Українська академія аграрних наук

Інститут гідротехніки і меліорації

ПЕНЗЕВ ОЛЕКСАНДР ФЕДОРОВИЧ

УДК 631.674.5

РОЗРОБКА ЕНЕРГОзберігаючих МОДУЛІВ ЗРОШЕННЯ МАЛОКОНТУРНИХ ДІЛЯНОК

06.01.02 – Сільськогосподарські меліорації

(технічні науки)

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

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,

Рівненський державний технічний університет,

завідувач кафедри експлуатації

гідромеліоративних систем;

кандидат технічних наук, доцент

КУЦЕНКО Юрій Юхимович,

Національний транспортний університет,

доцент кафедри менеджменту і підприємництва.

Провідна установа: | Інститут гідромеханіки НАН України,

м. Київ, вул. Желябова 8/4.

Захист відбудеться “5” ___червня_____2002 р. о _10-00_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 за адресою:

030222, м. Київ, вул. Васильківська, 37.

Автореферат розісланий “30” __квітня_____2002 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради,

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

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В Україні дощування застосовується як найбільш прогресивний спосіб поливу і зрошувальні системи мають закриту мережу з широкозахватними дощувальними машинами. Найбільшого поширення набули дощувальні машини "Фрегат", "Дніпро", ДДА-100МА, сезонна площа яких в середньому знаходиться в межах 50-100 га. Останнім часом ефективність використання зрошувальних систем різко знизилась, а площі зрошуваних земель скоротилися, що пояснюється відсутністю коштів на ремонтно-відновлювальні роботи для дощувальної техніки та зрошувальної мережі. Крім того, на зрошувальних системах, більшість з яких має площу 800-1200 га, з’явилось декілька власників, які вирощують різні культури, отже управління такими системами в сучасних умовах є неефективним. Реформа сільськогосподарського виробництва передбачає розподіл земель і створення невеликих селянських господарств, тому з кожним роком зростає попит на засоби зрошення невеликих площ до 15 га, особливо для вирощування овочевих і ягідних сільськогосподарських культур.

Отже, важливим і актуальним є розробка і дослідження нових технологій і засобів зрошення для малоконтурних ділянок площею до 15 га, які б відповідали умовам вирощування сільськогосподарської продукції в Україні.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася за державними науковими програмами Інституту гідротехніки і меліорації та галузевими програмами Держводгоспу України 1999-2001 рр.

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

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 був відповідальним виконавцем розділу.

Мета і задачі досліджень. Мета досліджень – розробка енергозберігаючих технологій і техніки зрошення малоконтурних ділянок. Для досягнення мети вирішувалися такі задачі:

- оптимізація енерговитрат при зрошенні із заданими нормами поливу різних типів дощувальних машин;

- визначення експлуатаційних показників перспективних дощувальних машин та їх робочих органів;

- розробка принципових схем і конструкцій нових дощувальних машин для малоконтурних ділянок;

- дослідження нових дощувальних машин у виробничих умовах і визначення їх ефективності.

Об’єктом дослідження є технологія і процес розподілу та подачі води на зрошувальних системах площею до 15 га.

Предметом дослідження є схеми і параметри модулів зрошення, конструкція мобільних дощувальних машин та їхні робочі органи.

Методи досліджень. Вирішення поставлених задач здійснювалося експериментальними методами у лабораторних умовах з математичною обробкою одержаних результатів, порівнянням теоретичних та експериментальних результатів досліджень.

Дослідження у польових та дослідно-виробничих умовах здійснювалося відповідно міжнародним стандартам ІSO 7749-1, ІSO 8224-1, ІSO 11545, а також галузевому стандарту Держводгоспу України ВНД 33-4.3-01-98 “Машини і установки дощувальні. Програми і методи випробувань і оцінок”.

Наукова новизна одержаних результатів:

- вперше науково обґрунтовано використання модулів механізованого зрошення площею до 15 га;

- вперше визначено і проведено порівняння питомих енерговитрат при зрошенні багатоопірними дощувальними машинами і машинами шлангобарабанного типу;

-

-

Практичне значення одержаних результатів. Проведено обґрунтування параметрів зрошувальних систем і дощувальних машин для малоконтурних ділянок площею до 15 га.

Розроблено базову дощувальну машину фронтальної дії для зрошення малоконтурних ділянок.

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

Розроблена дощувальна машина фронтальної дії увійшла в доповнення до “Системи машин для меліорації земель в Україні на період до 2005 р”.

Особистий внесок здобувача. Наукові результати, викладені в дисертації, одержано автором особисто на основі проведеного аналізу і узагальнення досвіду роботи відомих технологій і конструкцій зрошувальних систем і дощувальних машин. Експериментальна перевірка наукових положень та реалізація їх здійснювалися разом із співробітниками Кам’янко-Дніпровської дослідної станції Інституту гідротехніки і меліорації.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і окремі розділи роботи доповідалися на науково-практичних конференціях: “Сучасні проблеми розвитку економіки агропромислового комплексу”, м. Запоріжжя, Запорізький інститут державного та муніципального управління, 2000р.; “Актуальні проблеми державного управління”, м.Запоріжжя, Запорізький інститут державного та муніципального управління, 2001 р.; “Визначення перспективних шляхів науково-методичної підтримки та наукового забезпечення виконання державних комплексних програм”, Держводгосп, УААН, м. Київ, 2001р.; на науковому семінарі кафедри експлуатації гідромеліоративних систем Рівненського державного технічного університету, 2002 р.

Публікації. Основні результати дисертації опубліковано у чотирьох статтях фахових видань та у трьох галузевих нормативних документах, розроблений спосіб та конструкція дощувальної машини захищені патентом.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація викладена на 185 сторінках і містить вступ, п’ять розділів, список літератури із 103 найменувань. Текст дисертації ілюстровано 48 рисунками та 41 таблицею..

З М І С Т Р О Б О Т И

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

У першому розділі на основі літературних джерел подано огляд і аналіз теоретичних та експериментальних досліджень, присвячених ефективним методам економії води та енергозбереженню при зрошенні механізованими засобами. Найбільш відомі дослідження, в яких вирішувалися проблеми енергозбереження та експлуатаційної надійності при зрошенні, проведено в Росії – Галяміним Е.П., Носенко В.Ф., в Україні – Коваленком П.І., Гуріним В.А., Яциком А.В., Гринем Ю.І., Шевченком О.В., Михайловим Ю.О., в Молдові – Гаврилицею А.О., в Білорусії – Лихацевичем А.П.

Аналіз досліджень показує, що вони значною мірою присвячені удосконаленню та розробці високопродуктивних широкозахватних дощувальних машин з площею зрошення понад 50 га. Розробки та дослідження мобільних дощувальних машин для площ зрошення до 15 га практично відсутні в нашій країні. За кордоном такі розробки існують в Австрії, Італії, де випускаються мобільні шлангобарабанні дощувальні установки, сезонна площа зрошення яких знаходиться в межах 5–15 га. Недоліком цих установок є їхня значна вартість, недостатня екологічна надійність та висока енергоємність поливу, що стримує впровадження їх у фермерських та селянських господарствах нашої країни.

Аналіз досліджень, присвячених впровадженню екологічно безпечних технологій та засобів зрошення, показує, що вплив зрошення на поверхню грунту з врахуванням природних і рельєфних факторів місцевості вивчено недостатньо.

Порівняння різних напрямів і результатів проведених досліджень попередження іригаційної ерозії ґрунту показує, що перспективним є удосконалення діючих і створення нових дощувальних машин, характеристики дощу і технологія поливу яких найбільшою мірою відповідають ґрунтовим, кліматичним і господарчим умовам даного району. При цьому останні розробки передбачають зміну структури штучного дощу за рахунок зменшення діаметра крапель, а також зменшення його інтенсивності , підвищення рівномірності поливу. Не вимагають значних витрат і технологічні заходи, які включають полив з перервою, полив з урахуванням напряму вітру.

У другому розділі проведено обгрунтування напрямів та методів досліджень зрошення малоконтурних ділянок. Визначено, що застосування малоконтурних зрошувальних ділянок площею до 15 га з використанням мобільних дощувальних машин вимагає комплексу досліджень для визначення оптимальних технологій, параметрів, принципових схем і конструкцій зрошувальної мережі і дощувальних машин. Розроблено блок-схему напрямів досліджень, які виконувалися для створення модулів зрошення малоконтурних ділянок ( рис. 1).

Рис. 1. Блок-схема напрямів досліджень для створення зрошення на малоконтурних ділянках

Аналіз напрямів досліджень показав, що в першу чергу необхідно визначити енерговитрати при зрошенні різних типів дощувальних машин із врахуванням умов експлуатації їх, оптимізувати параметри модулів зрошення зі сівозмінними ділянками, розробити принципові схеми і конструкції дощувальних машин для малоконтурних ділянок.

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 ІSO 7749-1, ІSO 8224-1. Дослідження розроблених дощувальних насадок, апаратів і дощувальних машин проводилися в лабораторних та польових умовах з використанням стаціонарного лабораторного стенда для вимірювання витрат води і переносної установки для вимірювання шару дощу і радіуса дії дощувальних насадок і апаратів.

Проведено порівняння питомих енерговитрат діючих дощувальних машин і установок з врахуванням умов експлуатації. Одержані їхні залежності в тому числі і для найбільш поширеної норми поливу 300 м3/га , яка має вигляд

,

де П300 - питомі витрати енергії при поливі нормою 300 м3/га;

Н- напір на вході в дощувальну машину;

- коефіцієнт, який враховує втрати води на випаровування;

Кс, К3 – відповідно коефіцієнти витрат води на стік і використання

змінного часу.

Визначено величину питомої енергоємності поливу для різних дощувальних машин залежно від ширини смуги дощу або довжини гнучкого трубопроводу L, що подає воду до машини ( рис. 2 ).

У результаті цих досліджень зроблено висновок, що за рахунок зменшення ширини смуги дощу значного зниження питомих витрат енергії на полив не буде досягнуто. Тим більше, що це призводить до зниження продуктивності і сезонного навантаження машини.

Наприклад, для високонапірних машин “Фрегат” зменшення ширини смуги дощу на 60% призводить до зниження питомих витрат енергії на 16,6%, для низьконапірних машин “Фрегат” зниження на 23,8%.

Для шлангобарабанних установок фірми “Bauer” AS-45 зменшення довжини шланга діаметром 100 мм з 515 м до 395 м, або на 23,3%, знижує питому енергоємність поливу при нормі 300 м3/га на 21%.

Для модифікацій з діаметром шланга 85-90 мм зменшення довжини шланга на 23,3% приводить до зниження енергоємності поливу на 24,1%. Розрахунки і аналіз енергоємності поливу різних типів дощувальних машин показують, що при нічних поливах автоматизованими дощувальними машинами найменшу енергоємність поливу 23 кВт·год/га при нормі 300 м3/га мають низьконапірні машини “Фрегат” і найбільшу 46,7 кВт·год/га - шлангобарабанні машини AS-45 фірми “Bauer”, машини “Дніпро” ДФ-120 – 29,5 кВт·год/га .

У третьому розділі наведено результати дослідження основних агротехнічних показників дощувальних машин та їх робочих органів. Вивчено вплив метеорологічних факторів і рельєфу місцевості для основних типів дощувальних машин, які поширені в Україні і мають різні типи насадок і дощувальних апаратів. Це здійснювалося з метою оптимізації параметрів штучного дощу для мобільних машин і установок, що розробляються і впроваджуються на малоконтурних ділянках. У результаті цих досліджень визначено, що найвищі показники якості поливу ( коефіцієнти ефективного і надлишкового поливу, діаметр крапель та інтенсивність дощу ) мають дощувальні машини “Кубань” та низьконапірні модифікації машини “Фрегат”. Ці машини мають короткоструминні дощувальні насадки секторної дії з каліброваними отворами і дроселями для зниження тиску води. Серед середньоструминних дощувальних апаратів меншу інтенсивність дощу мають апарати “Фрегат” №1, №2, №3, але їх недоліком є неякісна робота при швидкості вітру 5-6 м/с.

Аналіз результатів цих досліджень показав, що доцільне використання на мобільних дощувальних машинах короткоструминних дощувальних насадок, які встановлюються уздовж водопровідного трубопроводу або ферми. На кінцях ферми необхідно застосовувати середньоструминні дощувальні апарати для збільшення ширини смуги дощу.

Дослідження короткоструминних насадок передбачали визначення параметрів контура зволоження, інтенсивності та діаметра крапель дощу при різних робочих тисках води. При цьому досліджувалися діючі короткоструминні насадки з удосконаленими робочими профілями дефлектора насадок. У результаті визначено параметри якості поливу залежно від тиску води насадок діаметром 7 мм, які найбільше можуть бути використані на мобільних дощувальних установках з фермою (табл. 1, 2). Також визначено витратні характеристики насадок діаметром 5,5-7,5 мм і середній діаметр крапель дощу при різних тисках води ( рис. 3).

Таблиця 1

Параметри контуру зволоження в залежності від тиску води

при використанні насадок діаметром 7 мм

Тиск перед соплом, МПа | Швидкість вітру,

м/с | Розміри контуру зволоження

удосконаленої насадки/серійної насадки, м

відстань від насадки до контуру зволоження | відстань від початку до кінця контуру зволоження | ширина контуру зволоження

0,20 | 1,5 | 1,0/0,8 | 7,2/6,4 | 10,0/10,0

0,24 | 1,2 | 1,0/0,8 | 7,6/6,4 | 10,8/10,5

0,28 | 1,0 | 1,0/0,9 | 7,8/6,8 | 11,2/11,0

0,32 | 1,3 | 1,0/0,9 | 8,0/7,0 | 11,4/11,0

0,36 | 1,8 | 1,0/1,0 | 8,0/7,2 | 11,6/11,5

0,40 | 1,5 | 1,2/1,0 | 8,1/7,2 | 11,5/11,5

Таблиця 2

Розподілення інтенсивності дощу залежно від тиску води

при використанні насадки з діаметром сопла 7 мм

Тиск перед соплом, МПа | Швидкість вітру, м/с | Інтенсивність дощу, мм/хв.

максимальна для площі поливу | абсолютний максимум | середня без перекриття

0,16 | 1,5 | 0,96 | 1,07 | 0,31

0,34 | 1,8 | 0,94 | 1,16 | 0,28

0,36 | 1,8 | 0,90 | 1,14 | 0,26

Дослідження середньоструминних дощувальних апаратів проводились з метою підвищення рівномірності поливу при швидкості вітру понад 3 м. Для цього були досліджені дощувальні апарати, розроблені в ІГіМ, які мають кут похилу осі сопла до горизонту 12о. В результаті одержано витратні характеристики дощувального апарата з різними діаметрами сопел (табл.3). Також визначено середній і максимальний радіуси викиду струмини апаратів діаметром сопла 2,0-4,0 мм при робочих тисках 0,2-0,5 МПа і швидкості вітру до 4,3 м/с. Визначено, що найбільший діапазон радіуса дії струмини 12,5-16,5 м має дощувальний апарат із соплом 4 мм при робочому напорі 20-40 м. Найменший діапазон радіуса дії струмини 9-12,5 м має дощувальний апарат з діаметром сопла 2 мм при робочому напорі від 20 до 40 м. Середній діаметр крапель дощу при робочому напорі 0,20 МПа залежно від типорозмірів апарата змінюється від 1,1 до 1,44 мм, а збільшення напору поліпшує структуру дощу. Наприклад, при робочому тиску 0,4 МПа залежно від типорозміру апарата середній діаметр крапель дощу змінюється від 0,47 до 0,74 мм.

Таблиця 3

Витратні характеристики нової конструкції дощувального апарата

Тиск

Р, МПа |

Діаметр сопла, мм

2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0

Витрата Q, л/с

Коефіцієнт витрат

Q | Q | Q | Q | Q

0,20 | 0,06 | 0,84 | 0,08 | 0, | 0,14 | 0,83 | 0,18 | 0,95 | 0,22 | 0,93

0,25 | 0,07 | 0,85 | 0,10 | 0,9 | 0,16 | 0,83 | 0,20 | 0,95 | 0,25 | 0,94

0,30 | 0,08 | 0,86 | 0,11 | 0,91 | 0,18 | 0,85 | 0,22 | 0,92 | 0,28 | 0,94

0,35 | 0,09 | 0,88 | 0,125 | 0,92 | 0,20 | 0,87 | 0,24 | 0,93 | 0,30 | 0,95

0,40 | 0,098 | 0,91 | 0,14 | 0,92 | 0,22 | 0,88 | 0,26 | 0,93 | 0,33 | 0,94

0,45 | 0,100 | 0,91 | 0,15 | 0,92 | 0,23 | 0,89 | 0,28 | 0,94 | 0,36 | 0,95

0,50 | 0,105 | 0,92 | 0,16 | 0,93 | 0,24 | 0,90 | 0,30 | 0,94 | 0,39 | 0,95

0,55 | 0,110 | 0,92 | 0,17 | 0,93 | 0,25 | 0,91 | 0,32 | 0,94 | 0,43 | 0,94

0,60 | 0,120 | 0,92 | 0,18 | 0,93 | 0,27 | 0,91 | 0,34 | 0,94 | 0,46 | 0,95

Аналіз результатів досліджень параметрів дощу показує, що дощувальні апарати з соплом 4 мм можна використовувати на мобільних двоконсольних дощувальних машинах з витратою до 15 л/с як кінцевий дощувальний апарат. Це дасть змогу при робочому напорі 20 м збільшити ширину смуги дощу машини на 25 м. При цьому середній діаметр крапель дощу не перевищуватиме 1,1 мм. Якщо робочий напір в кінці машини буде 40 м, то в цьому разі ширина смуги дощу збільшиться на 33 м, а середній діаметр крапель дощу не перевищуватиме 0,66 мм.

У четвертому розділі проведено оптимізацію параметрів модулів зрошення малоконтурних ділянок. Розглянуто модулі зрошення з одним, двома і чотирма полями, на яких працюють мобільні дощувальні машини з шириною смуги дощу = 60, 75 і 90 м.

Визначені втрати напору від витрат води для різних схем зрошувальної мережі виконаної із стальних, поліетиленових та гнучких рукавів. При цьому допустима величина втрат напору не перевищує 20 м, максимальні діаметри магістрального трубопроводу 0,125 м, розподільного 0,8 м, а витрата води

11 л/с.

Визначена величина енергоємності поливу, яка залежить від величини напору і витрат води, а останні від гідромодуля для конкретної зони, типу сільськогосподарських культур і площі зрошення. Для модуля зрошення з чотирма полями енергоємність поливу W дорівнює

де – густина води, = 1000 кг/м3;

Q – витрата води; t – напрацювання за сезон, год;

d1–відповідно коефіцієнт гідравлічного тертя і діаметр магістрального трубопроводу; d2 – відповідно коефіцієнт гідравлічного тертя і діаметр роз-

подільного трубопроводу; - к.к.д.; g – 9,8 м/с.

Одержана залежність питомих витрат енергії на полив Е ( рис. 4) від витрат води для різних схем зрошувальної мережі модулів зрошення з одним, двома і чотирма полями. При цьому враховуються діаметри d1 магістральних і d2 розподільних трубопроводів, ширина смуги дощу , яку утворює машина.

Рис. 4. Залежність питомих витрат енергії на полив Е від

витрат води Q для різних схем зрошувальної мережі:

а– схема з одним полем в – схема з 4 полями

1– d1= 0,1 м; d2= 0,05 м; = 60 м; 6 – d1= 0,1 м; d2= 0,06 м; = 60 м;

2– d1= 0,1 м; d2= 0,06 м; = 60 м; 7– d1= 0,125 м; d2= 0,08 м; = 60 м;

3– d1= 0,1 м; d2= 0,06 м; = 75 м; 8– d1= 0,1 м; d2= 0,08 м; = 75 м;

4– d1= 0,1 м; d2= 0,06 м; = 90 м. 9 –d1= 0,125м; d2= 0,08 м; = 75 м

б–схема з двома полями 10 – d1= 0,1 м; d2= 0,08 м; = 90 м;

5– d1= 0,1 м; d2= 0,06 м; = 60 м. 11– d1= 0,125 м; d2= 0,08 м; = 60 м.

Визначено такі оптимальні параметри гідроприводу мобільних дощувальних машин: максимальна швидкість руху – 21,6 м/год при витраті 15 л/с і нормі поливу m = 100 м3/га; зусилля на штоці гідроциліндра діаметром 122 мм при робочому тиску 0,2 МПа – 4,6 · 103Н.

Дослідження параметрів водопровідного трубопроводу дощувальної машини проведено з метою забезпечення заданої витрати води, яка розподіляється уздовж водопровідного трубопроводу у вигляді шару дощу із заданою рівномірністю і структурою. Рівномірність розподілу води забезпечувалась з похибкою до 5%, а умова заданої структури дощу забезпечувалась відношенням Н/d = 1800 – 2400, де Н – напір перед короткоструминною насадкою, d – діаметр насадки. Проведені розрахунки для дощувальної машини із загальною витратою води 7,7, 15 і 20 л/с.

Визначені основні параметри, які необхідні для конструкторської розробки і виготовлення вузлів трубопроводу ( табл. 4)

Таблиця 4

Параметри дощувальних насадок трубопроводу ДМФ-75/20 d=70 мм

n | L, м | Q, л/с | Hх, м | dD, мм | dн, мм | м1 | Hр, м | qф, л/с | H/d | мн

1 | 1,66 | 10,00 | 20,66 | 12,0 | 8 | 0,711 | 16,53 | 0,72 | 2066 | 0,80

2 | 3,46 | 9,27 | 20,52 | 12,0 | 8 | 0,711 | 16,39 | 0,71 | 2049 | 0,79

3 | 5,26 | 8,55 | 20,40 | 12,0 | 8 | 0,711 | 16,27 | 0,71 | 2034 | 0,79

4 | 7,06 | 7,83 | 20,31 | 12,0 | 8 | 0,711 | 16,18 | 0,71 | 2022 | 0,79

5 | 8,86 | 7,10 | 20,23 | 12,5 | 8 | 0,723 | 16,83 | 0,73 | 2104 | 0,80

6 | 10,66 | 6,38 | 20,16 | 12,5 | 8 | 0,723 | 16,76 | 0,73 | 2096 | 0,80

7 | 12,46 | 5,66 | 20,11 | 12,5 | 8 | 0,723 | 16,71 | 0,72 | 2089 | 0,80

8 | 14,26 | 4,93 | 20,07 | 12,5 | 8 | 0,723 | 16,67 | 0,72 | 2084 | 0,80

9 | 16,06 | 4,21 | 20,04 | 12,5 | 8 | 0,723 | 16,65 | 0,72 | 2081 | 0,80

10 | 17,86 | 3,49 | 20,02 | 12,5 | 8 | 0,723 | 16,63 | 0,72 | 2078 | 0,80

11 | 19,66 | 2,77 | 20,01 | 12,5 | 8 | 0,723 | 16,61 | 0,72 | 2077 | 0,80

12 | 21,46 | 2,04 | 20,00 | 12,5 | 8 | 0,723 | 16,61 | 0,72 | 2076 | 0,80

13 | 23,26 | 1,32 | 20,00 | 12,5 | 8 | 0,723 | 16,61 | 0,72 | 2076 | 0,80

14 | 25,00 | 0,60 | 20,00 | - | 7,5 | - | 20,00 | 0,59 | 2666 | 0,85

У таблиці 4 прийнято такі позначення:

n – номер дощувальної насадки від початку консолі до її кінця; L – відстань від початку консолі до насадки; Q – витрата води, яка проходить через поперечний переріз трубопровода консолі в місці приєднання n-ної насадки; Нх – напір перед дросельним отвором n-ної насадки; dD - діаметр дросельного отвору на n-ній насадці; dн – діаметр сопла n-ної насадки; 1 – коефіцієнт витрат дросельного отвору; Нр – напір перед дощувальною насадкою; qф – фактична витрата насадки; н – коефіцієнт витрат насадки.

У п’ятому розділі наведено опис конструкції і аналіз технології роботи розробленої і запатентованої дощувальної машини ДМФ-75, яка має дві модифікації. Проведено виробничі дослідження розробленої дощувальної машини при зрошенні малоконтурних ділянок, які показали відповідність агротехнічних показників нормативним вимогам. Наприклад, середня інтенсивність дощу при витраті машини 15 л/с не перевищувала 0,91 мм/хв., при витраті 20 л/с – 1,1 мм/хв. Середній діаметр крапель дощу знаходився в межах 0,7 – 0,85 мм. Коефіцієнт рівномірності по Кристіансену дорівнював 71-72 при швидкості вітру до 3 – 4 м/с і 83 при швидкості вітру до 2,0 м/с.

Максимальна швидкість руху самохідного візка дощувальної машини дорівнювала 84 м/год при робочому тиску 0,2 МПа. Питомі витрати енергії модифікації машини ДМФ-75 з витратою води 20 л/с і вхідним напором 25 м при поливі нормою 300 м3/га – 25,8 .

Проведено розрахунки економічної ефективності розробленої машини при зрошенні малоконтурних ділянок площею 15 га. За базу порівняння було прийнято закордонну машину “Bauer” 85 ТХ PIus і вітчизняний дощувальний агрегат ДДА-100МА, який може зрошувати за сезон 100-120 га, але внаслідок відсутності мобільної техніки використовується в господарствах для зрошення малоконтурних ділянок. При цьому враховувалися експлуатаційні витрати на енергоносії та капітальні витрати на придбання дощувальної техніки.

У результаті визначено річний економічний ефект від використання розробленої дощувальної техніки, який становить 8952,7 грн порівняно з агрегатом ДДА-100МА і 8699,2 грн порівняно з машиною фірми

“Bauer” 85 ТХ PIus.

ВИСНОВКИ

1. Аналіз проведених досліджень, направлених на зниження витрат енергії і води при поливі та підвищення екологічної надійності зрошувальних систем, показав, що недостатньо вивчені питання оптимізації зрошення на малоконтурних ділянках, але в умовах реформування сільськогосподарського виробництва актуальні в Україні і потребують подальшого вивчення.

2. Визначено необхідність і напрями створення в Україні модулів зрошення площею до 15 га, які передбачають зниження енергоємності поливу порівняно з існуючими машинами фронтальної дії “Дніпро”, ДДА-100МА і машинами шлангобарабанного типу.

3. Дослідженнями енергоємності поливу різних типів дощувальних машин при нормі 300 м3/га визначено, що найменшу енергоємність 23,8 кВт?год/га мають низьконапірні модифікації машини “Фрегат”, найбільшу – 46,7 кВт?год/га шлангобарабанні машини АS-45 австрійської фірми “ Bauer”, машини “Дніпро” ДФ-120 – 29,5 кВт?год/га.

4. Дослідження різних типів дощувальних насадок і апаратів на машинах “Фрегат”, “Кубань”, ДДА-100МА в різних умовах експлуатації дало змогу визначити перспективність використання на мобільних дощувальних машинах удосконалених конструкцій короткоструминних насадок діаметром сопла 5,5-7,5 мм, середній діаметр крапель дощу яких змінюється від 0,42 до 0,82 мм, витрата 0,35 – 0,96 л/с і середньоструминних дощувальних апаратів діаметром сопла 2,0 – 4,0 мм, середній діаметр крапель дощу яких змінюється від 0,4 до 1,44 мм, витрата 0,06 – 0,46 л/с.

5. Проведено оптимізацію параметрів модулів зрошення площею до 15 га. Визначено оптимальні значення довжин і діаметрів різних типів магістральних і розподільних трубопроводів при витратах води до 12 л/с і заданій втраті напору води по довжині трубопроводів 20 м.

6. Найменші витрати енергії на полив можна отримати за допомогою схеми модуля зрошення з чотирма полями загальною площею 14 га, яка має такі параметри:

- питомі сезонні витрати енергії на полив 400 ;

- максимальна витрата води 9,5 л/с;

- ширина смуги дощу мобільної машини – 90 м;

- діаметр магістрального трубопроводу – 0,125 м;

- діаметр розподільного трубопроводу 0,08 м;

- максимальні втрати напору 20 м.

7. Розроблено конструкцію мобільної дощувальної машини фронтальної дії з гідравлічним приводом шириною смуги дощу 75 м і витратами води 7,7 л/с, 15 л/с ,20 л/с, яка може бути базовою модифікацією і перспективна для використання на модулях зрошення площею до 15 га.

8. Проведено дослідження у виробничих умовах основних агротехнічних показників розробленої дощувальної машини ДМФ-75. Визначено, що коефіцієнт рівномірності поливу по Кристіансену при швидкості вітру 2-3 м/с становить 83, максимальна швидкість руху машини 72 м/год при тиску на вході 0,18 МПа, енергоємність поливу при нормі 300 м3/га і витраті машини 7,7 л/с – 26,2

9. Ефективність використання розробленої дощувальної машини становить 8952,7 грн порівняно з машиною ДДА-100МА і 8699,2 грн порівняно з шлангобарабанною машиною фірми “Bauer”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

Брошури

1.Машини і установки дощувальні. Програми, методи випробувань і оцінок. ВНД 33-4.3-01.98. Введено 20.02.98. – Гринь Ю.І. – науковий керівник; виконавці: 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 O.Ф., Черепанов В.С., Лях М.А. – К: Держводгосп, 1998. – 139 с.

2.Правила проектування й експлуатації внутрішньогосподарської зрошувальної 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., Вельбік А.Г., Гнатюк Ю.К., Куземко І.П., Лелявський В.В., Чхалов В.В., Де’мянюк О.С., Пензев О.Ф., Штангей А.І. – К., 2000. – 43 с.

3. 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., Вельбік 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., Пензев О.Ф.,.Токарев В.В, Дем’янюк О.С.. Дощувальна машина для зрошення малоконтурних ділянок. // Меліорація і водне господарство. – 2000. – Вип.87. – С.165-171.

2.Пензев О.Ф. Енергозберігаючі напрямки зрошення. // Економіка: проблеми теорії та практики. Збірник наукових праць ДНУ. – Дніпропетровськ. – 2000. – Вип.60. – С. 47 - 51.

3.Гринь Ю.І., Пензев О.Ф. Підвищення екологічної надійності дощувальних машин. // Науковий вісник національного аграрного університету. –К. 2000. – Вип.26. – С.208-212.

4. Гринь Ю.І., Пензев О.Ф., Гамрецький І.А., Токарев В.В. Проблеми розвитку зрошення в Україні.. // Збірник наукових праць національного аграрного університету “Механізація сільськогосподарського виробництва”. Том. ІХ.- К.-2000. –С.280-283.

Патенти

1.Спосіб поливу та дощувальна установка шлангобарабанного типу.

Рішення від 25.03.2002 року про видачу патенту на винахід по заявці № 2001117739 від 12.11.2001 р., МПК 7 А01G 25/09.

АНОТАЦІЇ

Пензев О.Ф. Розробка енергозберігаючих модулів зрошення малоконтурних ділянок. – 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 енергозберігаючих модулів зрошення площею до 15 га з використанням мобільних дощувальних машин.

Проведено дослідження основних показників існуючих в Україні дощувальних машин та їх робочих органів з врахуванням метеорологічних факторів з метою визначення кращих типів їх робочих органів ( дощувальних насадок та апаратів ) і використання на нових мобільних дощувальних машинах.

Оптимізовано параметри модулів зрошення малоконтурних ділянок з врахуванням величини втрат напору, енергії, діаметрів трубопроводів і ширини смуги дощу дощувальної машини.

Розроблено нову конструкцію базової мобільної дощувальної машини, перспективної для використання на модулях зрошення площею до 15 га.

Ключові слова: модуль зрошення, малоконтурні ділянки, енергозбереження, втрати напору, питома енергоємність, дощувальна машина, насадка, дощувальний апарат.

Пензев О.Ф. Разработка енергосберегающих модулей орошения малоконтурных участков. - 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 энергосберегающих модулей орошения площадью до 15 га с использованием мобильных дождевальных машин.

Проведено исследование основных показателей существующих в Украине дождевальных машин и их рабочих органов с учетом метеорологических факторов с целью определения лучших типов рабочих органов ( дождевальных насадок и аппаратов ) и использование их на новых мобильных дождевальных машинах.

Проведено исследование усовершенствованных конструкций короткоструйных насадок диаметром 5,5 – 7,5 мм, расход воды которых изменяется в пределах 0,35 – 0,96 л/с, и среднеструйных дождевальных аппаратов диаметром 2,0 – 4, 0 мм с расходом воды 0,06 – 0,46 л/с.

Оптимизованы параметры модулей орошения малоконтурних участков с учетом величины потерь напора, энергии, диаметров трубопроводов и ширины полосы дождя дождевальной машины.

Установлено, что минимальные сезонные затраты энергии на полив

400 имеет схема модуля механизированного орошения с четырьмя полями общей площадью 14 га и мобильной дождевальной машиной с шириной полосы дождя 90 м и расходом воды 9,5 л/с.

Розработана новая конструкция базовой мобильной дождевальной машины, перспективной для использования на модулях орошения площадью до 15 га.

В полевых условиях определена энергоемкость полива 1 га при норме 300 м3/га модификаций разработанной дождевальной машины с расходом воды 7,7 л/с, 15 л/с и 20 л/с. В результате определено, что наименьшую энергоемкость полива 25,8 имеет модификация машины с расходом воды 20 л/с.

Определена эффективность использования разработанной дождевальной машины в сравнении с машинами отечественного и зарубежного производства.

Ключевые слова: модуль орошения, малоконтурные участки, энергосбережение, потери напора, удельная энергоемкость, дождевальная машина, насадка, дождевальный аппарат.

Penzev O.F. Development of power-saving irrigation modules for small plot watering.- Manuscript.

The thesis is submitted to obtain the scientific degree of the Candidate of technical science (Ph.D), on specialty 06.01.02.- Agricultural reclamation.- Institute for Hydraulic Engineering and Land Reclamation, UAAS, Kyiv, 2002.

The thesis is dedicated to the scientific substantiation and development of power-saving irrigation modules with area up to 15 ha with the use of mobile sprinklers.

Investigation of the main indices of available in Ukraine sprinklers and their labor bodies with due account of the meteorological factors was carried out. The objective is to determine the best types of their labor bodies (sprinkler-nozzle and apparatus) and the application on new mobile sprinkling-machines.

The parameters of the modules for small plots watering with account for amounts of pressure loss, power, pipelines diameters and the width of sprinkling-machine wing were optimized.

A new device for the basic mobile sprinkling-machine, which is of future prospects to use on irrigation modules with area up to 15 ha was developed.

Key words: irrigation module, small-contour plots, power saving, pressure losses, specific power-capacity, sprinkling-machine, nozzIe, sprinkler.