Фильтр системы капельного орошения

 

Изобретение относится к сельскохозяйственному машиностроению, в частности к системам капельного орошения. Фильтр содержит емкость и расположенные в диаметральных противоположных торцах емкости входной и выходной патрубки. Патрубки соединены коллектором с верхней и нижней распределительными горизонтально установленными в ее полости перфорированными трубами. Фильтр гидравлически связан с системой подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения. Фильтр снабжен системой контроля, обводной сетью и гидроциклонами, гидравлически параллельно соединенными в систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения, и входными патрубками на диаметрально противоположных торцах емкости с ее верхней горизонтально установленной перфорированной трубой. Каждый из гидроциклонов имеет установленный в его полости сетчатый фильтр в виде усеченного конуса. Большое основание сетчатого фильтра направлено в сторону выхода очищенной воды из корпуса гидроциклона. Малое основание ориентировано в сторону камеры осаждения наносов и ила. Камера осаждения связана вентилем и трубопроводом с системой отвода продуктов загрязнения. Изобретение позволяет повысить производительность установки и качество очищенной поливной воды. 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и сельскохозяйственному машиностроению, в частности к системам капельного орошения, предпочтительно в фермерских и крестьянских хозяйствах.

Известна система капельного орошения, включающая водоисточник, бассейн-отстойник, насосную станцию и оросительную сеть с капельницами, в которой, с целью повышения надежности работы и снижения эксплуатационных затрат, система снабжена линейно-протяженными трубчатыми фильтрами, уложенными в грунте вдоль берега водоисточника и заглубленными под уровень грунтовых вод, при этом трубчатые фильтры сообщены с бассейном-отстойником, который выполнен закрытым (SU, авторское свидетельство 1551285, А1, М.кл.⁵ А 01 G 25/02. Система капельного орошения/ Н.А. Куделя, А.В. Шевченко, М.И. Ромащенко (СССР). - Заявка 4443650/30-15; Заявлено 06.05.1986; Опубл. 23.03.1990, Бюл. 11// Открытия. Изобретения. - 1990. - 11).

К недостаткам данной системы относятся низкая степень очистки воды и большие затраты на ее строительство и эксплуатацию. Трубчатые фильтры быстро забиваются илом и взвесями воды. Вся система стационарна.

Известен горизонтальный отстойник, содержащий емкость, верхнюю и нижнюю распределительные системы подвода нефтесодержащей воды и отвода очищенной воды, соответственно, трубу слива нефтепродуктов, входной и выходной патрубки, в котором, с целью повышения эффективности очистки нефтесодержащих вод, верхняя и нижняя распределительные системы выполнены в виде соединенных с коллектором горизонтальных перфорированных труб, при этом трубы верхней и нижней системы выполнены с диаметром, увеличивающимся и уменьшающимся соответственно от входного патрубка к выходному, суммарная площадь поперечного сечения труб верхней и нижней распределительных систем составляет не более 1,3 площади поперечного сечения соответствующего коллектора, а входной и выходной патрубки расположены в диаметрально противоположных торцах емкости (SU, авторское свидетельство 1544712, А1, М.кл.⁵ С 02 F 1/40, В 01 D 21/24, 17/032. Горизонтальный отстойник/ Э.М. Кесельман, Л.М. Долуб (СССР). - Заявка 4279584/23-26; Заявлено 08.07.1987; Опубл. 23.02.1990, Бюл. 7// Открытия. Изобретения. - 1990. - 7).

К недостаткам данного отстойника в решаемой нами технической задаче относятся малая производительность и неудовлетворительное качество очищенной воды. Наличие взвесей, ила и наносов с размерами более 50 мкм недопустимо для капельниц и инъекторов систем капельного орошения. Ими забиваются каплеобразующие технологические отверстия. Капельница перестает работать. Растение или группа растений на этом месте погибает.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, - подготовка воды из открытых водоемов или иных водоисточников для систем капельного орошения.

Технический результат - повышение производительности установки и качества очищенной поливной волы, снижение себестоимости растениеводческой продукции при возделывании на орошаемых участках.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном фильтре системы капельного орошения, содержащем емкость, расположенные в диаметрально противоположных торцах емкости входной и выходной патрубки, соединенные коллектором с верхней и нижней распределительными, горизонтально установленными в ее полости перфорированными трубами, систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения, согласно изобретению он снабжен системой контроля, отводной сетью и гидроциклонами, гидравлически параллельно соединенными в систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и входными патрубками на диаметрально противоположных торцах емкости с ее верхней горизонтально установленной перфорированной трубой, каждый из гидроциклонов имеет установленный в его полости сетчатый фильтр в виде усеченного конуса, направленный большим основанием в сторону выхода из корпуса очищенной воды, а малым основанием ориентировано в сторону камеры осаждения наносов и ила, связанной вентилем и трубопроводом с системой отвода продуктов загрязнения, упомянутая емкость снабжена пневмоаккумулятором и разделена на отсеки, каждый из которых заполнен фильтрационным материалом и гидравлически соединен с нижними горизонтально установленными перфорированными трубами, а посредством коллектора и запорных вентилей - с магистральным трубопроводом, при этом последний обводной сетью связан через вентили с системой подвода наносо- и илосодержащей воды, а названная система контроля включает датчики, например манометры, смонтированные в трубопроводах системы отвода очищенной воды, подвода воды в гидроциклоны и в емкость с фильтрационным материалом; распределительные горизонтально установленные в полости емкости перфорированные трубы смонтированы с возможностью демонтажа; манометры системы контроля и вентили системы подводе наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения смонтированы на панели с минимальным взаимным удалением; пневмоаккумулятор имеет запорную арматуру для подачи под избыточным давлением хлорсодержащих газов; емкость, гидроциклоны, система контроля, система подвода воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды выполнены автономным блоком и смонтированы на опорной базе.

За счет того, что фильтр выполняет многофункциональные задачи и снабжен возможностью изменения режимов работы и удаления кольматажа с поверхности и из микропор фильтрационного материала, достигается указанный выше технический результат.

Изобретение поясняется чертежом, где представлена принципиальная гидравлическая схема фильтра установленной в сети системы капельного орошения.

Сведения, подтверждающие возможность реализации заявленного изобретения, заключаются в следующем.

Фильтр системы капельного орошения содержит емкость 1, объемом 4-8 м³, смонтированную в гидравлической сети. В диаметрально противоположных торцах 2 и 3 емкости 1 расположены входной и выходной патрубки 4, 5. Патрубки 4, 5 соединены коллектором с верхней и нижней распределительными горизонтально установленными в полости емкости 1 перфорированными трубами 6, 7. Емкость 1 соединена с системой подвоза наносо- и илосодержащей воды 8, отвода продуктов загрязнения 9 и очищенной воды 10 в магистральный трубопровод 11 капельного орошения. Горизонтально установленные в полости емкости 1 распределительные перфорированные трубы 6, 7 смонтированы с возможностью ускоренного демонтажа.

Фильтр снабжен системой контроля 12, обводной сетью 13 и гидроциклонами 14 и 15, гидравлически параллельно соединенными в систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения 9 и входными патрубками 4 на диаметрально противоположных торцах 2 и 3 емкости 1 с ее верхней горизонтально установленной перфорированной трубой 6. Каждый из гидроциклонов 14 (15) имеет установленный в его полости сетчатый фильтр 16 в виде усеченного конуса. Большим основанием сетчатый фильтр 16 направлен в сторону выхода из корпуса 17 очищенной воды, т.е. в трубопровод 18. Малым основанием фильтр 16 ориентирован в сторону камеры 19 осаждения наносов взвесей и ила. Каждая камера 19 связана вентилем 20 и трубопроводом 21 с системой отвода продуктов загрязнения 9.

Упомянутая емкость 1 снабжена пневмоаккумулятором 22. Полость емкости 1 разделена перегородками 28 на отсеки 23, 24, 25, 26 и 27. Каждый отсек 23 (24-27) заполнен фильтрационным материалом 29. Фильтрационный материал 29 представлен послойно уложенными крупнозернистым и мелкозернистым наполнителями.

В качестве крупного заполнителя использован щебень доломитовый с размером зерна 5-20 мм. Насыпная плотность - 1,3 т/м³. Объемная масса щебня равна 2,62 т/м³. Марка морозостойкости F=200. Прочность 1000÷1200 кГс/см².

В качестве мелкого заполнителя использован кварцевый песок с модулем крупности 2,5. Содержание илистых и глинистых примесей не более 1%.

Отсеки 23-27 гидравлически соединены с нижними горизонтально установленными перфорированными трубами 5, а посредством коллектора и запорных вентилей 30 и 31 - с магистральным трубопроводом 11. Магистрельный трубопровод 11 обводной сетью 13 связан через вентили 32 и 33 с системой 8 подвода наносо- и илосодержащей воды. Вентилем 33 система 8 связана с напорным патрубком 34 водяного насоса 35 гидростанции. Вентиль 32 соединяет насос 35 посредством обводной сети 13 и вентиля 31 с магистральным трубопроводом 11. Насос 35 посредством трубопровода 36 и вентиля 37 гидравлически и механически связан с плавучим клапаном 38 для забора воды из открытого водоема (пруд, озеро, река, искусственный накопитель осадков и т.п. гидротехнических сооружений), максимально прогреваемый атмосферным воздухом и лучами солнца в период посадки, посева и вегетации орошаемых с.-х. культур.

Названная система 12 контроля работы всех систем фильтра включает датчики, например манометры 40, 41, 42, 43 и 44, смонтированные в трубопроводах системы 10 отвода очищенной воды, подвода воды трубопроводами 18 в гидроциклоны 14, 15, в емкости 1 с фильтрационным материалом 29 и напорного патрубка 34 насоса 35, соответственно.

Манометры 40-44 системы контроля 12 и вентили 30-33 системы подвода 8 наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения 13 и очищенной воды 10 в магистральный трубопровод 11 смонтированы на панели с минимальным взаимным удалением.

Пневмоаккумулятор 22 смонтирован на загрузочной горловине емкости 1. Пневмоаккумулятор 22 имеет запорную арматуру для подачи под избыточным давлением кислорода в емкость 1 для аэрации и насыщения им воды или хлорсодержащего газа для уничтожения микроорганизмов в наносах, иле и взвесях в очищаемой воде после ее сброса в полость емкости 1 над фильтрационным материалом 29.

Емкость 1, гидроциклоны 14 и 15, система контроля 12, система 8 подвода воды и отвода продуктов загрязнения 9 и очищенной воды 11 выполнены автономным блоком и смонтированы на опорной базе.

Фильтр системы капельного орошения функционирует следующим образом.

Работу фильтра рассмотрим на трех характерных случаях работы системы капельного орошения: влагозарядковый или предпосадочный полив; капельное или внутрипочвенное орошение; удаление кольматажа (продуктов загрязнения).

В первом случае вентили 33, 20 и 30 закрывают. При открытых вентилях 37, 32 и 31 и работающем насосе 35 вода из водоисточника или открытого водоема засасывается и под рабочим давлением по обводной сети 13, минуя фильтр, через вентиль 31 поступает в магистральный трубопровод 11, а от него по распределительным трубопроводам подается на орошаемое поле. По показаниям датчиков, в частности манометров 44 и 40 системы контроля 12, судят о нормальной бесперебойной работе установки. Таким образом поступают осенью при влагозарядковых поливах, рано весной при посадке или в аварийных ситуациях из-за неисправности фильтра.

При капельном орошении в период вегетации растений для существенного снижения расходе воды и бесперебойной работы всей системы капельного орошения вентиль 32 закрывают, а вентили 33 и 30 полностью открывают. Забранная из водоема неочищенная вода с илом, растительным и минеральным сором, взвесями, водорослями и в виде микроорганизмов насосом 35 по напорному патрубку 34 и через вентиль 33 поступает в систему 8 подвода неочищенной воды и делится на параллельные потоки. Эти потоки неочищенной воды поступают в полости корпусов 17 гидроциклонов 14 и 15. При тангенциальной подаче гидроциклонов 14 и 15 потокам воды в корпусах 17 придается вращательное движение. Наносы и взвеси, не пройдя через отверстия сетчатых фильтров 16, оседают в направлении камеры 19, накапливая в своих полостях твердый осадок наносов, взвесей, ила и другого сора. Молекулы воды, пройдя сетчатые фильтры 16 в циклонах 14 и 15, потоками воды направляются после предварительной очистки по трубопроводам 16 в перфорированную трубу 6. Из трубы 6 вода сливается на поверхность фильтрационного материала 29 в отсеках 23-27. Отсеки 23-27 равномерно распределяют воду в полости емкости 1. По мере увеличения воды в емкости 1, в пневмоаккумуляторе 22 повышается давление воздуха, которое контролируется манометром 43. При необходимости требуемое давление в пневмоаккумуляторе 22 может быть увеличено при подаче под давлением газа через запорную арматуру от кислородных или иных баллонов высокого давления. Пневмоаккумулятор 22 нивелирует давление воды в полости емкости 1.

Под давлением воздуха и воды в сети ее молекулы в отсеках 23-27 проникают через толщу фильтрационного материала 29. Иловатые частицы, взвеси, сор задерживаются в порах наполнителей фильтрационного материала 29.

Молекулы очищенной воды, дренируясь через фильтрационный материал 29, направляются через перфорации в полости труб 7, а далее через коллектор в систему 10 подачи очищенной воды и через открытые вентили 30 и 31 поступают в магистральный трубопровод 11 системы капельного орошения. Количество труб 7 в емкости 1 способствует расходу воды. Капельницами системы орошения очищенная вода адресно направляется к корням растений с потребной нормой расхода.

О нормальной работе фильтра судят по перепадам давлений, считываемых с показаний манометров 44, 41, 43, 42 и 40. При перепадах давлений в показаниях манометров 44 и 40 более чем на 0,07 МПа насос 35 выключают, а фильтр переводят в режим удаления кольматажа.

Поданные водой под давлением мельчайшие иловатые частицы и взвеси забивают верхний слой фильтрационного материала 29. На поверхности верхнего слоя - материале 29 - образуется водонепроницаемый, кольматирующий слой.

При работе заявленного фильтра по третьему варианту закрывают вентили 31 и 33 и открывают вентили 20 гидроциклонов 14 и 15, вентили 32 и 30 обводной сети 13. Вода, поданная насосом 35 под наибольшим рабочим давлением через вентиль 32, обводную сеть 13, вентиль 30, поступает противотоком через систему 10 подачи очищенной воды и выходные патрубки 5 в диаметрально противоположных торцах 2, 3 емкости 1 в горизонтально установленные с равным удалением друг от друга в донной части емкости 1 распределительные перфорированные трубы 7.

Потоками воды в отсеках 23-27, независимо от наклона емкости 1 к горизонту, взвеси, ил, сор выталкиваются из пор и пустот крупно- и мелкозернистого наполнителей фильтрационного материала 29. Грязная (мутная) вода из емкости 1 через щели трубы 6 направляется по трубопроводам 18 в полости сетчатых фильтров 16 в корпусах 17 гидроциклонов 14 и 15. Воздух из пневмоаккумулятора 22 стравливается и поступает в полости гидроциклонов 14 и 15, способствуя этим удалению продуктов загрязнения из полостей корпусов 17 и камер 19 осаждения наносов, взвесей и ила гидроциклонов 14 и 15. Осадок из камер 19 через вентили 20 и трубопроводы 21 направляют в систему 9 для отвода продуктов загрязнения. Этот поток по системе 9 в фермерских и крестьянских хозяйствах направляют для орошения напуском или в виноградники, или карликовые сады, или плодово-ягодниковые кустарники. Для повышения интенсивности удаления кольматажа из емкости 1 оператор чередует операции удаления наносов и очистки воды. При перепадах давлений в показаниях манометров 44, 41 и 42 менее чем на 0,01 МПа, систему настраивают на режим очистки воды для последующей подачи в магистральный трубопровод 11.

Для уничтожения микрофлоры фильтрационного материала 29 в емкости 1 пневмоаккумулятор 22 под избыточным давлением подает хлорсодержащий газ.

Таким образом, описанная совокупность существенных отличительных признаков заявленного фильтра обеспечивает достижение указанного выше технического результата.

Формула изобретения

1. Фильтр системы капельного орошения, содержащий емкость, распределительные в диаметрально противоположных торцах емкости входной и выходной патрубки, соединенные коллектором с верхней и нижней распределительными горизонтально установленными в ее полости перфорированными трубами, систему подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения, отличающийся тем, что он снабжен системой контроля, обводной сетью и гидроциклонами, гидравлически параллельно соединенными в систему подвода наносо- и илосодержащей воды и входными патрубками на диаметрально противоположных торцах емкости с ее верхней горизонтально установленной перфорированной трубой, каждый из гидроциклонов имеет установленный в его полости сетчатый фильтр в виде усеченного конуса, направленный большим основанием в сторону выхода из корпуса очищенной воды, а малым основанием ориентирован в сторону камеры осаждения взвесей, наносов и ила, связанной вентилем и трубопроводом с системой отвода продуктов загрязнения, упомянутая емкость снабжена пневмоаккумулятором и разделена на отсеки, каждый из которых заполнен фильтрационным материалом и гидравлически соединен с нижними горизонтально установленными перфорированными трубами, а посредством коллектора и запорных вентилей - с магистральным трубопроводом, при этом последний обводной сетью связан через вентили с системой подвода насосо- и илосодержащей воды, а названная система контроля включает датчики, например манометры, смонтированные в трубопроводах системы отвода очищенной воды, подвода воды в гидроциклоны и в емкость с фильтрационным материалом.

2. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что распределительные горизонтально установленные в полости емкости перфорированные трубы смонтированы с возможностью демонтажа.

3. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что манометры системы контроля и вентили системы подвода наносо- и илосодержащей воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды в магистральный трубопровод капельного орошения смонтированы на панели с минимальным взаимным удалением.

4. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что пневмоаккумулятор имеет запорную арматуру для подачи под избыточным давлением хлорсодержащих газов в емкость.

5. Фильтр по п.1, отличающийся тем, что емкость, гидроциклоны, система контроля, система подвода воды и отвода продуктов загрязнения и очищенной воды выполнены автономным блоком и смонтированы на опорной базе.

РИСУНКИ

Рисунок 1