Повышение эффективности полива путем совершенствования конструктивных параметров дождевателя консольного дальнеструйного фронтального

Достаточное и стабильное производство продукции сельского хозяйства считается одним из основных показателей эффективности функционирования агропромышленного комплекса. В свою очередь, обеспечение поливной техникой АПК России имеет особое значение, поскольку поливная техника является одним их основных средств производства сельхозпродукции в агропромышленном секторе, функционирование которой в технологиях производства определяет:

• конкурентоспособность сельскохозяйственной продукции;
  
• качество сельскохозяйственной продукции;
  
• уровень производительности труда и затрат энергетических ресурсов на ее производство;
  
• социально-экономический уровень сельского населения.

Начиная с 1995 г. в РФ так и в Ростовской области произошло значительное падение продуктивности и производства продукции на орошаемых землях. Воспроизводство плодородия земель в последующие годы не обеспечивается, в том числе из-за некачественного полива, вызванного недостатком дождевальной техники. Значительно ухудшается техническое состояние оросительных систем. Многократно сокращаются инвестиции в финансирование ремонтно-эксплуатационных работ.

Одновременно с уменьшением общего количества орошаемых земель наблюдается сокращение поливной техники. В настоящее время осталось около 25 тыс. дождевальных машин, в том числе более 20 тыс. уже отслуживших свой нормативный срок. Так в Ростовской области анализ наличия дождевальной техники показывает следующее: в 2000 году — 1396 шт. (ДДА100МА — 538 шт.); в 2001 году — 1247 шт. (ДЦА-ЮОМА — 512 шт.); в 2002 году — 1063 шт. (ДДА-100МА — 448 шт.). Более 60% закрытой сети, обеспечивающих работу ДМ, требуют замены, на которой морально и физически устарела запорно-регулирующая арматура, более 95% протяженности открытых межхозяйственных каналов утратили свои противофильтрационные свойства.

Как показывают результаты ежегодного мониторинга, большинство работающих в настоящее время дождевальных машин из-за низкого технического уровня, значительного срока эксплуатации, малой надежности и предельной изношенности узлов не удовлетворяют современным требованиям и в большинстве не обеспечивают своевременный полив сельскохозяйственных культур.

Разработка, производство и внедрение в хозяйственный оборот АПК дождевальной техники нового поколения с более высокими технико-эксплуатационными показателями является одной из возможностей вывода орошаемого земледелия на необходимые объемы производства отечественного продовольствия и его конкурентоспособность.

В Ростовской области был проведен анализ технического состояния парка дождевальных машин и тенденции его восстановления, на основании которого был сделан вывод, что наиболее быстро восстанавливаемыми являются орошаемые участки с поливной техникой работающей из открытых оросителей и автономными энергоносителями. К таким дождевальным машинам можно отнести ДДА-100МА и ДДА - ЮОВХ. Имея относительно хорошие показатели по мобильности, структуре дождя и работающие с забором воды из открытых оросителей, металлоемкость этих ДМ еще довольно высока. Дальнейшее развитие данного вида дождевальных машин следует вести в направлении уменьшения энергозатрат и материалоемкости.

Эти недостатки исключаются с разработкой принципиально новой дождевальной машины фронтального действия (ДКДФ-1), созданной ФГНУ «РосНИИПМ» с непосредственным участием автора. Этой машине присущи все положительные стороны ДДА-100МА и ДДА-ЮОВХ, но в отличие от этих машин она имеет вес более чем в два раза меньше.

Создание дождевальной машины принципиально новой конструкции требует исследования и обоснования параметров работы, технических и технологических показателей, что и предопределило выбор темы настоящей работы.

Таким образом, целью работы является повышение эффективности полива путем совершенствования конструктивных параметров дождевателя консольного дальнеструйного фронтального.

Для выполнения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:

• провести анализ и дать прогноз изменения количества дождевальной техники;
• теоретически обосновать экономически целесообразный начальный диаметр трубопровода с переменным сечением, оптимальные диаметры труб секций консоли и параметры насадок дождевальной машины ДКДФ-1;
  
• провести гидравлические исследования водопроводящих элементов дождевальной машины ДКДФ-1;
  
• исследовать основные агротехнические показатели полива концевого дальнеструйного насадка, определить оптимальное отношение диаметров основного и дополнительного сопел;
  
• определить агротехнические показатели дождевальной машины ДКДФ-1 и получить расходно-напорную характеристику дефлекторной насадки секторного действия;
  
• дать технико-экономическую оценку дождевателя консольного дальнеструйного фронтального (ДКДФ-1).

Объект исследований. Технологический процесс каплеобразования обеспечивающий качество дождя дождевателем консольным дальнеструйным фронтальным (ДКДФ-1).
Методика исследований предусматривает разработку теоретических предпосылок, их экспериментальную проверку в лабораторных полевых условиях. Теоретические исследования проводились на основе известных законов и методов математического анализа. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами и частными методиками. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением ЭВМ.

Выведены и уточнены математические зависимости расчета: эксплуатационных расходов по трубопроводу и стоимости затраченной энергии на трение в элементе труб при выборе экономически оптимального диаметра труб; потерь напора от расхода в водопроводящих элементах дождевальной машины; соотношения диаметра капли и диаметра сопла от критерия Рейнольдса дальнеструйного насадка, получена расходно-напорная характеристика дефлекторной насадки секторного действия. Разработана новая конструктивная схема дождевальной машины ДКДФ-1, обеспечивающая достаточную равномерность полива при соблюдении агротехнических требований к структуре дождя (патент РФ № 2223637).

Заключение:

1. Анализ технического состояния парка дождевальных машин и тенденции его восстановления показывает, что наиболее быстро восстанавливаемыми являются орошаемые участки с поливной техникой, работающей из открытых оросителей и с автономными энергоносителями (ДДА-100МА и ДДА-ЮОВХ).
2. Получена математическая зависимость определения эксплуатацион ных расходов и затраченной энергии на трение в элементе труб. Начальный внутренний диаметр трубы из полиэтилена низкого давления составил 141,8 мм. Оптимальные диаметры труб с переменным сечением секций консоли со ставляют: 160, 160, 140, 140, ПО мм соответственно 1, 2 и т.д. секции. Диаметры сопел насадок составили: 1,2,3 секции крыла ДКДФ-1 — 12 мм; 4 секции — 13 мм; 5 секций — 14 мм при среднем отклонении 1,85%.
3. Получены математические зависимости для расчета потерь напора от расхода в водопроводящих элементах дождевальных машин ДКДФ-1 и ДДА-ЮОВХ. Установлено что, снижение потерь напора у ДКДФ-1, в сравнении с ДДА-ЮОВХ, в среднем при различных расходах: по всасывающей линии на 6,09%, центральной части — 33,71%, консоли фермы — 22,1%, по машине — 23,64%.
4. Отношение диаметра основного сопла к диаметру дополнительного должно лежать в пределах 2,0 - 2,5. Уточнена математическая зависимость соотношения диаметра капли от диаметра сопла дальнеструйного насадка при напорах 0,2-0,ЗМПа.
5. Расход воды по дождемерам дождевальной машиной Д1СДФ-1 составил 71,34 л/с. Коэффициент эффективного полива — 0,553. Средний слой осадков за один проход в среднем составляет 5,67 мм. Средняя интенсив ность дождя ДКДФ-1 — 2,836 мм/мин. Диаметр капель дождевальной машины ДКДФ-1 составил: 0,57, 0,58 и 1,2 мм в начале, середине и конце крыла соответственно. Получена расходно-напорная характеристика дефлекторной насадки секторного действия. Исследуемые насадки имели коэффициент расхода ц — 0,897 - 0,911.
6. Производительность за час основного у ДКДФ-1 составляет 1,01 га/час; коэффициенты использования сменного времени и использования эксплуатационного времени — 0,647 и 0,635; коэффициент технологического обслуживания у ДКДФ-1 составил 0,86; коэффициент надежности технологического процесса — 0,998.
7. Годовой приведенный экономический эффект составил 104,465 тыс.руб. Экономический эффект от производства и использования за срок службы опытного агрегата составил 379,873 тыс. руб., при годовой экономии труда при эксплуатации 142,24 чел-час. Срок окупаемости капитальных вложений составил 2,46 года.