Во многих случаях выращивание сельскохозяйственной продукции на юге страны невозможно или нерентабельно без полива. Есть разные виды орошения: от локальных с малыми оросительными нормами (до 500 куб. м воды на гектар) до крупных дождевальных систем с высоконапорными закрытыми трубопроводами, обеспечивающими подачу 2–3 тыс. куб. м на гектар. Растущий дефицит водных и энергетических ресурсов обязывает использовать локальные методы орошения с одновременным внесением питательных элементов в зону корневой системы растений. При этом животноводческие стоки или минеральные удобрения смешивают с поливной водой в нужных пропорциях. И здесь возникают проблемы.
Насос-смеситель в комплекте с емкостями для подачи удобрений на поля орошения Бирючекутской овощной селекционной опытной станции
У существующих способов смешения таких компонентов есть несколько основных изъянов, которые тормозят их использование. Нашей целью была разработка насоса-смесителя, который помогает соединять с поливной водой животноводческие стоки, добавляя при этом минудобрения и микроэлементы.
Новый четырехкомпонентный насос-смеситель предназначен для одновременного и при необходимости раздельного смешения животноводческих стоков, минеральных удобрений, микроэлементов и воды при удобрительных поливах сельскохозяйственных культур как в открытом грунте при орошении широкозахватной техникой, так и в защищенном при локальных видах орошения. Схема работы насоса приведена на рисунке 1.
Новая конструкция струйного четырехкомпонентного насоса-смесителя стала усовершенствованной конструкцией струйного трехкомпонентного насоса. Ее особенность — способность подавать в смеси воды, животноводческих стоков и минудобрений нужные микроэлементы. Использование этого аппарата при выращивании любой сельскохозяйственной культуры дает возможность автоматически подавать весь комплекс питательных веществ.
Работает смеситель так. По трубопроводу подают воду, которая выходит из кольцевой щели с увеличенной скоростью, позволяющей создать вакуум в конфузоре и смесителе. Это способствует подсасыванию животноводческих стоков по трубопроводу через центральное отверстие внутреннего сопла с регулированием величины расхода задвижкой, при необходимости подсасывания (если будет дефицит питательных веществ, минеральных удобрений и микроэлементов) по трубопроводам с регулированием подачи задвижками через кольцевое отверстие между наружным соплом и полым стаканом, закрытым заглушкой.
Опять же, при необходимости подачи минеральных удобрений и микроэлементов в случае дефицита питательных веществ в животноводческих стоках в трубопроводах открываются задвижки и насосом подсасывается необходимое количество минеральных удобрений и микроэлементов. Поступающие в смеситель стоки, удобрения, микроэлементы и вода перемешиваются в нужных пропорциях и подаются в оросительную сеть.
Эффективность применения струйного четырехкомпонентного насоса-смесителя обеспечена двумя особенностями. Во-первых, это возможность как одновременного, так и поочередного смешения удобрений с водой. Во-вторых, присутствие при этом контроля и регулирования подачи воды и удобрений.
Сейчас в нашей стране для смешения удобрений и воды используют водоемы, инъекторы для ввода удобрений в оросительную сеть, струйные смесители, устройства для смешения стоков и воды непосредственно на гидранте и другие виды. Установлено, что смесители такого рода имеют ряд серьезных недостатков. Способы эти дорогие, есть проблемы с контролем пропорций удобрений и влаги. Системы работают циклично, нет возможности точной дозировки компонентов, остается необходимость обеспечивать равные напоры в трубопроводах, подающих удобрения и воду. Практика эксплуатации орошаемых участков говорит о том, что ни одна из действующих схем не отвечает элементарным агротехническим требованиям. Эксплуатация таких смесителей затруднена, поэтому вместо экономического эффекта наносит ущерб сельхозкультурам.
Анализ показывает, что при сравнении характеристик существующих видов смесителей новая конструкция четырехкомпонентного насоса-смесителя превосходит существующие аналоги. Повышение эффективности предлагаемого технического решения подтверждается малогабаритностью, компактностью, низкой стоимостью смесителя с одновременной возможностью проводить качественные удобрительные поливы с внесением полного комплекса питательных веществ на планируемый урожай. При его испытании на полях Бирючекутской опытной станции в Ростовской области получены высокие показатели экономической эффективности культурооборота томата и огурца.
Полученные данные дают возможность сделать вывод, что при использовании четырехкомпонентного насоса-смесителя для удобрительных поливов увеличивается урожайность сельскохозяйственных культур, возрастает чистый доход при возделывании томата, огурца и в целом при культурообороте.
Простота ремонта нового устройства обеспечивается отсутствием вращающихся и движущихся узлов и деталей, возможностью использования в конструкции полиэтиленовых и полипропиленовых патрубков и трубопроводов, а также при необходимости трансформации конструкции, позволяющей использование одного корпуса для разных орошаемых площадей.
Содержание этой техники не требует специальных условий в связи с возможностью изготовления насоса-смесителя из полиэтиленовых материалов, не подверженных коррозии, изменения размеров основных деталей в зависимости от сроков эксплуатации и влияния низких температур. В случае необходимости применения стальных узлов предусматривается их сборка и разборка персоналом низкой квалификации без заводских условий. Замену узлов можно делать после длительной эксплуатации. Они могут быть как стандартные полиэтиленовые, так и вновь изготовленные в мастерских.
Повышение производительности и качества работы заключается в возможности изменения производительности в широких пределах — при изменении площадей орошаемых участков от 0,1 до нескольких тысяч гектаров, что зависит от размеров элементов насоса-смесителя.
Качество работы заключается в том, что в смесителе производится смешивание всех видов питательных веществ с водой в любых пропорциях, необходимых для подкормки выращиваемой сельхозпродукции, причем как в открытом, так и в защищенном грунте. Рационализм и экологическая безопасность — в простоте и надежности новой технологии смешения, отсутствии контакта животноводческих стоков, минудобрений и микроэлементов с обслуживающим персоналом.
Важной особенностью разработанной конструкции будет упрощение эксплуатации смесителя, контроль расхода всех компонентов простым, доступным для низкоквалифицированного персонала способом, не требующим высоких энергетических затрат. Комфортабельность заключается в простоте управления всем процессом удобрительного полива с помощью электропускателей насоса, подающего воду, и электрифицированных задвижек на трубопроводах, транспортирующих животноводческие стоки, минеральные удобрения и микроэлементы при отсутствии ручного труда.
Рисунок 1. Схема струйного четырех-компонентного насоса-смесителя
1 — кольцевая щель; 2 — внутреннее сопло; 3 — наружное сопло; 4 — трубопровод подачи воды; 5 — кольцевая заглушка; 6 — полый стакан; 7 — конфузор; 8 — смеситель; 9 — кольцевое отверстие; 10 — трубопровод подачи минеральных удобрений; 12 — трубопровод подачи микроэлементов; 11, 13, 16 — задвижки; 14 — центральное отверстие; 15 — трубопровод подачи животноводческих стоков.
Сокращение капвложений и расходов на ремонт обеспечено простотой конструкции, возможностью изготовления из полиэтиленовых материалов, замены узлов и деталей на месте. Размер капитальных вложений уменьшается до 40 % в сравнении с теми, что требуются при изготовлении существующих конструкций.
В результате механизации и автоматизации процесса смешивания нет необходимости ручного труда, производится автоматическое управление процессом подачи питательных веществ. Повышение качества продукции достигается контролем всех питательных элементов, включая и микроэлементы, в подаваемой смеси при удобрительных поливах сельскохозяйственных культур. Применение четырехкомпонентного насоса-смесителя позволяет не только контролировать, но и своевременно изменять величины подачи удобрений.
Наконец, безопасность эксплуатации предусмотрена отсутствием вращающихся и движущихся частей, ручного труда, необходимости участия обслуживающего персонала в процессах смешивания и контроля расходов вносимых удобрений. Все операции по смешению стоков, минудобрений и микроэлементов происходят без необходимости контакта персонала с компонентами.
Владимир Рудаков, аспирант Сергей Тарасьянц, доктор технических наук, профессор Новочеркасского инженерно-мелиоративного института Донского государственного аграрного университета Ростовская область