении (0,42÷0,69) атм при высоте подъёма в (0,3÷0,6) м (рисунок 28).

Рисунок 28 – Общий вид (а) и схема полива (б) низконапорным дождевателем QUAD-SPRAY

В ряде импортируемых дождевальных машин используются дождеобразователи для широкого спектра условий их применения (таблица 8).

Таблица 8 – Данные по импортируемым дождеобразователям

Известны конструкции дождеобразователей, разработанных компанией Lindsay, используемые на дождевальных машинах Zimmatic (рисунок 29).

Вращающиеся (динамичные) дождеобразователи Lindsay функционируют в диапазоне давлений от 0,07 до 0,35 МПа и обеспечивают полив в радиусе (3,7÷22,6) метра (в зависимости от величины рабочего давления и высоты их расположения). Эти распылители («разбрызгиватели») оборудованы сменными дефлекторами и рекомендуются для полива глинистых почв.

Рисунок 29 – Общие виды вращающегося (а) и фиксированного (б) дождеобразователей («разбрызгивателей») Lindsay

Статичные (фиксированные) дождеобразователи Lindsay обеспечивают увлажнение орошаемых сельскохозяйственных угодий в радиусе (2,3÷14,3) метра при давлении в (0,05÷0,28) МПа; имеют комплекты сменных дефлекторов; рекомендуются для полива лёгких и (или) взрыхлённых почв.

Известны круговые дождеобразователи (разбрызгиватели) компании Lindsay LEPA с радиусом полива от 0,6 до 6,0 метров, функционирующих при давлении в (0,04÷0,14) МПа, обеспечивающие «мелкокапельный» полив.

Широкое применение в зарубежной практике получили дождеобразующие аппараты американской компании Nelson, приведенные на рисунке 30.

Рисунок 30 – Общие виды концевых дождевальных аппаратов Nelson

Компанией Nelson разработана, приведенная на рисунке 31, серия дождеобразующих устройств (дождевателей) для дождевальных машин.

а) D3000 Sprayhead; б) R3000 Rotator; в) O3000 Orbitor

Рисунок 31 – Виды дождеобразовательных устройств (дождевателей) компании Nelson

Дождеобразователь по рисунку 2.31,а представляет собой стационарный распылитель с регулируемой структурой поливных струй со сменными опциями для различных режимов полива (орошения, проращивания или внесения удобрений), обеспечивающий увлажнение зоны радиусом от 5,5 до 11,0 метров при рабочем давлении в (0,04÷0,30) МПа.

Дождеобразователь R3000 Rotator (рисунок 31,б) с вращающимся рассекателем струй формирует мелкокапельный дождь при давлении от 0,07 до 0,34 МПа с радиусом зоны полива (1,8÷22,6) метра. Дождеобразователь O3000 Orbitor по рисунку 2.31,в обеспечивает высокую равномерность распределения слоя искусственного дождя в радиусе от 1,8 до 17,7 метров при давлении в (0,07÷0,34) МПа.

Известно конструктивное решение дождеобразователя Nelson Orbitor, обеспечивающее высокую степень однородности и малоразмерности капель искусственного дождя. Отличительными особенностями спринклера является: функционирование его при давлении в (0,7÷1,4) атмосферы; возможность работы без особо тщательной очистки поливной воды; относительная устойчивость против ветровых воздействий при малых потерях поливной воды на испарение. Обтекаемая форма конструкции обеспечивает:

• его проход сквозь стебли поливаемых растений;
• отсутствие внутренних перегородок снижает вероятность его засорения;
• наличие комплекта разноразмерных, быстро заменяемых форсунок;
• серийность модели «Orbitor О3000».

Общий вид дождеобразователя и его конструктивные элементы приведены на рисунке 32.

Рисунок 32 – Общий вид (а) и детали спринклера Nelson Orbitor О3000 (б)

Дождеобразователь Nelson Orbitor О3000 обеспечен тремя типоразмерами форсунок («рассекателей» напорного водного потока), параметры и технологические характеристики которых приведены в таблице 9.

Известны и широко используются в мировой и отечественной практике эффективные и надёжные конструкции концевых дождевальных устройств («водомётов») для широкозахватных дождевальных машин (рисунок 33).

Таблица 9 – Характеристики дождеобразователя модели О3000 Orbitor

Тип и цвет рассекателя	Рабочее давление (атм)	Диаметр зоны захвата при давлении в 1 атмосферу	Отличительные особенности
ЧЁРНЫЙ #11488-101	0,7÷1,4	Высота крепления Ширина охвата (1,8 М) (17,7 М)	Максимальное разбрызгивание поливной воды
СИНИЙ #11488-102	0,7÷1,4	Высота крепления Ширина охвата (1,8 М) (15,2 М)	Максимальная устойчивость к влиянию ветра
ПУРПУРНЫЙ #11488-103	0,7÷1,4	Высота крепления Ширина охвата (1,8 М) (14,3 М)	Максимальные размеры капель дождя

Рисунок 33 – Общие виды концевых дождеобразующих аппаратов для широкозахватных дождевальных машин ведущих зарубежных фирм

Отличительной особенностью дождеобразователей зарубежного производства является:

• широкий спектр модификаций и типоразмеров основных и дополнительных (сменных) опций;
• использование в качестве их материала молимеров и (или) сплавов, высокая степень унификации конструкций.

В каталоге оросительной техники, составленном компанией «Садовый инженер», приведен широкий спектр конструкций дождеобразователей – дождевальных аппаратов, описание части из них приведено в таблице 10.

Таблица 10 – Сведения о струйных дождевальных аппаратах (по каталогу компании «Садовый инженер»)

Общий вид струйного дождевального аппарата		Характеристики струйного дождевального аппарата
		Струйный дождеватель (дождевальный аппарат – дождеобразователь) кругового (полнокругового) и секторного полива с «рассеивателем» поливной струи (рабочее давление – (1,5÷4,0) атм; диаметр сопла – (3÷4) миллиметра; длина струи – (9,0÷12,5) м; расход воды – (0,11÷0,22) л/с; средняя интенсивность искусственного дождя – Iд/сp = (0,02÷0,03) мм/мин). Струйный дождеватель рекомендуется для устройства в составе стационарных оросительных систем и для установки на дождевальных машинах (установках).
		Струйный дождеватель (дождевальный аппарат – дождеобразователь) полнокругового полива с «рассеивателем» («дробителем») поливной струи (рабочее давление – (2÷4) атм, диаметры сопла – (3,25÷4,50) мм, длина струи – от 11 до 16 м; расход поливной воды – qд/а = (0,15÷0,72) л/с; интенсивность искусственного дождя – (0,02÷0,08) мм/мин), одновременно поливаемая с одной поливной позиции площадь сельскохозяйственного угодья составляет (1520÷3215) м2.
а)	б)	Струйный дождеватель полнокругового полива с «рассеивателем» водной струи для кронового (а) и подкронового (б) полива садов и виноградников. Конструкция «а» применима для противозаморозковых и освежительных поливов, а конструкция по «б» приемлема для полива открытых ветрам угодий в ветреную погоду. Параметры дождеобразователей: рабочее давление – от 2-х до 4-х атм; диаметры сопел – dc = (3,25÷4,50) мм; расход дождевателя – qд/а = (0,15÷0,72) л/с; интенсивность дождя – Iд/сp = (0,02÷0,08) мм/мин; длина струи – (8÷10) метров.
а)	б)	Струйный дождеватель для полнокругового и секторного надкронового (а) и подкронового (б) полива древесных и лианных растений, оборудованный «рассеивателем» поливной струи. Вариант «а» рекомендуется для противозаморозковых и освежительных поливов. Вариант «б» приемлем для полива открытых ветрам угодий. Параметры дождевателя: Pд/а = (2÷4) атм; qд/а = (0,15÷0,34) л/с; Rзах = (8÷10) м; Iд/сp = (0,02÷0,04) мм/мин; dc = (3,25÷4,50) мм.
		Струйный дождевальный аппарат (дождеобразователь) полнокругового полива с рассеивателем поливной струи (рабочее давление – (2÷4) атм; расход поливной воды – (0,75÷1,5) л/с; дальность отлёта струи – (15÷20) м; интенсивность искусственного дождя – (0,07÷0,09) мм/мин; диаметр сменных сопел – от 4,75 до 7,0 мм, одновременно поливаемая площадь с одной позиции – Sпол = (2826÷5024) м2).
а)	б)	Струйный дождеобразующий аппарат полнокругового и секторного подкронового полива древесных насаждений (садов, виноградников, питомников) с рассеивателем поливной струи. Параметры дождевателя (дождеобразователя): рабочее давление – Pд/а = (2÷11) атм; диаметр сопел – dc = (4,75÷7,0) мм; расход – qд/а = (0,21÷1,5) л/с; радиус захвата струёй – Rзах = (9÷12) м; интенсивность искусственного дождя – Iд/сp = (0,08÷0,09) мм/мин.
		Струйный односопловый дождеобразователь для полнокругового и секторного полива с рассеивателем поливной струи, имеющий нижеприведенные технические характеристики: Pд/а = (2÷4) атмосферы; qд/а = (0,37÷1,0) л/с; lстp = Rзах = (13÷19) м; Iд/сp = (0,04÷0,06) мм/мин; dc = (4,75÷7,0) миллиметров, одновременно поливаемая площадь – (2123÷4534) м2.
		Односопловый дождеобразовательный аппарат полнокругового и секторного полива для подкронового полива садов и виноградников с рассеивателем («дробителем») поливной струи (рабочее давление – (2÷4) атмосферы; расход дождевателя – (0,37÷1,0) л/с; диаметры сменяемых сопел – (4,75; 5,5; 6,25 и 7,0) миллиметров; длина струи – (9÷14) метров; интенсивность искусственного дождя – (0,04÷0,06) мм/мин; площадь полива с одной позиции – (1017÷2462) м2).
		Струйный дождеобразователь с рассеивателем поливной струи для полнокругового и секторного полива с техническими характеристиками: диаметры сопел – dc = 6, 8, 10 и 12 мм; рабочее давление – Pд/а = (2÷4) атмосферы; расход поливной воды – qд/а = (0,7÷3,0) л/с; радиус зоны захвата – Rзах = (15÷24,5) метра; интенсивность дождя – Iд/сp = (0,06÷0,11) мм/мин; площадь захвата дождём – (2826÷7539) м2.
		Струйный дождеватель (дождеобразователь) полнокругового полива с рассеивателем («дробителем») поливной струи для орошения садов, плантаций и других культур на открытых ветрам угодьях. Параметры дождеобразователя: dc = (6, 8, 10 и 12) миллиметров; Pд/а = (2÷4) атмосферы; qд/а = (0,7÷3,0) л/с; Rзах = (10÷17) метров; Iд/ сp = (0,06÷0,11) мм в минуту.
		Дождеобразователь (дождеватель) для кругового и секторного полива садов, плантаций и других сельскохозяйственных угодий, оборудованный струерасщепителем (струерассеивателем, струедробителем). Параметры дождевального аппарата: Pд/а = (2÷4) атмосферы; dc = (10÷17) миллиметров; qд/а = (2,0÷9,2) л/с; Rзах = (20÷34) м; Iд/сp = (0,10÷0,19) мм/мин.
		Струйный дождеватель полнокругового и секторного полива с регулируемым устройством дробления (расщепления, рассеивания) поливной струи с нижеприведенными техническими характеристиками: dc = (12, 14, 16 и 18) миллиметров; рабочее давление Pд/а = (2÷4) атмосферы; qд/а = (3,4÷9,8) л/с; Rзах = (25÷36) метров; Iд/сp = (0,13÷0,19) мм в минуту (мм/мин).
		Струйный дождеватель («дождевальная машина», «дождевальный водомёт») кругового и (или) секторного полива, оборудованный регулируемой гидротурбиной (с рабочим давлением – (2÷3) атмосферы; со сменными соплами диаметром (8, 10 и 12) миллиметров; с расходом аппарата – (1,5÷3,5) л/с; с дальностью отлёта поливной струи – (16,5÷27,7) метра и средней интенсивностью дождя равной (0,07÷0,1) мм/мин).
		Дождеватель полнокругового или секторного полива (действия) с регулируемой турбиной. Технические и технологические параметры дождеобразователя (дождевателя): сменные сопла диаметром равным 10, 12 и 14 миллиметров; рабочее давление – Pд/а = (2÷14) атмосферы; расход дождевателя – qд/а = (1,7÷4,8) л/с; радиус захвата – Rзах = (20÷31) метр при интенсивности дождя – Iд/сp = (0,08÷0,12) мм в минуту.
		Струйный дождеватель («дождевальная пушка», «дождевальный водомёт») кругового и секторного полива с регулируемой гидротурбиной. Оборудован тремя заменяемыми соплами с диаметром 12, 14 и 16 миллиметров. Технические параметры: Pд/ а = 2,5; 3,0; 3,5; 4,0 и 4,5 атмосферы; qд/ а = (2,65÷5,35) л/с; Rзах = (23,5÷33,0) метра и Iд/ сp = (0,1÷0,14) мм в минуту.
		Струйный дождеватель для полнокругового и секторного полива с регулирующей гидротурбиной и заменяемыми соплами ( dc = 10, 12, 14, 16 и 18 мм), работающий при давлении от 2-х до 6-ти атмосфер, с расходом водоподачи равны (1,7÷7,5) л/с и обеспечивающим отлёт поливной струи на расстояние от 21 до 37 метров при средней интенсивности искусственного дождя составляющей (0,11÷0,15) мм в минуту.
		Струйный дождеватель («водомёт») полнокругового и секторного полива с гидротурбиной и заменяемыми (сменяемыми) соплами диаметром равным 14, 16, 18, 20 и 22 миллиметра. Технические и технологические параметры дождевателя: Pд/ а = (2÷4) атмосферы; qд/ а = (4,2÷14,4) л/с; Rзах = (25÷47) метров при Iд/ сp = (0,12÷0,15) миллиметров в минуту.
		Струйный дождеватель («дождевальная пушка» или «водомёт») кругового и секторного полива с широким спектром параметров: с диаметрами сменных сопел – 20, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36 и 38 миллиметров, работающих при давлении равном (3÷8) атмосфер. В зависимости от типоразмера дождевателя (диаметра сопла и давления) расход поливной воды изменяется от 8,5 л/с до 44,8 л/с, длина отлёта струи составляет (36÷72) метра при средней интенсивности искусственного дождя равной (0,16±0,1) мм в минуту.

Дождеобразователь IMPACT функционирует при рабочем давлении равном (1,72÷4,83) атмосферы с высоты в (3,05÷4,27) метра (рисунок 34).

Рисунок 34 – Общий вид (а) и схема полива (б) дождевателем IMPACT

Дождеобразователь 8025НД работает при давлении в нём в диапазоне от 2,42 до 5,18 атмосферы с высоты в (3,05÷4,27) метра (см. рисунок 35).

Рисунок 35 – Общий вид (а) и схема полива (б) дождеобразователем 8025НД

Широкий спектр разработанных и апробированных дождеобразователей различных конструкций позволяет выбрать наиболее приемлемое условиям использования их конструктивное решение. Определённый эффект может дать совместное использование короткоструйных и среднеструйных дождеобразующих устройств на одном дождевальном средстве (машине, установке, дождевателе).

Дождеобразующие устройства должны соответствовать нижеприведенным требованиям:

• 1) простота и высокая степень унификации;
• 2) стабильность эксплуатационных показателей во времени;
• 3) высокий уровень надёжности и долговечность;
• 4) отсутствие или минимальное количество трущихся и (или) вращающихся деталей;
• 5) защищённость от внешних воздействий (от повреждений);
• 6) универсальность и взаимозаменяемость;
• 7) минимизация типоразмеров и веса;
• 8) простота регулировки и установки;
• 9) стабильность гидравлических характеристик при высоком качестве дождя;
• 10) создавать, соответствующую экологическим требованиям, структуру искусственного дождя, приемлемые размеры дождевых капель с допустимым для почвенного покрова (почвы) и растений ударным воздействием на них.