способ регулирования минерализации оросительной воды при капельном орошении и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ регулирования минерализации оросительной воды при капельном орошении, включающий смешение минерализованной и дистиллированной воды, отличающийся тем, что получение оросительной воды требуемой минерализации, варьирующейся в интервале от естественного состава до дистиллята, обеспечивается с помощью устройства, осуществляющего разделение оросительной воды на две части, одна из которых остается без изменения, а другая деминерализуется, с последующим их смешением в необходимой пропорции или без смешения, применяя каждую в отдельности, при этом технологический процесс регулирования минерализации оросительной воды осуществляется непрерывно.

2. Устройство для регулирования минерализации оросительной воды при капельном орошении, содержащее корпус, испарительный элемент, сборник конденсата и устройства для отвода дистиллята, отличающееся тем, что корпус снабжен полой сборно-разборной крышкой, верхняя и нижняя поверхности которой выполнены сферическими из оптически прозрачного материала с различными радиусами кривизны, и образующей при заполнении оросительной водой собирательную вогнуто-выпуклую линзу, фокусирующую солнечное излучение на фокальную плоскость, размещенную вместе с авторегулятором подачи воды, стабилизирующим ее положение, в испарительном элементе, выполненном в виде съемного стакана, смонтированного в нижней части корпуса, при этом отвод дистиллята и регулирование минерализации оросительной воды, подаваемой растениям, осуществляют трубопроводами, снабженными регулирующими устройствами и сообщающимися с полостью крышки, внешней средой и сборником конденсата, выполненным в виде кольца, представленного боковой поверхностью усеченного конуса, с образованием между корпусом и кольцом кругового наклонного лотка, осуществляющего сбор дистиллята.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области мелиорации земель, в частности к оросительным мелиорациям, и может быть использовано для повышения качества воды при капельном способе орошения сельскохозяйственных культур, когда поливы осуществляются водой с высоким содержанием солей.

Известен способ разбавления очень соленых грунтовых вод пресной речной водой с целью употребления их на орошение. (Костяков А.Н. Основы мелиорации / А.Н.Костяков. - М.: Сельхозгиз, 1960. - С 49).

К недостаткам данного способа относятся использование энергоемкого оборудования (насосы, дозаторы), нескольких источников орошения, а так же сложность получения воды требуемого качества.

Наиболее близким к заявленному способу является способ периодического смешения минерализованной воды и дистиллята для полива растений (Буш Вернер. Бонсай в нашем доме / В.Буш - М.: Интербук, 1998. - С 41-42), включающий отдельно взятые единичные объемы минерализованной и дистиллированной воды, которые смешиваются в расчетных количествах для получения требуемой концентрации солей в поливной воде единичного объема.

К недостаткам в части способа относится его периодичность и сложность осуществления, заключающаяся в необходимости использования отдельных емкостей для минерализованной и дистиллированной воды и наличии энергоемкого производства по получению дистиллированной воды, ее транспорт к месту потребления, а также емкость для смешения.

Также известна мобильная гелиоустановка для опреснения воды (RU № 2401803, C02F 1/14, от 20.10.2010), переноски и хранения дистиллята, содержащая основу, выполненную из прозрачного пленочного материала, а также источник опресняемой воды, располагаемый под пленочным материалом основы, выполненной с образованием конусообразной поверхности, снабженной надувными камерами, изготовленными из пленочного материала, образующими ребра жесткости и соединенными с материалом основы, при этом в нижней внутренней части основы по ее периметру расположен приемник для сбора дистиллята, являющийся продолжением материала основы и ее ребер жесткости и имеющий форму кольцеобразного желоба, причем основа снабжена средством для ее герметизации совместно с опресненной водой - дистиллятом, а также пробкой, расположенной в ее вершине, предназначенной для слива дистиллята из полости основы при необходимости его употребления.

Недостатком данной гелиоустановки является необходимость наличия для ее работы источника опресняемой воды, располагаемой под пленочным материалом основы, невозможность регулирования минерализации воды, используемой для целей орошения, а также техническая сложность доставки опресненной воды к растениям.

Наиболее близким техническим решением в части заявленного устройства является гелиоопреснитель (SU А.с. № 717502, F24J 3/02, С02В 1/06, C02F 1/14, БИ № 7 от 25.02.80), содержащий корпус, выполненный в вице эластичной оболочки из оптически прозрачного материала, натянутой на надувной каркас и образующей наклонные стенки и днище, размещенный в корпусе над днищем гигроскопичный испарительный элемент, сборник конденсата и устройства для отвода дистиллята и теплорадиационный перфорированный экран, установленный между испарительным элементом и днищем.

К недостаткам гелиоопреснителя относится необходимость размещения его на поверхности водоема или водотока, а также невозможность регулирования минерализации оросительной воды для исключения выщелачивания почвы (при поливе дистиллятом) и засоления почвы (при поливе минерализованной водой) с развитием процесса слитизации структуры почвы.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое изобретение - упрощение процесса получения и подачи оросительной воды требуемого качества растениям, выращиваемым на участках при капельном способе орошения, также упрощение процесса эксплуатации и технического обслуживания.

Технический результат - получение оросительной воды с солевым составом, минимизирующим негативное воздействие на структуру почвы орошаемых земель.

Технический результат в части способа достигается тем, что получение оросительной воды требуемой минерализации и химического состава, варьирующего в интервале от естественного состава до дистиллята, обеспечивается с помощью устройства, осуществляющего разделение оросительной воды на две части, одна из которых остается без изменения, а другая деминерализуется, с последующим их смешением в необходимой пропорции или без смешения, применяя каждую в отдельности, при этом технологический процесс регулирования минерализации оросительной воды осуществляется непрерывно и ограничен размерами самого устройства.

Технический результат в части устройства для регулирования минерализации оросительной воды при капельном орошении, содержащего корпус, испарительный элемент, сборник конденсата и устройства для отвода дистиллята достигается тем, что корпус снабжен полой сборно-разборной крышкой, верхняя и нижняя поверхности которой выполнены сферическими из оптически прозрачного материала с различными радиусами кривизны, и образующей при заполнении оросительной водой собирательную вогнуто-выпуклую линзу, фокусирующую солнечное излучение на фокальную плоскость, стабилизация положения которой осуществляется посредством авторегулятора подачи воды и размещенных в испарительном элементе, выполненном в виде съемного испарительного стакана, смонтированного в нижней части корпуса, при этом отвод дистиллята и регулирование минерализации оросительной воды, подаваемой растениям, осуществляется трубопроводами, снабженными регулирующими устройствами и сообщающимися с полостью крышки, внешней средой и сборником конденсата, выполненным в виде кольца, представленного боковой поверхностью усеченного конуса, с образованием между корпусом и кольцом кругового наклонного лотка, осуществляющего сбор дистиллята.

Изобретение поясняется чертежом, где показан продольный разрез устройства.

Способ регулирования минерализации оросительной воды при капельном орошении заключается в получении оросительной воды требуемой минерализации, варьирующейся в интервале от естественного состава до дистиллята, при котором осуществляется разделение оросительной воды на две части, одна из которых остается без изменения, а другая деминерализуется, с последующим их смешением в необходимой пропорции или без смешения, применяя каждую в отдельности, при этом технологический процесс регулирования минерализации оросительной воды осуществляется непрерывно с помощью устройства, позволяющего установить один из трех возможных режимов: полив оросительной водой с естественной минерализацией; полив деминерализованной водой; полив смесью оросительной воды с деминерализованной.

Устройство состоит из верхней крышки 1 и нижней крышки 2, верхние поверхности которых выполнены сферическими из оптически прозрачного материала (например: полистирола, поликарбоната, полиметилметакрилата и др.) с различной кривизной. При этом сферическая поверхность 3 крышки 1 имеет радиус кривизны меньше, чем сферическая поверхность 4 крышки 2. Крышки 1 и 2 соединяются посредством резьбового соединения 5, в результате чего между крышками образуется камера 6, ограниченная сферическими поверхностями 3 и 4, которые создают тело собирательной вогнуто-выпуклой линзы 7. При заполнении водой камеры 6, солнечное излучение 8 собирается на главной оптической оси 9 на фокальной плоскости 10, отстоящей от собирательной вогнуто-выпуклой линзы 7 на фокусном расстоянии f. При этом камера 6 сообщается посредством трубопровода 11 с питающим оросительным трубопроводом 12, а с помощью трубопровода 13, на котором установлено регулирующее устройство 14, сообщается с внешней средой и посредством трубопровода 15 с полостью корпуса 16. Для регулирования поступления воды по трубопроводам 13 и 15, на них, соответственно, размещены регулирующие устройства 17 и 18. На верхней и нижней кромках корпуса 16 выполнены резьбовые соединения 5 с крышкой 2 и съемным испарительным элементом - испарительным стаканом 19.

На внутренней поверхности корпуса 16 установлен сборник конденсата 20, выполненный в виде кольца, имеющего форму боковой поверхности усеченного конуса. Между корпусом 16 и сборником конденсата 20 образуется круговой наклонный лоток 21, в нижней части которого выполнен приемный оголовок трубопровода 22, с установленным на нем регулирующим устройством 23, соединяющий круговой наклонный лоток 21 с трубопроводом 13.

На выходе трубопровода 15 для исключения переполнения испарительного стакана 19, в случае, когда уровень воды превышает отметку Ф_ПЛ фокальной плоскости 10, на кронштейне 24 размещен авторегулятор подачи воды, состоящий из установленной на оси вращения 25 рамы 26, на одном конце которой прикреплен поплавок 27, а на другом запорный элемент 28, перекрывающий оголовок трубопровода 15.

Корпус 16, испарительный стакан 19 и крышка 2 образуют рабочую камеру устройства, разделенную сборником конденсата 20 на испарительную часть 29 и конденсационную часть 30.

Для изготовления корпуса 16, испарительного стакана 19 и сборника конденсата 20 может применяться полиэтилен низкого давления, для сферических поверхностей 3 и 4 может применяться светостабилизированный полистирол или полиметилметакрилат (органическое стекло); трубопроводы 11, 13, 15 и 22 могут выполняться из силикона, поливинилхлорида или резины; регулирующие устройства 14, 17, 18 и 23 (на трубопроводах 13, 15 и 22) могут выполняться из полиацетата. Диаметр корпуса 16, кривизна сферических поверхностей 3 и 4, а также диаметр трубопроводов 11, 13, 15 и 22 определяются необходимой производительностью устройства для регулирования минерализации оросительной воды.

Устройство работает следующим образом: перед началом работы все его элементы устанавливают на корпусе 16 и осуществляют заполнение оросительной водой тела собирательной вогнуто-выпуклой линзы 7, исключая при этом наличие воздуха в камере 6, для чего корпус 16 поворачивают так, что трубопровод 11, присоединенный к питающему оросительному трубопроводу 12, направлен вниз, а оголовок трубопровода 13 обращен вверх, при этом регулирующее устройство 14 открыто. После заполнения камеры 6 и выходом оросительной воды из оголовка трубопровода 13, регулирующее устройство 14 переключают в положение «закрыто» и подключают трубопровод 13, для этого его конец вставляют в оголовок, после чего регулирующее устройство 14 открывают, а корпусу 16 придают его рабочее положение. В результате в камере 6, ограниченной сферическими поверхностями 3 и 4, формируется водонаполненная собирательная вогнуто-выпуклая линза 7 с главной оптической осью 9 и фокусным расстоянием - f. В случае когда минерализация оросительной воды позволяет производить полив без ущерба растениям и почве, вода из питающего оросительного трубопровода 12 через полость камеры 6 по трубопроводу 13 доходит до его выходного отверстия, где в виде капель подается растениям.

Если же оросительная вода имеет высокую степень минерализации, то в дневное время регулирующим устройством 17 трубопровод 13 перекрывают, а регулирующее устройство 18 открывают и в трубопровод 15 пропускают оросительную воду, которая собирается в испарительном стакане 19. При этом поплавок 27 авторегулятора подачи воды в испарительный стакан 19 находится в нижнем положении, а запорный элемент 28 в верхнем, что полностью открывает трубопровод 15 и обеспечивает свободное поступление воды в испарительный стакан 19. По мере накопления воды и достижения в испарительном стакане 19 уровня воды, соответствующего фокальной плоскости 10 собирательной вогнуто-выпуклой линзы 7, поплавок 27 переместится в свое крайнее верхнее положение, а запорный элемент 28 в нижнее положение, что прекратит поступление воды в испарительный стакан 19 из трубопровода 15.

Сфокусированное водонаполненной собирательной вогнуто-выпуклой линзой 7 солнечное излучение 8 на уровне фокальной плоскости 10 вызовет концентрированное выделение теплоты, сопровождающееся нагреванием воды в испарительном стакане 19 и интенсивным парообразованием. Водяной пар из испарительной части 29 рабочей камеры устройства поднимается в конденсационную часть 30. При соприкосновении с вогнутой сферической поверхностью 4 крышки 2, имеющей более низкую температуру, соответствующую оросительной воде, омывающей сферическую поверхность 4 внутри камеры 6, пар конденсируется в виде небольших водяных капель. Под действием сил гравитации, и в силу наличия уклона вогнутой сферической поверхности 4 к боковым стенкам корпуса 16, капли перемещаются к ним и стекают в круговой наклонный лоток 21, образуя поток деминерализованной оросительной воды. При этом минерализация этой оросительной воды, образованной из конденсата, практически равна нулю. Через приемный оголовок трубопровода 22 деминерализованная оросительная вода поступает последовательно в трубопроводы 22 и 13, откуда в виде капель подается растениям.

Но так как полив только деминерализованной водой также нежелателен растениям и почве, то необходимо иметь оптимальную минерализацию оросительной воды. С этой целью возможно смешение оросительной воды с естественной минерализацией и деминерализованной и доведение воды, подаваемой растениям до требуемого оптимума, при этом минерализацию смешанной воды проверяют кондуктометром. Для этого регулирующие устройства 17, 23 и 18 устанавливают в положения, обеспечивающие требуемую минерализацию смешением потоков деминерализованной воды и оросительной воды с естественной минерализацией.

Способ регулирования минерализации оросительной воды при капельном орошении и устройство для его осуществления, в основе которого лежит принцип разбавления минерализованной воды деминерализованной, получаемой и направляемой растениям путем использования предлагаемого изобретения позволяет упростить процесс подачи оросительной воды высокого качества, повысить производительность труда, улучшить экологическую ситуацию на орошаемых почвах.