Технология полива широкозахватной дождевальной техникой, оборудованной дефлекторными насадками секторного типа на примере ДМ «Фрегат»

В условиях современной мелиоративной деятельности как никогда остро поставлен вопрос поиска путей экономии воды, сохранения почвенного плодородия, энергии, трудовых ресурсов.

Одним из способов ресурсосбережения при поливах, получившим признание во всем мире, является применение дождевальной техники, а основным направлением повышения качества являются существующие подходы к решению вопросов характеристики искусственного дождя, отвечающего высоким требованиям создания и совершенствования дождевальной техники, которым посвятили свои исследования: Б.Б. Шумаков, В.Н. Щедрин, Г.В. Ольгаренко, Б.М. Лебедев, В.Ф. Носенко, А.П. Исаев, А.Н. Костяков, А.Ф. Колесник, Н.С. Ерхов, С.Х. Гусейн-Заде, Н.П. Бредихин и др.

Учёными ФГНУ «РосНИИПМ» установлено, что наибольшее распространение для полива сельскохозяйственных культур в Ростовской области получают дождевальные машины «Фрегат» (ДМ «Фрегат»), численность которых в парке дождевальной техники достигает 30%. Однако, опыт эксплуатации ДМ «Фрегат» выявил недостатки в конструкциях дождевальных насадок, которые образуют высокоинтенсивный дождь, способствующий развитию процессов ирригационной эрозии и чрезмерному углублению колеи под опорными тележками машины.

На современном этапе развития существенно возросли требования сельскохозяйственного производства и рационального природопользования к способам и технике полива. Способы и техника полива должны быть в первую очередь ресурсосберегающими и экологически безопасными. Поэтому есть необходимость применения па системах экологически безопасные водосберегающие технологии орошения.

В настоящее время вопросы ресурсосбережения в орошении приобрели актуальность в связи с намечающимся общим подъемом сельского хозяйства в нашей стране. Орошение является мощным дополнительным рычагом дальнейшего подъема агропромышленного комплекса.

С развитием дождевания увеличивается парк дождевальных машин, появляются новые типы и модернизируются существующие. В этих условиях важное значение приобретают вопросы ресурсосбережения, эффективного использования дождевальной техники, повышения качества технологического процесса полива.

В орошении преобладают методы, основанные на принципе периодической подачи и аккумуляции влаги в почве путём периодических поливов, осуществляемых дождеванием, осуществлять его с наиболее .высоким коэффициентом использования воды на поле, т.е. с минимальными потерями.

В России из орошаемых земель более 54 % орошается дождеванием. Такой вид орошения наиболее близок к оптимальному попаданию влаги к растению, то есть природному выпадению осадков. В настоящее время парк дождевальных машин, установок и отдельных аппаратов насчитывает более двух десятков типов, создающих искусственный дождь разного качества. Наиболее широко применяемые дождевальные машины: «Фрегат», «Днепр», «Волжанка», ДДА-100ВХ, ДДА-100МА и др. создают крупнокапельный, близкий по интенсивности к ливневым дождь, что наносит вред, особенно молодым всходам, рассаде, а в ряде случаев подвергается опасности потенциальное плодородие почвы.

Опыт эксплуатации показывает, что дождевальная машина «Фрегат» имеет ряд преимуществ перед другими типами машин, которые выражаются в том, что она позволяет полностью механизировать и автоматизировать технологический процесс полива, сократить число операторов и повысить производительность труда за счёт обслуживания одним оператором до 4 машин, а также производить полив в большом диапазоне поливных норм: от 190 до 1200 м /га в зависимости от скорости движения. Качество дождя определяется использованием насадок, которые зачастую не позволяют сформировать основные его показатели в соответствие с требованиями эрозионной безопасности.

Перечисленные негативные факторы приводят к деградации почвенного покрова и обосновывают актуальность данной работы в сфере реализации этапов ФЦП «Сохранения и восстановления плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения как национального достояния России».

Исследования по теме диссертации выполнены в соответствие с межведомственной координационной программой РАСХН «Технические предложения по модернизации и созданию новых конструкций дождевальной и локальной оросительной техники, обеспечивающей развитие АПК РФ», поз. 111. 01. 03.

Цель работы — совершенствование элементов технологии полива дождевальной машиной «Фрегат» оборудованной дефлекторными насадками секторного типа.

Задачи исследований:

1. Изучить технические особенности, достоинства и недостатки дождеобразующих устройств, которые применяются на широкозахватной дождевальной технике, и в частности на ДМ «Фрегат».
2. Разработать конструкцию дефлекторной насадки секторного типа.
3. Усовершенствовать технологию полива с применением дефлекторной насадки секторного типа.
4. Сравнить количественные показатели поверхностного стока при использовании модернизированной конструкции насадки секторного типа с ближайшими аналогами.
5. Дать оценку глубины колеи под опорными тележками при использовании разработанной конструкции дефлекторной насадкн секторного типа на дождевальной машине «Фрегат».
6. Определить экономическую и энергетическую эффективность от применения разработанной конструкции дефлекторной иасадки секторного типа.
   

Объект исследований — дождевальная машина «Фрегат», оборудованная модернизированными дефлекторными насадками секторного типа.

Предмет исследований — методы и способы совершенствования конструкции дефлекторных насадок секторного типа.

Методологической основой послужили комплексные теоретические, полевые и лабораторные исследования, системный анализ и обобщение полученных результатов, а также опубликованные труды отечественных и зарубежных специалистов. Весь комплекс исследований проводился согласно требованиям государственных и отраслевых стандартов, общепринятых методик РАСХН, ГНУ «ВНИИГиМ», ФГНУ «Рос-НИИПМ», ФГОУ ВПО «НГМА».

Научную новизну работы составляют:

1. Параметры дефлекторной насадки секторного типа.
2. Усовершенствованные элементы технологии полива ДМ «Фрегат» дефлекторными насадками секторного типа.
3. Графоаналитические зависимости среднего диаметра капель от напора в трубопроводе и расхода насадки.
4. Модели оценки величины ирригационного стока и глубины колеи под опорными тележками при использовании предложенной конструкции дефлекторной насадки секторного типа на дождевальной машине «Фрегат».
   

Основные научные положения:

• установлены параметры дефлекторной насадки секторного типа;
• конструкция дефлекторной насадки секторного типа;
• показатели снижения ирригационного стока при установке дефлекторных насадок секторного типа против хода дождевальной машины;
• оценка экономической эффективности.
  

Практическая значимость работы. Обоснованные результаты исследований могут быть использованы при установке дефлекторных насадок секторного типа на дождевальную машину «Фрегат» и её эксплуатации с разработанными насадками.

Внедрение дефлекторных секторных насадок, установленных на трубопроводе через 5 м, повышает равномерность распределения дождя по полю, снижает энергетическое воздействие капель на почву, при этом насадка имеет низкую вероятность засорения. Надёжность в работе и низкая стоимость обеспечивают высокую эффективность использования дефлекторных насадок секторного типа на дождевальной машине «Фрегат».

Результаты исследований реализованы в производственной практике хозяйств «Государственное Унитарное Сельскохозяйственное предприятие «Кадамовский» п. Кадамовский Ростовской области», «Индивидуальное предприятие «Пан А. О.» с. Куле-шовка Азовского района Ростовской области» на общей орошаемой площади 2130 га. Материалы исследований использовались при составлении актов по НИР, выполняемых по проблеме развития АПК Минсельхоза России за 20062008 гг., и при разработке перспектив планов развития орошения на территории, обслуживаемой ФГУ Управление «Ростовмелиоводхоз» в 2006-2007 гг.

Основные положения работы доложены и одобрены на научно-практических конференциях: «Пути повышения эффективности орошаемого земледелия» и др. в ФГНУ «РосНИИПМ» (Новочеркасск, 2004-2007 гг.) и на международной научно-практической конференции «Проблемы мелиорации земель и воспроизводства почвенного плодородия» ФГОУ ВПО «КубГАУ» (г. Краснодар, 2008 год).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Основным способом орошения в Ростовской области является дождевание. При этом весьма широкое распространение получили дождевальные машины «Фрегат», численность которых в парке дождевальной техники в 2005 году составила 24 %, а к 2007-2008 году — 30 %. Опыт эксплуатации дождевальных машин «Фрегат» и др. широкозахватной дождевальной техники выявил недостатки в конструкциях дождевальных насадок, используемых при эксплуатации машин, которые негативно отражаются на мелиоративном состоянии орошаемого поля (переполив, углубление колеи, ирригационная эрозия, непроизводительные потери воды и др.). Данную проблемную ситуацию возможно разрешить за счёт усовершенствования технологии полива при использовании дефлекторных насадок секторного типа, позволяющих регулировать интенсивность дождя и крупность капель в дождевом облаке.
2. Интенсивность дождя предлагаемой конструкции дефлекторной насадки секторного типа составляет 0,03-0,4 мм/мин, что ниже интенсивности дождя, образуемого серийной насадкой, на 10 % и более.
3. При изменении диаметра сопла с 4 до 16 мм расход насадки составляет 0,15-3,15 л/с, а средняя интенсивность 0,15 мм/мин. При этом средний коэффициент расхода секторной насадки равен 0,87. Радиус захвата дождём дефлекторных насадок вдоль трубопровода изменяется в пределах 5-11,5 м, а для обеспечения достаточного перекрытия струй расстояние между насадками должно быть не менее 5-6 м.
4. Секторные насадки формируют мелкокапельный дождь, при среднем диаметре капель от 0,50 до 0,86 мм. Получены математические зависимости для расчёта крупности капель в любой точке радиуса захвата дождя, а также среднего, минимального и максимального диаметра капель в начале и конце струи.
5. Предлагаемая конструкция дефлекторной насадки секторного типа проста по конструкции, отличается высокой надёжностью в работе и меньшей вероятностью засорения, а её стоимость примерно в пять раз меньше стоимости среднеструйных аппаратов и в три раза существующих дефлекторных насадок. Внедрение разработанной насадки на ДМ «Фрегат» упрощает процесс эксплуатации, так как отсутствуют операции по регулировке на расход воды.
6. Экспериментальные исследования доказали высокую эффективность усовершенствованных дефлекторных насадок секторного типа, установленных на дождевальной машине «Фрегат». Осреднённый чистый доход и рентабельность при использовании ДМ «Фрегат», с установленными на ней дефлекторными насадками секторного типа, при выращивании капусты составил 22414 руб./га и 108 % при экономии поливной воды от 2,2 до 2,9 м /т.
   

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

1. Предлагаемый комплект дефлекторных насадок может быть использован для совершенствования технологии полива ДМ «Фрегат» и другой широкозахватной дождевальной техникой.
2. ДМ «Фрегат», укомплектованная дефлекторными насадками секторного типа, рекомендуется для полива овощных культур на болынеуклонных (до 0,04) участках правобережья Нижнего Дона, представленных черноземами обыкновенными.