Виды оросительных мелиорации. Регулярное и разовое орошение.

Дождевальные аппараты и насадки

Рабочими органами дождевальных устройств являются дождевальные насадки и аппараты. Они предназначены для преобразования водного потока в дождевые капли, транспортирования капель на определенные расстояния и распределения их по орошаемой площади.

По характеру процесса образования дождя дождевальные насадки и аппараты разделяют на две группы: веерные и струйные. Первые создают широкий веерообразный поток воды в виде тонкой пленки, которая, встречая сопротивление воздуха, распадается на отдельные капли.

Они неподвижны относительно машины или установки и одновременно орошают всю прилегающую к позиции площадь в пределах дальности полета капель, отличаются простотой устройства, как правило, не имеют подвижных частей и получили наименование дождевальных насадок.

Вторые создают поток воды в виде осесимметричных струй, которые в процессе движения под действием сопротивления воздуха распадаются на отдельные капли. Они одновременно орошают прилегающую к позиции площадь в пределах дальности полета струи. Для орошения всей площади круга им сообщают вращательное (угловое) движение относительно машины или установки.

Все рабочие органы, т. е. дождевальные насадки и аппараты, подразделяют главным образом по дальности разбрызгивания и напору воды на три группы: короткоструйные, или низконапорные (дальность полета капель до – 8 м, напор воды – 0,05…0,15 МПа); среднеструйные, или средненапорные (дальность полета капель – до 35 м, напор воды – 0,15…0,5 МПа); дальнеструйные, или высоконапорные (дальность полета капель – до 60 м, напор воды – свыше 0,5 МПа).

Короткоструйные рабочие органы выполняют, как правило, в виде дождевальных насадок. Находят применение дефлекторные, половинчатые, щелевые и центробежные насадки (рис. 1).

Рис. 1. Конструкции дождевальных насадок: а – дефлекторная; б – половинчатая; в – щелевая; г – центробежная: 1 – дефлектор; 2 – корпус; 3 – центральное отверстие

Дефлекторные насадки (рис. 1, а) имеют корпус 2, навинчиваемый на вертикальный стояк. Струя воды, выходя под напором из отверстия диафрагмы, разбивается о дефлектор 1, в результате чего образует пленку воронкообразной формы, которая при дальнейшем движении распадается на капли и орошает прилегающую к насадке круговую площадь.

К достоинствам дефлекторных насадок относят сравнительно малый размер капель (0,9…1,1 мм) и небольшой расход энергии на их образование. Однако капли неодинаковы по величине, интенсивность их распределения по площади полива также неравномерна. По мере удаления от насадки размер капель возрастает, а интенсивность дождя сначала повышается, а затем падает.

Половинчатые или щелевые насадки применяют, если нужно получить односторонний полив.

В половинчатой насадке (рис. 1, б) дефлектор 1 имеет форму половины конуса и приварен к отогнутой пластине, которая перегораживает в корпусе 2 половину выходного отверстия. Половинчатая насадка работает аналогично круговой. Расход воды определяют по той же формуле, имея в виду, что она выходит через полукруглое отверстие.

Щелевая насадка (рис. 1, в) может быть получена путем пропиливания в стенке трубы щели шириной h.

Вытекающая из щели вода имеет форму плоской веерообразной пленки. Распадение ее на капли происходит менее интенсивно, чем в дефлекторных насадках, вследствие чего вблизи насадки возникает неорошаемая зона.

Центробежная насадка (рис. 1, г) работает следующим образом. Вода поступает через тангенциальный канал корпуса 2, благодаря чему закручивается, вовлекаясь во вращательное движение. На выходе из центрального отверстия верхней крышки 3 образуется кольцевой поток со свободным пространством в центре.

Основные технические характеристики короткоструйных насадок приведены в прил. 4.

Среднеструйные дождевальные аппараты служат рабочими органами большинства современных дождевальных машин и установок. Несмотря на разнообразие марок, они конструктивно близки. На рис. 2 показан среднеструйный дождевальный аппарат, устанавливаемый на дождевальную машину типа «Волжанка».

Рис. 2. Дождевальный аппарат машины «Волжанка»: 1 – возвратная пружина; 2 – коромысло; 3 – основное сопло; 4 – выпрямитель; 5 – вспомогательное сопло

Основными элементами среднеструйного дождевального аппарата являются возвратная пружина 1, служащая для возврата в исходное положение коромысла 2. Вода, проходя через выпрямитель 4, выходит через основное сопло 3 и частично через вспомогательное сопло 5. Для повышения равномерности орошения сопло 5 имеет косой разрез, улучшающий распадение струи на капли.

Наиболее распространено семейство унифицированных аппаратов типа «Роса» (рис. 3). Базовый аппарат этого семейства состоит из алюминиевого корпуса 12 с тремя водопроводящими каналами 3, 5 и 13, механизмов вращения аппарата коромыслового типа и секторного полива.

В механизм вращения вместе с коромыслом 4 входят возвратная пружина 2 и шайба 1 со штифтом, которые закрыты пластмассовым колпаком. Концы пружины закреплены в коромысле и шайбе. Механизм секторного полива состоит из пружинных колец 8, упора 6 и рычага 11, насаженных на одну ось 7 и соединенных пружиной 14. В отверстие рычага вставлен стержень 9, застопоренный винтом 10.

Вода из трубопровода поступает в корпус 12 и через водопроводящие каналы 3, 5, 13 и насадки выбрасывается наружу в виде струй, расположенных под углом 30° к горизонту. В воздухе струи распадаются на капли, орошая узкую полоску поля в виде сектора.

Рис. 3. Дождевальный аппарат типа «Роса»: а – общее устройство; б – схема работы механизма секторного полива; I – положение упора при рабочем движении ствола; II – положение упора при возвратном движении ствола; 1 – шайба;

Струя воды из верхней насадки попадает на лопатку коромысла и отталкивает ее влево (в направлении против хода часовой стрелки). Коромысло поворачивается на угол 30…90º и закручивает возвратную пружину. После остановки под действием возвратной пружины коромысло движется в обратном направлении и входит рассекателем в струю.

Воздействуя на скошенную грань рассекателя, струя совместно с возвратной пружиной толкает коромысло в направлении его обратного движения до удара в упор на корпусе аппарата. После удара корпус поворачивается на угол 2…3º по ходу часовой стрелки. В следующее мгновение струя воды, минуя рассекатель, вновь попадает на лопатку коромысла и отбрасывает его – цикл повторяется.

Для полива по сектору стержень рычага механизма секторного полива переводят в нижнее положение и закрепляют винтом.

Угол секторного полива устанавливают с помощью усиков упорных колец. Наименьший угол равен 45º. При работе ствол аппарата поворачивается до упора стержня в усик кольца 8. При дальнейшем движении стержень 9 и рычаг 11 поворачиваются на оси 7, отжимая пружины.

После прохождения рычагом среднего положения пружина толчком поворачивает упор 6 в положение, при котором коромысло стопорится упором. Удар воды о лопатку передается на упор, и аппарат поворачивается в обратную сторону. Частота колебаний коромысла в этом случае велика, поэтому скорость движения аппарата в обратном направлении в 5…10 раз выше скорости при поливе.

Возвратное движение аппарата продолжается до тех пор, пока рычаг механизма секторного полива не соприкоснется с усиком второго упорного кольца; тогда он развернет упор в первоначальное положение и освободит коромысло. После этого цикл полива по сектору повторяется.

Основные технические характеристики среднеструйных аппаратов с коромыслом и лопаткой приведены в прил. 5, а технические характеристики аппаратов серии ДА – в табл. 1.

Таблица 1. Технические характеристики аппаратов серии ДА

Дальнеструйные дождевальные аппараты разных марок отличаются главным образом конструкцией механизмов вращения. В отдельных конструкциях для вращения дальнеструйных дождевальных аппаратов (ДДА) используют: механическую энергию от ВОМ трактора, кинетическую энергию струи, разрежение воздуха на выходе струи из сопла, реактивную силу струи.

Механический привод от ВОМ трактора состоит из шестеренчатого и червячного редукторов или червячного редуктора и храпового механизма. Его применение ограничивается только тракторными дождевальными машинами.

Кинетическая энергия струи, вылетающей из сопла, используется в разборных переносных установках и широкозахватных машинах. Их выполняют в двух вариантах: с качающимся в вертикальной плоскости коромыслом (ныряющей лопаткой) и с вращающейся турбинкой.

Дальнеструйный аппарат с качающимся коромыслом (рис. 4) вследствие своей простоты находит наибольшее распространение в стационарных системах (рис. 4, а) и на шланговых дождевателях (рис. 4, б).

Рис. 4. Дальнеструйный аппарат с качающимся коромыслом: а – схема; б – общий вид аппарата на шланговом дождевателе; I – коромысло при нижнем положении лопатки; II – коромысло при верхнем положении лопатки; 1 – лопатка; 2 – ствол; 3 – ось качания; 4 – коромысло; 5 – скоба; 6 – корпус; 7 – основание

Принцип действия аппарата состоит в том, что аппарат монтируется на основании 7 (рис. 4, а) с возможностью поворота в корпусе 6. На стволе аппарата имеется горизонтальная ось 3, на которую насажено коромысло 4. Задняя часть коромысла тяжелее, чем передняя, поэтому в исходном положении II коромысло своей задней частью ложится на скобу 5.

Поэтому струя воды, вышедшая из сопла, ударяясь о лопатку, не только отклоняет ее вниз (положение I) на угол до 120°, но и поворачивает в сторону вместе со стволом на угол 2…6° (в зависимости от напора). Задняя часть лопатки, имеющая больший вес, чем передняя, возвращает лопатку в струю, и цикл повторяется.

На стационарных системах в основном используются унифицированные дальнеструйные дождевальные аппараты типа ДД кругового действия. Привод поворота ствола обеспечивается специальной турбинкой с трансмиссией (рис. 5). Эти аппараты выпускаются четырех типоразмеров. Их технические данные приведены в прил. 7.

Рис. 5. Дальнеструйный аппарат типа ДД: а – общий вид; б – кинематическая схема механизма поворота ствола; 1 – упор; 2 – толкатель реверса; 3 – нижний редуктор; 4 – вал; 5 – ствол; 6 – турбинка; 7 – верхний редуктор; 8 – фиксирующий и регулирующий винты;

Конструкция аппаратов однотипна, их можно использовать для полива по кругу и по сектору. При эксплуатации дождевальные аппараты типа ДД устанавливают на вертикальные трубчатые стояки не менее 1,5 м над поверхностью почвы.

В аппарате типа ДД обеспечивается круговое вращение ствола 5 с помощью турбинки 6, лопасти которой входят в струю воды, выбрасываемую через сопло.

Турбинка 6 приводит в действие червячную пару верхнего редуктора 7. Далее вращение с помощью длинного вала 4 в трубчатом кожухе передается на червяк нижнего редуктора 3. Трубчатый кожух к стволу аппарата крепится с помощью специального кронштейна, положение которого можно изменять и фиксировать посредством фиксирующего и регулирующего винтов 8.

При вращении турбинка частично дробит струю, что улучшает качество распределения дождя возле аппарата.

На оси червячного колеса нижнего редуктора расположен кривошип, передающий с помощью шатуна 16 качательное движение коромыслу 14, свободно сидящему на ступице храпового колеса 13. Колесо закреплено на червячном валу ходового редуктора 15. При качании коромысла установленная на нем собачка 12 правым или левым плечом (в зависимости от положения рычага реверса 2) входит в зацепление с храповиком и поворачивает его вместе с валом.

Для настройки на секторный полив в кольцевые проточки основания устанавливают два упора 1 так, чтобы они составляли заданный угол поворота ствола. При встрече толкателя реверса с упором рычаг реверса переключает вращение аппарата в противоположную сторону.

Тормоз 11 предназначен для предотвращения проворачивания храпового колеса при холостом ходе собачки.

Существуют дождевальные аппараты с механизмом вращения, работающим за счет разрежения, создаваемого струей. Они имеют сопло, заканчивающееся диффузором (расширяющейся насадкой). Поток воды, проходя узкое сечение диффузора, образует зону вакуума. Эту зону соединяют трубкой с пневматическим, например, диафрагмовым двигателем, работающим за счет перепада давления между атмосферой и вакуумом в диффузоре. Колебания диафрагмы обычно через храповой механизм приводят в движение ствол аппарата.

Для поворота ствола также используется вариант, при котором ось сопла располагают под некоторым углом к оси ствола или смещают ее в сторону. При этом возникнет реактивный момент, поворачивающий ствол дождевального аппарата. Дальнеструйные дождевальные аппараты, вращение которых основано на этом принципе, обычно оборудуют специальными тормозными устройствами, воспринимающими разность между вращающим моментом от реактивной силы струи и моментом трения вращающихся частей аппарата.

Наиболее распространены гидравлические и механические тормозные устройства. Гидравлический тормоз обычно представляет собой шестеренный или иной ротационный масляный насос, перегоняющий масло по замкнутому каналу, сопротивление которого регулируется вентилем или краном. Изменяя сопротивление, регулируют частоту вращения ствола дождевального аппарата.

При большой длине машины напор перед насадками снижается по мере удаления их от места подачи воды в машину. Для выравнивания расхода на широкозахватных машинах ставятся насадки или аппараты с увеличивающимися к периферии машины проходными сечениями. Однако если перемещающаяся опора машины оказывается на возвышенности или во впадине, напор перед насадкой изменяется, что приводит к изменению расхода через нее и соответствующему нарушению равномерности полива.

Для устранения этого недостатка на ряде зарубежных дождевальных широкозахватных машин кругового и фронтального действия устанавливаются насадки постоянного расхода. Наиболее распространенная конструкция насадки фирмы «Нельсон». Схема насадки представлена на рис. 6, а.

Насадка работает следующим образом. Корпус 1 вворачивается в подводящий трубопровод. Вода поступает в корпус и по трубке 4 проходит между ребрами 11 к сменному соплу 12. Струя воды, истекающая из сопла, ударяется о сменный ребристый дефлектор 14, прикрепляемый гайкой 15 со стойками 13 к основанию 9, соединенному винтами с корпусом 1.

При этом между основанием и корпусом за счет пазов, имеющихся во фланце корпуса, образуется щель 17, соединяющая с атмосферой полость, заключенную между корпусом 1, вставкой 6 и основанием 9. Ударяясь о ребра дефлектора, струя распадается на отдельные более мелкие струйки, орошающие поверхность почвы.

Давление поступающей в насадку воды передается из трубки 4 по вырезам в ее нижнем торце по зазору 16 под мембрану 7. Мембрана прижата к манжете 8 и кольцу 10 пружиной сжатия 5, верхними витками опирающейся о буртик вставки 6. Изменение давления воды на входе в насадку приводит к прогибанию мембраны 7 и перемещению трубки 4.

Рис. 6. Вид насадки постоянного расхода фирмы «Нельсон»: а – схема; б – общий вид; 1 – корпус; 2 – кольцо; 3 – шайба; 4 – трубка; 5 – пружина; 6 – вставка; 7 – мембрана; 8 – манжета; 9 – основание; 10 – кольцо; 11 – ребра; 12 – сопло; 13 – стойка; 14 – дефлектор; 15 – гайка; 16 – зазор; 17 – щель; 18 – отверстие

Общий вид насадки представлен на рис. 6, б. Насадки, смонтированные на широкозахватной машине, показаны на рис. 7, а и увеличенное изображение насадки в работе – на рис. 7, б.

На широкозахватных машинах обычно устанавливается несколько типоразмеров насадок, отличающихся диаметром сопл и конструкцией дефлекторов.

Рис. 7. Насадка постоянного расхода фирмы «Нельсон» в работе: а – расположение насадок на дождевальной машине; б – работа насадки