Гидромеханизированная очистка трубчатой дренажной сети оросительных систем

Таблица 1 - Характеристика илистых отложений и дренажного стока

Промывку дренажных труб проводили с помощью дренопромывочной машины ДПМ-1, учитывая результаты теоретических и лабораторных исследований (табл. 2).

При промывке дрены ДПУ с тыльными струями подачу производили на уклон дренажной линии из низового колодца, а при промывке дрены ДПУ с фронтальными струями подачу производили по уклону дренажной линии из верхового колодца.

Таблица 2 - Результаты расчёта параметров процессов размыва илистых отложений и перемещения водоподающего шланга с ДПУ (при Н = 100м)

В процессе полевых исследований фиксировались сопротивление перемещению ДПУ с водоподающим шлангом, длина промывки дрены с одной позиции, удельный расход воды на промывку 1м дрены, производительность дренопромывочной машины и комплекса вспомогательных машин (табл. 3).

Таблица 3 - Результаты производственных исследований промывки дрен

По полученным данным построены графические зависимости окружного усилия, определённого расчётным F_t и экспериментальным путем F_tэ, на шкиве ШПУ от длины промывки дренажной трубы L, для ДПУ с тыльными (рис. 21) и фронтальными (рис. 22) струями.

Рисунок 21 - Зависимость окружного усилия F_t и F_tэ на шкиве ШПУ от длины промывки дрены L, для ДПУ с тыльными струями

Рисунок 22 - Зависимость окружного усилия F_t и F_tэ на шкиве ШПУ от длины промывки дрены L, для ДПУ с фронтальными струями

Анализируя полученные результаты (см. табл. 3, рис. 21, рис. 22), установили, что применение ДПУ с тыльными струями является более эффективным по сравнению с ДПУ с фронтальными струями.

Результаты лабораторных и полевых исследований подтвердили высокую степень адекватности и достоверности предлагаемых автором математических моделей и методики расчёта параметров процесса размыва илистых отложений в дренажных трубах.

В шестой главе «Усовершенствованная технология гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем» дано обоснование технологических операций, схем и регламентов на очистку трубчатой дренажной сети оросительных систем.

На основании теоретических, лабораторных и полевых исследований предлагается усовершенствованная технология гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем низконапорной (Н = 100м) дренопромывочной машиной ДПМ-1.

Усовершенствованная технология состоит из нескольких последовательно выполняемых технологических процессов. На предварительном этапе производят очистку смотровых колодцев механическим способом, а затем выполняют следующие технологические операции:

1) промывают дренажную трубу ДПУ с фронтальными струями из верхового колодца по уклону дренажной линии на расстояние l₁ = L_к - 260м, где L_к - расстояние между смотровыми колодцами (на участке дренирования 200га ЗАО «Обильное» l₁ = 400 - 260 = 140м);

2) перемещают дренопромывочную машину ДПМ-1 к нижележащему смотровому колодцу;

3) производят промывку дренажной трубы ДПУ с тыльными струями на уклон дренажной линии на расстояние 270м;

4) не меняя позиции, промывают нижележащую дренажную линию ДПУ с фронтальными струями на расстояние l₁;

5) перемещают ДПМ-1 к низовому дренажному колодцу;

6) производят промывку дренажной трубы ДПУ с тыльными струями на уклон дренажной линии на расстояние 270м. На заключительном этапе производят повторную очистку смотровых колодцев и закрывают крышки колодцев.

При промывке дренажных труб по усовершенствованной технологии из центрального или низового дренажных колодцев необходимо герметично закрывать нижележащую дрену или коллектор, а пульпу откачивать насосом.

Усовершенствованная технология очистки дренажных труб (рис. 23) по сравнению с существующей имеет ряд преимуществ, а именно: количество технологических операций по предлагаемой технологии - 6, по существующей - 12. По существующей технологии требуется отрывка технологических шурфов по трассе дрены, что значительно увеличивает стоимость производства работ и снижает производительность дренопромывочной машины.

Эксплуатационная (фактическая) производительность дренопромывочной машины ДПМ-1 определяется:

, (28)

где k_в - коэффициент использования ДПМ-1 по времени, составляет k_в = 0,79;

L_т - длина промывки дрены (270м) ДПУ с тыльными струями, м.

Применение усовершенствованной технологии гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем позволяет механизировать основные технологические операции, повысить производительность комплекса машин при очистке дренажной сети с 35 м/ч (по существующей технологии) до 135 м/ч (по усовершенствованной технологии), а также снизить удельный расход воды на промывку 1м дрены с 70 л/м до 17 л/м и уменьшить потребность в машино-сменах (на 1000м дрены) с 8,36 маш/смен до 1,57 маш/смен.

Рисунок 23 - Схемы производства работ: а) по существующей технологии; б) по предлагаемой технологии. 1- коллектор; 2 - дрена; 3, 4, 5 - центральный, верховой и низовой смотровые колодцы; 6 - технологический шурф (объем земляных работ - 52м³)

В седьмой главе «Основные технико-экономические показатели комплекса машин для гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем» представлен расчёт экономической эффективности от внедрения комплекса машин для гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем по усовершенствованной технологии.

Известно, что при создании новых машин, а также, когда новая машина требует по сравнению с эталонной машиной изменения состава комплекса машин, экономическая эффективность определяется путем сопоставления двух вариантов: одного с применением нового комплекса машин и другого - с применением комплекса машин, используемого на аналогичных работах.

На основании этого установлены удельные эксплуатационные затраты комплекса машин для гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем: по усовершенствованной технологии 7,89 руб./м, по существующей технологии 19,05 руб./м, удельные приведенные затраты составили соответственно: 11,76 руб./м и 30,09 руб./м.

Годовой экономический эффект от внедрения комплекса машин для гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем по усовершенствованной технологии составляет 710,2 тыс. руб.

Дополнительным эффектом от внедрения комплекса машин для гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем по усовершенствованной технологии является увеличение продуктивности орошаемых земель при возделывании озимой пшеницы на 11 - 15%, кукурузы на зеленый корм 8 - 12% (по отчётным данным хозяйств).

Общие выводы

1. Анализ существующей технологии очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем выявил низкую производительность машин (до 35м/ч) и уровень механизации технологического процесса (19,3%). На основании проведённого анализа, используя системный подход, установлены факторы, влияющие на систему очистки трубчатой дренажной сети, а также разработана структура системы математических моделей, позволяющая оценить влияние и взаимосвязь математических моделей и элементов системы очистки трубчатой дренажной сети.

2. На основании теоретических исследований получены математические модели взаимодействия тыльных и фронтальных гидравлических размывающих струй дренопромывочного устройства с несвязными и связными илистыми отложениями.

3. В результате проведённых теоретических исследований установлено, что внутренняя камера дренопромывочного устройства активного типа состоит из трёх основных частей: расширяющейся (диффузор), цилиндрической и сходящейся (конфузор). Диаметр вращающегося струеформирующего насадка дренопромывочного устройства по центрам размывающих сопел 50мм. Диаметр центрального лобового размывающего сопла 1,5мм, характерного только для дренопромывочного устройства с тыльными струями. Параметры опорных лыж, обусловленные проведением в процессе промывки контроля качества построенной дренажной трубы, составляют: диаметр лыж 80мм, длина - 160мм.

4. В результате максимизации функции скорости подачи дренопромывочного устройства установлено оптимальное сочетание основных гидравлических и геометрических параметров для дренопромывочного устройства с тыльными струями: диаметр размывающих сопел d₀ = 4,4мм, диаметр тангенциальных сопел d_0т = 3,1мм, угол наклона размывающих сопел б = 55°; для дренопромывочного устройства с фронтальными струями: диаметр размывающих сопел d₀ = 4,5мм, диаметр тангенциальных сопел d_0т = 2,6мм, угол наклона размывающих сопел б = 30°. Количество размывающих сопел n_с = 2.

5. Установлены транспортирующая способность водного потока , создаваемого расходом дренопромывочного устройства с тыльными и фронтальными струями ; действительная плотность пульпы и необходимое количество проходов дренопромывочного устройства n_n = 2 по промываемому участку дрены.

6. Обоснованы наружный диаметр d_шн= 25мм водоподающего шланга; величина напора на выходе из насоса дренопромывочной машины Н =100м, а также параметры шлангоподающего устройства: диаметр шкива D_ш= 580мм, диаметр прижимающих роликов по кругу катания d_р = 20мм, количество прижимающих роликов z = 19шт, угол обхвата шкива б = 90^о.

7. Теоретические исследования позволили получить математические модели для определения окружного F_t и прижимающего F_пр усилий, действующих на водоподающий шланг и шкив шлангоподающего устройства, а также установить факторы, влияющие на проталкивающие свойства шлангоподающего устройства.

8. Разработанная методика и математические модели позволяют определить сопротивление перемещению F_с водоподающего шланга и дренопромывочного устройства как с фронтальными, так и с тыльными струями.

9. Применение дренопромывочной машины ДПМ-1 с шлангоподающим устройством обеспечивает длину промывки дренажных труб с одной позиции для дренопромывочного устройства с тыльными струями - 270м, для дренопромывочного устройства с фронтальными струями - 260м, при этом степень очистки внутренней полости дренажных труб возрастает до 95%.

10. Обоснованы технологические схемы производства работ по очистке трубчатой дренажной сети оросительных систем, которые позволяют уменьшить потребность в машино-сменах (на 1000м дрены) с 8,36 маш/смен (по существующей технологии) до 1,57 маш/смен (по предлагаемой технологии) и снизить удельные эксплуатационные затраты комплекса машин с 19,05 руб./м до 7,89 руб./м.

11. Применение усовершенствованной технологии гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем позволяет механизировать основные технологические операции, повысить производительность комплекса машин при очистке дренажных труб с 35 м/ч (по существующей технологии) до 135 м/ч (по усовершенствованной технологии), а также снизить удельный расход воды на промывку 1м дрены с 70 л/м до 17 л/м.

12. Предлагаемая технология гидромеханизированной очистки трубчатой дренажной сети оросительных систем позволяет получить годовой экономический эффект в размере 710,2 тыс. руб. на один комплекс машин, а также повысить продуктивность орошаемых земель (по отчётным данным хозяйств при возделывании озимой пшеницы на 11 - 15%, кукурузы на зеленый корм 8 - 12%).

Рекомендации производству

1. С целью снижения энергозатрат при очистке трубчатой дренажной сети оросительных систем необходимо применять низконапорный способ (Н = 100м) очистки дренажных труб и дренопромывочную машину ДПМ-1.

2. Для исключения отрывки технологических шурфов по трассе дрены необходимо использовать шлангоподающее устройство и полиэтиленовый шланг (материал шланга ПЭ-80) с наружным диаметром 25мм.

3. Применение активных дренопромывочных устройств с тыльными и фронтальными струями повысит степень очистки дренажных труб до 95%.

4. Для повышения производительности комплекса машин по очистке трубчатой дренажной сети оросительных систем с 35м/ч до 135м/ч и снижения удельных эксплуатационных затрат с 19,05 руб./м до 7,89 руб./м целесообразно применять усовершенствованную технологию и схемы производства работ.

Список основных работ по теме диссертации

Монография

1. Михеев, А.В. Размыв илистых отложений в дренажных трубах зоны орошения: [монография] Ростов н/Д: Изд-во ЮФУ, 2007. - 106 с.

Список работ, опубликованных в рекомендуемых ВАК изданиях

2. Михеев, А.В. К обоснованию некоторых параметров дренопромывочных машин/ А.В. Михеев, А.А. Коршиков // Мелиорация и водное хозяйство- - 1995. №6. - с. 19. (75% автора)

3. Михеев, А.В. Обоснование комплекса машин для строительства дренажа / А.В. Михеев, А.А. Коршиков // Мелиорация и водное хозяйство.- 1995.- - №5. - С. 52-53. (70% автора)

4. Михеев, А.В. Конструкция рабочего органа низконапорного дренопромывочного устройства (АДПН-250) / А.В. Михеев, А.А. Коршиков, Н.П Долматов // Мелиорация и водное хозяйство. - 2000.- №5. - С. 27-28 (70% автора)

5. Михеев, А.В. Технология низконапорной очистки закрытых дрен / А.В. Михеев, А.А. Коршиков, Н.П. Долматов // Мелиорация и водное хозяйство. - - 2001. - №5. - С. 36-37 (60% автора)

6. Михеев, А.В. Устройство для очистки внутренней поверхности дренажных труб / А.В. Михеев, А.А. Коршиков, Л.И. Назаренко// Строительно-дорожные машины - 2004. - №7. - С. (70% автора)

7. Михеев, А.В. Пути улучшения закрытого горизонтального дренажа на Северном Кавказе / А.В. Михеев, В.В. Журба // Вестник РАСХН. - 2005. - - №4. - С. 22-23 (80% автора)

8. Михеев, А.В. Перспективы комплексно-механизированных работ по эксплуатации закрытого горизонтального дренажа в зоне орошения // Вестник Донского гос. тех. ун-та. 2005. - Т.5 №5(27). - С. 712-720

9. Михеев, А.В. Определение размывающей скорости при очистке дренажных труб // Мелиорация и водное хозяйство.- 2007.- №4.- С.71-72

Патенты

10. Свидетельство на полезную модель 31342 Российская Федерация, 7 В 08 В 9/04, 9/053 Устройство для очистки внутренней поверхности дренажных труб / Михеев А.В., Коршиков А.А., Назаренко Л.И.; Организация. - Российское агентство по патентам и товарным знакам №2001118876/20 заявл. 06.07.2001; опубл. 10.08.2003 Бюл. №22

11. Патент №. 2238373 Российская Федерация, МПК⁷ E 03 F 3/06 F 16 L 1/028 Способ укладки гибких трубопроводов / Михеев А.В., Михайлин А.А., Шуньков В.И., Назаренко Л.И.; Организация. - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам №2001135940 заявл. 27.12.2001; опубл. 27.08.2003 Бюл. №24

12. Патент №78895 Российская Федерация, МКП F16L 1/100 (2006.01) Шлангоподающее устройство /Михеев А.В., Журба В.В. Организация. - Федеральная служба по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам №2008129002 заявл. 15.07.2008; опубл. 10.12.2008 Бюл. №34

Статьи, опубликованные в сборниках научных конференций и симпозиумов

13. Михеев, А.В. Установка для исследования гидравлических струй дренопромывочной насадки / А.В. Михеев, А.А. Коршиков // Совершенствование дренажных систем в зоне орошения: тез. докл. участников науч.-прак. семинара Новочерк. гос. мелиор. Акад.; / под ред. А.А. Коршикова, - Новочеркасск, 1996. - С.11. (70% автора)

14. Михеев, А.В. Исследование эффективности действия гидравлических струй дренопромывочной насадки / А.В. Михеев, А.А. Коршиков // Агропромышленные машины и оборудование (теория, конструкция, расчет): сб. науч. тр. НГМА. - Новочеркасск, 1996. - Вып. 2. - С.21-25. (80% автора)

15. Михеев, А.В. Лабораторные исследования параметров дренопромывочной насадки // Актуальные вопросы мелиораций и природопользования: тез. докл. науч.-техн. конф. аспирантов и студентов/ (27мая 1997 г.)/ НГМА. - - Новочеркасск, 1997. - С.35-36.

16. Михеев, А.В. Обоснование параметров низконапорного дренопромывочного устройства АДПН-250 / А.В. Михеев, Н.П. Долматов // Агропромышленные машины и оборудование (теория, конструкция, расчет): сб. науч тр. / НГМА. - - Новочеркасск, 2000. - Вып. 4. - С.48-56 (50% автора)

17. Михеев, А.В. Экономико-математическая модель состава машин в звене по очистке ЗГД / А.В. Михеев, Н.П. Долматов // Агропромышленные машины и оборудование (теория, конструкция, расчет): сб. науч. тр./ НГМА.- - Новочеркасск, 2000. - Вып. 4. - С. 57-62 (70% автора)

18. Михеев, А.В. Расчет парка машин в звене по очистке ЗГД на оросительных системах / А.В. Михеев, Н.П. Долматов // Агропромышленные машины и оборудование (теория, конструкция, расчет). сб. науч. тр./ НГМА.- - Новочеркасск, 2000. - Вып. 4. - С. 63-67. (70% автора)

19. Михеев, А.В. Математическая модель технологического процесса очистки дренажа в зоне орошения / А.В. Михеев, А.А. Н.П. Долматов // Моделирование, теория, методы и средства: материалы междунар. науч.- -практ. конф. / ЮРГТУ. - Новочеркасск, 2001. - ч: 4. - С. 34-37 (70% автора)

20. Михеев, А.В. Математическая модель гидравлических потерь напора в дренопромывочном устройстве / А.В. Михеев, Н.П. Долматов // Моделирование, теория, методы и средства.: материалы междунар. науч.-практич. конф. / ЮРГТУ. - Новочеркасск, 2001. - ч. 8 - С. 26-29 (50% автора)

21. Михеев, А.В. Устройство для автоматической подачи шланга в дрену / А.В. Михеев, А.В. Гербст // Совершенствование технологии и средств механизации производственных процессов в АПК: тез. докл. межвуз. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и препод. / НГМА. - Новочеркасск, 2001. - С. 14 (80% автора)

22. Михеев, А.В. Пути повышения эффективности работы дренажных систем // Совершенствование технологии и средств механизации производственных процессов в АПК: тез. докл. межвуз. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и препод. / НГМА. - Новочеркасск, 2001. - С. 12-13

23. Михеев, А.В. Перспективы развития дренажных работ в зоне орошения // Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе: 1-я Рос. науч.-практ. конф.: сб. науч.-трудов (июнь, 2001) / СГСХА. - Ставрополь, 2001. - т.1 - С. 130-132

24. Михеев, А.В. Влияние скорости подачи дренопромывочной головки на степень очистки дренажной трубы // Агропромышленные машины и оборудование (теория, конструкция, расчет): сб. науч. тр. / НГМА. - Новочеркасск, 2002. - Вып.5 - С. 64-68.

25. Михеев, А.В. Влияние сопротивления перемещению водоподающего шланга на дальность промывки дренажных труб с одной позиции / А.В. Михеев, В.В. Журба // Мелиорация и водное хозяйство: материалы рег. науч. - практ. конф., посвящ. 95-летию мелиоративного образования на Юге России./ ФГОУ ВПО НГМА. - Новочеркасск, 2003. - Т.2. - С. 55-57 (65% автора)

26. Михеев, А.В. Обоснование диаметра лобовой струи дренопромывочного устройства / А.В. Михеев, В.В. Журба // Актуальные проблемы мелиорации и водного хозяйства Юга России: науч.-практ. конф. сотрудников, аспирантов и студентов / НГМА. - Новочеркасск: НГМА, 2003. - С. 107-115 (80% автора)

27. Михеев, А.В. Предпосылки к определению основных параметров дренопромывочной головки // Совершенствование рабочих органов машин, технологии и организации производства работ в АПК (23 мая 2003 г.) тез. докл. межвуз. науч.-практ. семинар студ. аспирантов, препод. и спец. произв. предприятий / НГМА - Новочеркасск: НГМА, 2003. - С. 13-14.

28. Михеев, А.В. Обоснование основных геометрических параметров дренопромывочного устройства // Мелиорация и водное хозяйство: Материалы науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию акад. Б.Б. Шумакова (10 сент. 2003г. г. Новочеркасск): / ФГОУ ВПО НГМА, ФГНУ РосНИИПМ.- Новочеркасск: ООО НПО "ТЕМП", 2003.- Вып. 1.- С. 93-96.

29. Михеев, А.В. Низконапорная технология промывки дренажных труб в зоне орошения / А.В. Михеев, А.А. Коршиков В.В. Журба// Рабочие органы машин и технологии работ в АПК (разработки ученых - производству)/ ФГОУ ВПО НГМА; под ред. А.А. Коршикова - Новочеркасск, 2004. - С. 8-13 (60% автора)

30. Михеев, А.В. Сопротивление перемещению водоподающего шланга внутри дренажного трубопровода / А.В. Михеев, В.В. Журба // Агропромышленные машины и оборудование (теория, конструкция, расчет): сб. трудов НГМА. - Новочеркасск, 2004. - Вып. 6. - С. 32-36 (70% автора)

31. Михеев, А.В. Механизация перемещения водоподающего шланга внутри дренажного трубопровода / А.В. Михеев, В.В. Журба // ЦНТИ. "Мелиоводинформ" / Вопросы мелиорации ЦНТИ. "Мелиоводинформ" - 2004. - № 3-4 - - С. 51-55 (70% автора)

32. Михеев, А.В. Низконапорная технология промывки дренажных труб в зоне орошения / А.В. Михеев, А.А. Коршиков, В.В Журба // Теория и проектирование сельскохозяйственных машин и оборудования: материалы Всерос. науч.-техн. конф., посвященной 100 - летию со дня рождения И.И. Смирнова / под ред. Г.Н. Дьяченко.- Ростов н/Д: Изд. центр ДГТУ, 2004.- С. 35-40 (70% автора)

33. Михеев, А.В. Пути повышения эффективности эксплуатации закрытого горизонтального дренажа в зоне орошения // Экологические проблемы природопользования в мелиоративном земледелии: материалы междунар. науч.-практ. конф. / М-во с-х. Р.Ф. отд-ние мелиор., водн. х-ва Россельхоз акад. ФГОУ - Новочеркасск: ООО НПО «Темп», 2006. - Т. 1. - С. 46-54

34. Михеев, А.В. Оптимизация параметров шлангоподающего механизма дренопромывщика / А.В. Михеев, В.В. Журба, А.Г. Кондратьев // Совершенствование рабочих органов машин, технологии и организации производства работ в АПК: сб. науч. трудов - Новочеркасск, 2006. - Вып. 7.- С. 11-29 (60% автора)

35. Михеев, А.В. Современная технология ухода за дренажом в зоне орошения / А.В. Михеев, В.В. Журба // Совершенствование рабочих органов машин, технологии и организации производства работ в АПК: межвуз. науч.- -практ. семинар / НГМА-Новочеркасск, 2007.-С.20-22 (80% автора)

36. Михеев, А.В. Анализ конструкций ДПУ, применяемых для размыва илистых отложений внутри дренажных труб // Мелиорация и водное хозяйство: материалы науч. - практ. конф. «Современные проблемы мелиорации и водного хозяйства Южного Федерального округа» (Шумаковские чтения совместно с заседанием секции РАСХН), 9-10 нояб. 2006г., г. Новочеркасск) / НГМА. - Новочеркасск: Оникс+, 2007. - Вып. 5.- Т.1.- С. 170-174.

Размещено на Allbest.ru