Распределение газо-жидкостной струи жидких мелиорантов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЗО-ЖИДКОСТНОЙ СТРУИ ЖИДКИХ МЕЛИОРАНТОВ

Васильев Алексей Анатольевич

кандидат технических наук, доцент

Нижегородский государственный инженерно-экономический университет

кафедра Техническое обслуживание, организация перевозок и управление на транспорте

г. Княгинино, Россия

Аннотация: В статье рассматривается процесс распределения жидких мелиорантов на поверхность их внесения устройством для внесения жидких мелиорантов. Само устройство крепится к почвообрабатывающему рабочему органу - плоскорежущей лапе культиватора-глубокорыхлителя. Исследования проводились в лабораторных условиях и были направлены на определение размеров диаметров отверстий для создания качественного факела распыла газо-жидкостной струи мелиорантов.

Ключевые слова: жидкие мелиоранты, диаметры отверстий, факел распыла, газо-жидкостная струя, сборник с мерными емкостями

Abstract: The article deals with the process of distribution of liquid meliorants on the surface of their application device for the introduction of liquid meliorants. The device itself is attached to tillage working body - ploskorezy claw cultivator-subsoiler. Studies were conducted in the laboratory and were aimed at determining the size of the diameter of the holes to create a high-quality spray torch gas-liquid jet of meliorants.

Keywords: liquid meliorate, diameters of holes, spray pattern, gas-liquid stream, the volume of the measuring containers

Жидкие мелиоранты - это вещества в виде растворов и эмульсий, которые оказывают влияние на процессы, проходящие в почве, способные аккумулировать влагу и обладающие сорбционными свойствами, а также повышают механическую прочность [1, 2]. Внесение жидких мелиорантов производится почвообрабатывающим рабочим органом, в качестве которого выступает плоскорежущая лапа [3]. Непосредственно в подлаповое пространство рабочего органа крепится устройство для внесения жидких мелиорантов [4]. В процессе работы плоскорежущая лапа подрезает пласт почвы и приподнимает его, в результате чего образуется пространство, куда устройство распыляет жидкие мелиоранты. Мелиоранты распределяются на гладкую поверхность дна борозды. Качество распределения жидкости зависит от параметров устройства, а именно от размеров диаметров отверстий и напора [5, 6].

Устройство для внесения жидких мелиорантов представляет собой два трубопровода, где один трубопровод установлен в другой и соосно просверлены отверстия (рис. 1). Во внутренний трубопровод подается сжатый воздух, а в полость между трубами жидкие мелиоранты. Сжатый воздух, выходя из отверстия внутреннего трубопровода, воздействует на жидкость и выталкивает ее в отверстие наружного трубопровода, в результате чего образуется газо-жидкостная струя, которая распределяется на вносимую поверхность. Также между трубопроводами располагается спиральный винт, который предотвращает от забивания отверстия инородными включениями и позволяет равномерно распределять жидкость по длине устройства, что приводит к одинаковому выходу объема мелиорантов из всех отверстий.

Рис. 1. Устройство для внесения жидких мелиорантов в разрезе: 1 - поводок для привода спирального винта; 2 - наружный трубопровод; 3 - внутренний трубопровод; 4 - спиральный винт.

В лабораторных условиях проводились исследования устройства для внесения жидких мелиорантов по определению основных параметров. Основной упор делался на выявления оптимальных размеров диаметров отверстий для создания качественного распыла струи жидкости. Принимая во внимание, образующееся в процессе почвообработки плоскорежущей лапой пространство как небольшое, то длина струи также должна соответствовать возможности распределения по плужной подошве до укладки пласта почвы.

Для определения качества распределения капель жидкости по поверхности использовали ловушку с точечным расположение множества емкостей, заполнение которых позволяет визуально наблюдать падение капель на вносимую поверхность, как по ширине, так и по длине (рис. 2). Используя различные комбинации размеров диаметров отверстий в трубопроводах, опытным путем подобрали оптимальные значения, которые являются рациональными для качественного внесения жидких мелиорантов при плоскорезной обработке почвы.

Рис. 2. Распыление жидких мелиорантов на поверхность ловушки с емкостями: а) D_н = 7 мм; d_в = 4 мм; б) D_н = 4 мм; d_в = 2 мм.

жидкий мелиорант факел распыл струя

Точечное размещение емкостей на поверхности ловушки позволяет определить область распространения капель жидкости, а их заполнение равномерное внесение мелиорантов [7].

В трубопроводах устройства для внесения жидких мелиорантов проводился подбор различных комбинаций размеров диаметров отверстий, что позволило визуально наблюдать разные факелы распыла жидкости, длину газо-жидкостной струи и область ее распределения по поверхности ловушки.

Итоги анализа экспериментальных исследований распыла струи жидких мелиорантов представлены в виде фигурных графиков на рисунке 3. Представленные фигуры представляют собой факел струи выходящей из выходного отверстия наружной трубопровода устройства [8]. Для наглядного отображения качества распределения мелиорантов использовали различные комбинации размеров диаметров отверстий внутреннего и наружного трубопроводов.

Рис. 3. Факел распыла газо-жидкостной струи жидких мелиорантов на поверхность ловушки с емкостями при различных размерах диаметров отверстий трубопроводов

Проведенный анализ полученных результатов по различным комбинациям размеров отверстий внутреннего (d_в) и наружного (D_н) трубопроводов позволяет судить о том, что рациональными значениями являются 5 мм и 7 мм соответственно (рис. 3, комбинация 4). При этих значениях диаметров отверстий факел струи компактно распыляется на поверхности ловушки.

По области распределения струи жидких мелиорантов на ловушке определятся ее ширина и длина. Параметры струи жидкости, которая создается посредством воздействия сжатого воздуха, выходящего из отверстия внутреннего трубопровода, на жидкость, находящуюся в межтрубном пространстве, позволяют найти оптимальное количество данных отверстий для равномерного распределения по длине устройства. В результате происходит процесс распыла жидкости в пространство, которое образуется при подрезании пласта почвы рабочим органом почвообрабатывающим агрегатом, и полное распределение мелиорантов на обрабатываемом участке.

Так как плоскорежущая лапа имеет правый и левый лемех, то соответственно и устройство для внесения жидких мелиорантов состоит из двух секций, которые непосредственно крепятся к лемехам. По итогам исследований выявлено, что на одну секцию приходится пять-шесть отверстий в трубопроводах по длине, при их значениях - внутренний диаметр отверстия - 5 мм (d_в), наружное - 7 мм (D_н). Данные значения обеспечивают незначительное перекрещивание струй жидкости, что позволяет полностью достичь равномерного внесения жидких мелиорантов.

Длина газо-жидкостной струи определяется моментом, когда пласт почвы, образующийся, в процессе обработки плоскорежущей лапой опускается на дно борозды. То есть, струя жидких мелиорантов распределяется непосредственно по дну борозды. По результатам полевых и лабораторных исследований данный момент наблюдается при комбинациях 3 и 4 (рис. 3).

В процессе внесения жидких мелиорантов используется сжатый воздух, который подается во внутренний трубопровод и далее воздействует на мелиоранты, что позволяет их распылить на поверхность. Давление подаваемого сжатого воздуха влияет на объем внесения жидких мелиорантов. По результатам исследований значения сжатого воздуха составило 0,2-0,6 МПа (рис. 4). Эти значения являются оптимальными, так как превышение данных показателей выше 0,6 МПа сжатый воздух

При исследовании применяли значения от 0,2 до 0,6 МПа, время распыла установившейся газо-жидкостной струи 30 секунд.

На рисунке 4 представлен график кривых объема жидкости при воздействии на нее различного напора сжатого воздуха. В процессе эксперимента менялись диаметры выходных отверстий трубопровода рабочего органа.

Рабочим диапазоном давления сжатого воздуха, оказывающего на жидкость при выходе из отверстий трубопровода рабочего органа для внесения жидких мелиорантов можно считать 0,3…0,5 МПа (рисунок 4). В этом случае объем выливаемой жидкости равномерно повышается и не наблюдается заметных скачков при изменении напора воздуха.

При увеличении давления выше 0,5 МПа наблюдается резкое падение объема распыляемой жидкости (рисунок 4). Обуславливается это тем, что на выходе из трубопровода сжатый воздух начинает вытеснять жидкость вследствие более высокого давления.

Рис. 4. Объем жидкости при различных значениях сжатого воздуха

Таким образом, проведенные исследования устройства для внесения жидких мелиорантов, в лабораторных условиях, были направлены на определение основных параметров данного устройства с целью создания качественной распыленной жидкости и ее равномерного распределения на вносимую поверхность. Данная цель была достигнута при подборе различных значений размеров диаметров отверстий, влияющих на распыл жидкости. Рациональными значениями отверстий внутреннего и наружного трубопроводов являются 5 мм и 7 мм соответственно. При этих значениях диаметров отверстий факел струи компактно распыляется на поверхность. Количество отверстий - 5-6 в трубопроводах. Рабочее давление составляет 0,3…0,5 МПа, которое необходимо создать в устройстве.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Алексеев, В. В. Изучение влияния механического воздействия на скорость и объем поглощения влаги почвой / В. В. Алексеев, И. И. Максимов, П. В. Мишин // Вестник НГИЭИ. - 2018. - № 7 (86). - С. 18?28.

2. Васильев, А. А. Анализ воздействия мелиорантов в почве при выращивании культурных растений / А. А. Васильев, С. А. Васильев, Л. Н. Горин // Ростовский научный журнал. - 2017. - № 12. - С. 422-427.

3. Алексеев, В. В., Изучение динамики потенциала эрозионной стойкости почв в течение вегетационного периода для проектирования противоэрозионных мероприятий / В.В. Алексеев, И. И. Максимов, Н. А. Фирсова // Вестник НГИЭИ. - 2017. - №11 (78). - С. 33-46.

4. Васильев, А. А. Устройство для внесения в почву жидких мелиорантов при плоскорезной обработке / А. А. Васильев, С. А. Васильев // Труды ГОСНИТИ. - 2013. - Т. 111. - №1. - С. 181-184.

5. Васильев, А. А. Обоснование основных параметров рабочего органа для внесения жидких мелиорантов при безотвальной обработке почвы: автореф. дис. … канд. техн. наук : 05.20.01 / Васильев Алексей Анатольевич. - Чебоксары, 2002. - 22 с.

6. Алексеев, Е. П. Анализ конструкции почвообрабатывающих рабочих органов /Е. П. Алексеев, А. А. Васильев // В сборнике: Развитие аграрной науки как важнейшее условие эффективного функционирования агропромышленного комплекса страны. Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 70-летию со дня рождения заслуженного работника высшей школы Чувашской Республики и Российской Федерации, д. в. н., проф. Кириллова Николая Кирилловича. - 2018. - С. 318-321.

7. Vasilyev, A A Elaborating of the device for the importation of liquid ameliorants into the soil / S A Vasilyev, I I Maximov, A A Vasilyev, E A Vasilyeva // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 450 (2018) 062008 (doi:10.1088/1757-899X/450/6/062008).

8. Алексеев, Е. П. Метод определения направления движения водного потока на агроландшафте склоновых земель / Е. П. Алексеев, С. А. Васильев, И. И. Максимов, А. Н. Михайлов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. - 2017. Т. 12. - № 4 (46). - С. 72-77.

Размещено на Allbest.ru