Проектування мобільних дощувальних машин з урахуванням екологічних і економічних факторів

Размещено на http://www.allbest.ru//

Проектування мобільних дощувальних машин з урахуванням екологічних і економічних факторів

Науменко І.І., д.т.н., професор

Запропоновані залежності для вибору економічних параметрів трубопроводів-шлангів та діаметрів барабанів мобільних дощувальних машин, а також залежності для визначення допустимих крапель дощу, допустимих інтенсивностей дощу, схем розміщення дощувальних насадок на розподільчих трубопроводах дощувальних машин фронтальної дії, які сприяють збереженню структури грунту.

The article considers the dependences for choice economic parameters pipelines-hose and diameters of drums mobil sprinkling machines, and the dependences for defining the permissible drops of rain, the permissible intensive of rain, the scheme placing of sprinkling jets on distribution pipelines of sprinkling machines with front operation, which promote of preservation structure of soil.

Актуальність теми. Для підвищення ефективності зрошення та збереження структури грунту при штучному дощуванні необхідно у першу чергу щоб інтенсивність штучного дощу не перевищувала водовбирну здатність грунту та розміри крапель дощу були придатні для вирощування сільськогосподарських культур [ 1 ].

Енергоємність дощувальної машини можна зменшити шляхом зменшення її напірності, зменшення втрат потужності на транспортування води. Але в цьому разі потрібно забезпечити утворення якісного штучного дощу за розмірами крапель, інтенсивністю дощу та рівномірністю зрошення.

Розглянемо можливі способи розв'язання вищеперерахованих науково-практичних завдань.

Принципи утворення якісного штучного дощу

Для забезпечення рослин якісним дощем у роботі [ 1 ] використана залежність

, (1)

дощувальний машина трубопровід

де - напір у розподільчому трубопроводі дощувальної машини перед дощувальною насадкою; - діаметр дощувальної насадки. У табл.1 наведені загальні вимоги сільськогосподарських культур до розмірів крапель дощу, а у табл.2 - розміри крапель дощу залежно від напору та параметра .

Таблиця 1

Вимоги сільськогосподарських культур до розпаду струменя води на краплі [ 1 ]

Таблиця 2

Розміри крапель дощу (мм), утворених короткоструминними

дощувальними насадками секторної дії

Порівнюючи результати розрахунків, що наведені у табл.2 з вимогами сільськогосподарських культур (табл.1), можна зробити висновок, що при діаметрах насадок при напорах можна забезпечити розміри крапель дощу, який придатний для вирощування всіх сільськогосподарських культур.

Окрім наведених вимог до розмірів крапель дощу для утворення якісного зрошення, потрібно забезпечити необхідну рівномірність та інтенсивність дощу.

У сучасних нормах [ 3 ] технологічні параметри дощувальних машин обгрунтовують величиною достокових поливних норм, які враховують інтенсивність дощу, що утворюється дощувальною машиною; тип грунту; похил місцевості; швидкість вітру; вегетаційний стан рослин на зрошувальній площі.

Отже, достокову поливну норму можна представити функцією:

, (2)

де - інтенсивність дощу, мм/хв.; - водовбирна швидкість грунту, мм/хв.; - похил місцевості; - швидкість вітру, м/хв.; - параметр, що враховує вегетаційний стан рослин.

Із залежності (2) можна отримати елементарне справедливе співвідношення:

, (3)

Отже, у кожному разі поливна норма буде достоковою якщо інтенсивність дощу буде меншою за водовбирну здатність грунту , тому що вона залежить від решти параметрів функції (2), тобто

 тип грунту, . (4)

Значення достокової поливної норми як функції (2) можна визначати за номограмою [ 3 ] рис.1.

Використовуючи номограму рис.1, визначення величин виконується за маршрутом aбcdef.

800 700 600 500 400 300 200 100 , м3/га

Рис.1. Номограма для визначення достокової поливної норми

Зазначимо, що використовуючи на дощувальних машинах короткоструминні насадки секторної дії, маємо куполоподібний факел інтенсивностей дощу. Тому для забезпечення достатньої рівномірності поливу потрібно враховувати схему розміщення дощувальних насадок на розподільчому трубопроводі дощувальної машини.

На рис.2 зображені пропонуємі нами принципові схеми розміщення дощувальних насадок секторної дії на розподільчих трубопроводах.

Схема рис.2,в відрізняється від схеми рис.2,а тим, що між кожними двома дощувальними насадками більшого діаметра встановлюється насадка меншого діаметра. У цьому разі можна підвищити рівномірність зрошення, зменшити витрати поливної води, зменшити витрати енергії на транспортування води.

Рис.2.Принципові схеми розміщення короткоструминних дощувальних насадок на розподільчому трубопроводі дощувальної машини фронтальної дії:

а - факели дощу насадок однакових розмірів діють в одному напрямі;

б - факели дощу насадок однакових розмірів діють в протилежних напрямах;

- факели дощу насадок різних розмірів діють в одному напрямі.

На рис.2 маємо наступні позначення:

- віддалі між дощувальними насадками;

- ширина смуги дощу дощувальної машини;

- конструктивна довжина двох консолей розподільчого трубопроводу;

- ширина смуги дощу, утвореного факелами дощу насадок;

- напір води на початку розподільчого трубопроводу;

- загальна витрата розподільчого трубопроводу.

За умови використання схеми рис.2,б збільшується у два рази ширина смуги дощу у порівнянні зі схемами рис.2,а,в. Схема рис.2,б може бути перспективною при позиційному зрошенні слабоводопроникливих грунтів.

Зазначимо, що з будь-якою схемою розміщення дощувальних насадок, максимальні інтенсивності дощу не повинні перевищувати водовбирну швидкість грунту.

Віддалі між дощувальними насадками для схем рис.2 пропонуємо визначати за формулами:

схеми рис.2,а,б:

, (5)

де - радіус дуги сектора, на якій інтенсивність дощу . У формулах (5), (6) - - середня інтенсивність дощу; - найбільша інтенсивність дощу на факелі дощу, обмеженого кутом .

схеми рис.2, в:

, (6)

де - радіус дуги сектора, на якій інтенсивність дощу

Принцип вибору раціональних параметрів трубопроводу-шланга

та діаметра барабана мобільної шлангобарабанної установки

Порівняння варіантів обладнання, що складається з трубопроводу-шланга та барабана-котушки, на який намотується цей трубопровід мобільної дощувальної машини, потрібно виконувати з урахуванням втрат потужності при транспортуванні води трубопроводом.

Питому потужність, яка витрачається на транспортування витрати можна визначити за формулою:

, (7)

де - питома вага води; - коефіцієнт корисної дії насоса; - витрата; - напір; - втрати потужності.

Розглядаючи два варіанти обладнання трубопровід-барабан, та використовуючи залежність (7) отримаємо залежність для визначення економії потужності:

(8)

де >.

За формулою (8) визначаємо економію потужності при використанні варіанта 2, для якого втрати напору дорівнюють .

Якщо const і діаметр трубопроводу const, а змінюються тільки діаметри барабана- котушки , то

(9)

де коефіцієнти гідравлічного тертя плавнозігнутого трубопроводу-шланга на барабані-котушці з діаметрами ; причому < , а < .

Висновок

Комбінуючи варіанти співвідношень діаметрів трубопроводів-шлангів і діаметрів барабанів-котушок та витрат мобільних дощувальних машин шлангобарабанного типу, можна досягти зменшення енергозатрат на транспортування води трубопроводом-шлангом від 7 до 50% [ 8 ].

Література

1. Гринь Ю.І. Удосконалення зрошувальних систем на основі ресурсозберігаючих технологій та засобів зрошення. // Дисертація на здобуття наук. ступеня докт.техн.наук. К.: ІГіМ УААН. 2000. - 400 с.

2. Гринь Ю.І., Пашкевич О.І. Дослідження і розрахунки гідравлічних характеристик дощувальних насадок секторної дії та дроселюючих пристроїв насадок // Вісник НУВГП. Зб.наук. праць. Вип.3(27) Рівне. 2004. - с.123-131.

3. Гринь Ю.І., Лелявська Л.Б., Пензев О.Ф., Пашкевич О.І., Черепанов В.С., Демянюк О.С., Єсаулов В.П. Рекомендації з удосконалення існуючих систем подачі води від насосної станції до дощувальної машини. ВДН 33-3.3-08-2003. Держводгосп України. К.: 2003. - 58 с.

4. Гринь Ю.І., Вельбик А.Г., Пашкевич О.І. Перспективи використання шлангобарабанних установок в Україні // Меліорація і водне господарство. Вип. 91. К.: Аграрна наука. 2004.- с.218-226.

5. Науменко І.І., Пашкевич О.І. Дослідження гідравлічних опорів у поліетиленових плавнозігнутих трубопроводах // Вісник УДУВГП, частина 5. Вип.5 (18). Рівне. 2002. - с. 121-129.

6. Пашкевич О.І. Дослідження витратно-напірних характеристик короткоструминних дощувальних насадок секторної дії та їх гідравлічні розрахунки. // Вісник УДУВГП. Зб.наук.праць. Вип.2 (26). Рівне. 2004. - с.185-194.

7. Рекомендації по зменшенню питомих витрат електроенергії в комплексі «Насосна станція-зрошувальна мережа-дощувальна машина». ВДН 33.-3.3-04-2001. Держводгосп України. К.: 2001.- 47 с.

8. Науменко І.І., Пашкевич О.І. Критерії вибору параметрів дощувальних насадок секторної дії та схем їх розміщення на розподільчому трубопроводі дощувальної машини. // Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво. Зб.наук.праць Вип.31. Рівне. 2007.- с.252-261.

Размещено на Allbest.ru