Спосіб зменшення інтенсивності штучного дощу та підвищення швидкості зрошення дощувальними машинами кругової дії

Реферат: Спосіб зменшення інтенсивності штучного дощу та підвищення швидкості зрошення дощувальними машинами кругової дії включає використання низьконапірної дощувальної машини кругової дії, обладнаної низьконапірними дощувальними насадками ротаційної дії iWob "Senninger" з регулятором тиску перед кожною насадкою. Зрошення виконують двома крилами, які мають однакову довжину, крила мають одну вісь обертання, яка співпадає з віссю гідранта, для зменшення інтенсивності штучного дощу додатково встановлене на дощувальній машині допоміжне крило рухається по кругу зрошення за ведучим крилом по колії ведучого крила під кутом  c , утворюючи сектор, при цьому середню інтенсивність штучного дощу визначають по формулі:  сер.  60Q R2c , де  сер. - середня інтенсивність дощу, мм/хв.; Q витрати води дощувальною машиною, л/с; R - радіус поливу, м;  c - кут сектора захвату дощу в даний момент часу. UA 89048 U (12) UA 89048 U UA 89048 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Зрошення є одним з основних факторів інтенсифікації землеробства в районах з недостатнім та нестійким природним зволоженням. Україна належить до тих країн, де зрошувальне землеробство є одним з визначальних факторів загального стану виробництва продуктів харчування, сировини для промисловості, забезпечення продовольчої безпеки держави та експорту продукції сільськогосподарської галузі. На даний час більшість загальнодержавних меліоративних фондів (магістральні та міжгосподарські канали, трубопроводи, насосні станції, гідротехнічні споруди тощо), що знаходяться у справному стані, можуть подавати воду для поливу сільськогосподарських культур на площі понад 2 млн. гектарів. Фактично, в останні роки, поливається близько 650-700 тис. гектарів. Однією з головних причин цього є відсутність необхідної кількості дощувальних машин у сільгоспвиробників, які використовують зрошувані землі. Так, зрошувальні системи повинні обслуговувати близько 26 тис. дощувальних машин, а в наявності є лише 8 тис., з них в робочому стані залишилось близько 5 тисяч машин. При цьому більше 80 % із наявного парку дощувальних машин вже відпрацювали нормативний строк. В Україні основним способом поливу сільськогосподарських культур є дощування, яким зрошують практично усі сільськогосподарські культури. Крапельним зрошенням на даний час зайнято близько 10 % площі зрошуваних земель. Полив дощуванням полягає у подачі води на поверхню ґрунту і рослин у вигляді крапель штучного дощу, що створюються спеціальними дощувальними пристроями - широкозахватними багатоопорними дощувальними машинами, які оснащено дощувальними насадками. Зрошувальна норма при дощуванні подається рослинам окремими порціями (поливними нормами) у визначені строки вегетаційного періоду, згідно потреби рослин у воді, що змінюється у часі. Число поливів, поливна норма та строки її подачі визначають так званий поливний режим с.-г. культур. Поливна норма - об'єм води, який подається на 1 га площі за один полив для насищення розрахункового шару ґрунту. Вона залежить від виду культури та фази її розвитку, товщини шару ґрунту, кліматичних та геологічних умов, способу і техніки поливу. Максимальні поливні норми при дощуванні у вегетаційний період звичайно складають 6003 700 м /га. Крім поливів, що забезпечують потребу рослин у воді у вегетаційний період, застосовуються поливи спеціального призначення, що забезпечують вологість у ґрунті перед його обробкою, посівом і т.д. До таких поливів відносяться: передпосівний, посадковий, підживлюючий. Дощування має ряд переваг у порівнянні з іншими способами зрошення: близькість до природного випадання опадів, рівномірність поливу, зволоження не тільки ґрунту, але і приземного шару повітря, поліпшення мікроклімату і створення більш сприятливих фізіологічних умов життя рослин, збереження структури ґрунту при відповідній якості дощу, більш точне регулювання глибини зволоження ґрунту, що особливо важливо при близькому заляганні рівня ґрунтових вод. На сучасному рівні технічного розвитку дощування дає змогу максимально механізувати і автоматизувати як процес поливу, так і всі виробничі процеси інтенсивних технологій вирощування сільськогосподарських культур, зокрема внесення разом з поливною водою добрив, засобів захисту рослин та інших агрохімікатів. Внаслідок цього знижуються енерго- та трудоємність поливу. (Електронний ресурс: Ромащенко М.І., Гринь Ю.І. Застосування дощувальної техніки. The Ukrainian Farmer. http://www.agrotimes.net/magazines). Водночас дощування має і недоліки: висока енергоємність зрошення, нерівномірне розподілення дощу в процесі поливу, втрати води на випаровування при температурі понад 30 °C і швидкості вітру 5-7 м/с. При застосуванні дощування на ґрунтах з низькою і середньою водопроникністю спостерігається невідповідність між інтенсивністю дощу та спроможністю ґрунту поглинати воду, що призводить до іригаційної ерозії поверхні ґрунту. Структура дощу, що створює дощувальна машина, характеризується інтенсивністю штучного дощу, розміром крапель, шаром опадів за один цикл та рівномірністю розподілення по зрошувальній площі. Істинна інтенсивність  відображає інтенсивність дощу в точці на поверхні ґрунту і виражається відношенням приросту шару опадів dh до приросту часу dt: dh (1) .  dt 1 UA 89048 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 При оцінці якості дощування у виробничих умовах стосовно до дощувальних машин використовується поняття середньої інтенсивності. Середня інтенсивність дощу визначається відношенням середнього шару опадів h сер. до часу їх випадання t: h сер. . (2) сер.  t Середній шар опадів h сер. для машин кругового переміщення залежить від швидкості переміщення смуги дощу і визначає поливну норму, яка впливає на вбирання води в ґрунт та визначається за формулою: 60Q , мм (3) h сер.  2Rmax де Q - витрати води дощувальною машиною, л/сек; R - радіус круга зрошення, м; max - максимальна швидкість руху останнього візка, м/хв. Меліоративні вимоги, що висуваються до якості штучного дощу, повинні забезпечити високі товарні показники с.-г культур, що виробляються при зрошуваному землеробстві. І однією з головних вимог є необхідність створення дощу з інтенсивністю, що не перевищує швидкість усмоктування води ґрунтом у певних умовах. При інтенсивності дощу, що перевищує всмоктувальну здатність ґрунту, утворюються калюжі і відбувається поверхневий стік води, що приводить до порушення структури ґрунту, погіршення його водно-фізичних властивостей і розвитку ерозії його поверхневого шару. Практично до цього моменту швидкість поглинання води в ґрунт більша або дорівнює інтенсивності дощу. Зі збільшенням інтенсивності дощу зменшуються глибина промочування та ступінь зволоження ґрунту після поливу, а також число структурних водостійких ґрунтових агрегатів розміром більше ніж 1 мм. Однією з головних вимог для забезпечення безерозійного поливу є обмеження допустимої інтенсивності штучного дощу (0,1-0,8 мм/хв.) в залежності від типу ґрунту. Такі показники дощувальні машини забезпечити не можуть - середня інтенсивність дощу сер. сучасних дощувальних машин більше 0,8 мм/хв. Виходячи з того, що існуючі конструкції дощувальних машин не дозволяють змінювати характер дощу в залежності від всмоктуючої здатності ґрунту без зміни конструкції дощового пояса, то можна регулювати тільки величину поливних норм. Оскільки можливості керування основними параметрами штучного дощу обмежені, застосовується такий технологічний прийом, як дробове внесення великих поливних норм (необхідна поливна норма може бути внесена за кілька проходів, або обертів машини), до позитивних сторін якого можна крім протиерозійної ефективності віднести і підвищення рівномірності зволоження, що в свою чергу дозволяє економити поливну воду. Відомо спосіб рівномірного розподілу штучного дощу, який взято за 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. Недоліки способу: - невідповідність інтенсивності штучного дощу, яку створює дощувальна машина швидкості усмоктування води ґрунтом; - швидкість зрошення при внесенні запланованих поливних норм може привести в спекотну пору до невідповідності строків поливу потребам вегетаційного розвитку с-г культур в певний проміжок часу із-за збільшеного випаровування води в повітрі та на поверхні ґрунту; - велику поливну норму для зменшення інтенсивності дощу необхідно вносити за декілька разів, при цьому збільшується кількість проходів дощувальної машини та енерговитрати на процес дощування. Задачею корисної моделі є створення штучного дощу дощувальними машинами з інтенсивністю, що не перевищує швидкість усмоктування води ґрунтом та підвищення швидкості зрошення за рахунок зменшення часу повного оберту дощувальної машини по кругу зрошення. Внаслідок цього - виконати рівномірний полив рослин, зменшити випаровування води в повітрі та на поверхні ґрунту, забезпечити відповідність інтенсивності штучного дощу агротехнічним вимогам, що дозволить уникнути ерозійних процесів в ґрунті, уникнути стоку води та в кінцевому результаті підвищити рентабельність вирощування сільськогосподарської продукції. 2 UA 89048 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Поставлена задача виконується тим, що спосіб зменшення інтенсивності штучного дощу та підвищення швидкості зрошення 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, згідно корисної моделі, зрошення виконують двома крилами, які мають однакову довжину, крила мають одну вісь обертання, яка співпадає з віссю гідранта, для зменшення інтенсивності штучного дощу додатково встановлене на дощувальній машині допоміжне крило рухається по кругу зрошення за ведучим крилом по колії ведучого крила під кутом α с, утворюючи сектор, при цьому середню інтенсивність штучного дощу визначають по формулі:  сер.  120 Q ,  сер. R 2 c середня інтенсивність дощу, мм/хв.; Q - витрати води дощувальною машиною, л/с; R - радіус поливу, м;  c - кут сектора захвату дощу в даний момент часу; Поставлена задача виконується також тим, що для підвищення швидкості зрошення ведуче та допоміжне крила рухаються по кругу зрошення під кутом 180 град., одне відносно одного, кожне крило зрошує половину круга зрошення, при цьому час зрошення визначається по формулі: t  0,1m , де t - час проходу одним крилом половини круга зрошення, год.; m 120 Q поливна норма, мм;  - коефіцієнт втрат поливної води на випаровування;  - площа зрошення 2 з однієї позиції, м ; Q - загальні витрати води дощувальною машиною, л/сек. 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 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. Значення інтенсивності дощу суттєво впливає на техніко-технологічні та конструктивні показники дощувальних машин. Чим більше витрати води машиною, тим більшими повинні бути площа одночасного зволоження та робоча швидкість руху дощувальної машини, щоб не допустити стоку води по поверхні ґрунту. Так як водопроникність ґрунту при поливі з часом знижується, причому тим швидше, чим менш структурований ґрунт, інтенсивність дощу зі збільшенням поливної норми слід зменшувати. В той же час зниження інтенсивності дощу приводить до великих втрат енергії на його створення, збільшення випаровування води у повітрі і розтягнутості строків поливу. Згідно існуючої практики витрати води дощувальної машини залежать від площі зрошення. В середньому для України ордината гідромодуля q (питомі витрати води на 1 га) складає 1 л/с, тобто для поливу, наприклад, поля площею 70 га, витрати води по дощувальній машині повинні складати приблизно 70 л/с. Середню інтенсивність дощу, що створюється дощувальною машиною кругової дії можна визначити по формулі: 120 Q ,  сер.  2 (4) R c де  сер. - середня інтенсивність штучного дощу, мм/хв.; Q - витрати води дощувальною машиною, л/с. R - радіус поливу дощувальною машиною, м;  c - кут сектора захвату дощу в даний момент часу; Для зменшення інтенсивності дощу, згідно корисної моделі, пропонується встановити на дощувальній машині допоміжне крило зрошення. При умові рівномірного розподілу поливної норми на два крила витрати води Q на кожне крило дощувальної машини будуть вдвічі Q меншими та будуть становити . 2 Отже, з встановленням на дощувальну машину додаткового крила середня інтенсивність дощу зменшиться і її значення буде визначатися з наступної формули: Q 120 Q 60Q .  сер.    (5) 2 R 2 c R 2 c Це пояснюється кресленням (Фіг. 1). 3 UA 89048 U Зв'язок між інтенсивністю дощу та тривалістю поливу до утворення калюж для безнапірної інфільтрації виражається гіперболічною залежністю:  t доп.  C / c , 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 (6) де t доп. - час дощування з даною інтенсивністю с до утворення калюж, тобто час дощування до збереження безнапірної стадії інфільтрації, год.; C - коефіцієнт, що характеризує всмоктуючу здатність ґрунтів, (постійна усмоктування), не залежить від інтенсивності і для даних структури дощу та ґрунту залишається постійним;  - показник степені, що характеризує криву усмоктування і залежить від типу ґрунту. При цьому параметри С і α завжди визначаються для конкретних ґрунтових умов при певній якості дощу. Залежність (6) підтверджує, що зі збільшенням інтенсивності дощу скорочується час можливого дощування до початку утворення калюж. Якщо прийняти до уваги, що ( с  t доп. ) є норма поливу, то з формули (6) можна визначити допустиму норму поливу без утворення стоку: (7) m доп.  C /  1 . Визначення часу зрошення по формулі (6) досить складне, тому фактичну тривалість зрошування визначають по формулі: 0,1m . (8) T 60Q де T - час повного оберту дощувальної машини по кругу зрошення, год.; m - норма поливу, мм;  - коефіцієнт втрат поливної води на випаровування; 2  - площа зрошення з однієї позиції, м ; Q - загальні витрати води дощувальною машиною, л/сек. З формули (8) випливає, що тривалість зрошування Т для дощувальних машин кругової дії знаходиться в прямій залежності від норми поливу m. Наприклад, для дощувальної машини "Фрегат" мінімальний час повного оберту навколо осі гідранта складає 50 год. в залежності від норми поливу. В формулі (8) m - поливна норма, яку забезпечує дощувальна машина з одним крилом. При установці допоміжного крила на дощувальну машину, поливна норма для кожного крила буде однаковою: m1=m2=m. В спекотну пору необхідно якнайшвидше здійснити полив культур, щоб забезпечити живленням рослини в однаковій мірі на початку та в кінці круга зрошення. Або необхідно транспортувати дощувальну машину на іншу позицію, яка не забезпечена дощувальною технікою. В цьому випадку необхідно зменшити час проходження дощувальної машини по кругу зрошення. Спосіб забезпечує зменшення часу зрошення наступним чином. Ведуче та допоміжне крила встановлюються на дощувальній машині під кутом 180 град., одне відносно одного. Це пояснюється кресленням (Фіг. 2). Наприклад, ведуче крило починає рух по кругу зрошення з точки В. Одночасно з початком руху ведучого крила починає рух з точки А по кругу зрошення і допоміжне крило. Ведуче крило доходить до точки А, допоміжне крило доходить до точки В і зупиняються, виконавши полив всього круга зрошення. Кожне крило, при цьому, зрошує половину круга. Як видно з цього прикладу, час зрошення зменшується вдвічі. Тоді час t - час зрошення круга зрошення двома крилами буде дорівнювати T , або з 2 формули (8) одержуємо наступний вираз: 0,1m . (9) t 120 Q Технічний результат: - застосування допоміжного крила на дощувальній машині кругової дії дозволяє виконати рівномірний полив рослин як на початку, так і в кінці круга зрошення; - зрошення двома крилами, які рухаються по одній колії, утворюючи сектор, дозволяє зменшити середню інтенсивність штучного дощу та забезпечити відповідність її агротехнічним вимогам (0,1-0,8 мм/хв); - зрошення двома крилами, які встановлено під кутом 180 град, один відносно другого дозволяє зменшити вдвічі час проходу крил по кругу зрошення - кожне крило здійснює 4 UA 89048 U 5 10 півоберта, а в сумі два крила здійснюють повний оберт по кругу зрошення та забезпечують задану норму поливу; - зменшення часу проходу крил по кругу зрошення дозволяє підвищити швидкість зрошення; - розподіл поливної норми на два крила дозволяє зменшити тиск рушіїв на ґрунт та зменшити кількість проходів при зрошенні великими нормами поливу. Спосіб дозволяє, застосовуючи дощувальну машину кругової дії з додатково встановленим крилом, зменшити середню інтенсивність зрошення, привести її у відповідність швидкості усмоктування води ґрунтом, зменшити час проходу крил по кругу зрошення. Внаслідок цього - виконати рівномірний полив рослин, забезпечити відповідність інтенсивності штучного дощу агротехнічним вимогам, забезпечити безерозійний процес зрошення, збільшити швидкість зрошення, в кінцевому результаті підвищити рентабельність вирощування сільськогосподарської продукції. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 20 1. Спосіб зменшення інтенсивності штучного дощу та підвищення швидкості зрошення 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, який відрізняється тим, що зрошення виконують двома крилами, які мають однакову довжину, крила мають одну вісь обертання, яка співпадає з віссю гідранта, для зменшення інтенсивності штучного дощу додатково встановлене на дощувальній машині допоміжне крило рухається по кругу зрошення за ведучим крилом по колії ведучого крила під кутом  c , утворюючи сектор, при цьому середню інтенсивність штучного дощу визначають по формулі:  сер.  25 30 60Q R2c , де  сер. - середня інтенсивність дощу, мм/хв.; Q - витрати води дощувальною машиною, л/с; R - радіус поливу, м;  c - кут сектора захвату дощу в даний момент часу. 2. Спосіб зменшення інтенсивності штучного дощу та підвищення швидкості зрошення дощувальними машинами кругової дії за п. 1, який відрізняється тим, що для підвищення швидкості зрошення ведуче та допоміжне крила рухаються по кругу зрошення під кутом 180 град., одне відносно одного, кожне крило зрошує половину круга зрошення, при цьому час 0,1m , де t - час проходу одним крилом половини 120Q круга зрошення, год.; m - поливна норма, мм;  - коефіцієнт втрат поливної води на 2 випаровування;  - площа зрошення з однієї позиції, м ; Q - витрати води дощувальною зрошення визначається по формулі: t  машиною, л/сек. 5 UA 89048 U 6 UA 89048 U Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко 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 7