Совершенствование технико-технологических показателей полива дождевальной машиной "Фрегат"

Размещено на http://allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Совершенствование технико- технологических показателей полива дождевальной машиной «Фрегат»

Специальность: 06.01.02 - Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Гомберг Сергей Владимирович

Саратов 2007

Работа выполнена на кафедре «Мелиоративные и строительные машины» Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Слюсаренко Владимир Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Дементьев Александр Иванович

кандидат технических наук Егоров Владимир Семенович

Ведущая организация - Федеральное государственное научное учреждение «Волжский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации»

Защита диссертации состоится «24» мая 2007 года в 12⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета К 220.061.01 при ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»: 410056, г. Саратов, ул. Советская, 60, ауд. 241.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ»

Автореферат разослан «23 » апреля 2007 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ф.К. Абдразаков

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В Саратовской области получение гарантированно высоких и стабильных урожаев не возможно без применения мелиорации. Одним из наиболее эффективных способов механизированного полива является полив дождеванием. В настоящее время в регионе 75% парка эксплуатируемой техники полива составляют дождевальные машины «Фрегат».

В сравнении с другими типами машин дождевальная машина «Фрегат» имеет ряд преимуществ, однако в условиях интенсивного ветрового режима (для Саратовского Заволжья скорость ветра в среднем составляет 3…5 м/с) коэффициент эффективного полива снижается до 0,53…0,45. Это связано с большой высотой подъема дождевого облака над поверхностью почвы (5…8 м), изношенностью дождевальных аппаратов, их низкой надежностью, сложностью настройки на требуемый расход воды.

Дождевальные машины «Фрегат» имеют значительные потери воды на испарение и снос ветром, которые в среднем составляют 10…15%, а в дневные часы могут достигать 30% и более.

Серийные аппараты в середине и конце трубопровода формируют дождь большой крупности капель (1,5…2,0 мм), средней интенсивностью 0,6…0,8 мм/мин и мгновенной интенсивностью до 3,0 мм/мин, который оказывает негативное воздействие на почву и сельскохозяйственные растения.

Норма полива до стока для почв среднего и тяжелого механического состава Саратовского Заволжья составляет 230…300 м³/га, что не позволяет проводить поливы оптимальными нормами без стока. К тому же в настоящее время дождевальные аппараты, изготовленные из цветного металла, имеют значительную стоимость и подвержены хищению.

Настоящие исследования направлены на улучшение качественных показателей полива дождевальной машиной «Фрегат».

Цель работы - повышение эффективности полива дождевальной машиной «Фрегат» за счет совершенствования технологической схемы расстановки дефлекторных насадок.

Задачи исследований:

1. Исследовать состояние дождевальной техники и оценить возможность использования дефлекторных насадок c усовершенствованной схемой расстановки на дождевальной машине «Фрегат».

2. Теоретически обосновать применение дефлекторных насадок на дождевальной машине «Фрегат», уточнить методику их подбора и расстановки на трубопроводе.

3. Исследовать в производственных условиях качественные показатели полива дождевальной машиной «Фрегат» с дефлекторными насадками.

4. Экономически оценить применение дефлекторных насадок на дождевальной машине «Фрегат».

Объект исследования - технико-технологический процесс полива дождеванием дождевальной машиной «Фрегат», оборудованной дефлекторными насадками.

Методика исследований: Экспериментальные исследования проводились с учетом действующих стандартов и нормативных документов. Расчет и обработка результатов исследования выполнялись на ЭВМ методами математической статистики с использованием соответствующих пакетов прикладных программ.

В основу методики положены требования РД 70.11.1-89 «Машины и установки дождевальные. Программа и методика испытаний», ВТР-0-81 «Руководство по определению экономической эффективности новой поливной техники».

Научная новизна. В результате проведенных исследований с целью повышения эффективности полива дождевальной машиной «Фрегат» усовершенствована схема расстановки дефлекторных насадок.

Разработаны необходимые положения для определения радиуса захвата дождем, действительной интенсивности и крупности капель дождя, диаметра отверстия регулировочной дюзы, а также обоснована методика подбора и расстановки на дождевальной машине «Фрегат» дефлекторных насадок.

Научные положения, выносимые на защиту:

-теоретическое обоснование использования дефлекторных насадок на дождевальной машине «Фрегат»;

-схема расстановки дефлекторных насадок на дождевальной машине «Фрегат»;

-уточненная методика экспериментальных исследований по применению дефлекторных насадок на дождевальной машине «Фрегат» с экономической оценкой полученных результатов;

Практическая ценность и реализация результатов исследования. Полученные результаты исследований могут быть использованы на стадии разработки и эксплуатации дождевальных насадок и дождевальных машин «Фрегат».

Разработаны карты настройки дефлекторных насадок при их установке по учащенной схеме. Внедрение дефлекторных насадок, установленных на трубопроводе через 5…6 м, повышает показатели полива и равномерность распределения дождя по полю, снижает энергетическое воздействие капель на почву, при этом дефлекторные насадки имеют низкую вероятность засорения. Высокая надежность в работе и низкая их стоимость обеспечивает высокую эффективность их использования на дождевальной машине «Фрегат».

Дождевальные машины «Фрегат» с дефлекторными насадками, устанавливаемыми по учащенной схеме, за 2004…2006 гг. внедрены на 15 машинах, в том числе: в ОПХ ФГНУ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского района - на 9-х машинах; в ОНО ОПХ «Крутое» Балаковского района - на 4-х машинах, в совхозе «Алексеевский» Республики Башкортостан на 2-х машинах. Ежегодный экономический эффект разработки составляет 39,1 тыс. рублей на машину.

Апробация работы. Результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава в Саратовском государственном аграрном университете (2004-2007 гг.), на заседании секции «Гидротехника и мелиорация» ФГНУ ВолжНИИГиМ (2006 г.).

Публикации: Основные положения диссертационной работы опубликованы в 7 работах, в том числе 1 работа в издании, входящем в перечень ВАК. Общий объем публикаций составляет 2,45 печ.л., из них лично соискателя - 1,32.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти общих глав, общих выводов, списка использованной литературы, содержащего 173 наименования, и 13 приложений. Работа изложена на 188 страницах машинописного текста, содержит 45 таблиц и 65 рисунков.

Содержание работы

Во «Введении» обоснована актуальность работы, ее практическая значимость, представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Состояние вопроса и задачи исследований» дан анализ исследований качественных показателей полива дождевальной машиной «Фрегат», приведена классификация дождевателей, применяемых на машинах кругового действия.

Показано, что дефлекторные насадки по большинству эксплуатационных и качественных показателей полива имеют высокий уровень или превосходят другие типы дождевателей и могут быть использованы на дождевальной машине «Фрегат».

Анализ научно-технических данных, исследований агротехнических показателей полива дефлекторных насадок и зависимостей показал, что большинство из них могут быть применены только для расчета конкретных конструкций дождевателей и требуют уточнения.

Большой вклад в разработку, исследования и научное обоснование работы дождевальных машин и дефлекторных насадок внесли ученые: Б.М. Лебедев, А.П. Исаев, С.Х. Гусейн-Заде, И.П. Кружилин, П.И. Кузнецов, Ю.А. Москвичев, А.И. Рязанцев, Н.М. Кошкин, Г.В. Ольгаренко, В.К. Губер и др.

На основании произведенного анализа технико-технологических параметров дождевальной машины «Фрегат» поставлена цель и задачи исследования.

Во второй главе «Теоретическое обоснование повышения качества полива дождевальной машиной «Фрегат» при обосновании конструктивных параметров дефлекторных насадок исходим из следующих основных требований:

-обеспечение качественного, мелкокапельного распыла дождя в диапазоне расхода воды 0,1…3,8 л/с;

-возможность регулировки дефлекторных насадок и комплектование в группы для машин различной модификации;

-простота конструкции и высокая надежность, а также низкая стоимость.

При работе дефлекторной насадки вода через калиброванное отверстие 4 дюзы 3 попадает во внутреннюю полость корпуса 1, где конический и цилиндрический участки сопла формируют скоростной поток, который попадает на дефлектор 2. Крупность капель дождя дефлекторных насадок в 1,5…1,8 раз меньше крупности дождя среднеструйных аппаратов с тем же расходом воды. Толщина пленки на сходе с дефлектора зависит от диаметра конуса дефлектора.

Для обеспечения формирования мелкокапельного дождя, диаметр дефлектора (D_d) принимаем из условия:



D_d = 5,0?D, (1)

где D - средний диаметр сопла дефлекторной насадки, (D = 10 мм).

С целью уменьшения подпора струи и засоряемости дефлекторной насадки высота ее ножки (Т) должна быть не меньше диаметра дефлектора, то есть: Т > D_d.

Рис. 1 Дождевальная дефлекторная насадка

D_d - диаметр дефлектора, мм; h - высота ножек, мм; D - диаметр сопла, мм; D_c-внутренний диаметр ствола дюзы, мм; d_d - диаметр регулировачной дюзы, мм; В - ширина ножки, мм; Т - толщина ножки, мм.

Дефлекторная насадка (рис. 1) состоит из корпуса 1 с коническим дефлектором 2, который установлен на двух ножках.

Для настройки дефлекторной насадки на требуемый расход воды и качественный распыл в корпус 1 с натягом устанавливается дюза 3 с калиброванным отверстием 4.

В нижней части корпуса насадки выполнена резьба, для монтажа насадки в трубопровод дождевальной машины без дополнительной арматуры.

Исходя из условия прочности их крепления и минимального сопротивления при обтекании потока воды, принимаем ширину ножки В=1,5·D, а толщину - Т= 0,4·D _. Для повышения устойчивости дождя к ветру угол подъема струи принят 23^о.

Коэффициент расхода (м = 0,8…0,94) и рабочий напор дефлекторных насадок меньше, чем у струйных аппаратов, поэтому у односопловых насадок диаметр сопла в 1,5…2,0 раз больше диаметра сопла дождевального аппарата, обычно имеющего два сопла. Это положительно сказывается на работе дефлекторных насадок из-за снижения их засорения при поливе поверхностными водами.

После схода потока воды с дефлектора образуется мелкокапельный дождь из отдельно летящих капель. При уточнении основных характеристик полета капель используем теорию А.П. Исаева и В.А. Волкова.

Высота подъема дождевого облака дефлекторных насадок составляет 3,2…3,6 м, что меньше, чем у дождевальных аппаратов дождевальной машины «Фрегат» (5…8 м), скорость падения капель дождя уменьшается в 1,7…2,1 раз, а сила удара капель дождя в 2,1…7,8 раза.

Равномерность полива дождевальных машин является важнейшим показателем, который во многом зависит от степени перекрытия струй, точности настройки дождевателей на расход воды, равномерности распределения дождя вдоль радиуса захвата струи и др.

На практике различают два типа эпюр распределения дождя: с нулевым и определенным значением интенсивности дождя в точке установки дефлекторной насадки.

Для описания эпюр распределения дождя дефлекторных насадок предлагается использовать в-распределение. График, которого представляет собой плавную кривую, форма которой зависит от значения параметров г и з.

Для определения интенсивности дождя удобно использовать нормированную интенсивность дождя (с¹), которую определяем по формуле:

,(2)

где с_с - средняя интенсивность дождя вдоль радиуса полива насадки, мм/мин;

с _i - интенсивность дождя в i точке радиуса полива насадки, мм/мин.

дождеватель дефлекторный фрегат дюза

Рис.2. Эпюра распределения интенсивности дождя вдоль радиуса полива дефлекторной насадки: а-суммарная эпюра; б-основная эпюра; в-дополнительная эпюра

Эпюру распределения дождя предлагается рассчитывать как суммарную, состоящую из двух эпюр (рис. 2), которые математически также описываются в - распределением. Радиус полива дополнительной эпюры (R_d) составляет 0,5 радиуса полива насадки.

Для каждой эпюры (основной и дополнительной) определяется средняя и нормированная интенсивность дождя по формуле (2).

Суммарная интенсивность дождя в i -ой точке радиуса полива насадки (рис. 2, а) равна сумме интенсивностей от основной (рис. 2, б) и дополнительной (рис. 2, в) эпюры и описывается формулой:

,(3)

Равномерность полива машины определяется, как правило, характером слоя дождя после ее прохода. Суммарный слой дождя в i- ой точке поля равен сумме слоя дождя от всех соседних дефлекторных насадок, которые поливают данную точку поля.

Для расчета распределения слоя дождя после прохода машины рассмотрим схему кругового перемещения трубопровода с дефлекторными насадкам.

Если дефлекторная насадка, установлена на трубопроводе (рис. 3), который вращается с угловой скоростью (щ), то слой дождя после прохода машины над i -ым участком определяется по формуле, аналогичной формуле для определения слоя дождя после прохода дождевальной машины «Фрегат» с дождевальными аппаратами (Н.Ф. Рыжко, 2002г.) и описывается зависимостью:

,(4)

Результаты математического моделирования различных типов эпюр дефлекторных насадок показали, что стабильно высокие значения коэффициента равномерности полива машины получаются при величине перекрытия струй R/?_а > 1,0.



Рис. 3. Схема полива дефлекторной насадки, установленной на трубопроводе машины, вращающейся вокруг неподвижной опоры, где L - расстояние от начала трубопровода до оси установки насадки, м; ?_i - кратчайшее расстояние от i -го участка до начала трубопровода, м; щ - угловая скорость вращения трубопровода, рад/с; R - радиус полива дефлекторной насадки, м; V_i - скорость движения трубопровода, м/с, D_i -длина дуги полива i-ой точки,м.

Влияние формы эпюры в этом случае не значительно. Чтобы обеспечить достаточную величину перекрытия струй дефлекторные насадки должны размещаться на расстоянии 5…6 м друг от друга, то есть по учащенной схеме, по сравнению со схемой установки дождевальных аппаратов.

Равномерность полива дождевальной машины зависит от точности настройки дефлекторных насадок на расход воды. Так как площадь полива каждой дефлекторной насадки различная, то теоретический расход воды насадки на i-ой зоне полива определится из следующей зависимости:

,(5)

где q_i, Q - расход i-ой насадки и всей машины, л/с;

f_i, F - площадь полива i-ой насадки и всей машины, м² .

Диаметр сопла дефлекторной насадки и калиброванное отверстие регулировочной дюзы имеют фиксированные размеры с интервалом 0,5; 1,0 и 2,0 мм, поэтому между фактическим и теоретическим расходом воды насадки наблюдается отклонение (Дq), которое должно быть учтено при определении расхода соседних дефлекторных насадок.

Это положение использовано при расчете карт настройки дефлекторных насадок, устанавливаемых по учащенной схеме на дождевальной машине «Фрегат» различных модификаций.

В третьей главе «Программа и методика экспериментальных исследований» приводятся программы и методики лабораторно-полевых исследований дождевальных машин «Фрегат» с дефлекторными насадками, устанавливаемыми по учащенной схеме.

В основу методик определения качественных показателей работы дефлекторных насадок в частности и дождевальной машины «Фрегат» в целом положены требования РД 70.11.1-89 «Машины и установки дождевальные. Программа и методика испытаний», ВТР-0-81 «Руководство по определению экономической эффективности новой поливной техники»

Приведены общие и частные методики определения давления воды в трубопроводе и на выходе из насадок, радиуса действия струи, интенсивности и слоя дождя, равномерности полива, диаметра капель, а также природно-климатические условия.

Для оценки влияния качественных показателей дождевальной машины “Фрегат» на урожайность сельскохозяйственных культур, на ней одновременно устанавливались несколько групп серийных дождевальных аппаратов и дефлекторных насадок. Полученные экспериментальные данные обрабатывались с помощью методов математической статистики.

В четвертой главе «Результаты экспериментальных исследований дождевальной машины «Фрегат» с дефлекторными насадками и их анализ» приведены результаты исследований дефлекторных насадок, установленных по учащенной схеме на дождевальной машине «Фрегат», которые сравнивались со среднеструйными дождевальными аппаратами и дефлекторными насадками, установленными в стандартные штуцера.

Исследованиями установлено, что при увеличении диаметра сопла с 4 до 16 мм и напора - с 0,1 до 0,3 МПа расход воды дефлекторной насадки увеличивается с 0,1 до 4,1 л/с и находится в пределах расхода воды серийными дождевальными аппаратами «Фрегат» №№ 1, 2, 3 и 4. Для расчета расхода воды дефлекторных насадок при среднем значении коэффициента расхода (м = 0,87) используем уравнение:

.(6)

Настройка дефлекторных насадок на определенный расход воды осуществляется подбором диаметра калиброванного отверстия дюзы. Исследованиями установлено, что напор на выходе струи (Н) зависит от напора в трубопроводе, отношением площадей насадки и дюзы(щ_н/щ_д), отношения диаметра ствола и диаметра дюзы (D_СТ /d_C) и определяется:

,(7)

где Н_ТР, Н - напор в трубопроводе машины и на выходе струи, м вод. ст.;

щ_н/щ_д - отношение площади насадки к площади отверстия регулировочной дюзы;

D_С - внутренний диаметр ствола дюзы, мм;

d_d - диаметр калиброванного отверстия регулировочной дюзы, мм.

Внутренний диаметр ствола - величина постоянная D_с=18 мм; и после преобразования уравнения (7) диаметр калиброванного отверстия дюзы определится по зависимости:



.(8)

В результате исследований дефлекторных насадок установлено, что радиус захвата дождем зависит в основном от диаметра сопла, напора перед насадкой и от высоты ее установки над поверхностью поля. Максимальный радиус захвата дождем дефлекторной насадки при изменении диаметра сопла от 4 до 16 мм при напоре 0,3 МПа составляет 4,0…11,5м (рис. 4).

Рис. 4. Радиус захвата дождем (R) дефлекторной насадки в зависимости от напора перед насадкой (H) при высоте установки 2,0 м.

После обработки экспериментальных данных получено уравнение для определения радиуса захвата дождем (R) дефлекторной насадки при установке на высоте 2,0 м от поверхности почвы, что соответствует высоте установки на дождевальной машине «Фрегат»:

,(9)

где Н - напор, м вод. ст.;

При установке дефлекторных насадок на трубопроводе дождевальной машины «Фрегат» по учащенной схеме через 5 и 6 м обеспечивается достаточная величина перекрытия струи (R/?_а), которая изменяется вдоль трубопровода от 0,8 до 2,0.

Распределение нормированного слоя дождя (h_i/h_ср) вдоль радиуса захвата насадкой зависит от диаметра сопла и напора. С увеличением напора распределение слоя дождя вдоль радиуса захвата становится более равномерное (рис. 5).

Рис. 5. Распределение нормированного слоя дождя вдоль относительного радиуса полива дефлекторной насадки

При напоре Н=0,06…0,10 МПа и отношении Н/D=0,01…0,016 МПа/мм струя слабо распадается на капли и основная масса дождя выпадает в конце радиуса захвата дождем.

Значения параметров в-распределения изменяются в пределах г = 3,0…4,0 и з =1,8…2,0. (табл.1)

При напоре Н= 0,15…0,50 МПа и Н/D = 0,02…0,08 МПа/мм, струя распадается на мелкие капли и более равномерно распределяется вдоль радиуса захвата дождем. При этом значения параметров составляют г = 2,0…2,5 и з = 2,5…2,7.

Математической обработкой установлено, что изменение этих параметров описывается регрессионной зависимостью:

,(10)

,(11)



где Н - напор, м. вод. ст; D - диаметр сопла, мм; е - основание натурального логарифма.

Зная эпюру распределения слоя дождя и относительную площадь полива можно определить величину относительного радиуса, которому соответствует 50% объема вылитой воды, и медианный диаметр капель дождя. С увеличением степени распыла струи (Н/D) относительная величина радиуса (Х_i/R)₅₀ уменьшается с 0,605 до 0,500 (табл.1).

Таблица 1 - Коэффициенты г и з и бета-распределения и относительный радиус (Х_i/R)₅₀, который делит объем подаваемой воды на две равные части, в зависимости от конструктивных и технологических параметров дефлекторной насадки

D, мм	1	6	6	6	8	8	8	10
Н, МПа	2	0,08	0,14	0,326	0,075	0,195	0,285	0,060
Н/D, МПа/мм	3	0,013	0,023	0,054	0,009	0,024	0,036	0,006
г	4	2,81	2,19	2,02	2,97	1,64	1,64	2,99
з	5	2,04	2,0	2,37	2,71	2,04	1,95	2,22
(Хi/R)50	6	0,605	0,580	0,510	0,60	0,50	0,520	0,60

Продолжение таблицы 1

1	10	10	12	12	12	14	14	16	16
2	0,12	0,18	0,13	0,28	0,58	0,15	0,30	0,16	0,245
3	0,120	0,180	0,10	0,023	0,048	0,010	0,020	0,010	0,015
4	1,87	2,12	2,84	2,57	4,12	3,02	2,81	3,01	4,17
5	1,56	2,06	2,16	2,44	3,76	2,71	2,16	2,12	2,98
6	0,60	0,570	0,60	0,560	0,540	0,580	0,560	0,575	0,550

Экспериментально получено уравнение:

,(12)

Крупность капель дождя у дефлекторных насадок определяется диаметром сопла и напором. Средний диаметр капель дождя у дефлекторных насадок увеличивается с возрастанием относительного радиуса полета капель (R_i/R), диаметра сопла и уменьшения напора перед насадкой. Минимальный и максимальный диаметр капель в начале и конце радиуса захвата дождем дефлекторной насадки зависит от диаметра сопла (D) и напора (Н) описываются уравнениями:

,(13)

.(14)

Значение диаметра капель дождя в i -ой точке радиуса действия струи дефлекторной насадки описывается уравнением:

,(15)

где X_i /R -относительная величина радиуса захвата дождем, 0? Х_i/R? 1; d_min, d_max - минимальный и максимальный диаметр капель вдоль радиуса захвата дождем, мм; описываются уравнениями 13 и 14.

Исследования показали, что средний диаметр капель дождя дефлекторных насадок в 1,8…2,0 раза меньше, чем у серийных аппаратов «Фрегат» и изменяется вдоль трубопровода машины в пределах 0,50…0,86 мм.

Используя приведенные выше результаты исследований, а также методику подбора дефлекторных насадок при установке по учащенной схеме на трубопроводе дождевальной машины «Фрегат», были разработаны карты настройки дефлекторных насадок для различных модификаций машин.

Дождевальные машины «Фрегат» с дефлекторными насадками, установленными по учащенной схеме сравнивались с машиной, оборудованной серийными дождевальными аппаратами и дефлекторными насадками, установленными в стандартные штуцера.

Исследования, проведенные в ОПХ ФГНУ «ВолжНИИГиМ», АО «Энгельсское», ЗАО АФ «Волга» показали, что машины «Фрегат» обеспечивают требуемый суммарный расход воды и норму полива при наличии на входе расчетного напора. Расход воды дождевальной машины «Фрегат» марки ДМУ-Б-463-90 составил 91,9 л/с при напоре 0,6 МПа. Расход воды низконапорной машины марки ДМУ-А-260-38 составил 37,6 л/с при напоре 0,34 МПа.

Дождевальные машины «Фрегат» оборудованные дефлекторными насадками, установленными по учащенной схеме, обеспечивают достаточную равномерность полива и коэффициент эффективного полива в пределах 0,80.. 0,87 при ветре до 3 м/с, и при средней скорости ветра - 3,5…4,0 м/с находится в пределах 0,70…0,75. Равномерность полива с такими насадками повышается по сравнению с серийными аппаратами на 20…28%, по сравнению с дефлекторными насадками, установленными в штуцерах дождевальных аппаратов 25…42% (рис. 6).

Рис. 6. Изменение коэффициента эффективного полива

(К_эф) дождевальной машины «Фрегат» с серийными аппаратами (1), дефлекторными насадками, установленными по учащенной схеме (2) и в стандартные штуцера (3) в зависимости от скорости ветра (V_в)

Установлено, что величина испарения и сноса дождя определяется метеорологическими параметрами (Т - температура воздуха, ц - относительная влажность воздуха, V_в - скорость ветра, Ф-коэффициент метеорологической напряженности) и технологическими показателями аппаратов и насадок (h - высота подъема дождя над почвой, n - частота вращения аппарата, d - средний диаметр капель, с_с и с_д - средняя и действительная интенсивность дождя, б - величина угла между направлением ветра и трубопроводом машины).

Величина потерь воды на испарение и снос в начале, середине и конце трубопровода дождевальной машины «Фрегат» с дефлекторными насадками, установленными по учащенной схеме, имеет соответственно значения 18,4%; 13,2%; 9,3%, вместо 22,3%; 15,4%; 10,4% у серийных дождевальных аппаратов (при погодных условиях характерных для Саратовской области). Это обусловлено снижением высоты подъема дождевого облака с 5…8 м до 3…3,6 м и повышением его интенсивности.

Таким образом, применение на дождевальной машине «Фрегат» дефлекторных насадок уменьшает абсолютную величину потерь воды на 1,1…3,9%, и относительную на 17,5…50,6%.

Исследованиями установлено, что норма полива до стока во многом зависит от характеристик дождя: средней и мгновенной интенсивности дождя - с_с и с_д; среднего диаметра капель дождя - d_c; скорости падения капель - V_в; мощность дождя - N_с; N_д и др.

В результате значительного уменьшения крупности капель дождя, действительной интенсивности, скорости падения и мощности дождя дождевальные машины «Фрегат» с дефлекторными насадками обеспечивают нормы полива до стока (65…50 мм) в первой половине трубопровода, и в конце (30…35 мм) что выше, чем у дождевальных аппаратов «Фрегат» № 4.

В пятой главе « Экономическая эффективность результатов исследований» приведены результаты внедрения на дождевальных машинах «Фрегат» дефлекторных насадок, устанавливаемых по учащенной схеме, обеспечивающих повышение урожайности сельскохозяйственных культур на 5,5…18,0% за счет более равномерной подачи оросительной воды, снижения потерь воды на испарение и снос, уменьшения крупности капель и мощности дождя. Экономическая эффективность от повышения урожайности сельскохозяйственных культур составляет 402 руб./га или 30,1 тыс. руб. на машину.

Дефлекторные насадки из полимерного материала, имеют стоимость в 5 раз меньше, чем дождевальные аппараты, изготовленные из цветного металла. Расчетный экономический эффект от использования 15 комплектов дефлекторных насадок вместо серийных латунных дождевальных аппаратов «Фрегат» только за счет снижения их стоимости составляет:

Э =(С_А-С_Н ·Т) ·Ч = (15-3 ·2) ·15 = 135 тыс. руб.,

где С_А,, С_Н - стоимость одного комплекта аппарата и дефлекторных насадок, тыс. руб.;

Т - коэффициент приведения срока службы насадок к сроку службы аппаратов;

Ч - число внедренных комплектов дефлекторных насадок.

Общие выводы

1. Анализ работы дождевальных машин «Фрегат» показал, что они имеют низкую равномерность распределения дождя (коэффициент эффективного полива 0,53…0,45). Дождевое облако серийных аппаратов с высотой подъема 5…8 м, имеет значительные потери воды на испарение и снос, оказывает большое энергетическое воздействие на почву и растения, не позволяет выдавать оптимальные поливные нормы без стока. Поэтому дождевальные машины «Фрегат» требуют совершенствования как конструктивных, так и технологических параметров.

2. Теоретически обосновано применение на дождевальной машине «Фрегат» дефлекторных насадок, устанавливаемых по учащенной схеме. Обоснованы конструктивные размеры дефлекторных насадок с учетом установки дюз. Уточнена методика подбора дефлекторных насадок на дождевальной машине «Фрегат» при учащенной схеме их расстановки на трубопроводе.

3. Исследованиями установлено, что расход воды при изменении диаметра сопла с 4 до 16 мм увеличивается с 0,15 до 3,95 л/с, и соответствует расходу воды струйных аппаратов дождевальной машины «Фрегат. Диаметр регулировочной дюзы для настройки дефлекторных насадок на требуемый расход воды определяется с учетом зависимости (3). Диаметр захвата дождем дефлекторных насадок вдоль трубопровода изменяется в пределах 4,0…11,5 м, что является достаточным для перекрытия струй и определяет расстояние между насадками 5…6 м.

Распределение интенсивности дождя вдоль радиуса захвата струи зависит от интенсивности распыла, которая определяется напором и диаметром сопла. Для математического описания эпюр распределения дождя получены уравнения (10, 11) параметров г и з бета-распределения в зависимости от конструктивно-технологических параметров дефлекторных насадок.

Дефлекторные насадки формируют мелкокапельный дождь, средний диаметр капель, при расходе воды 0,15 - 3,5 л/с, составляет 0,50 - 0,86 мм.

Получены математические зависимости для расчета крупности капель в любой точке радиуса захвата дождем, а также среднего, минимального и максимального диаметра капель в начале и конце струи (13, 14, 15).

4. Исследования дождевальной машины «Фрегат» с дефлекторными насадками, установленными по учащенной схеме (по рассчитанным картам настройки для основных модификаций машин марки ДМ, ДМУ-А, ДМУ-Б) показали, что расход воды и норма полива соответствуют требуемым величинам при установке на входе в машину расчетного напора воды, обеспечивает повышение равномерности распределения дождя до 0,7…0,75 при скорости ветра 3,5-4,0 м/с, при этом потери воды на испарение и снос снижаются до 18,4…9,3% вместо 22,3…10,4% у серийных аппаратов.

5. Дефлекторные насадки просты по конструкции, отличаются высокой надежностью. Внедрение дефлекторных насадок установленных по учащенной схеме на 9 машинах «Фрегат» в ОПХ ФГНУ «ВолжНИИГиМ» Энгельсского района, на 4 машинах - в ОНО ОПХ «Крутое» Балаковского района и на 2 машинах - в совхозе «Алексеевский» Республики Башкортостан позволило получить экономический эффект 39,1 тыс. руб. на машину.

Рекомендации производству:

1.Для повышения качества полива серийных и низконапорных дождевальных машин «Фрегат» рекомендуется использовать дефлекторные насадки, устанавливаемые на трубопроводе машины по учащенной схеме.

2. Производить регулировку дефлекторных насадок согласно разработанным картам настройки для различных модификаций машин.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

1. Гомберг С.В. К вопросу улучшения эксплуатационных показателей полива ДМ «Фрегат» / Рыжко Н.Ф., Угнавый В.Л., Гомберг С.В., Костов Н.В. // Технические, технологические и экологические проблемы орошения земель Поволжья: Сб. науч. работ/ ФГНУ «ВолжНИИГиМ». - Саратов: Изд-во «Орион», 2006. - С.22-33.

2. Гомберг С.В. Анализ и обоснование технических предложений по повышению проходимости ДМ «Фрегат» / Рыжко Н.Ф., Угнавый В.Л., Гомберг С.В., Костов Н.В. // Технические, технологические и экологические проблемы орошения земель Поволжья: Сб. науч. работ/ ФГНУ «ВолжНИИГиМ». - Саратов: Изд-во «Орион», 2006. - С. 42-48.

3. Гомберг С.В. Интенсивность дождя дефлекторных насадок ДМ «Фрегат» / Слюсаренко В.В., Рыжко Н.Ф., Гомберг С.В. // Актуальные проблемы АПК: Сб. науч. работ/ Саратовский государственный аграрный университет. - Саратов: Изд-во ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2006.- С. 84-88.

4. Гомберг С.В. Крупность капель дождя дефлекторных насадок ДМ «Фрегат» / Слюсаренко В.В., Рыжко Н.Ф., Гомберг С.В. // Актуальные проблемы АПК: Сб. науч. работ/ Саратовский государственный аграрный университет. - Саратов: Изд-во ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2006. - С. 88-92.

5. Гомберг С.В. Повышение проходимости ДМ «Фрегат» / Слюсаренко В.В., Рыжко Н.Ф., Гомберг С.В. // Вестник Саратовского госагроуниверситета им. Н.И. Вавилова -2006. - № 5 С. 24-28.

6. Гомберг С.В. Применение на дождевальной машине «Фрегат» дефлекторных насадок, устанавливаемых по учащенной схеме / Гомберг С.В. // Проблемы и перспективы развития региональных АПК: Сб. науч. работ/ Саратовский государственный аграрный университет.- Саратов: Изд-во ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2007. - С. 73-76.

7. Гомберг С.В. Применение технико-технологических средств повышения качества полива дождевальной машиной «Фрегат» / Гомберг С.В. // Новое в сельскохозяйственном производстве: Сб. науч. работ/ Саратовский государственный аграрный университет.- Саратов: Изд-во ФГОУ ВПО "Саратовский ГАУ» 2007. - С. 24-27.

Размещено на Allbest.ru

...