ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ - Удосконалення методів розрахунку засобів дощування, розподільчих і транзитних трубопроводів дощувальних машин фронтальної дії

Дощування транзитний трубопровід

У першому розділі "Аналіз основних напрямків удосконалення та розвитку дощувальних машин в Україні" розглянуто сучасний стан зрошувальних систем України, сучасний стан поливної техніки в Україні та її потреба для сільського господарства, основні принципи і напрямки розвитку поливної техніки, сформульовані основні висновки та завдання роботи.

Реформування сільського господарства призвело до збільшення землекористувачів зрошуваних земель і зменшення площ зрошення, які в окремих господарствах не перевищують 2-20га. Широкозахватні дощувальні машини "Фрегат", "Дніпро", ДДА-100МА не можна використати в господарствах з такими малими площами зрошення.

Зменшення площ сільськогосподарських угідь у господарствах створило проблему технологічної цілісності типового поливного модуля площею 800-1200га, який став належати окремим групам землекористувачів з різною формою власності.

У дисертації наведені дані про площі зрошуваних земель в Україні у господарствах різних категорії власників (сільськогосподарські підприємства, фермерські господарства, ділянки сільгоспвиробників, власні підсобні господарства).

Кількість роботоспроможних дощувальних машин у 1994 році було 32 тис., а у 2003 році стало 4,685 тис.

Станом на 2004 рік для сільськогосподарських підприємств України потрібно 24300 дощувальних машин у тому числі 2430 мобільних.

Розглянувши сучасний стан зрошувальних систем та поливної техніки в Україні, зроблено наступні висновки:

    1. Підвищення ефективності сільськогосподарського виробництва в Україні на зрошуваних землях неможливе без розвитку та модернізації систем і поливної техніки. 2. Модернізацію і розвиток зрошувальних систем і поливної техніки потрібно здійснювати з урахуванням охорони довкілля, економії матеріальних і енергетичних ресурсів, створення нових типових модулів зрошуваних площ. 3. Модернізацію та реконструкцію зрошуваної мережі потрібно здійснювати з урахуванням можливості її використання для сумісної роботи широкозахватних дощувальних машин та мобільних установок для зрошення невеликих ділянок площею 5-20га. 4. З метою економії матеріальних ресурсів, економії енергії, збереження земельних ресурсів для розробки нових мобільних дощувальних машин потрібно удосконалити методику розрахунку параметрів розподільчих трубопроводів нового поливного обладнання фронтальної дії, методику вибору оптимальних діаметрів та довжини водопроводів-шлангів шлангобарабанних установок. 5. Для економії зрошувальної води та підвищення ефективності зрошення потрібно удосконалити методику вибору конструкції та параметрів дощувальних насадок і методику їх розміщення на розподільчих трубопроводах дощувальних машин.

У другому розділі "Дослідження закономірностей гідравлічних опорів у трубопроводах дощувальних машин фронтальної дії" наведено аналіз існуючих залежностей для гідравлічних розрахунків розподільчих трубопроводів та плавнозігнутих транзитних трубопроводів, виконані дослідження гідравлічних опорів у трубопроводах з дискретним зменшенням витрат уздовж трубопроводів, дослідження гідравлічних опорів і втрат напору у плавнозігнутих транзитних трубопроводах шлангобарабанних дощувальних машин. На основі цих досліджень розроблені аналітичні залежності для гідравлічних розрахунків розподільчих трубопроводів дощувальних машин фронтальної дії та трубопроводів-шлангів мобільних шлангобарабанних дощувальних машин.

Аналізуючи залежності, що використовували А. М. Кравчук, І. І. Науменко, О. О. Федорець та інші, для гідравлічних розрахунків розподільчих трубопроводів та технологічні схеми розміщення дощувальних насадок на розподільчих трубопроводах дощувальних машин, ми дійшли висновку, що при дискретному зменшенні витрат уздовж трубопроводів через віддалі для дослідження закономірностей формування гідравлічних опорів доцільно використовувати рівняння зміни питомої механічної енергії між двома суміжними точками відбирання рідини.

Дослідження коефіцієнтів ми виконали при дискретності зміни витрат та числа Рейнольдса Re = 7500...120000, які охоплюють весь діапазон чисел Re, що можуть бути в розподільчих трубопроводах мобільних дощувальних машин.

Результати досліджень коефіцієнтів зображені на рис.2.2., з якого видно, що значення, які визначені за формулою (2.2), розмістились навколо лінії 2, що відображає зміну коефіцієнтів у трубопроводі без роздачі витрат, тобто Q = const.

Порівнюючи значення (лінія 2) з величинами для гладкого трубопроводу (лінія 1), бачимо, що при Re = 10000...120000 коефіцієнтина 6...8% є більшими, ніж для гладких труб. Це збільшення зумовлене штучною шорсткістю, яка створена пристроями для відбору рідини. Отже, при віддалях між точками відбору рідини гідравлічний коефіцієнт тертя змінюється за законами рівномірного руху.

У результаті аналізу впливу місцевих гідравлічних опорів у розподільчих трубопроводах дощувальних машин на величини коефіцієнтів ми встановили, що при віддалях між дощувальними насадками коефіцієнт можна визначити за формулою

Де коефіцієнт в = 1,03...1,035; л - гідравлічний коефіцієнт тертя у трубах без штучної шорсткості, яка зумовлюється пристроями для відбирання рідини. Величини л можна визначати за існуючими залежностями, а для поліетиленових труб при Re = 7000...130000 за формулою

П'єзометричні напори у розподільчих трубопроводах дощувальних машин перед дощувальними насадками обчислюються за формулою, що випливає з рівняння (2.1), тобто

У дисертації наведено порівняння величин п'єзометричних напорів, що обчислені за формулою (2.5) з дослідними. Розбіжність не перевищує 0,05%.

Подача зрошувальної води у розподільчі трубопроводи мобільних дощувальних машин типу шлангобарабанних здійснюється трубопроводами-шлангами, які поступово розмотуються з барабана-котушки або на нього намотуються.

Проаналізувавши технічні та гідравлічні параметри зарубіжних шлангобарабанних дощувальних машин типу "BAUER", "RAINSTAR", ми встановили, що у цих машинах середня кривизна труб-шлангів d/D = 0,035...0,05, а числа Рейнольдса лежать у межах Re = 50000-300000.

Для отримання залежностей, які дозволяють обчислити коефіцієнти у плавнозігнутих трубопроводах-шлангах з поліетилену в широкому діапазоні d/D та чисел Рейнольдса ми дослідили втрати напору ДН у поліетиленовому трубопроводі виробництва "Укрполімерконструкція" діаметром d = 43мм при числах Re = 10000...140000 та відносній кривизні потоку d/D = 0; 0,024; 0,031; 0,042.

Порівнюючи коефіцієнти для поліетиленових труб при з коефіцієнтами гідравлічного тертя гладких труб (), обчислених за формулою Філоненко-Альтшуля, встановили, що при числах Re = 80000-250000 та кривизні 0,04-0,05 втрати напору будуть на 15...35% більшими, ніж у прямих трубопроводах.

Отримані у другому розділі наукові результати дозволяють: 1 - удосконалити методику розрахунку розподільчих трубопроводів дощувальних машин, яка сприяє підвищенню рівномірності і роздачі води; 2 - оптимізувати діаметри барабанів-котушок та діаметри трубопроводів-шлангів мобільних шлангобарабанних дощувальних машин. Оптимальна кривизна труб може бути у діапазоні 0,03-0,05 У цьому разі додаткові втрати напору будуть більші всього на 5...10%, ніж при подачі води прямими трубопроводами.

У третьому розділі "Дослідження гідравлічних характеристик дощувальних насадок секторної дії" розглянуті основні критерії вибору конструкції параметрів дощувальних насадок, методика гідравлічних досліджень гідравлічних опорів та пропускної здатності насадок, результати досліджень, запропоновані аналітичні залежності для гідравлічних розрахунків та рекомендації до вибору основних геометричних розмірів насадок секторної дії.

На дощувальних машинах України широке застосування набули короткоструминні дощувальні насадки секторної дії, що розроблені в ІГіМ УААН. Практика експлуатації таких насадок показала, що частина науково-практичних питань ще недостатньо вивчена. Серед цих питань наступні:

1 - вплив конструкції та розмірів водопровідного тракту насадок на їхні гідравлічні опори; 2 - вплив висоти дефлектора-відбивача на гідравлічні опори та водопропускну здатність насадок; 3 - вплив висоти дефлектора-відбивача на формування факела дощу.

Дослідженнями встановили, що витрати дощувальних насадок рис.3.1,а з висотою дефлектора h = 10мм на 6...7,5% менші, ніж при стандартній висоті h = 14мм. Якщо h = 18,5мм, то при напорах H > 2м витрати насадок рис.3.1,а всього на 0,5...1,5% більші, ніж при h = 14мм.

У четвертому розділі "Дослідження інтенсивності дощу та рівномірності зрошення дощувальними насадками секторної дії" проаналізовані існуючі відомчі нормативні методи та державні стандарти України, за якими виконуються дослідження інтенсивності та рівномірності дощу, який утворюється дощувальними машинами. У цих методиках увага звертається на кількість дощомірів (колекторів), їх розташування на площі, яка зрошується, наводяться коефіцієнти якості поливу та коефіцієнти ефективності поливу.

Оскільки якість дощу і якість поливу безпосередньо залежить від якості та рівномірності до-щу, що утворюється окремими дощувальними насадками, то ми спробували внести деякі уточ-нення та доповнення до існуючих методик дослідження і оцінок якості та рівномірності поливу на основі досліджень рівномірності дощу, що утворюється окремими дощувальними насадками та врахування допустимої варіації поливних норм при вирощуванні сільськогосподарських культур на різних грунтах, які наводяться у довідковій літературі як результати багаторічних досліджень.

У цьому разі коефіцієнт ефективної рівномірності можна запропонувати таким:

У всіх випадках технологічна поливна норма не повинна перевищувати ерозійно допустиму поливну норму. Ця умова буде забезпечена, якщо інтенсивність дощу і водовбирна швидкість грунту знаходяться у співвідношенні

Дослідження інтенсивності дощу, що утворюється дощувальними насадками рис.3.1; 3.2 ми виконали на експериментальній установці, схема якої зображена на рис. 4.1.

Тривалість дощування у дослідах становила 30...35хв. Шар дощування накопичувався у циліндричних дощомірах (колекторах). Дощоміри розташовували на віддалях 1,5; 2,5; 3,5; 4,5; 5,5м від центра сектора дощу та кутах, які відраховувались вліво і вправо від осі сектора дощу: 0;10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80. Для центральної осі сектора дощу кут. Центральні кути секторів дощу дорівнювали.

У результаті аналізу виконаних дослідів встановили вплив висоти дефлектора-відбивача на формування факела дощу. Для насадки рис.3.1,а діаметром 7мм h=18,5мм центральна частина поверхні факела дощу піднімається вище, ніж при стандартному значенні h=14мм і дальність падіння крапель дощу збільшується. Якщо, то по центральній осі сектора дощу дальність падіння крапель зменшується, а центральний кут сектора дощу збільшується.

Факел дощу насадок рис.3.1,б розпадається на три частини різної інтенсивності. Тому доцільно використовувати насадки типу рис.3.1,а. Вони мають більший коефіцієнт витрати, формують кращу рівномірність дощу, ніж насадки рис.3.1,б.

Для виробничих умов більше значення мають не точкові значення інтенсивностей дощу, а осереднені їх величини на сталих радіусах секторів дощу.

Забезпечення умови досягається шляхом визначення відповідних величин центрального кута сектора дощу, який ми називаємо оптимальним та меншою і більшого радіусів сектора дощу.

Для визначення коефіцієнтів ефективного зрошення одиночною дощувальною насадкою потрібно, на основі дослідних даних, визначити середні інтенсивності дощу на відповідних радіусах і побудувати графік функції

Будемо мати інтенсивності дощу, які формують поливні норми, значення яких знаходяться у межах допустимих відхилень. Тоді коефіцієнт ефективного поливу одиночною дощувальною насадкою дорівнює

Коефіцієнт недостатнього зрошення у відповідності з рис.4.2 буде таким

У дисертації наведені розрахункові значення ширини секторних смуг дощу, на яких маємо допустиме значення коефіцієнта ефективної рівномірності зрошення, тобто 0,77.

З метою економії зрошувальної води та підвищення коефіцієнта ефективного зрошення (4.10) нами запропонована удосконалена методика визначення віддалей між дощувальними насадками, суть якої у тому, що між кожними двома насадками більшого діаметра (рис.4.3) встановлюється насадка меншого діаметра.

У п'ятому розділі "Аналітичні залежності для гідравлічних розрахунків та оптимізації параметрів дощувальних насадок і розподільчих трубопроводів" наведено узагальнення наукових результатів, які були нами отримані у розділах 2-4 та практичне їх застосування для проектування дощувальних машин.

Розглянуто приклад проектування мобільних дощувальних машин типу ШБДУ-15/60. Приклад містить наступне: вибір раціонального діаметра розподільчого трубопроводу на основі допустимої нерівномірності витрат дощувальних насадок уздовж трубопроводу; вибір раціональних діаметрів дощувальних насадок та визначення необхідної їх кількості; визначення коефіцієнта ефективного зрошення на основі допустимої варіації поливних норм; вибір оптимальної кривизни трубопровода-шланга, визначення його діаметра та діаметра барабана-котушки. Наведені також оцінки економічної ефективності, яку можна отримати у результаті застосування отриманих у дисертації наукових результатів з використанням існуючих нормативних рекомендацій для оцінок економічної ефективності дощувальної техніки. Для мобільної дощувальної машини з вихідними параметрами: витрата 15л/с; ширина смуги поливу 60м; довжина трубопроводу-шланга 280м; напір на вході у трубопровід-шланг 40м отримали наступні показники ефективності:

    - коефіцієнт рівномірності роздачі витрат уздовж розподільчого трубопроводу 95% - коефіцієнт ефективного зрошення 0,70 - економія зрошувальної води за рахунок оптимального вибору діаметрів дощувальних насадок на 25%; - економія енергії на транспортування води трубопроводом-шлангом на 15%; - економія енергії на транспортування води розподільчим трубопроводом до 20%; - економічний ефект за рахунок підвищення рівномірності поливу до 14%.

Похожие статьи




ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ - Удосконалення методів розрахунку засобів дощування, розподільчих і транзитних трубопроводів дощувальних машин фронтальної дії

Предыдущая | Следующая