CC BY
16
УДК 631.347
ПОВЫШЕНИЕ РАВНОМЕРНОСТИ ПОЛИВА ДМ «ФРЕГАТ»
ПРИ ВЕТРЕ
Н. Ф. Рыжко, канд. техн. наук
ФГНУ «ВолжНИИГиМ», г. Энгельс, т. 8 (8453) 75-44-20, е-таП: уо^пИд^Ьк. ги
Рассмотрены вопросы повышения равномерности полива дождевальных машин при ветре путем использования модернизированных дождевальных аппаратов, дефлектор-ных насадок, устанавливаемых на трубопроводе по учащенной схеме, и устройств приповерхностного дождевания.
Ключевые слова: дождевальная машина, дождевальный аппарат, дефлекторная насадка, урожайность, равномерность, устройство приповерхностного дождевания.
Равномерность распределения дождя на орошаемом поле является важнейшим агротехническим показателем полива, от которого зависит урожайность сельскохозяйственных культур и эффективность работы дождевальных машин [1, 2, 3]. Равномерность орошения серийных дождевальных машин типа «Волжанка», «Днепр», ДДН-70 и других, производящих позиционный полив, невысокая, и коэффициент эффективного полива даже при небольшом ветре находится на уровне 0,5...0,6 [3, 4-7]. Дождевальная машина «Фрегат», обеспечивающая полив в движении, при точной настройке аппаратов и небольшом ветре обеспечивает хорошую равномерность полива. Однако во многих хозяйствах при недостаточной регулировке аппаратов равномерность полива невысокая и находится на уровне 0,25.0,45 [8]. Исследования показали, что недобор урожая яровой пшеницы на площади 70 га при поливе ДМ «Фрегат» с неотрегулированными аппаратами и низким коэффициентом эффективного полива (Кэф. п = 0,37) может достигать 57,3 т, что на 20,6 % меньше по сравнению с машиной, обеспечивающей равномерность полива на уровне агротехнических требований (Кэф. п = 0,7) [8].
Равномерность распределения слоя дождя по полю при поливе дождевальной машиной зависит от многих факторов, основными из которых являются: отношение радиуса полива струи к расстоянию между аппаратами (Я/1), которое характеризует степень перекрытия струй; скорость ветра и его направление, а также равномерность распределения слоя дождя вдоль радиуса полива аппаратов [9-14]. Также на равномерность полива машины влияют точность настройки аппаратов на расход воды; характер рельефа поля и его уклоны; степень
80
распыла струй; высота подъема струй над поверхностью поля; норма полива машины; разрывы трубопровода; отсутствие сливной системы гидропривода; колебание давления в трубопроводе машины; вид сельскохозяйственной культуры и др.
Исследованиями установлено, что при работе ДМ «Фрегат» в условиях интенсивного ветрового режима (для Саратовского Заволжья скорость ветра на высоте 2 м с наибольшей вероятностью составляет 2.5 м/с) коэффициент эффективного полива снижается до 0,53. 0,45. Это связано со значительной высотой подъема дождевого облака (до 5.8 м) над поверхностью почвы, слабой устойчивостью струй к ветру и большой частотой вращения дождевальных аппаратов [15].
Целью данной работы является исследование возможностей повышения равномерности полива дождевальных машин «Фрегат» при ветре путем использования модернизированных дождевальных аппаратов, дефлекторных насадок, устанавливаемых на трубопроводе по учащенной схеме, и устройств приповерхностного дождевания (УПД) [8]. Для этого в полевых условиях на оросительных системах Саратовской области проведены исследования ДМ «Фрегат» различных модификаций, оборудованных модернизированными дождевателями.
В первой половине трубопровода машины малорасходные аппараты «Фрегат» № 1 и № 2 модернизировались с целью увеличения дальности полета струи и повышения устойчивости её к ветру. Для этого использовались переходники, позволяющие снизить угол вылета струи с 27о до 15о к горизонту и высоту подъема дождевых струй. Проводились работы по регулировке аппаратов для снижения частоты
Технические науки
вращения с 3...6 до 0,5...1,0 об/мин. Также оптимизировалась степень распыла струи (отношение напора к диаметру сопла выбирали в пределах 0,03.0,04 МПа/мм) путем увеличения диаметра сопла и использования большего числа односопловых аппаратов. Все это позволило повысить радиус полива малорасходных аппаратов на 0,5.3,2 м и увеличить степень перекрытия струи (И/() (таблица, опыты 1 и 2, 3 и 4). Внедрение модернизированных дождевальных аппаратов «Фрегат» и аппаратов из полимерного материала конструкции ВолжНИИГиМ позволило уменьшить коэффициент вариации в начале машины с 14,8.25,3 % (серийные аппараты) до 9,7.12,7 % (в среднем на 30-50 %). Коэффициент эффективного полива машины с модернизированными аппаратами при средней скорости ветра 3,8 м/с при этом увеличивается (рисунок, кривые 1 и 2) с 0,59 до 0,74 (на 25 %).
Исследования показали, что коэффициент вариации слоя дождя (КВ) в зоне полива серийных и модернизированных дождевальных аппаратов можно рассчитать по следующей зависимости:
КВ = 2,376 Лс007(з1п в)032 (п +1)0,1х
х(У + 1)0,38 (И/1) - 0 761, г = 0,93, (1)
где Лс - средневзвешенная высота подъема струй, м; в - угол наклона струи к горизонту, град; Н/{ - отношение радиуса действия вращающейся струи к расстоянию между аппаратами; п - частота вращения дождевателя, об/мин; V - скорость ветра, м/с.
Исследования ДМ «Фрегат» с дефлек-торными насадками, установленными в стандартные штуцера (в основном через 10 м), показали, что равномерность полива недостаточно высокая. Это вызвано недостаточным радиусом полива и невысокой величиной перекрытия струи, а также сла-
Равномерность полива (КВ) ДМ «Фрегат» в зоне полива, оборудованной серийными (с) и модернизированными (м) аппаратами, дефлекторными насадками (ДН) и устройствами приповерхностного дождевания (УПД)
№ Тип ДА Лд, д, й-б, Н, в, Лс, п, Ъ, и/е, КВ
опыта (к) м л/с мм МПа град м об./мин м м/м %
Начало машины, пролет между тележками № 1 и № 3
1 ДА№ 1 с (3) 2,5 0,192 3,2 0,309 27 4,1 3,0 6,0 0,75 25,3
2 ДА№ 1 м (3) 2,5 0,192 3,6 0,193 15 3,1 0,5 8,9 1,10 12,7
3 ДА№ 2 с (3) 2,5 0,415 3,6-2,4 0,43 27-27 5,6 0,5 10,7 1,33 14,8
4 ДА№ 2 м (3) 2,5 0,415 4,8 0,28 15 3,5 0,5 11,7 1,46 9,7
5 ДН (3) 2,5 0,415 6,0 0,145 23 3,2 - 4,8 0,60 31,0
6 ДН (5) 2,5 0,250 4,0 0,26 23 3,2 - 3,8 0,70 26,0
7 УПД ДН (5) 0,6 0,250 4,0 0,26 23 1,5 - 3,7 0,70 21,0
8 УПД ДА (3) 0,6 0,415 4,8 0,28 15 1,8 0,5 10,5 1,32 9,7
9 ВШ (3) 0,6 0,415 4,8 0,28 23 1,7 0,5 9,6 1,20 12,0
Середина машины, п ролет между тележками № 8 и № 9
10 ДА№ 3 с (3) 2,5 1,79 5,6-7,1 0,483 27-27 7,4 1,0 19,9 2,0 11,0
11 ДН (3) 2,5 1,79 12,0 0,168 23 3,4 - 8,0 0,92 23,0
12 УПД ДН (5) 0,6 1,02 8,0 0,276 23 1,6 - 7,2 1,10 17,0
12 УПД ДА (3) 0,6 1,79 7,1-5,6 0,483 27-15 4,3 1,0 17,9 1,80 10,5
14 ВШ (3) 0,6 1,79 7,1-7,0 0,25 23 1,8 0,5 17,0 1,70 11,0
Конец машины, пролет между тележками № 15 и № 16
15 ДА№ 4 с (3) 2,5 3,78 11,9-5,6 0,420 27-27 8,0 0,6 25,6 2,50 8,87
16 ДА№ 4 м (3) 2,5 3,78 9,5-5,65,1-5,1 0,420 27-15 7,3 0,5 19,2 1,90 9,1
17 ДН (3) 2,5 3,78 16,0 0,237 23 3,6 - 9,4 0,940 21,0
18 УПД ДН (5) 0,6 2,18 12,0 0,25 23 1,7 - 7,4 1,48 14,6
19 ВШ (3) 0,6 3,78 7,1-12 0,42 23 1,8 0,5 18,0 1,80 9,2
Примечание. ДА - дождевальный аппарат; ДН - дефлекторная насадка; УПД и ВШ - устройства приповерхностного дождевания типа «рычаг» и «вращающаяся штанга»; к - количество дождевателей на пролете; д - расход воды дождевателя, й-б - диаметры основной и дополнительной насадок; Н - напор на выходе струи; в - угол наклона струи к горизонту; Лд - высота установки дождевателя; Лс - средневзвешенная высота подъема струи; Н/{- отношение радиуса действия вращающейся струи к расстоянию между дождевателями; КВ - коэффициент вариации слоя дождя на пролете (скорость ветра - 3,8 м/с; угол между направлением ветра и трубопроводом машины - 45°)._
Нива Поволжья № 2 (19) май 2011 81
бой устойчивостью мелкокапельного дождя к ветру. Коэффициент вариации слоя дождя на пролетах при средних значениях 2131 % (таблица, опыты 5, 11, 17) может достигать значительной величины - 35...40 %. Коэффициент эффективного полива при увеличении скорости ветра с 3 до 4 м/с уменьшается с 0,59 до 0,45 (рисунок, кривая 4). Учащенная расстановка дефлек-торных насадок (через 5 и 6 м соответственно на 25 и 30-метровых пролетах ДМ «Фрегат») повышает равномерность полива. Коэффициент вариации слоя дождя на пролетах снижается до 15.23 % (таблица, опыт 6). Коэффициент эффективного полива при скорости ветра 3. 4 м/с составляет 0,68.0,59.
1,0 Кэф
0,4 —............................................
0 1 2 3 4 V, м/с 5
Изменение коэффициента эффективного полива (Кэф) ДМ «Фрегат» в зависимости от скорости ветра (Ve): 1, 2 - серийные и модернизированные аппараты; 4 - дефлекторные насадки, установленные в стандартные штуцера; 3, 5 - устройства приповерхностного дождевания ВШ и ДА
Устройства приповерхностного дождевания (рычажного типа, «сборная штанга») позволяют снижать высоту установки дождевателей до 0,6 м от поверхности почвы и высоту подъема дождевого облака. Это повышает устойчивость струй к ветру и равномерность полива машины. Коэффициент вариации слоя дождя на пролетах машины при установке дефлекторных насадок снижается до 14.21 % (таблица, опыты 7, 12, 18).
Коэффициент вариации слоя дождя (КВ) на пролетах с дефлекторными насадками, установленными в стандартные штуцера ДМ «Фрегат» и по учащенной схеме, а также на устройствах приповерхностного дождевания, зависит от величины перекрытия струй R/1, скорости ветра и его направления относительно трубопровода машины и описывается уравнением
82Í
КВ = А Va 0 35 (R/1) ~0'661, (2)
где А - постоянный коэффициент При установке дефлекторных насадок в стандартные штуцера А = 12,5; при установке дефлекторных насадок по учащенной схеме и на устройствах приповерхностного дождевания А = 9,6;
R/f - величина отношения радиуса полива к расстоянию между насадками;
Va = Vß-Ka - скорость ветра с учетом коэффициента, учитывающего угол направления скорости ветра относительно трубопровода машины.
Ka = 0,009 (90° - a),
где a - угол между направлением скорости ветра и трубопроводом машины (0 <a< 90), град.
Монтаж модернизированных аппаратов на устройства приповерхностного дождевания позволяет снизить высоту установки дождевателей до 0,6 м от поверхности почвы и уменьшить до 1,5.1,8 м высоту подъема дождевого облака. Это повышает устойчивость струй к ветру и равномерность полива машин. Коэффициент вариации слоя дождя на пролетах машины при скорости ветра 3,8 м/с уменьшается до 9,7.10,5 % (таблица, опыты 8, 12), а коэффициент эффективного полива повышается до 0,75.0,78 (рисунок, кривая 5).
Благодаря использованию на ДМ «Фрегат» устройств приповерхностного дождевания типа «вращающаяся штанга» с шириной штанги 5 м, на одном конце которой устанавливают дефлекторную насадку кругового или секторного полива, а на другом конце - малорасходную струйную насадку с диаметром сопла 3,2.7,1 мм или струйную насадку с отражателем, обеспечивается высокая равномерность полива. Коэффициент вариации слоя дождя в зоне полива устройств приповерхностного дождевания типа «вращающаяся штанга» снижается до 9,2.11,0 %, а коэффициент эффективного полива повышается до 0,70. 0,74 (рисунок, кривая 3).
Внедрение модернизированных дождевателей на ДМ «Фрегат» повышает урожайность ячменя на 4,6 ц/га (ОАО «Эн-гельсское»), травосмеси на 12.20 ц/га (ОПХ «ВолжНИИГиМ»). Расчетный экономический эффект составляет 30.40 тыс. руб. на одну машину.
Таким образом, исследования показали, что для повышения равномерности полива ДМ «Фрегат» при ветре рекомендуется использовать модернизированные дождевальные аппараты, дефлекторные насадки, устанавливаемые на трубопроводе
Технические науки
машины по учащенной схеме, и устройства приповерхностного дождевания. Модернизированные дождеватели внедрены более чем на 370 ДМ «Фрегат», которые эксплуатируются на орошаемых землях в хозяйствах Саратовской области.
Литература
1. Носенко, В. Ф. Система показателей технического уровня дождевальной техники / В. Ф. Носенко, Г. А. Ландес, Е. Н. Балабан // Техника орошения и сельхозводо-снабжение нового поколения. - Коломна, 1998. - С. 28-45.
2. Колесников, Ф. И. Методика оценки эффективности дождевальных машин / Ф. И. Колесников. - М., 1975. - 157 с.
3. Краснощеков, В. С. Влияние равномерности полива на урожай сельхозкультур / В. С. Краснощеков // Новое в технике и технологии полива: сб. науч. тр. / ВНПО «Радуга». - М., 1976. - Вып. 9. - С. 88-97.
4. Гусейн-Заде, С. Х. Многоопорные дождевальные машины / С. Х. Гусейн-Заде, Л. А. Перевезенцев, В. И. Коваленко. - М.: Колос, 1984. - 191 с.
5. Орлова, О. К. Зависимость качества дождя от мезо- и микрорельефа поля и климатических факторов / О. К. Орлова // Орошение сельскохозяйственных культур в Нижнем Поволжье: сб. науч. тр. / Волгоградский СХИ. - Волгоград, 1978. - С. 132 -137.
6. Калашников, А. А. Определение качества дождя при работе дождевальных аппаратов, установок и машин: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А. А. Калашников. -Ставрополь, 1973. - 20 с.
7. Шигаев, В. И. Результаты исследований дождевальной машины «Днепр» ДФ-120 на улучшение качества полива / В. И. Шигаев, В. Н. Корочков // Техническое совершенствование оросительных систем Поволжья: сб. науч. тр. / ВолжНИИГиМ. -М., 1984. - С.43-47.
8. Рыжко, Н. Ф. Совершенствование до-ждеобразующих устройств для многоопорных дождевальных машин: монография / Н. Ф. Рыжко. - Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2009. - 176 с.
9. Шигаев, В. И. Равномерность распределения дождя и надежность работы «Фрегатов» / В. И. Шигаев, Н. Ф. Рыжко // Развитие мелиорации Поволжья: сб. науч. тр. / ВолжНИИГиМ. - М., 1983. - С. 97-103.
10. Лебедев, Б. М. Дождевальные машины / Б. М. Лебедев. - М.: Машиностроение, 1965. - 245 с.
11. Бредихин, Н. П. Влияние ветра на работу дальнеструйных дождевателей и пути повышения качества полива: авто-реф. дис. . канд. техн. наук / Н. П. Бредихин. - М., 1969. - 19 с.
12. Пунинский, Ю. С. Результаты испытаний дождевальных машин «Фрегат» в условиях лесостепной черноземной зоны / Ю. С. Пунинский, В. К. Губер // Совершенствование способов и техники полива сельскохозяйственных культур в Поволжье: сб. науч. тр. / ВолжНИИГиМ. - М., 1973. -С. 51-58.
13. Шереметьев, А. В. Технология и устройство для повышения качества полива дождевальной машиной «Фрегат» в условиях сложного рельефа: автореф. дис. . канд. техн. наук / А. В. Шереметьев. - Рязань, 2007. - 23 с.
14. Нуриддинов, Т. Н. Исследование и изыскание рациональных параметров ко-ромыслового привода среднеструйных дождевальных аппаратов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / Т. Н. Нуриддинов. - М., 1975. - 22 с.
15. Рыжко, Н. Ф. Совершенствование поливной техники и повышение качества дождя на примере низконапорной ресурсосберегающей дождевальной машины «Фрегат»: автореф. дис.... канд. техн. наук / Н. Ф. Рыжко. - Саратов, 2002. - 20 с.
Нива Поволжья № 2 (19) май 2011 83
