Українська академія аграрних наук

Інститут гідротехніки і меліорації

МУЗИКА ОЛЕКСАНДР ПАВЛОВИЧ

УДК 631.674.5:631.3

РОЗРОБКА НИЗЬКОІНТЕНСИВНИХ МОДИФІКАЦІЙ ДВОКОНСОЛЬНОГО ДОЩУВАЛЬНОГО АГРЕГАТА ДДА-100МА

06.01.02 – Сільськогосподарські меліорації

(технічні науки)

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ – 2002

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Інституті гідротехніки і меліорації Української академії аграрних наук ( УААН )

Науковий керівник: | доктор технічних наук, старший науковий співробітник

ГРИНЬ Юрій Іванович, | Інститут гідротехніки і меліорації УААН,

завідувач відділу зрошувальних систем

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

ГУРІН Василь Арсентійович, | Український державний університет водного господарства та природокористування, завідувач кафедри експлуатації гідромеліоративних систем;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник | ГАРНИК Володимир Кирилович,

ВАТПроектно-технологічний інститут “Укроргводбуд”, голова правління |

Провідна установа: Інститут гідромеханіки НАН України, м. Київ,
вул. Желябова, 8/4.

Захист відбудеться “22” січня 2003 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.362.01 при Інституті гідротехніки і меліорації УААН за адресою: 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 37.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту гідротехніки і меліорації за адресою: 03022, м. Київ, вул. Васильківська, 37.

Автореферат розісланий “10” грудня 2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

кандидат технічних наук, с.н.с. Топольнік Т.І.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми: Аналіз експлуатації дощувальних машин фронтальної дії, які використовуються зараз для поливу на зрошувальних системах України показав, що найбільш поширеними, надійними і простими є дощувальні агрегати ДДА-100МА, якими зволожується понад 30% поливної площі. При цьому кількість ДДА-100МА становить більше 6 тис.шт. (якщо порівняти з “Дніпро” – 4,4 тис.шт., “Волжанка” – 3,0 тис.шт., “Кубань” – 0,5 тис.шт.), що пояснюється їхньою високою продуктивністю, мобільністю, довговічністю та незначною вартістю поливу. В той же час, через високу інтенсивність, незадовільну структуру та рівномірність дощу агрегата ДДА-100МА часто виникає поверхневий стік води, який призводить до іригаційної ерозії і нерівномірного зволоження грунту, змиву його і зниження родючості, що не забезпечує екологічну безпеку грунту і проектну урожайність сільськогосподарських культур. Крім того, відсутність методичних основ розрахунку оптимальних параметрів дощувальних насадок та оптимізації схем їхнього розміщення у дві лінії на водопровідному трубопроводі з урахуванням заданої структури дощу не дає змоги впроваджувати грунтозахисну технологію поливу та створювати нові модифікації двоконсольних агрегатів із різними витратами води та шириною захвату.

Отже, поліпшення показників якості та структури дощу агрегата ДДА-100МА є актуальним і необхідним для збереження родючого шару грунту від ерозії та поверхневого стоку. Удосконалення методів розрахунку конструктивних параметрів агрегата ДДА-100МА дасть можливість створювати двоконсольні дощувальні агрегати фронтальної дії нового покоління, які забезпечуватимуть раціональне використання води з високою якістю та рівномірністю поливу на різних за водопроникністю типах грунту.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася за державними науковими програмами Інституту гідротехніки і меліорації та галузевими програмами Держводгоспу України 1991 – 2002 рр.

1990-1995 рр. Державна програма “Продовольство-95”, проект “Родючість грунтів. Розробити і впровадити нові модифікації дощувальних машин, які забезпечують економію енергетичних і водних ресурсів, збереження грунтів”. Державна реєстрація № UА010053312Р. Автор був відповідальним виконавцем з розробки нових модифікацій дощувального агрегата ДДА-100МА.

1996-2000 рр. Державна програма “Ресурсозберігаюче водокористування в АПК. Обгрунтувати напрямки розвитку дощувальної техніки, розробити нові конструкції дощувальних машин та технічних засобів управління технологічними процесами”. Державна реєстрація № 0196U021771. Автор був виконавцем завдання з розробки дощувальної техніки.

2001-2005 рр. науково-технічна програма УААН “Виробництво продукції на меліорованих землях. Розробити ресурсозберігаючі, економічно безпечні технології і технічні засоби поливу для комплексної реконструкції та модернізації зрошувальних систем”. Державна реєстрація № 0101U004615. Автор є відпові-дальним виконавцем розділу.

Мета і задачі досліджень. Мета роботи підвищення рівномірності поливу та якості дощу двоконсольних дощувальних агрегатів. Для досягнення мети вирішувалися такі задачі:

- розробка нових конструкцій водорозподільних вузлів і дощувальних насадок для використання на водопровідному трубопроводі двоконсольних дощувальних агрегатів;

- визначення витратних характеристик і показників якості дощу розроблених дощувальних насадок різних типорозмірів;

- оптимізація схем розміщення дощувальних насадок та їхніх типорозмірів уздовж водопровідного трубопроводу агрегата ДДА-100МА;

- проведення порівняльних випробувань існуючого дощувального агрегата ДДА-100МА та його нових модифікацій;

- оцінка ефективності використання розроблених модифікацій дощуваль-ного агрегата ДДА-100МА.

Об’єктом дослідження є процес подачі та розподілу води двоконсольними дощувальними агрегатами на поверхню грунту.

Предметом дослідження є рівномірність поливу, якість дощу, схеми та конструкції дощувальних насадок двоконсольних дощувальних агрегатів.

Методи дослідження. Вирішення задач, поставлених перед дослідженнями, здійснено експериментальними методами у лабораторних, польових та дослідно-виробничих умовах з математичною обробкою одержаних результатів.

Дослідження у польових та дослідно-виробничих умовах здійснювалося відповідно міжнародним стандартам ISO 8224-1, ISO 11545, а також галузевим стандартам ОСТ 10.11.1-87 “Испытания сельскохозяйственной техники. Машины и установки дождевальные. Программа и методы испытаний”, ВНД 33-4.3-01-98 “Машини і установки дощувальні. Програми і методи випробувань і оцінок”.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше науково обгрунтовано використання нових низькоінтенсивних модифікацій дощувального агрегата ДДА-100МА з витратами води 130, 100, 80, 60 л/с і визначено показники рівномірності та якості дощу цих модифікацій;

- удосконалено методику розрахунку оптимальних типорозмірів дощуваль-них насадок і дюз та схем їхнього розміщення уздовж водопровідного трубопроводу ДДА-100МА на основі забезпечення заданої точності витрат води, зниження енергоємності поливу, підвищення рівномірності розподілу шару та структури штучного дощу;

- вперше встановлено функціональну залежність коефіцієнта ефективного та недостатнього поливу від швидкості вітру для удосконаленого і серійного агрегата ДДА-100МА;

- визначено агротехнічні показники і параметри енерговитрат нових модифікацій агрегата ДДА-100МА, які забезпечують захист грунту від ерозії, економію води та палива.

Практичне значення одержаних результатів. Методика розрахунків оптимальних схем розміщення дощувальних насадок та їхніх типорозмірів уздовж водопровідного трубопроводу ДДА-100МА використана при розробці низькоінтенсивних модифікацій агрегата, які забезпечують високу якість поливу, захист родючого шару грунту від ерозії та стоку води з його поверхні. Також ця методика може бути використана проектними, конструкторськими і науково-дослідними організаціями для розрахунків оптимальних схем розміщення дощувальних насадок і дюз при розробці нових типів дощувальних машин фронтальної дії з заданою рівномірністю і структурою дощу в залежності від видів рослин, рельєфу місцевості та типу грунту.

Розроблені конструкції водорозподільних вузлів і дощувальних насадок секторної дії забезпечують економію кольорових металів, зменшення матеріалоємності водопровідного трубопроводу.

Результати досліджень і розробок включено у чотири нормативно-методичні документи Держводгоспу України.

За результатами державних випробувань низькоінтенсивні модифікацїї агрегата ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100 і 130 л/с рекомендовано Південно-Українською МВС до серійного виробництва на АТ “Херсонські комбайни”.

Впровадження у виробництво удосконаленого агрегата ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100 і 130 л/с дозволить зменшити енерговитрати та вартість поливу, порівняно із серійним агрегатом, відповідно на 28,8, 20, 10,3 та 14,3%.

Розробка по удосконаленню дощувального агрегата ДДА-100МА увійшла в “Систему машин для меліорації земель в Україні на період до 2005 року”, в “Програму виробництва технологічних комплексів машин та обладнання для агропромислового комплексу на 1998-2005 рр”. (Постанова Кабінету міністрів України № 403 від 30 березня 1998 р.).

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, викладені в дисертації, автор одержав особисто на основі проведеного аналізу конструкцій робочих органів дощувальних машин, узагальнення досвіду їхньої роботи, проведення лабораторних і польових досліджень і встановлення основних конструктивних та гідравлічних параметрів розроблених водорозподільних вузлів і дощувальних насадок секторної дії; розроблено методику розрахунку оптимальних типорозмірів дощувальних насадок і дюз та схем їхнього розміщення уздовж трубопроводу агрегата ДДА-100МА з різною витратою води; встановлено функціональну залежність коефіцієнта ефективного та недостатнього поливу від швидкості вітру для удосконаленого і серійного агрегата ДДА-100МА. Експериментальну перевірку наукових положень та реалізацію їх здійснювали разом із співробітниками Кам’янко-Дніпровської дослідної станції Інституту гідротехніки і меліорації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і матеріали дисертації доповідалися на науково-практичних конференціях, які проводилися в мм. Ставрополь (1991 р.), Рівне (1995 р.), Дніпропетровськ (1996 р.), Київ (1996, 2000 рр.), на міжнародних науково-технічних конференціях в м. Глеваха (1995, 1998 рр.), на науково-технічних радах відділення “Поливна техніка” Інституту гідротехніки і меліорації УААН, а також на науковому семінарі кафедри експлуатації гідромеліоративних систем Українського державного університету водного господарства та природокористування, 2002 р.

Дослідні зразки розроблених нами низькоінтенсивних модифікацій дощувального агрегата ДДА-100МА експлуатуються на полях південних областей України та Автономної республіки Крим.

Публікації. Основні результати дисертації викладені в 15 публікаціях, у тому числі в 5 статтях фахових видань, чотирьох галузевих нормативних документах, розроблену конструкцію дощувальної насадки захищено патентом.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота викладена на 171 сторінці машинописного тексту, складена з вступу, 5 розділів, висновків та рекомендацій виробництву, списку використаних джерел з 160 найменувань на 16 сторінках, 9 додатків на 11 сторінках. Роботу ілюстровано
41 рисунком та 29 таблицями.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведено стислу характеристику дисертаційної роботи, обгрунтовано її актуальність.

У першому розділі на основі літературних джерел подано огляд і аналіз досліджень, які присвячені ресурсозберігаючим методам і засобам зрошення.

Найбільш відомі дослідження в цьому напрямку викладено в працях Алієва К.А., Гаврилиці А.О., Галяміна Е.П., Гарника В.К., Гриня Ю.І., Гуріна В.А., Губера К.В., Коваленка П.І., Ковальчука П.І., Науменка І.І., Носенка В.Ф., Хоружого П.Д., Шевченка О.В., Шумакова Б.Б., Яцика А.В. Аналіз цих досліджень показує, що зниження енергоємності процесу поливу досягається за рахунок застосування низьконапірних технологій розподілення води, а ефективність використання енергії і води вирішується шляхом застосування водозберігаючих технологій і засобів автоматизації поливу.

Проведений аналіз досліджень експлуатаційних показників дощувальних агрегатів ДДА-100МА показує, що вони не повною мірою відповідають вимогам ефективного поливу, внаслідок чого не забезпечується екологічна безпека грунту і проектна урожайність сільськогосподарських культур. Визначено, що перспективним напрямом удосконалення дощувальних агрегатів ДДА-100МА є розробка нових конструкцій з меншими витратами води, високою якістю та рівномірністю поливу із заданою та регульованою інтенсивністю дощу. При цьому якість та рівномірність поливу залежатиме від визначення оптимальних параметрів штучного дощу робочих органів, розташованих на водопровідному трубопроводі. Найвідоміші дослідження в напрямку визначення цих параметрів, їхні вибір та оптимізацію висвітлено в працях Бончковського Н.Ф., Гордона Б.С., Гриня Ю.І., Гусейн-Заде С.Х., Дружиніна Н.І., Ісаєва А.П., Коваленко В.І., Лебедєва Б.М., Сидоренка А.М., Строгого В.М., Ципріса Д.Б., Шевченка О.В.

Проте, в цих дослідженнях недостатньо враховувалась необхідність дотримання однорідності структури штучного дощу уздовж трубопроводу, яка змінюється залежно від робочого напору, типу, типорозміру та схем розміщення робочих органів дощувальних машин. Особливо це стосується агрегата ДДА-100МА, який потребує глибшого вивчення.

Дослідження Алферова Ю.В., Кліменка Л.І., Поляшова Ю.А., Штангея А.І. в напрямку покращання якості поливу ДДА-100МА через зміни характеру розподілення штучного дощу не знайшли широкого впровадження у виробництві, що пояснюється відсутністю методичних основ розрахунку оптимальних параметрів дощувальних насадок та оптимізації схем їхнього розміщення уздовж водопровідного трубопроводу з урахуванням заданої структури дощу, точності витрат води та умов експлуатації агрегата.

На основі проведеного аналізу існуючого стану досліджень зрошувальних систем з дощувальними агрегатами ДДА-100МА і перспектив розвитку зрошення з малогабаритними мобільними двоконсольними агрегатами фронтальної дії нового покоління визначені мета і задачі досліджень.

У другому розділі науково обгрунтовано напрями удосконалення дощувального агрегата ДДА-100МА та методика досліджень. Розроблено блок-схему напрямів удосконалення агрегата ДДА-100МА, за якою основними недоліками в експлуатації агрегата є недостатня рівномірність та якість дощу, значні витрати палива, незадовільні умови праці машиніста-оператора (рис.1).

Рис.1. Блок-схема напрямів удосконалення агрегата ДДА-100МА

Аналіз напрямів удосконалення агрегата ДДА-100МА показав, що в першу чергу необхідно здійснити удосконалення агрегата підвищенням рівномірності та якості дощу. Це дає змогу з мінімальними капітальними витратами удосконалити існуючі дощувальні агрегати ДДА-100МА і забезпечити зрошення за сучасними вимогами, які не допускають негативної дії на сільськогосподарські культури та грунт.

Зменшення інтенсивності дощу досягається двома шляхами. Перший – це зменшення витрат води агрегатом, другий – збільшення довжини смуги дощу за допомогою удосконалення водопровідного трубопроводу і дощувальних насадок агрегата. Результати розрахунків інтенсивності дощу наведено на рис.2, звідки можна визначити, що для агрегата ДДА-100МА при довжині смуги дощу 17 м зменшення витрати води до 100 л/с дає змогу зменшити інтенсивність дощу до 2,94 мм/хв, при витраті 60 л/с вона зменшується до 1,76 мм/хв. Збільшення довжини смуги дощу до 22 м дає змогу зменшити інтенсивність дощу до
2,95 мм/хв при витраті води 130 л/с, при витраті 100 л/с вона зменшується до
2,27 мм/хв, при витраті 60 л/с до 1,36 мм/хв.

Рис.2. Залежність витрат води від інтенсивності дощу при різній довжині

смуги дощу: 1 – 15 м; 2 – 16; 3 – 17; 4 – 18; 5 – 19; 6 – 20; 7 – 21;

8 – 22; 9 – 23; 10 – 24; 11 – 25; 12 – 26; 13 – 27 м.

Зменшення діаметра крапель дощу досягали використанням нових типів дощувальних насадок і схем їхнього розміщення уздовж водопровідного трубопроводу. Тому для агрегата ДДА-100МА з різними витратами води визначали інтенсивність дощу з таким розміром крапель, при якому стік води з поверхні грунту відсутній. Для цього нами побудовано графіки інтенсивності дощу з врахуванням різних типів грунту залежно від їх водопроникної спромож-ності а ( а = 1,25; 1,5; 1,75; 2,0; 2,25; 2,5; 2,75; 3,0) при діаметрах крапель дощу
(dк ) рівних 1,0; 1,25; 1,5 мм. Необхідно відзначити, що зазначені типи грунту характерні для Європейської частини країн СНД. Проведені розрахунки показали, що зменшення діаметра крапель дощу з 1,5 до 1,0 мм дає змогу агрегату ДДА-100МА з інтенсивністю 3,82 мм/хв збільшити час дії дощуванням без створення стоку на середніх грунтах з показником а = 1,25 від 22 до 26 хв, а на важких грунтах з показником а = 2,25 відповідно від 1,1 до 1,6 хв. Зменшення інтенсивності дощу до 3 мм/хв дає змогу збільшити час дії такого дощу до 5 хв на важких грунтах з показником а = 2,0, а при зменшенні інтенсивності до 1,5 мм/хв відповідно до 2 хв, якщо показник грунту а = 3,0 (рис.3). Як бачимо, зменшення інтенсивності та діаметра крапель дощу при русі агрегата з максимальною швидкістю 17,8 м/хв забезпечує полив без створення стоку на дуже важких грунтах.

Рис.3. Залежність інтенсивності дощу (i,мм/хв) від тривалості дощування
(t, хв) з врахуванням водопроникної спроможності грунту (а = 1,25…3,0),
діаметр крапель d = 1,0 мм: 1 – легкі грунти, а = 1,25; 2 – перші середні,
а = 1,5; 3 – другі середні, а = 1,75; 4 – перші важкі, а = 2,0; 5 – другі
важкі, а = 2,25; 6 – треті важкі, а = 2,5; 7 – перші дуже важкі, а = 2,75;
8 – другі дуже важкі грунти, а = 3,0.

За наведеними розрахунками обгрунтовано перспективність використання нових низькоінтенсивних модифікацій ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100, 130 л/с, які дають змогу зменшити енергетичну дію крапель дощу на грунт та використовувати їх на ділянках зрошення з різною водопроникністю грунту.

Для оптимального розрахунку типів і розмірів дощувальних насадок, а також схем їхнього розміщення на водопровідному трубопроводі нами розроблено блок-схему алгоритму розрахунку типорозмірів дощувальних насадок і дюз, які при заданому напорі та витраті води на вході в агрегат забезпечують уздовж трубопроводу рівномірний шар дощу з необхідною структурою його крапель. При цьому приймали обмеження щодо суми відхилень фактичних витрат води крізь насадки і теоретичних витрат, які не повинні відрізнятися більш як на 5%, а співвідношення Н/d, що характеризує структуру дощу, повинно знаходитися у межах 1700 – 2400.

Методи досліджень передбачали використання чинних нормативів у галузі ВНД 33-4.3-01.98 “Машини і установки дощувальні. Програми, методи випробувань і оцінок”, а також міжнародні стандарти ISO 8224-1, ISO 11545. Дослідження розроблених дощувальних насадок проводили в лабораторних та польових умовах з використанням стаціонарного лабораторного стенда (СДУ) для вимірювання витрат води і переносної установки (ПДУ) для визначення параметрів та показників якості дощу цих насадок.

У третьому розділі наведено результати досліджень по вибору типу, конструктивних параметрів та раціональних схем розміщення робочих органів дощувальних машин. Проведений аналіз конструктивних елементів та параметрів дощувальних насадок секторної дії, які широко використовуються, показав, що для покращання якості та рівномірності дощу ДДА-100МА необхідно розробити нові конструкції насадок, враховуючи всі недоліки та переваги існуючих. Виходячи із цих умов нами розроблено конструкції насадок, які конструктивно різняться кутом при вершині конфузора (для однієї насадки 600, а для іншої – 200), радіусом сфери дефлектора (15-16 мм) та кутом нахилу дефлектора до горизонту (00 та 150). За умови простоти виконання та найбільш раціонального використання розроблено водорозподільний вузол, який складається із насадки та відкрилка. В результаті порівняльних досліджень насадок діаметром прохідного отвору 12, 13, 14 мм при значеннях робочого напору від 10 до 25 м з інтервалом через 5 м, одержано їхні витратні характеристики. З метою вирішення вибору матеріалу, з якого найкраще виготовляти нові конструкції дощувальних насадок, в лабора-торних умовах на спеціально обладнаному стенді нами проведено порівняльні дослідження на зносостійкість трьох комплектів насадок з відкрилками різних типорозмірів та виготовлених із різних видів пластмас (поліетилен, поліпропілен, поліамід первинний, поліамід із графітом).

Дослідження показали, що конструкції розроблених дощувальних насадок і відкрилків, виготовлених із різних матеріалів пластмас, при напрацюванні 2000 годин не мають істотного зносу і придатні для подальшої експлуатації. Перевагу було надано насадкам секторного типу виготовленим з поліетилену 273-79, ГОСТ 16338-85 з діаметром отвору 9, 10, 11, 12, 13, 14 мм. Дослідження витратних характеристик цих насадок проводили при значеннях робочого напору від 10 до 40 м з інтервалом через 2 м. Результати досліджень показали, що для діаметра
9 мм витрата змінюється від 0,83 до 1,7 л/с, для 10 мм – 0,91-1,92 л/с, для 11 мм – 1,04-2,12 л/с, для 12 мм – 1,37-2,84 л/с, для 13 мм – 1,48-3,14 л/с, для 14 мм відповідно від 1,66 до 3,60 л/с. При цьому найвищий коефіцієнт витрат має насадка діаметром отвору 9 мм (0,91-0,96), а найменший – насадка діаметром отвору 14 мм (0,78-0,80). Дослідження показників якості дощу розроблених насадок різних типорозмірів при зміні напору від 10 до 40 м з інтервалом через 10 м та швидкості вітру від 1,0 до 4,0 м/с передбачали визначення коефіцієнта ефектив-ного поливу, параметрів контура зволоження, інтенсивності, діаметра крапель дощу та радіуса поливу. В результаті визначено, що при зростанні напору діаметр крапель дощу зменшується як по осі факелу, так і в цілому (рис.4). При цьому, середній діаметр крапель насадки змінювався в діапазоні 0,48-1,34 мм, а інтенсивність дощу знаходилась у межах 0,86-0,99 мм/хв.

Рис.4. Графік залежності діаметра крапель (dк, мм) насадки секторної дії нової конструкції від напору (Н, м): 1 – діаметр насадки 9 мм;
2 – 10 мм; 3 – 11 мм; 4 – 12 мм; 5 – 13 мм; 6 – 14 мм.

Разом з цим, при зростанні напору (Н, м) збільшується радіус поливу (R, м), який змінюється від 7,5 до 13,2 м залежно від типорозміру насадки. Враховуючи це, для кожного діаметра отвору насадки нами побудовано графіки функціональної залежності Н/R = f (H/d), що є лінійною функцією виду H/R = A + B (H/d) (рис.5). За результатами обробки дослідних даних було визначено значення А та В для кожного діаметра отвору насадки, що дає змогу знайти її радіус поливу (R, м) за формулою: R = H/A + B (H/d).

Рис.5. Залежність H/R = f (H/d) для секторних насадок нової конструкції:

1 – діаметр насадки 9 мм; 2 – 10 мм; 3 – 11 мм; 4 – 12 мм; 5 – 13 мм;

6 – 14 мм.

Аналіз досліджень та визначення радіуса поливу насадок секторної та кругової дії показав, що розроблені насадки секторної дії мають радіус поливу на 53-70% більший порівняно з серійними насадками кругової дії. Це дає можливість збільшити довжину смуги дощу агрегата, яка в дослідженнях змінювалась у межах 12,6-20,1 м залежно від типорозмірів насадок. Контур площі поливу насадки нової конструкції має форму еліпса, де відношення малої осі (радіус поливу – R, м) до великої (ширина зволоження – В, м) знаходився в діапазоні R/В = 0,55…0,72 залежно від діаметра насадки. Такий розмір контура зволоження дає змогу здійснювати різні схеми розміщення насадок уздовж трубопроводу та проводити полив з достатнім перекриттям дощу і високою щільністю його крапель, що зменшує втрати води на випаровування.

Дані досліджень насадки діаметром отвору 14 мм при напорі 16 м та швидкості вітру 2 м/с і 4 м/с використані нами для моделювання фрагмента дощового факела агрегата ДДА-100МА, тобто для визначення рівномірності розподілення дощу при роботі насадок з перекриттям. Результати досліджень показали, що розміщення насадок уздовж трубопроводу з інтервалом 4 м повністю забезпечить перекриття дощем. При цьому, коефіцієнт ефективного поливу дорівнює відповідно 0,75 і 0,65, а середня похибка досліду становить 1,7 і 1,02 %.

Для остаточного вирішення питання підвищення рівномірності та якості поливу ДДА-100МА за допомогою розробленого алгоритму було проведено оптимізацію типорозмірів дощувальних насадок і дюз та схем їхнього розміщення уздовж трубопроводу. Досліджували варіанти з різною кількістю насадок (N = 54, 74, 78, 96, 102 шт) на водопровідному трубопроводі з дюзами, діаметр яких змінювався через 0,5, 1,0, 2,0 мм, без них і з різними витратами води агрегата (Q = 60, 80, 90, 100, 110, 120, 130 л/с) при зміні напору на вході в трубопровід від 20 до 40 м. При цьому структура крапель дощу відповідала оптимальному співвідношенню Н/d в діапазоні 1700-2400 з відносною похибкою витрати води у межах 5%. За результатами досліджень визначено оптимальні значення робочого напору на вході в трубопровід ДДА-100МА з витратами води 130, 100, 80 і 60 л/с, схеми розміщення та типорозміри насадок і дюз.

У четвертому розділі наведено результати виробничих досліджень удосконаленого дощувального агрегата ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100 і 130 л/с, які проводили протягом 1990-1995 рр. Дослідження показують, що основні показники якості дощу та поливу удосконаленого агрегата значно вищі порівняно із серійним. Так, коефіцієнт ефективного поливу при швидкості вітру 2,0-3,0 м/с змінюється у межах 0,70-0,89, що практично в 1,1-1,6 раза вище, ніж у серійного агрегата (0,64-0,55). Середній діаметр крапель дощу зменшився в 1,16 раза. Середня інтенсивність дощу в дослідах змінювалась у межах 2,2…3,8 мм/хв, що практично в 1,2 раза нижче порівняно з інтенсивністю серійного агрегата. Крім цього, такий важливий показник, як питомий тиск крапель дощу на грунт, знизився практично у 1,3-1,7 раза, що значно зменшує негативний вплив їх на грунт та рослини. Довжина смуги дощу при швидкості вітру 2,5-4,5 м/с змінювалась у межах 16,0-17,1 м, а при збільшенні швидкості вітру до 5,5 м/с від 18,0 до 20,6 м, що говорить про незначне відхилення при збільшенні швидкості вітру.

На основі даних досліджень нами побудовано функціональну залежність коефіцієнтів ефективного (Кеф) та недостатнього поливу (Кнед) від швидкості вітру (V, м/с) для удосконаленого агрегата ДДА-100МА:

Кеф = 0,96 0,082 V;

Кнед = 0,02 0,054 V,

та для серійного агрегата ДДА-100МА:

Кеф = 0,82 – 0,075 V;

Кнед = 0,06 0,067 V.

Державні випробування удосконаленого агрегата ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100 і 130 л/с, які проводилися на Південно-Українській МВС у
1993-1995 роках, підтвердили результати наших досліджень. Тому, державною приймальною комісією рекомендовано цей агрегат до серійного виробництва на Херсонському комбайновому заводі замість існуючого ДДА-100МА.

Висока якість та рівномірність поливу удосконаленого ДДА-100МА з витратами води 130 л/с дає змогу зменшити енерговитрати та вартість поливу на 14,3% порівняно із серійним. Для ДДА-100МА з витратами води 60, 80 і 100 л/с обгрунтовано необхідність заміни існуючого насосно-силового агрегата потужністю 51- 63 кВт на більш економічний агрегат потужністю 36,3 - 52 кВт. Ця заміна зменшує енерговитрати та вартість поливу на 10,3, 20 і 28,8% відповідно для агрегата з витратами води 100, 80 і 60 л/с. В порівнянні із серійним агрегатом на удосконалених ДДА-100МА з витратами води 100 і 80 л/с зменшуються енерговитрати та вартість поливу відповідно на 5,7 і 3,6%. Результати наших досліджень по вибору іншого типу насоса меншої потужності показали, що заміна існуючого насоса на насос меншої потужності економить паливо у розмірі 3,7 кг/год при витратах води агрегата 60 л/с, 2,4 кг/год при витратах 80 л/с та 1,5 кг/год при витратах води агрегата 100 л/с.

У п’ятому розділі проведено розрахунки економічної ефективності впро-вадження удосконаленого агрегата ДДА-100МА та визначено перспективи його використання. Економічний ефект від підвищення урожайності при вико-ристанні удосконаленого агрегата ДДА-100МА на дослідній ділянці пло-щею 36 га становив для озимої пшениці – 16,6 грн/га, для помідор – 137,63 грн/га, для буряка кормового – 223,73 грн/га. Також проводився розрахунок економічної ефектив- ності удосконаленого агрегата ДДА-100МА на основі порівняння коефіцієнтів ефективного поливу – нормативного і одержаних в результаті державних випробувань серійного та удосконаленого агрегата ДДА-100МА. При цьому, річний економічний ефект, за рахунок високої якості поливу, становить від 9,6 до 30,3 грн/га залежно від витрат води удосконаленого агрегата ДДА-100МА.

Враховуючи, що аналогів ДДА-100МА за кордоном немає, а в Україні відсутнє власне виробництво малогабаритної двоконсольної дощувальної техніки, визначено перспективність використання удосконаленого агрегата ДДА-100МА і одержаних результатів досліджень при розробці двоконсольних дощувальних машин нового покоління в Україні.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз існуючих досліджень експлуатаційних показників дощувальних агрегатів ДДА-100МА показує, що вони не повною мірою відповідають вимогам ефективного поливу, внаслідок чого не забезпечується екологічна безпека грунту і проектна урожайність сільськогосподарських культур.

2. Обгрунтовано використання нових низькоінтенсивних модифікацій агрегата ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100, 130 л/с, які дають змогу порівняно з серійним агрегатом зменшити енергетичну дію крапель дощу на грунт і розширити діапазон використання їх на ділянках зрошення з різною водопроникністю грунту.

3. Розроблено математичну модель розрахунку оптимальних типорозмірів дощувальних насадок і дюз та схем їхнього розміщення на водопровідному трубопроводі агрегата ДДА-100МА з врахуванням напору і витрат води, що забезпечує новим модифікаціям агрегата високу рівномірність поливу та якісну структуру крапель дощу (Н/d =1700-2400) уздовж водопровідного трубопроводу з відносною похибкою витрат води у межах 5%.

4. Дослідження різних типів дощувальних насадок показали перспективність використання на агрегаті ДДА-100МА розроблених насадок секторної дії діаметром отвору 9, 10, 11, 12, 13, 14 мм. Визначено, що середній діаметр крапель їх змінюється від 0,48 до 1,34 мм, інтенсивність дощу знаходиться у межах
0,86-0,99 мм/хв, довжина смуги дощу в діапазоні 12,6-20,1 м, а радіус поливу змінюється від 7,5 до 13,2 м.

5. Проведено оптимізацію типорозмірів дощувальних насадок і дюз та схем їхнього розміщення уздовж водопровідного трубопроводу ДДА-100МА. Визначено, що для удосконаленого агрегата ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100 і 130 л/с оптимальним на вході в трубопровід буде напір води відповідно 38, 27, 29, 30 м з похибками витрати води 0,45; 1,0; 1,6; 0,8 %.

6. Проведено порівняльні дослідження у виробничих умовах основних агротехнічних показників якості дощу та рівномірності поливу серійного та удосконаленого агрегата ДДА-100МА. Визначено, що коефіцієнт ефективного поливу підвищився в 1,2 раза і дорівнює 0,82-0,89, діаметр крапель дощу зменшився в 1,16 раза, а силова дія їх на грунт майже в 1,3-1,7 раза, середня інтенсивність дощу знизилась практично в 1,2 раза. Втрати води на випарову-вання та знос вітром для серійного агрегата становлять 11,4%, для удоско-наленого агрегата з витратами води 130 л/с відповідно 3,5%, з витратами води 100 л/с – 1,5%, з витратами води 80 л/с – 5,6%, з витратами води 60 л/с – 4,4%. Для удосконаленого та серійного агрегата ДДА-100МА встановлено функціо-нальну залежність коефіцієнта ефективного (Кеф) та недостатнього (Кнед) поливу від швидкості вітру.

7. Встановлено, що висока якість та рівномірність поливу удосконаленого агрегата ДДА-100МА з витратами води 130 л/с зменшує енерговитрати та вартість поливу на 14,3% порівняно із серійним. Заміна існуючого насоса на насос меншої потужності зменшує енерговитрати та вартість поливу для агрегата з витратами води 100 л/с на 5,7%, а з витратами води 80 л/с на 3,6%.

8. Оптимізація насосно-силового агрегата для модифікацій ДДА-100МА з витратами води 60, 80 і 100 л/с дає змогу економити паливо відповідно у розмірі 3,7, 2,4 та 1,5 кг/год.

9. Визначено ефективність використання розроблених низькоінтенсивних модифікацій агрегата ДДА-100МА з різними витратами води порівняно із серійним ДДА-100МА. Річний економічний ефект за рахунок підвищення урожайності зрошуваних культур для визначених модифікацій ДДА-100МА змінюється від 9,6 до 30,3 грн/га.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Брошури

1. Агротехнічні вимоги на зрошувальну систему в зоні нестійкого зрошення. // Петраш О.Д., Шевченко О.В., Гринь Ю.І., Ярошенко С.В., Музика О.П., Гуленко А.Д. – К., 1993. – 17 с.

2. Машини і установки дощувальні. Програми, методи випробувань і оцінок. ВНД 33 – 4.3– 01.98. Введено 20.02.98. Гринь Ю.І. – науковий керівник; вико-навці: Хруслов М.Ф., Шевченко О.В., Калантиренко І.І., Штангей А.І., Лось М.Д., Маслович К.К., Теплицька О.П., Музика О.П., Гамрецький І.А., Токарев В.В, Пензев О.Ф., Черепанов В.С., Лях М.А. – К.: Держводгосп України, 1998. – 139 с.

3. Правила проектування і експлуатації внутрішньогосподарської зрошуваль-ної мережі з використанням низьконапірних і низькоінтенсивних машин ДМУ “Фрегат”. ВНД 33-2.3-02-2000. Затверджено Держводгоспом України 25.05.2000. – Гринь Ю.І. – науковий керівник, виконавці: Гамрецький І.А., Лях М.А., Музика О.П., Токарев В.В., Вельбик А.Г., Гнатюк Ю.К., Куземко І.П., Лелявський В.В., Чхалов В.В., Дем’янюк О.С., Пензев О.Ф., Штангей А.І. – К., 2000. – 43 с.

4. Рекомендації по зменшенню питомих витрат електроенергії в комплексі “насосна станція – зрошувальна мережа – дощувальна машина”. ВНД 33-3.3-04-2001. // Гринь Ю.І. – науковий керівник, виконавці: Черепанов В.С., Пензев О.Ф., Куделя М.А., Гамрецький І.А., Лелявська Л.Б., Штангей А.І., Токарев В.В., Вельбик А.Г., Есаулов В.П., Лях М.А., Івженко Ю.С., Музика О.П., Манілов А.М.
– К., 2001. – 47 с.

Статті у фахових виданнях

1. Гринь Ю.І., Музика О.П. Удосконалення дощувального агрегату ДДА-100МА. // Гідротехніка і меліорація в Україні. Збірка наукових праць інституту гідро-техніки і меліорації УААН. – К., 1994. – Вип.3. – С. 46-51.

2. Гринь Ю.І., Музика О.П., Штангей А.І., Барлетов Є.Н. Рівномірність поливу удосконаленим дощувальним агрегатом ДДА-100МА. // Меліорація і водне господарство. – К., 1997. – Вип. 84. – С. 33-38.

3. Гринь Ю.І., Музика О.П. Розрахунок параметрів робочих органів дощувального агрегату типу ДДА-100МА. // Меліорація і водне господарство.
– К., 1999. – Вип. 86. – С. 141-148.

4. Музика О.П. Ефективність використання дощувальних агрегатів ДДА-100МВ
// Меліорація і водне господарство. – К., 1999. – Вип. 86. – С. 148-153.

5. Гринь Ю.І., Музика О.П. Напрями удосконалення двоконсольних дощувальних агрегатів типу ДДА-100МА. // Водне господарство України. – К., 2001. – № 5-6. – С. 19-24.

Патенти

1. Гринь Ю.І., Черепанов В.С., Музика О.П., Пензев О.Ф. Дощувальна насадка. Рішення від 08.10.2002 року про видачу патенту на винахід по заявці
№ 2002021438 від 20.02.2002 р. МПК 7 АО1G25/02.

Статті та тези доповідей

1. Гринь Ю.І., Музика О.П. Нові модифікації дощувального агрегату ДДА-100МВ // Тези доповідей міжнародної конференції з питань розвитку механізації, електрифікації, автоматизації та технічного сервісу АПК в умовах ринкових відносин. – Глеваха, 1995. – С. 173-174.

2. Гринь Ю.І., Гамрецький І.А., Музика О.П., Токарєв В.В. Підвищення ефективності і експлуатації зрошувальних систем. // Матеріали науково-практичної конференції "Проблеми ефективного використання водних ресурсів і меліорації земель". Експрес-інформація. – Вип. № 14. – Держкомводгосп України. – К., 1996. – С. 1-7.

3. Штангей А.І., Музика О.П., Барлетов Є.М. Удосконалення дощувального агрегату ДДА-100МА з метою поліпшення якості поливу. // Матеріали наукової конференції "Проблеми гідромеліорації в Україні". – Дніпропетровськ, 1996. –
С. 173-174.

4. Гринь Ю.І., Токарєв В.В., Музика О.П. Універсальна дощувальна машина для мало контурних ділянок. Аграрна наука-виробництву. Науково-інформаційний бюлетень завершених наукових розробок. – № 2. – К., 1999. – С. 6.
5. Гринь Ю.І., Гамрецький І.А., Музика О.П., Токарєв В.В., Пензев О.Ф. Напрями розвитку дощувальних машин в Україні. // Матеріали науково-практичної конференції "Наукові основи землеробства в умовах недостатнього зволоження". – К., 2001. – С. 115-120.

АНОТАЦІЇ

Музика О.П. Розробка низькоінтенсивних модифікацій двоконсольного дощувального агрегата ДДА-100МА. Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 06.01.02 – Сільськогосподарські меліорації. – Інститут гідротехніки і меліорації УААН, Київ, 2002.

Дисертація присвячена науковому обгрунтуванню та розробці нових низькоінтенсивних модифікацій дощувального агрегата ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100, 130 л/с.

Розроблено нову конструкцію водорозподільного вузла та дощувальної насадки секторної дії для використання на агрегаті ДДА-100МА.

Проведено дослідження основних показників якості поливу розробленої конструкції дощувальної насадки секторної дії діаметром отвору 9, 10, 11, 12, 13, 14 мм.

Оптимізовано типорозміри дощувальних насадок і дюз та схеми їхнього розміщення уздовж трубопроводу ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100 і 130 л/с. Визначено оптимальний напір на вході в трубопровід, типорозміри насадок і дюз уздовж трубопроводу при оптимальному співвідношенні Н/d структури крапель дощу в діапазоні 1700-2400 з відносною похибкою витрат води у межах 5%.

Проведено порівняльні дослідження серійного та удосконаленого агрегата ДДА-100МА з витратами води 60, 80, 100 і 130 л/с.

Обгрунтовано вибір економічного насоса для агрегата ДДА-100МА з витратами води 60, 80 і 100 л/с.

Визначено агротехнічні показники і параметри енерговитрат насосно-силового агрегата удосконаленого ДДА-100МА, які забезпечують захист грунту від ерозії, економію палива та води.

Ключові слова: дощувальний агрегат ДДА-100МА, низькоінтенсивні модифікації, рівномірність дощу, насадка секторної дії, витрата води, втрати напору, енерговитрати.

Музыка А.П. Разработка низкоинтенсивных модификаций двухконсольного дождевального агрегата ДДА-100МА. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 06.01.02 – Сельскохозяйственные мелиорации. – Институт гидротехники и мелиорации УААН, Киев, 2002.

Диссертация посвящена научному обоснованию и разработке новых низкоинтенсивных модификаций дождевального агрегата ДДА-100МА с расходом воды 60, 80, 100 и 130 л/с.

Разработана новая конструкция водораспределительного узла и дождевальной насадки секторного действия для использования на агрегате ДДА-100МА.

Проведено исследование на износ трех комплектов насадок и открылков разных типоразмеров, изготовленных из различных видов пластмасс, которые показали, что существенного износа в течение 2000 часов они не имеют.

Розработана математическая модель для расчета оптимальных типоразмеров дождевальных насадок и дюз, а также схем их размещения на водопроводящем трубопроводе ДДА-100МА с учетом потерь напора, расхода воды, что обеспечивает новым модификациям агрегата высокую равномерность полива и качественную структуру капель дождя вдоль трубопровода.

Проведено исследование расходных характеристик насадок секторного действия диаметром 9, 10, 11, 12, 13, 14 мм, расход которых изменяется в пределах от 0,83 до 3,6 л/с. При этом наибольший коэффициент расхода имеет насадка диаметром 9 мм (0,91-0,96), а наименьший насадка диаметром 14 мм (0,78-0,80).

Проведено исследование основных параметров качества дождя насадок секторного действия диаметром 9, 10, 11, 12, 13, 14 мм, средний диаметр капель дождя которых изменяется в диапазоне 0,48-1,34 мм, интенсивность дождя в пределах 0,86-0,99 мм/мин, длина полосы дождя в диапазоне 12,6-20,1 м, а радиус полива от 7,5 до 13,2 м. Построены графики функциональной зависимости Н/R = f (H/d) и определены значения А и В, которые