Система увлажнения, аэрации и обогрева активного слоя почвы теплицы
Владельцы патента RU 2484619:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса" (ФГБОУ ВПО "ЮРГУЭС") (RU)
Система содержит источник орошения, плотину, водяное наливное колесо, водозаборное устройство в виде сетчатого очистного цилиндра, жидкостно-газовый эжектор и водяной насос, генераторы аэроионов и озона, емкость с навозом, внутрипочвенную систему увлажнения и аэрации почвы в теплице, блок контроля влажности почвы. Сетчатый очистной цилиндр установлен внутри водяного наливного колеса. Внутри очистного цилиндра установлен водосбросный лоток с перфорированным трубопроводом. Перфорированный трубопровод соединен через затвор с входом водозаборной трубы. Выход водозаборной трубы соединен через затвор с входом водяного насоса. Вал водяного колеса связан через редуктор с водяным наливным колесом. Выход водяного насоса соединен с водяным патрубком жидкостно-газового эжектора. Воздушный патрубок эжектора соединен через затворы с генераторами аэроионов и озона, атмосферой, емкостью с навозом. Емкость с навозом соединена через затворы с генераторами аэроионов и озона. Выход жидкостно-газового эжектора соединен с проводящим трубопроводом. Проводящий трубопровод соединен с перфорированными поливными трубопроводами. Перфорированные поливные трубопроводы установлены под траншеями, заполненными навозом. Траншеи расположены посередине грядок, накрытых пленочными тоннелями. Над грядками установлена теплица. В активном слое почвы теплицы установлен емкостной датчик интегральной влажности горизонта почвы. Датчик выполнен в виде двух параллельных металлических полос. Между параллельными металлическими полосами проложен слой пористой керамики, соединенный с блоком контроля влажности почвы. Такая конструкция позволит повысить качество увлажнения, аэрации и обогрева активного слоя почвы в теплице. 2 ил.
Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано при выращивании сельскохозяйственных культур в теплице.
Известно очистное водозаборное устройство (А.с. 1656046 SU, МКИ E02B 5/08 / П.И.Андреев, Л.И.Румянцев - Опубл. 15.06.91. - Бюл. №22). Очистное водозаборное устройство включает установленный в водотоке очистной цилиндр, отводящий трубопровод, плоский затвор, привод вращения очистного цилиндра, выполненный в виде турбины.
Недостатком устройства является не использование привода (турбины) вращения очистного цилиндра в качестве привода водяного насоса. Турбина также является гидравлическим сопротивлением, влияющим на пропускную способность водотока (канала).
Известно наливное (верхнебойное) водяное колесо с наибольшим КПД среди водяных колес (до 85%) (URL: http: // ВОДЯНОЕ КОЛЕСО.mht, Википедия.mht, Watermill - Wikimedia Commons.mht). Недостатком устройства является не использование его для привода очистного цилиндра водозаборного сооружения и водяного насоса.
Известны конструкции емкостных датчиков влажности (Берлинер М.А. Измерение влажности. - М.: Энергия, 1973. - С.52). Эти конструкции до настоящего времени являются основными в серийно изготавливаемых датчиках влажности почвы. Недостатком известных емкостных датчиков влажности почвы является измерение общего сигнала, на который оказывают влияние структура и химический состав самой почвы, что затрудняет выделение из измеренного сигнала составляющей, соответствующей влажности почвы.
Известна аэрационная система обогрева и увлажнения воздуха, аэрации, увлажнения и обогрева почвы в гелиотеплице (патент 2325797 RU, МПК A01G 9/24. - Опубл. 10.06.2008. - Бюл. №25). Система содержит гелиотеплицу, почвенный субстрат и подпочвенную аэрационную систему, имеющую водяной и воздушный перфорированные трубопроводы. Воздушный трубопровод связан с генератором отрицательных ионов, для подачи отрицательных ионов в подпочвенную гравийную прослойку, где он смешивается с воздушными соединениями азота, поступающего из хранилища с навозом и растительными остатками, расположенного под теплицей.
Недостатком системы является отсутствие устройств очистки и подачи поливной воды от внешнего источника, нет управления поступлением аммиака из хранилища в почву, что может вызвать его утечку в надземную часть теплицы.
Недостатком системы является отсутствие предварительной очистки поливной воды мусора и использования для работы системы энергии потока воды в канале, не использование этой системы для полива и аэрации почвы в теплице. Отсутствуют устройства обеззараживания почвы и активизации жизнедеятельности микроорганизмов почвы озоном и аэроионами. Подача воздуха и воды в почву проводится импульсами с простоями устройств подачи во время пауз между импульсами, что снижает КПД системы.
Техническим результатом заявленного изобретения является повышение качества увлажнения, аэрации и обогрева активного слоя почвы в теплице, устранение необходимости во внешних источниках энергии за счет использования для работы системы гидроэнергии потока воды в источнике орошения.
Заявленный технический результат достигается тем, что система увлажнения, аэрации и обогрева активного слоя почвы теплицы содержит источник орошения (ирригационный канал), плотину, наливное водяное колесо, внутри которого установлен сетчатый очистной цилиндр. Внутри сетчатого очистного цилиндра установлен водосборный лоток, который укреплен на подшипниках, установленных на перфорированной трубе, расположенной внутри водосборного лотка. Выход перфорированной трубы 6 соединен через затвор с водозаборной трубой, выход которой соединен с входом водяного насоса, вал которого через редуктор связан с водяным наливным колесом.
Выход водяного насоса соединен с водяным патрубком жидкостно-газового эжектора, воздушный патрубок которого соединен соответственно через затворы с генератором аэроионов, генератором озона, емкостью с навозом. Емкость с навозом соединена также затворами через затворы с генератором аэроионов и генератором озона.
Выход жидкостно-газового эжектора соединен с подводящим трубопроводом, соединенным с внутрипочвенными перфорированными трубопроводами, проложенными под траншеями, заполненными навозом, которые расположены посередине грядок и накрыты пленочными тоннелями. Грядки дополнительно накрыты сверху теплицей.
В активном слое почвы установлен емкостной датчик интегральной влажности горизонта почвы, выполненный в виде двух параллельных полос, между которыми проложен слой пористой керамики.
На фиг.1 приведена схема системы увлажнения и аэрации активного слоя почвы теплицы; на фиг.2 - вид сбоку плотины с водозаборным устройством.
Система увлажнения, аэрации и обогрева активного слоя почвы теплицы содержит источник орошения (ирригационный канал) 1, плотину 2, наливное водяное колесо 3, внутри которого установлен сетчатый очистной цилиндр 4. Внутри сетчатого очистного цилиндра 4 установлен водосборный лоток 5, который укреплен на подшипниках, установленных на перфорированной трубе 6, расположенной внутри водосборного лотка 4. Выход перфорированной трубы 6 соединен через затвор 7 с водозаборной трубой 8, выход которой соединен с входом водяного насоса 9, вал которого через редуктор 10 связан с водяным наливным колесом.
Выход водяного насоса 9 соединен с водяным патрубком жидкостно-газового эжектора 11, воздушный патрубок которого соединен соответственно через затворы 12, 13 и 14 с генератором 15 аэроионов, генератором 17 озона емкостью 16 с навозом и через затвор 20 с атмосферой. Емкость 16 с навозом соединена также соответственно через затворы 18 и 19 с генератором 15 аэроионов и генератором 17 озона.
Выход жидкостно-газового эжектора 11 соединен с подводящим трубопроводом 21, соединенным с внутрипочвенными перфорированными трубопроводами 22, проложенными под траншеями 23, заполненными навозом 24, которые расположены посередине грядок 25 и накрыты пленочными тоннелями 26. Грядки 25 дополнительно накрыты сверху теплицей 27.
В активном слое почвы установлен емкостной датчик 28 интегральной влажности горизонта почвы, выполненный в виде двух параллельных полос, между которыми проложен слой пористой керамики. Длина полос составляет 1,5…3,0 м. Емкостной датчик 28 интегральной влажности горизонта почвы соединен с блоком контроля 29 влажности почвы, содержащим измеритель емкости.
Система орошения, аэрации и обогрева активного слоя почвы работает следующим образом.
Перед началом полива в теплице контролируется влажность активного слоя почвы. При уменьшении заданного порога влажности назначается полив. Поток воды в источнике орошения 1, попадая на лопасти водяного наливного колеса, вращает его. Часть потока падает на сетчатый очистной цилиндр 4, вращающийся вместе с водяным наливным колесом 3, и попадает в водосборный лоток 5 и затем в перфорированный трубопровод 6, на котором установлены подшипники, на которых вращается водяное наливное колесо. Из перфорированного трубопровода 6 через открытый затвор 7 вода подается водозаборную трубу 8 и затем в водяной насос 9, вал которого через редуктор 10 связан с водяным наливным колесом 3.
С выхода водяного насоса 9 вода подается в жидкостно-газовый эжектор 11, в воздушный патрубок которого подается теплый воздух, обогащенный соединениями азота из емкости 16 с навозом. Затем он подогревается в жидкостно-газовом эжекторе.
Для стимулирования биологических процессов в активном слое почвы в воздух могут добавляться отрицательные аэроионы из генератора ионов 15.
Для обеззараживания почвы к воздушному патрубку подключается генератор 17 озона. Для подачи воздуха в жидкостно-газовый эжектор открывается затвор 20.
В емкость 16 с навозом также могут подаваться аэроионы для стимулирования жизнедеятельности микроорганизмов, перерабатывающих навоз, и после отработки навоза в него подается озон для его обеззараживания. Этот навоз затем может быть использован для наполнения траншей 23.
Водно-воздушная смесь подается по подводящему трубопроводу 21 в внутрипочвенные перфорированные трубопроводы 22 и затем в активный слой почвы грядок 25 и траншеи 23, заполненные навозом 24, в который добавляются препараты с азотофиксирующими микроорганизмами.
По емкостному датчику интегральной влажности горизонта почвы 28 блок контроля контролирует процесс увлажнения почвы и назначается его начало и окончание.
Система увлажнения и аэрации активного слоя почвы теплицы позволяет использовать энергию потока воды для привода сетчатого очистного цилиндра водозаборного устройства и привода водяного насоса, что устраняет необходимость использования внешних источников энергии. Подача подогретой водно-воздушной смеси в почву позволяет предотвратить непроизводительные потери воды на глубинную фильтрацию, переувлажнение и слитизацию, улучшить аэрацию почвы, осуществлять подогрев почвы, стимулировать протекание биологических процессов в почве, повышающих ее плодородие. Применение посередине грядок траншей, заполненных навозом, обработанным препаратами с азотофиксирующими организмами, также способствует повышению плодородия и обогреву почвы. Тоннели над грядками уменьшают непроизводительные потери воды и тепла, минимизируют затраты энергии на обогрев теплицы.
Конструкция емкостного датчика интегральной влажности горизонта почвы устраняет недостаток известных емкостных датчиков, измеряющих влажность почвы в точке.
Система увлажнения, аэрации и обогрева почвы в теплице, включающая источник орошения, плотину, водяное наливное колесо, водозаборное устройство в виде сетчатого очистного цилиндра, жидкостно-газовый эжектор и водяной насос, генераторы аэроионов и озона, емкость с навозом, внутрипочвенную систему увлажнения и аэрации почвы в теплице, блок контроля влажности почвы, отличающаяся тем, что сетчатый очистной цилиндр установлен внутри водяного наливного колеса, внутри очистного цилиндра установлен водосбросный лоток с перфорированным трубопроводом, соединенным через затвор с входом водозаборной трубы, выход которой соединен через затвор с входом водяного насоса, вал которого связан через редуктор с водяным наливным колесом, выход водяного насоса соединен с водяным патрубком жидкостно-газового эжектора, воздушный патрубок которого соединен через затворы с генераторами аэроионов и озона, атмосферой, емкостью с навозом, соединенной через затворы с генераторами аэроионов и озона, выход жидкостно-газового эжектора соединен с подводящим трубопроводом, соединенным с перфорированными поливными трубопроводами, установленными под траншеями, заполненными навозом, которые расположены посередине грядок, накрытых пленочными тоннелями, над грядками установлена теплица, в активном слое почвы теплицы установлен емкостный датчик интегральной влажности горизонта почвы, выполненный в виде двух параллельных металлических полос, между которыми проложен слой пористой керамики, соединенный с блоком контроля влажности почвы.
