Спосіб рівномірного розподілу штучного дощу

Реферат: Спосіб рівномірного розподілу штучного дощу включає використання низьконапірної дощувальної машини кругової дії, обладнаної низьконапірними дощувальними насадками ротаційної дії i-Wob "Senninger" з регулятором тиску перед кожною насадкою. Для одержання однакового шару опадів по всій площі зрошуваного круга в залежності від різної швидкості руху прольотів дощувальної машини, градієнт якої збільшується в напрямку до кінцевих частин, діаметри сопел низьконапірних дощувальних насадок збільшують в напрямку до кінцевих частин дощувальної машини та розміщують їх на кінцевих прольотах з частішою розстановкою з кроком 5,0 м в середній частині та з кроком 2,5 м в кінцевій частині. UA 76887 U (12) UA 76887 U UA 76887 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі сільського господарства, а саме до зрошування, та може бути використана на дощувальних машинах кругової дії з низьконапірними дощувальними насадками. В основу способу дощування закладено принцип періодичної подачі води і акумуляції її в ґрунті. Зрошення дощуванням здійснюється машинами, які подають воду на поле у вигляді дощу, який зволожує ґрунт, рослини та приземний шар повітря. Зрошувальна норма при дощуванні подається рослинам окремими порціями (поливними нормами) у визначені строки вегетаційного періоду, згідно з потребою рослин у воді, яка змінюється у часі. Штучний дощ, який створюється дощувальними машинами, повинен відповідати наступним критеріям: - коефіцієнт ефективного поливу при швидкості вітру до 1,5 м/с повинен бути не менше 0,70; - коефіцієнт рівномірності зрошення за Крістіансеном при швидкості вітру до 1,5 м/с - не менше 80 %; - середня інтенсивність дощу - не більше 0,6-1,3 мм/хв.; - середній діаметр крапель - не більше 1,5 мм. Забезпечення якісної роботи дощувальних машин кругової дії, виходячи з цих критеріїв, а також умов динаміки руху багатопрольотної конструкції машини, неодноразових проходів візків по одному сліду - являє собою доволі непросту технічну проблему. З іншого сторони, дощувальні машини кругової дії мають ту характерну особливість, яка відрізняє їх від фронтальних дощувальних машин, - збільшення швидкості руху елементів в напрямку до кінцевої частини. В зв'язку з цим виникає проблема рівномірності виливу води по всій довжині дощувальної машини. Відомий спосіб поливу дощувальною машиною, що містить водопровідний трубопровід, розміщений на центральному і проміжних візках, електрогенератор, пульт керування, систему синхронізації руху візків, електроприводи мотор-редукторів коліс візків, регулятор тиску на вході водопровідного трубопроводу, систему освітлення візків і пульт керування, на центральному візку і водопровідному трубопроводі встановлені гідротурбіна, регулятор витрати і електроакумулятор, гідротурбіна механічно з'єднана з електрогенератором, який електрично з'єднаний через пульт керування з електроприводами мотор-редукторів коліс візків, електромеханічною системою синхронізації руху візків і електроакумулятором, який електрично з'єднано із системою освітлення візків і пульта керування (Патент України № 37341). До недоліків способу можна віднести те, що регулятор тиску встановлено на вході водопровідного трубопроводу, що призводить до нерівномірного виливу води по довжині дощувальної машини при зламі її прольотів на нерівному рельєфі. Відомий спосіб визначення об'ємів та об'ємних витрат води, поданими дощувальними машинами та установками, за яким шукані характеристики обчисляють з урахуванням часу їх роботи. За цим способом попередньо експериментальним шляхом визначають залежність об'ємної витрати води від напору для конкретного дощувального агрегату в реальних умовах, на графіку цієї залежності визначають градуювальні коефіцієнти, що характеризують нахил окремих відрізків двох прямих об'ємної витратної характеристики до осі абсцис, при цьому напір на вході дощувального агрегату визначають за допомогою датчика тиску, під'єднаного до автоматичного перетворювача напору в об'єм та об'ємну витрату води. Для реєстрації та архівації напору води на вході дощувального агрегату використовують локальні мікропроцесорні засоби вимірювальної техніки з датчиками тиску, а визначення шуканих характеристик здійснюють за формулами. Спосіб здійснюється таким чином. Для кожної дощувальної машини або установки в реальних умовах попередньо визначають напір на вході та залежність об'ємної витрати води від напору з подальшим обчисленням об'єму та об'ємної витрати води. Ці операції проводять також при зміні конкретних умов роботи - режиму роботи агрегату, місця його розміщення у зрошувальній системі тощо. В основі обчислення згаданих характеристик за напором води лежить аналіз витратної характеристики агрегату (Патент України № 41402). До недоліків способу можна віднести те, що визначення об'ємної витрати води в залежності від напору на вході дощувальної машини необхідно проводити кожний раз заново при зміні режиму роботи агрегату або місця його розміщення у зрошувальній системі. Використання мікропроцесорних засобів вимірювальної техніки здорожує сам спосіб та збільшує трудомісткість його використання в зв'язку з повірками його в державних органах стандартизації. Відомий спосіб поливу дощувальною машиною "Фрегат" кругової дії (аналог), яка рухається навколо центрального стояка за рахунок тиску поливної води та здійснює полив через розприскуючі пристрої. 1 UA 76887 U 5 10 15 20 25 30 35 Розміщення на водопровідному трубопроводі розприскуючих пристроїв наступне: на першому та другому від нерухомої опори прольотах розміщено чотири середньоструменевих дощувальних апарати, які встановлені через кожні десять метрів, від третього до чотирнадцятого прольоту - короткоструменеві секторні насадки, які встановлені через два з половиною метри, на останніх двох прольотах та консолі короткоструменеві насадки, що встановлені на відкрилках. Закінчується водопровідний трубопровід далекоструменевим дощувальним апаратом. Недоліки способу: - нерівномірність розподілу штучного дощу на зрошуваній поверхні із-за більшої швидкості прольотів в напрямку до кінців дощувальної машини кругової дії; - дощувальні апарати не здатні забезпечити однаковий тиск поливної води по всій довжині дощувальної машини: біля гідранта тиск вищий, на кінці машини - нижчий. В результаті одержується нерівномірний полив. Задачею корисної моделі є забезпечення рівномірності розподілу штучного дощу на зрошуваній поверхні по всій ширині захвату дощувальної машини кругової дії в напрямку до її кінців. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб рівномірного розподілення штучного дощу включає використання низьконапірної широкозахватної дощувальної машини кругової дії, обладнаної низьконапірними дощувальними насадками ротаційної дії i-Wob "Senninger" з регулятором тиску перед кожною насадкою, для одержання однакового шару опадів по всій площі зрошуваного круга в залежності від різної швидкості руху прольотів дощувальної машини, діаметри сопел низьконапірних дощувальних насадок збільшують в напрямку до кінцевих частин дощувальної машини та розміщують дощувальні насадки на кінцевих прольотах з частішою розстановкою - з кроком в 5,0 м в середній частині та з кроком 2,5 м в кінцевій частині. Поставлена задача вирішується також тим, що витрати води через дощувальну насадку визначаються по формулі qn  0,01045 d2 P , де qn - витрати води через дощувальну насадку, 2 л/с; d - діаметр сопла насадки, мм; P - тиск води перед насадкою, кг/см . Використання насадок з різним діаметром сопел пояснюється тим, що під час руху води по водопровідному трубопроводі у відповідності з відомою формулою Дарсі-Вейсбаха мають місце втрати напору. Для вирівнювання витрат води по насадках у міру віддалення їх від початку підводу води, діаметр сопел необхідно збільшувати. Проте зі збільшенням діаметра сопла буде збільшуватися і діаметр дощової краплі, що небажано. Щоб уникнути цього явища, а також враховуючи те, що прольоти дощувальної машини рухаються зі швидкістю, яка збільшується у напрямку від центральної опори до кінця машини, від одинадцятого прольоту дощувальні насадки розташовуються з меншим кроком. При роботі дощувальних машин час дії дощу на поверхню ґрунту зменшується пропорційно відстані даної точки водопровідного трубопроводу від центру обертання. Відповідно до цього повинні збільшуватися витрати води через дощувальні насадки. Для одержання однакового шару опадів по всій площі зрошуваного круга витрати води через дощувальні насадки повинні відповідати умовам: 40 qn Q T T, Sn Smax 45 де qn - витрати води n-ою насадкою, л/с; 2 Sn - площа поливу n-ої насадки, м ; 2 Smах - максимальна площа поливу дощувальною машиною з однієї позиції, м ; Q - загальні витрати води дощувальної машини, л/с; Т - час одного оберту дощувальної машини, год. З формули (1) знаходимо витрати води n-ою дощувальною насадкою: qn  Q 50 (1) Sn , л/с. Smax (2) Загальні витрати води Q можна визначити, на початковій стадії розрахунків, через інтенсивність дощу іn, яку приймають, рівною 0,6 мм/хв, ширини захвату дощувальної машини L=458,39 м та радіусу поливу дощувальної насадки R=7,5м. 2 UA 76887 U Q in L * 2L . 60 (3) Підставляючи в формулу (3) всі значення, одержимо Q=70,99 л/с. Площа поливу n-ої насадки Sn визначається по формулі: 5 10 15 20 Sn  2R1h  h2  2h2 (n  1) , де R1 - внутрішній радіус першого кільця, м; h - ширина кільця поливу, м. В цій формулі площа поливу Sn n-ою дощувальною насадкою визначається в залежності від відстані від осі обертання до місцезнаходження дощувального апарата та від ширини захвату h окремого апарата (ширина кільця) з врахуванням перекриття суміжними дощувальними насадками. Для дощувальної насадки і-Wob "Senninger" з радіусом поливу 7,5 м, з шириною захвату дощувальної машини 458,39 м, та довжиною консолі 18,12 м - внутрішній радіус першого кільця R1=3,615 м, ширина кільця поливу h=2,46924 м. Максимальна площа поливу Smax визначається по формулі: Smax  R 2max,м2 , де Rmax - зовнішній радіус останнього кільця поливу - 460,424 м. Підставляючи в формулу (2) дані, одержуємо витрати води першою насадкою q1=0,008372 л/с, для останньої насадки qn=0,792691 л/с. Далі, підбираємо дощувальну насадку і-Wob, виходячи з підрахованого значення витрат води qn. Наприклад, для останньої насадки при витратах води 0,792691 л/с знаходимо насадку з витратами води 0,81 л/с з номером № 22. Витрати води через насадку можна визначити і по іншій формулі: qn   2g(H  H) , 25 30 де  - коефіцієнт витрат води; 2  - площа поперечного перерізу отвору сопла насадки, м ; Н - напір перед першою насадкою, м; H - втрати напору по довжині водопроводу, м. Втрати напору H визначають по відомій формулі Дарсі-Вейсбаха з врахуванням місцевих втрат: H  35 (4) 1 8Q2 2 . l  3  2d5g 2g (5) Визначення втрат напору по формулі Дарсі-Вейсбаха досить складне, тому H частіше всього визначають практичним шляхом. В загальному випадку втрати напору складаються з сумарних втрат по довжині трубопроводу, втрат в арматурі та в місцях з'єднання, втрат в під'єднувальному пристрої, геодезичних втрат на підйом води від гідранта до водопроводу. Маємо два вирази для витрат води дощувальною насадкою по формулах (2) та (4), звідки можна визначити площу поперечного перерізу отвору сопла насадки .   2g(H  H)  Q  QSn  2g(H  H)  Sn , Smax 1 Smax (6) . (7) 40 З цього виразу можна знайти діаметр сопла насадки d. Значно простіше можна визначити витрати води через дощувальну насадку знаючи тільки тиск води перед насадкою. Для розрахунку витрат води qn з врахуванням тиску води перед насадкою пропонується наступна практична формула: 45 qn  0,01045 d2 P (8) 3 UA 76887 U 5 10 15 де qn - витрати води через дощувальну насадку, л/с; d - діаметр сопла насадки, мм; 2 P - тиск води перед насадкою, кг/см ; 0,01045 - коефіцієнт витрати води, який залежить від діаметра сопла насадки та швидкості потоку. Тиск води перед кожною насадкою визначають за допомогою манометра. Наприклад, витрати води для дощувальної насадки і-Wob "Senninger" № 17 з діаметром сопла 7 мм, які визначені шляхом прямих вимірів, складають 0,5278 л/с при тиску води перед 2 насадкою 1,05 кг/см . Витрати води через насадку, визначені по формулі (8), будуть складати: qn  0,01045 d2 P  0,01045  72  105  0,5274 л / с. , Відстань між насадками, виходячи з рекомендацій фірми "Senninger", приймається з розрахунку перекриття дощем площі між суміжними насадками, що забезпечує рівномірність поливу. Відстань між насадками з першого по десятий проліт вибираємо 5 м. З урахуванням того, що час дії дощу на круг зрошення зменшується в напрямку до кінцевих частин, відстань між насадками в кінцевій частині зменшено до 2,5 м для забезпечення рівномірного розподілу штучного дощу. Розміщення насадок, число їх та діаметр сопел показано в таблиці. 20 Таблиця Номер прольоту 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Консоль 25 30 Число насадок на Відстань між прольоті, шт насадками, м 4 5,0 6 5,0 6 5,0 5 5,0 6 5,0 5 5,0 6 5,0 5 5,0 6 5,0 6 5,0 6 5,0 11 2,5 11 2,5 11 2,5 11 2,5 11 2,5 6 2,5 Діаметр сопла насадок, мм 2,38 2,38; 2,78; 3,18 3,57; 3,97; 4,37 4,76; 5,16 5,16; 5,56; 6,35 6,35; 6,75 6,75; 7,14 7,54 7,54; 7,94 7,94; 8,33; 8,73 9,13 6,75; 7,54; 7,94 6,75; 7,94; 8,33 7,14; 8,33; 8,73 7,54; 8,73 7,94; 9,13 7,94 Довжина прольоту, м 20,0 29,3 29,3 24,3 29,3 24,3 29,3 24,3 29,3 29,3 29,3 29,3 29,3 29,3 29,3 29,3 18,1 Як видно з таблиці, діаметри сопел дощувальних насадок поступово збільшуються в напрямку кінцевих частин. Застосування способу дозволить розраховувати витрати води через насадки, виходячи з умови рівномірного розподілу шару опадів по всій площі зрошуваного круга. Спосіб дозволяє, вимірюючи тільки тиск води перед насадкою за допомогою манометра, зменшити трудомісткість вимірювань та підвищити їх точність. Запропонована практична формула для розрахунку витрат води по тиску води перед насадкою, спрощує розрахунки, дозволяє розраховувати витрати води, не вимірюючи ширину захвату дощувальної машини та ширину кільця поливу окремою дощувальною насадкою. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 1. Спосіб рівномірного розподілу штучного дощу, що включає використання низьконапірної дощувальної машини кругової дії, обладнаної низьконапірними дощувальними насадками ротаційної дії i-Wob "Senninger" з регулятором тиску перед кожною насадкою, який відрізняється тим, що для одержання однакового шару опадів по всій площі зрошуваного круга в залежності від різної швидкості руху прольотів дощувальної машини, градієнт якої 4 UA 76887 U 5 збільшується в напрямку до кінцевих частин, діаметри сопел низьконапірних дощувальних насадок збільшують в напрямку до кінцевих частин дощувальної машини та розміщують їх на кінцевих прольотах з частішою розстановкою - з кроком 5,0 м в середній частині та з кроком 2,5 м в кінцевій частині. 2. Спосіб рівномірного розподілу штучного дощу за п. 1, який відрізняється тим, що витрати води через дощувальну насадку визначають по формулі qn  0,01045 d2 P , де qn - витрати води через дощувальну насадку, л/с; d - діаметр сопла насадки, мм; P - тиск води перед 2 насадкою, кг/см . Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5