Спосіб рівномірного розподілу штучного дощу та зменшення енергоспоживання при зрошуванні низьконапірними дощувальними машинами кругової дії

Реферат: Спосіб рівномірного розподілу штучного дощу та зменшення енергоспоживання при зрошуванні низьконапірними дощувальними машинами кругової дії 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, діаметри сопел насадок збільшують в напрямку до кінцевих частин дощувальної машини та розміщують їх на кінцевих прольотах з частішою розстановкою, за допомогою манометра, встановленого перед регулятором тиску, визначають робочий тиск води на останній дощувальній насадці. UA 91738 U (12) UA 91738 U UA 91738 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 потребами 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. 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. Відомо 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-редуктор і в коліс візків, електромеханічною системою синхронізації руху візків і електроакумулятором, який електрично з'єднано із системою освітлення візків і пульту 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. Відомо спосіб рівномірного розподілу штучного дощу, який взято як аналог. (Патент України № 76887). Спосіб включає використання низьконапірної дощувальної машини кругової дії, яка обладнана низьконапірними дощувальними насадками ротаційної дії i-Wob "Senninger" з регуляторами 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 дощувальних насадок збільшують в напрямку до кінцевих частин дощувальної машини та розміщують їх на кінцевих прольотах з частішою розстановкою. Недоліки способу: неможливість контролю тиску поливної води в кінцевих частинах дощувальної машини та її консолі і, як наслідок, неможливість регулювання тиску води; при підвищеному тиску води в кінцевій частині дощувальної машини збільшується енергоємність зрошування, а при зниженому тиску води регулятори тиску перестають працювати і процес зрошення припиняється. 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, контроль робочого тиску води в кінцевих частинах та консолі, приведення робочого тиску води до оптимального значення, при якому забезпечується одержання однакового шару опадів по всій площі зрошуваного круга та зменшення енерговитрат на зрошення. Поставлена задача вирішується тим, що спосіб рівномірного розподілу штучного дощу та зменшення енергоспоживання при зрошуванні низьконапірними дощувальними машинами кругової дії включає використання низьконапірної дощувальної машини кругової дії, обладнаної низьконапірними дощувальними насадками ротаційної дії i-Wob "Senninger" з регулятором тиску перед кожною насадкою, діаметри сопел яких збільшують в напрямку до кінцевих частин дощувальної машини та розміщують їх на кінцевих прольотах з частішою розстановкою для одержання однакового шару опадів по всій площі зрошуваного круга, втрати води через 1 UA 91738 U 5 10 15 20 25 дощувальну насадку визначають по формулі qn  0,01045 d2 P  , де qn - витрати води через 2 дощувальну насадку, л/с; d - діаметр сопла насадки, мм; P - тиск води перед насадкою, кг/см , згідно з корисною моделлю, за допомогою манометра, додатково встановленого перед регулятором тиску, визначають робочий тиск води на останній дощувальній насадці. Поставлена задача виконується також тим, що оптимальний тиск води на останній насадці, який відповідає умовам рівномірного розподілу штучного дощу, визначають по формулі qn P( )2 , де qn - витрати води через дощувальну насадку, л/с; d - діаметр сопла 0,01045 d2 насадки, мм, порівнюють оптимальний тиск, визначений по формулі, та робочий тиск води на останній насадці, виміряний за допомогою додатково встановленого манометра, доводять робочий тиск на останній насадці до оптимального, зменшуючи потужність насосної станції, або за допомогою засувки на стояку, контролюючи тиск води на стояку манометром, складають матрицю відповідностей тиску води на стояку оптимальному тиску на останній насадці в залежності від ширини захвату дощувальної машини. Використання насадок з різним діаметром сопел пояснюється тим, що під час руху води по водопровідному трубопроводу 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 дощувальні насадки в кінцевій частині 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 осадків по всій площі зрошуваного круга витрати води через дощувальні насадки повинні відповідати умовам: qn Q T T , де Sn Smax 30 (1) qn - витрати води η- οю насадкою, л/с; 2 Sn - площа поливу n-οϊ насадки, м ; 2 Smax - максимальна площа поливу дощувальною машиною з однієї позиції, м ; Q - загальні витрати води дощувальної машини, л/с; T - час одного оберту дощувальної машини, год. З формули (1) знаходимо витрати води n-ою дощувальною насадкою: 35 qn  Q Sn ,л/с Smax (2) Загальні витрати води Q можна визначити, на початковій стадії розрахунків, через інтенсивність дощу in , яку приймають рівною 0,6 мм/хв, ширини захвату дощувальної машини L  458,39 м та радіуса поливу дощувальної насадки R  7,5 м. 40 i Q  n L * 2R 60 (3) Підставляючи в формулу (3) всі значення, одержимо Q  70,99 л/с. Площа поливу n-οϊ насадки Sn визначається по формулі: Sn  2R1h  h2  2h2 (n  1) , де 45 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 2 UA 91738 U 5 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 R13,615 м, ширина кільця поливу h  2,4692 м. Максимальна площа поливу Smax визначається по формулі: 2 Smax   Rmax ,м2 , де 10 15 Rmax - наріжний 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) , де 20 (4)  - коефіцієнт витрат води; 2  - площа поперечного перерізу отвору сопла насадки, м ; H - 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  1 8Q2 2 l  3  2 d2 g 2g (5) 25 30 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  35 QS n Sn , Smax 1  2g(H  H) Smax 45 (7) З цього виразу можна знайти діаметр сопла насадки d . Витрати поди через дощувальну насадку розраховується по формулі: qn  0,01045 d2 P , де 40 (6) (8) 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. (Патент України № 76887). 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 . 3 UA 91738 U Витрати води через насадку, визначені по формулі (8), будуть складати: 5 10 qn  0,01045 d2 P  0,01045 x 7 2 x 1,05  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. Практично, при конструюванні дощувальних машин, витрати води через насадки відомі, бо насадки вибираються з тих, які виробляються за найближчим номером. Тоді, з формули (8) можна визначити оптимальний тиск на останній насадці, який буде відповідати мінімальним енергозатратам та буде забезпечувати однаковий шар опадів по всій площі зрошу ванного круга. P( qn 0,01045 d2 )2 (9) 2 де P - тиск води перед насадкою, кг/см ; qn - витрати води через дощувальну насадку, л/с; 15 20 25 30 d - діаметр сопла насадки, мм. За допомогою манометра, який встановлюють па останній насадці, визначають робочий тиск води. Це показано на фото. Для зменшення енерговитрат на зрошенні порівнюють оптимальний тиск поливної води, визначений по формулі (9) та робочий тиск по манометру. Якщо робочий тиск води, виміряний по манометру буде вищий, ніж оптимальний тиск, визначений по формулі (9), то зрошення відбувається з підвищеними енергозатратами. Поливна вода подається під тиском від насосної станції до гідрантів, які є центром обертання дощувальної машини кругової дії. Тиск води на дощувальній машині контролюється за допомогою манометра, який встановлено на гідранті або стояку. За допомогою засувки на гідранті або стояку дощувальної машини регулюють тиск поливної води до середніх значень, які рекомендовано виробниками для низьконапірних дощувальних машин. Та як правило цей тиск вищий, ніж тиск, при якому ще може працювати регулятор тиску дощувальної насадки. При цьому насосна станція буде продовжувати працювати в режимі підвищеного енергоспоживання, що буде супроводжуватися збільшеними витратами пального або електроенергії, якщо насосна станція має електричний привід. Потрібну потужність насосної станції визначають по формулі: N 35 40 45 50 QH  102  (10) де, Q - загальні витрати води дощувальної машини, л/с; H - напір води після насосної станції, м;  - питома вага води, т/м3;  - ккд насоса (Насосы и насосные станции, В.И. Турк, Госстройиздат, Москва, 1961 г.) З формули (10) видно, що потужність насосної станції N залежить від напору води Н. Зменшуючи потужність насосної станції, зменшують напір води в магістралі та дощувальній машині, при цьому зменшується тиск води на останній насадці. За допомогою засувки на гідранті або стояку дощувальної машини доводять його до оптимального, який підраховують по формулі (9). Фіксують відповідний йому тиск води на стояку або гідранті за допомогою штатного манометра. Складають матрицю відповідностей тиску води на гідранті чи стояку оптимальному тиску на останній насадці в залежності відзахвату дощувальної машини. Технічний результат: спосіб дозволяє, контролюючи тиск води на останній насадці, оцінити загальну енергоємність зрошення; спосіб дозволяє зменшити трудоємність вимірювань та підвищити їх точність; спосіб дозволяє виконувати зрошення, виходячи з умови рівномірного розподілу шару 4 UA 91738 U 5 осадків по всій площі зрошуваного круга зі зменшеними витратами палива двигуном насосної станції та затратами електроенергії. Застосування способу дозволяє оцінити роботу насосної станції, в випадку підвищеного режиму енергоспоживання, перевести роботу насосної станції на енергоощадний режим, зекономити паливо та мастила для двигуна насосної станції, зменшити затрати електроенергії та зменшити тиск на довкілля. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 30 1. Спосіб рівномірного розподілу штучного дощу та зменшення енергоспоживання при зрошуванні низьконапірними дощувальними машинами кругової дії, що включає використання низьконапірної дощувальної машини кругової дії, обладнаної низьконапірними дощувальними насадками ротаційної дії i-Wob "Senninger" з регулятором тиску перед кожною насадкою, діаметри сопел яких збільшують в напрямку до кінцевих частин дощувальної машини та розміщують їх на кінцевих прольотах з частішою розстановкою для одержання однакового шару опадів по всій площі зрошуваного круга, витрати води через дощувальну насадку визначають по формулі qn  0,01045 d2 P , де qn - витрати води через дощувальну насадку, л/с; d - діаметр 2 сопла насадки, мм; P - тиск води перед насадкою, кг/см , який відрізняється тим, що за допомогою манометра, додатково встановленого перед регулятором тиску, визначають робочий тиск води на останній дощувальній насадці. 2. Спосіб рівномірного розподілу штучного дощу та зменшення енергоспоживання при зрошуванні низьконапірними широкозахватними дощувальними машинами кругової дії за п. 1, який відрізняється тим, що оптимальний тиск води на останній насадці, який відповідає gn умовам рівномірного розподілу штучного дощу, визначають по формулі P  ( )2 , де qn 2 0,01045 d - витрати води через дощувальну насадку, л/с; d - діаметр сопла насадки, мм, доводять робочий тиск на останній насадці, виміряний за допомогою додатково встановленого манометра, до оптимального, зменшуючи потужність насосної станції, або за допомогою засувки на гідранті, контролюючи тиск води штатним манометром, складають матрицю відповідностей тиску води на гідранті оптимальному тиску на останній насадці в залежності від ширини захвату дощувальної машини. 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