ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ КАПЕЛЬНОГО ОРОШЕНИЯ И ТЕНДЕНЦИИ ИХ РАЗВИТИЯ (обзорная)

08.12.2014

Д. А. Чернова, Л. А. Воеводина (ФГБНУ «РосНИИПМ»)

Капельное орошение возникло в Германии, где в 1860 году были проведены первые опыты с использованием керамических труб для комбинирования оросительной и дренажной систем. Начало периода наиболее интенсивных разработок систем капельного орошения в нашей стране можно отнести к 60-70 годам XX века. А так как основными частями систем капельного орошения, наряду с источниками орошения, насосными станциями, фильтрами, трубопроводами, являются и капельницы – устройства, обеспечивающие медленную подачу воды через миниатюрные отверстия к поверхности почвы в форме отдельных капель, то и модернизация этого способа полива осуществлялась в основном в виде инженерно-технических мероприятий по совершенствованию отдельных узлов и элементов последних. Меняя техническое выполнение узлов и элементов капельниц, им придают требуемые свойства.

Так, первые разработки по совершенствованию работы капельницы были направлены на обеспечение регулирования расхода воды в зависимости от различных условий окружающей среды и увеличение диапазона его регулирования и имели в основе своего конструктивного выполнения использование различных механических приспособлений, таких как: биметаллические пластины [1]; накидные гайки с коническим каналом для прохода жидкости; клапаны, представляющие собой разрезанные по осям усеченные конусы [2]; резервуары, установленные в направляющих, и снабженные устройством для их подъема и опускания [3].

Распространение способа капельного орошения в различных природно-климатических условиях выявило необходимость разработки устройств для предотвращения засорения внутренних и наружных камер капельниц, в связи с чем были предложены следующие мероприятия: накопительные резервуары разделялись на изолированные секции, в перегородках которых монтировались перепускные патрубки с фильтрами [3]; в наружных камерах размещались кольцевые диафрагмы с расположенными по их периметру желобками с отверстиями в дне, при этом диафрагмы выполнялись съемными и размещались под различными углами друг к другу [4]. В случае необходимости повышения надежности самоочистки и обеспечения саморегулирования расхода капельницы при изменении давления питающей жидкости в широком диапазоне, во входном отверстии капельницы размещают клапан, связанный с мембраной посредством двух рычагов, длина каждого из которых превышает радиус полости капельницы в месте их установки и которые шарнирно соединены между собой в центральной части мембраны с возможностью поворота в вертикальной плоскости, кроме того, выход капельницы снабжен вихревым струйным элементом [5].

Требование повышения урожайности сельхозкультур на основе широкого применения минеральных удобрений и других химических средств вызвало необходимость разработки устройств, повышающих равномерность распределения поливной воды и удобрений [6], где водовыпуски выполнены в виде пластин из гигроскопического материала, покрытых сверху и с боков гидроизоляцией, и имеющих внутри камеру, сообщающуюся с питающим трубопроводом. Также возможно разделить трубопровод между водовыпускными отверстиями на секции клапанами, выполненными в виде эластичной незамкнутой удлиненной оболочки с прорезью в торце, а среднюю часть расположить против водовыпускных отверстий с возможностью взаимодействия с ними, при этом каждая секция соединяется с пневмогидроаккумулятором [7]. Добиться повышения качества полива путем регулирования расхода с учетом температуры воздуха можно, если выполнить корпус в форме конуса, при этом входное отверстие необходимо расположить со стороны малого основания конуса, а мембрану – со стороны большего основания, и снабдить капельницу термочувствительным элементом, расположив его в корпусе во взаимодействии с мембраной, а выходные отверстия разместить в верхней боковой части корпуса с возможностью их перекрытия [8].

Как известно, важнейшим экологическим показателем поливной техники является минимизация таких негативных факторов, как процессы эрозии и слитизации почвы. Для достижения этого применяются устройства, обеспечивающие подачу воды в почву рассредоточенным потоком, для чего трубчатый элемент с водовыпускным отверстием перекрывают подвижной муфтой, состоящей из двух частей, одна из которых выполнена из пористого материала [9]. Также используются в этих целях и устройства, увеличивающие аэрацию увлажняемой зоны почвы при одновременном контроле за подачей воды. Для решения этого вопроса на входе в каждый инъектор может быть установлено гидравлическое сопротивление, а под ним, в стенке инъектора, выполнено отверстие, при этом каждый инъектор снабжен гидрозатвором, расположенным ниже отверстия, что способствует стабилизации и регулированию расхода воздуха, подаваемого в почву. Кроме того, инъекторы подключены к увлажнителям через трубчатые вставки различной длины, а гидравлическое сопротивление выполнено в виде поплавкового регулятора уровня воды [10].

Широкое внедрение в сельскохозяйственную практику систем капельного орошения обострило проблему упрощения конструкций и повышения эксплуатационной надежности их элементов и узлов. Примером решения такой задачи может служить выполнение перепускного клапана в виде резиновой трубки, один конец которой введен в дно гидропневмоаккумулятора и снабжен ниппелем, а другой соединен через штуцер с напорной сетью [11]. Также повышение надежности работы системы может быть достигнуто путем уменьшения возможности закупорки водоотводящих трубок, для чего каждый водовыпуск выполняется в виде подпружиненного мембранного клапана, подмембранная полость которого сообщена с водоотводящей трубкой и распределителем, причем с последним – через патрубок, сообщенный дросселем с надмембранной полостью, связанной с датчиком [12]. Повышение надежности работы системы капельного орошения может быть достигнуто и уменьшением вероятности засорения трубопроводов, для чего перед делителем, выполненным в виде емкости с отверстиями в дне, устанавливают дозатор периодического действия, изготовленный с корпусом, внутри которого установлен поплавок с размещенной в его верхней части конусообразной емкостью и с центральным отверстием, перекрываемым сверху и снизу клапанами [13], кроме того, такой же эффект достигается и установкой в выходном отверстии клапана, в седле которого выполнена канавка [14].

Вместе с тем, излишние сложности инженерно-технического выполнения систем капельного орошения ограничивают повсеместное распространение этого способа полива, особенно в условиях дефицита квалифицированного обслуживающего персонала, что вызывает необходимость упрощения конструкций капельниц и процесса регулировки расхода воды ими без снижения эффективности применения самого способа полива. Так конструктивными разработками меняют водопроводящие элементы внутренней диафрагмы капельницы, их выполняют сквозными, а водопроводящие элементы внешних диафрагм выполняют в виде чашеобразных углублений, обращенных к внутренней диафрагме [15].

Таким образом, изменяя техническое выполнение составных частей капельниц, им придают новые свойства, обеспечивающие решение ряда научно-технических проблем, сдерживающих развитие капельного способа орошения. На настоящий момент такими проблемам, как показывает анализ имеющихся патентных источников, являются:

  • совершенствование регулирования расхода воды в зависимости от различных условий окружающей среды и увеличение диапазона его регулирования, как в питающих трубопроводах, так и в точках водовыпуска;
  • предотвращение засорения внутренних и наружных камер капельниц;
  • разработка устройств, повышающих равномерность распределения поливной воды и удобрений;
  • минимизация процессов засоления и слитизации почвы на участках, орошаемых капельных способом;
  • упрощение конструкций и повышение эксплуатационной надежности элементов и узлов систем капельного орошения;
  • упрощение конструкций капельниц и процесса регулировки расхода воды ими без снижения эффективности применения самого способа полива;
  • повышение качества полива путем регулирования расхода с учетом температуры воздуха.

Список использованных источников

1 Система капельного полива растений: а.с. 412345 СССР: МПК(6) Е 02 B 13/00, А 01 G 25/02 / А. Т. Сдвижков, А. А. Микаелян, В. П. Жуков (СССР). – № 1796145/30-15; заявл. 08.06.72; опубл. 25.01.74, Бюл. № 3.

2 Капельница: а.с. 480380 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02, Е 02 B 13/00 / Е. М. Никляев (СССР). – № 1901361/30-15; заявл. 02.04.73; опубл. 15.08.75, Бюл. № 30.

3 Установка для подачи воды в систему капельного полива растений: а.с. 489488 СССР: МПК(6) Е 02 B 13/00, А 01 G 25/02 / А. Т. Сдвижков (СССР). – № 2012719/30-15; заявл. 05.04.74; опубл. 30.10.75, Бюл. № 40.

4 Капельница к увлажнителю: а.с. 495058 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02, Е 02 B 13/00 / В. X. Арст (СССР). – № 1999702/30-15; заявл. 27.02.74; опубл. 15.12.75, Бюл. № 46.

5 Капельница: а.с. 1142061 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02 / А. Ф. Савостьянов, М. С: Яковлев, М. Б. Куликов, В. Ф. Носенко (СССР). – № 3653904/30-15; заявл. 19.10.83; опубл. 28.02.85, Бюл. № 8.

6 Увлажнитель для систем капельного орошения: а.с. 516377 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02, В 05 В 1/20 / И. Я. Богданов, В. К. Губин, В. А. Емельянов (СССР). – № 1928377/15; заявл. 11.06.73; опубл. 05.06.76, Бюл. № 21.

7 Устройство для капельного орошения: а.с. 641924 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02 / Ю. Н. Богачёв, А. Ю. Богачёв (СССР). – № 2520308/30-15 заявл. 11.06.73; опубл. 15.01.79, Бюл. № 2.

8 Капельница: а.с. 1498435 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02 / А. Д. Гумбаров, В. А. Пропастин, М. В. Михайленко и В. Г. Гринь (СССР). – № 4273634/30-15 заявл. 28.05.87; опубл. 07.08.89, Бюл. № 29.

9 Устройство для капельного орошения: а.с. 539567 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02 / В. В. Изюмов, С. В. Ярошенко, В. Я. Шапран, Н. Ф. Сикан (СССР). – № 2199638/15; заявл. 15.12.75; опубл. 25.12.76, Бюл. № 47.

10 Система капельного орошения: а.с. 545305 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02 / Б. И. Зегельман, Н. И. Кузякин (СССР). – № 2198288/15; заявл. 10.12.75; опубл. 05.02.77, Бюл. № 5.

11 Импульсная капельница: а.с. 554844 СССР : МПК(6) А 01 G 25/02, Е 02 В 13/02, В 05 В 1/08 / Г. Ян, Т. М. Ян (СССР). – № 2309893/15; заявл. 04.01.76; опубл. 25.04.77, Бюл. № 15.

12 Система капельного орошения: а.с. 584826 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02 / Ш. Д. Капанадзе, Б. Н. Месхи (СССР). – № 2404503/30-15; заявл. 20.09.76; опубл. 25.12.77, Бюл. № 47.

13 Устройство для капельного орошения: а.с. 634715 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02 / А. Т. Перельман (СССР). – № 2430396/30-15; заявл. 15.12.76; опубл. 30.11.78, Бюл. № 44.

14 Устройство капельного opoшения: а.с. 638305 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02, E 02 B 13/00 / А. Т. Перельман (СССР) – № 2507585/30-15; заявл. 15.12.76; опубл. 25.12.78, Бюл. № 47.

15 Капельница: а.с. 609514 СССР: МПК(6) А 01 G 25/02 / Ш. Д. Капанадзе, Б. Н. Месхи (СССР). – № 2414031/30-15; заявл. 03.09.76; опубл. 05.06.78, Бюл. № 21.

Чернова Дарья Анатольевна – Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации», младший научный сотрудник.

Контактный телефон: 8-906-430-16-22. E-mail: Rosniipm@novoch.ru

Chernova Daria Anatolyevna – Federal state budget scientific establishment «The Russian scientific research institute of land improvement problems», Junior Researcher.

Contact telephone number: 8-906-430-16-22. E-mail: Rosniipm@novoch.ru

Воеводина Лидия Анатольевна – кандидат сельскохозяйственных наук, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации», старший научный сотрудник.

Контактный телефон: 8-928-988-05-77. E-mail: Rosniipm@yandex.ru

Voevodina Lydia Anatolyevna – Candidate of Agricultural Sciences, Federal state budget scientific establishment «The Russian scientific research institute of land improvement problems», Senior Research Fellow.

Contact telephone number: 8-928-988-05-77. E-mail: Rosniipm@yandex.ru

Статья предоставлена Научным журналом Российского НИИ проблем мелиорации.

Вернуться к статьям