Рабочие органы дождевальных машин и установок
1. Назначение и классификация. Рабочие органы дождевальных устройств предназначены для преобразования водного потока в дождевые капли, транспортирования капель на определенные расстояния и распределения их по площади полива. Их работой определяется качество дождя, так как по их работе судят о качестве работы всей машины или установки.
По характеру процесса образования дождя их 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 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 в форме сектора. Для орошения площади круга им сообщают вращательное (угловое) движение относительно машины или установки. Струйные рабочие органы с поворотными устройствами сложнее веерных, их называют дождевальными аппаратами.
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).
2. Короткоструйные рабочие органы выполняют, как правило, в виде дождевальных насадок. Находят применение дефлекторные, половинчатые, щелевые и центробежные разбрызгивающие насадки.
Дефлекторные насадки (рис 1, а) получили наибольшее распространение. Корпус 2 насадки навинчивают на вертикальный стояк. Струя воды, выходя под напором из отверстия диафрагмы, обтекает дефлектор 1, в результате чего образует пленку воронкообразной формы, которая при дальнейшем движении распадается на капли и орошает прилегающую к насадке круговую площадь. Пленка сходит с дефлектора под углом 30° к горизонту, что обеспечивает максимальную дальность полета образующихся из нее капель. К достоинствам дефлекторных насадок относят сравнительно малый размер капель (0, 9...1, 1, мм) и небольшой расход энергии на их образование. Однако капли неоднородны по величине, интенсивность их распределения по площади полива также неравномерна. По мере удаления от насадки размер капель возрастает, а интенсивность дождя сначала возрастает, а затем падает. Из-за высокой интенсивности дождя (0, 75 ...1, 1 мм/мин.) их применение в машинах и установках позиционного действия весьма ограничено. С увеличением напора воды и диаметра выходного отверстия насадки расход и дальность разбрызгивания воды увеличиваются. Расход воды через насадку может быть определен по формуле (141) с учетом того, что коэффициент расхода р, для дефлекторных насадок равен 0, 8...0, 9.
Половинчатые или щелевые насадки применяют, если нужно получить односторонний полив.
Рис. 1. Рабочие органы дождевальных машин и установок:
а, б, в и г — короткоструйные насадки: дефлекторная, половинчатая, щелевая, центробежная; е — среднеструйный и дальнеструйный дождевальные аппараты;
1 – дефлектор; 2 – корпус; 3 – верхняя крышка; 4 – колпачок; 5 – фиксатор; 6 – штифт; 7 – пружина; 8 – фторопластовая шайба; 9 – упор; 10 – сопло; 11 и 13 – лопатки; 12 – коромысло; 14 – сопло; 15 – ствол; 16 – корпус; 17 – сопло; 18 – основание; 19 – стакан; 20 – резиновая шайба; 21 – фторопластовая шайба; 22 – упорное кольцо; 23 – стержень; 24 – рычаг; 25 – стопорный винт; 26 – пружина; 27 – упор; 28– фланец; 59 и 38 – прокладки; 30 – манжета; 31 – упорная шайба; 32 – втулка; 33 – корпус; 34 – ствол; 35 – выпрямитель; 36 – ось коромысла; 37 – сопло; 39 – коромысло; 40 – лопатка.
В половинчатой насадке (рис. 1, 6) дефлектор 1 имеет форму половины конуса и приварен к отогнутой пластине, которая перегораживает в корпусе 2 половину выходного отверстия. Половинчатая насадка работает аналогично круглой. Расход воды определяют по той же формуле, имея в виду, что она выходит через полукруглое отверстие площадью .
Щелевая насадка (рис. 1, б) может быть получена путем пропила трубы. 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. Площадь отверстия насадки f=nd (ph/3QO, где ср — центральный угол факела разбрызгивания; р, — коэффициент расхода, равный 0, 7.
Центробежная насадка (рис. 1, г). Вода в нее посту пает через тангенциальный канал корпуса 2, благодаря чему интенсивно закручивается, вовлекаясь в вихревое движение. На вы ходе из центрального отверстия верхней крышки 3 образуется кольцевой поток со свободным пространством в центре. После выхода из отверстия благодаря тангенциальным составляющим скорости поток воды расширяется, образуя тонкую воронкообразную пленку которая под действием сопротивления воздуха теряет устойчивость) и распадается на капли.
3. Среднеструйные дождевальные аппараты служат рабочими органами большинства современных дождевальных машин и установок. Несмотря на многомарочность, их конструкции однотипны и не имеют принципиальных отличий. Наиболее распространено семейство унифицированных аппаратов типа «Роса» (рис. 1, д). Базовый аппарат этого семейства состоит из корпуса 16, ствола 15, выходных сопл 10, 14 и 17, основания 18, механизма вращения 4. ..9, 11...13 и механизма секторного полива 22...27. Корпус 16 отлит из алюминиевого сплава и снабжен тремя водопроводными каналами. Ствол 15 и сопла 10, 14 и 17 — пластмассовые. Сопла сменные, что позволяет изменять расход воды и интенсивность дождя. Для гашения турбулентных потоков и увеличения за счет этого дальности полета струи внутри ствола 15 установлен выпрямитель или успокоитель, представляющий собой набор продольных пластин, разделяющих поток на несколько участков. Основание 18 имеет вид шестигранной втулки (под ключ) с наружной резьбой для крепления к трубопроводу. Бронзовая втулка, запресованная в основание 18,—это радиальный подшипник для бронзового стакана 19, ввернутого в корпус 16, а фторопластовые шайбы 21 выполняют роль упорных подшипников. Резиновые шайбы 20 герметизируют внутреннюю полость аппарата. Механизм вращения включает в себя коромысло 12 с лопатками 11 и IS, возвратную пружину 7, фиксатор 5 со штифтом 6. Возвратная пружина одним концом закреплена в коромысле, другим — в фиксаторе. В процессе поворотов коромысла 12 трение происходит между бронзовой втулкой, напресованной на ось, и фторопластовой шаибой 8, установленной в коромысле 12. Механизм секторного полива состоит из упора 27 и рычага 24, посаженных на одну ось и соединенных между собой пружиной 26; стержня 23 со стопорным винтом 25 и пружинных упорных колец 22.
Вода из трубопровода поступает в корпус 16 и через сопла 10, 14 и 17 выбрасывается наружу в виде струй, расположенных под углом 30° к горизонту. В воздухе струи распадаются на капли, орошая узкую полоску поля в виде сектора. Корпус с соплами вращается по кругу за счет кинетической энергии верхней струи. При вылете из сопла 10 вода ударяется о лопатку 13, вследствие чего коромысло 12 получает запас кинетической энергии, под действием которой поворачивается на угол от 30 до 90°, закручивая пружину 7. Обратный ход коромысла 12 происходит под действием закрученной пружины 7, а в конце усиливается действием струи на лопатку 11. В конце обратного хода коромысло 12 ударяет в упор 9 на корпусе 16, в результате чего корпус с соплами поворачивается на угол 2...30. После удара лопатка 13 вновь попадает в струю воды, и цикл повторяется. В результате происходит прерывистое движение корпуса по окружности. Скорость вращения регулируют предварительным закручиванием пружины 7 с помощью фиксатора 5 и штифта 6. Частота вращения 0, 25...1, 0 мин-1. Для полива по сектору стержень 23 перемещают в нижнее положение (опускают) и фиксируют винтом 25. Угол сектора и направление полива устанавливают соответствующим разворотом упорных колец 22.
4. 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.1, е) вследствие своей простоты находит наибольшее распространение в стационарных системах. Основные его узлы: корпус 33, ствол 34, сопло 37 и коромысло 39 с лопаткой 40. Лопатка имеет двойную кривизну, т. е. в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Поэтому струя воды, вышедшая из сопла 37, ударяясь о лопатку 40, не только отклоняет ее вниз (на угол до 120°), но и поворачивает в сторону на угол 2...6° (в зависимости от напора). Противовес, расположенный по другую сторону от оси 36 коромысла 39, возвращает лопатку 40 в струю, и цикл повторяется. Лопатка не только поворачивает ствол, но и выполняет роль дефлектора. Когда она входит в струю, то орошается площадь вблизи аппарата, когда выходит из нее, орошается площадь, удаленная от аппарата.
В аппарате с турбинкой обеспечивается круговое вращение ствола с помощью турбинки, лопасти которой входят в струю воды выбрасываемую через сопло. От турбинки через два червячных, редуктора, кривошипно-шатунный и храповой механизмы вращение передается червяку, который обкатывается вокруг червячного колеса, закрепленного на неподвижном корпусе, и приводит во вращение ствол. Скорость вращения ствола регулируют изменением входа лопаток турбинки в струю. В процессе работы турбинка отсекает часть струи, обеспечивая тем самым хороший полив зоны, расположенной вблизи аппарата. Однако это приводит к снижению дальности полета струи на 25...30%.
Механизм вращения, работающий за счет разрежения, создаваемого струей. Сопло такого дождевального аппарата заканчивается 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.
Если ось сопла расположить под некоторым углом к оси ствола или отнести ее в сторону, то возникнет реактивный момент, который может быть использован для вращения ствола 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 шестеренчатый или иной ротационный масляный насос, перегоняющий масло по замкнутому каналу, сопротивление которого регулируется вентилем или краном.
Изменяя сопротивление, регулируют частоту вращения ствола дождевального аппарата.
Разбрызгивание или распыление воды — это имитация естественного природного явления — дождя. Для этого, придумана масса приспособлений, спринклеров, от очень простых до довольно сложных. Спринклеры подразделяются на несколько разных групп, предназначенных для применения в различных специфических условиях. Спринклерное орошение больше всего подходит для культур, требующих сплошного полива. Разбрызгиватели также эффективны для регулирования микроклимата и для защиты от заморозков. Малообъемное спринклерное орошение широко используется в садах, и при установке у каждого орошаемого дерева или растения индивидуального распылителя производительностью от 30 до 300 литров в час, позволяет создавать оптимальные условия для роста и плодоношения. Эффективность использования воды достигает 85%.
К основным характеристикам спринклеров относятся:
- Радиус или диаметр орошаемого круга или сектора. Чаще всего в технических характеристиках указывается радиус, так как многие типы спринклеров способны работать как на орошение полного круга, так и на определенный сектор, например 90, 180, 270 градусов, а в некоторых спринклерах угол орошаемого сектора можно устанавливать произвольно, по необходимости. Радиус орошения измеряется в метрах. Для разных типов спринклеров этот параметр может колебаться от нескольких десятков сантиметров до нескольких десятков метров.
- Расход воды или производительность. Это очень важный параметр, который необходимо обязательно принимать во внимание при расчете нормы орошения. Измеряется в литрах в час.
- Степень распыления. При распылении воды водный факел может состоять из крупных или мелких капель. Специальные конструкции спринклеров позволяют получать очень тонкое распыление воды. Это необходимо, например, при выращивании посадочного материала методом черенкования.
- Рабочее давление. Это давление воды, при котором спринклер будет распылять воду с теми параметрами, которые даны в технической характеристике данной модели. Для многих моделей радиус распыления, а также расход воды, напрямую связаны с давлением воды, которое подается на спринклер. Поэтому давление воды также необходимо учитывать при расчете количества спринклеров на участке, схемы их расстановки и нормы полива.
Специальные характеристики. Спринклеры для специального применения:
- Pop-Up. Это специальный тип спринклеров, снабженных дополнительным устройством, позволяющим поднимать рабочий орган над поверхностью земли на время полива и прятать спринклер в землю, когда полив не работает. Такие спринклеры применяются для орошения газонов, лужаек, полей спортивных сооружений и т.п.
- Настраиваемые спринклеры. Имеют специальные приспособления для регулировки ширины и высоты спринклера, а также радиуса полива.
- Тихие спринклеры. Это спринклеры, имеющие механизм специальной конструкции и работающие практически бесшумно. Применяются для орошения ночью, чтобы не создавать шум и не мешать отдыху. Основная сфера применения — орошение участков озеленения в жилых районах, вблизи жилых домов.
- Минисприклеры. Это большая группа спринклеров, предназначенных для различных целей, имеющих простую конструкцию, как правило, без дополнительных настроек, низкую стоимость, легко монтируемых и заменяемых, удобных в эксплуатации.
Выбор нужной модели спринклера
Подбор оптимальной модели спринклера для ваших нужд — занятие непростое, требующее четкого представления, что и как Вы хотите поливать. На что следует обратить внимание: Необходимость сплошного полива. Спринклеры поливают не выборочно, а всплошную! Если Вам нужен точечный полив, в этом случае, лучше использовать капельное орошение.
- Площадь. Исходя из общей площади и схемы участка, определяется необходимое количество и схема расстановки спринклеров.
- Конфигурация участка. В некоторых случаях удобнее использовать спринклеры, которые поливают секторно, и устанавливать их на границах участка.
- Источник воды. Для нормальной работы спринклеров необходимо определенное давление воды, а также дебит источника, то есть пропускная способность вашей системы водообеспечения. Рассчитывайте количество спринклеров таким образом, чтобы воды и ее давления хватило для их нормальной работы.
- Орошаемые культуры. Если Вы поливаете растения с нежными листьями, или, к примеру, цветы с нежными лепестками, подбирайте спринклеры, дающие «мягкую струю», обычно это миниспринклеры с хорошим распылением, небольшим расходом воды и небольшим или средним радиусом распыления.
 |
 |
 |
| Стандартные спринклеры общего применения для сельского хозяйства, с радиусом орошения 10-20 метров. | Стандартные спринклеры общего применения для сельского хозяйства, с радиусом орошения 8-12 метров. |
Супер спринклеры для сельского хозяйства, с радиусом орошения 50-100 метров. |
 |
 |
 |
| Минисприклеры для орошения небольших участков, газонов, огородов, с радиусом распыления воды 3-5 метров. | Спринклеры «Pop-Up» полил – спрятался. Примененяются преимущественно для орошения газонов. Радиус распыления 2-20 метров. | Минисприклеры для орошения небольших участков, газонов, огородов, с радиусом распыления воды 2-3 метра. |
 |
 |
 |
| Специальные миниспринклеры. Орошение садов и виноградников. |
Специальные миниспринклеры. Секторные. Сектор распыления 90-270 градусов. |
Специальные миниспринклеры. С ограниченным радиусом распыления, от 30 см. до 1,5 метров. |
 |
 |
 |
| Специальные миниспринклеры. Для систем защиты от заморозков и повышения влажности воздуха. | Специальные миниспринклеры. Для систем защиты от заморозков | Специальные миниспринклеры. Для туманообразующих установок. Сверхтонкое распыление воды, позволяющее достигать влажности воздуха близкой к 100% |
НАИМЕНОВАНИЕ: Миниспринклер серия 4191 разработан для поддержания постоянной влажности, уменьшения высоких температур за счет испарения и для орошения растений в специальных условиях. Уникальная конструкция исключает образование крупных капель и капание на растения при размещении спринклеров сверху.
ХАРАКТЕРИСТИКИ: Расход воды — 20, 35, 50, 70, 90, 160, 180 лит./час, рабочее давление — 1.0-4.0 атм., диаметр орошения — 2.0-4.0 м, угол раскрытия факела воды — круговой, направление распыления — горизонтальное, размер капель — 50-150 микрон при давлении 3.0 атм..
Область применения: Для туманообразующих установок. Управление влажностью. Охлаждение. Орошение теплиц. Производство саженцев. Проращивание семян. Укоренение и зеленое черенкование.
Миниспринклеры серии 861
Эта модель рассчитана на орошение круга большого диаметра, вплоть до 9 метров. Такие спринелеры успешно применяются для орошения садов, имеющих крупные деревья с большой кроной.
Эти спринклеры также успешно применяются для сплошного орошения в питомниках, теплицах, при выращивании саженцев. Схема установки — 5 х 5 метров. Они также применяются для систем защиты от мороза и охлаждающих систем в теплицах.
