Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 8
1.1. Влияние размера капель на эффективность опрыскивания и снос пестицида за пределы обрабатываемого поля 8
1.2. Технологии применения пестицидов с уменьшением сноса мелких капель 17
1.3. Характеристика распылителей сельскохозяйственных опрыскивателей 26
1.4. Выбор типа распылителя 38
1.5. Цель и задачи исследований , 45
2. Методы исследований и материалы 46
2.1. Методика проведения стендовых испытаний вращающихся распылителей для наземных и авиационных опрыскивателей 46
2.1.1. Конструкция стенда 47
2.1.2. Измерение скоростей воздушного потока и расхода воздуха 49
2.1.3. Измерение спектра размеров капель 51
2.1.4. Измерение равномерности распределения жидкости подлине многодискового распылителя 56
2.1.5. Измерение частоты вращения распылителя 57
2.1.6. Измерение мощности, потребляемой на вращение распылителя и распыление жидкости 59
2.2. Определение спектра размеров капель в лабораторных опытах ;. ...59
2.3. Материалы и измерительные приборы 60
3. Влияние физико-химических свойств жидкости и режима распыления на спектр размеров образующихся капель 62
3.1, Влияние поверхностно — активных веществ (ПАВ) на распыление воды вращающимся распылителем 62
3.2. Определение режимов распыления, при которых в образующемся спектре нет мелких (d <Г50 мкм) капель 67
4. Исследование процесса распыления жидкости вращающимся распылителем с отделением из образующегося факела мелких капель (d 50 мкм)... 72
4.1. Исследование условий инерционного отделения мелких капель (d <"50 мкм) на первом монодисперсном режиме распыления , 72
4.2. Инерционное отделение мелких капель из образующегося факела при работе распылителя на всех трех режимах распыления в обдувающем воздушном потоке 79
4.2.1. Отделение мелких капель на первом монодисперсном режиме распыления 81
4.2.2. Отделение мелких капель на втором монодисперсном и полидисперсном режимах распыления...
4,3, Отделение из образующегося факела мелких капель, используя обдувающий распылитель воздушный поток 89
4.3.1, Изучение траекторий полета мелких капель и распределение их в факеле за распылителем 89
4.3.2. Испытания распылителя с нитяным фильтром 93
5. Исследование процесса распыления жидкости вращающимся распылителем, установленным в обдувающем воздушном потоке 100
5.1. Влияние конструкции распылителя и скорости обдувающего воздушного потока на спектр размеров образующихся капель при монодисперсных режимах распыления 100
5.2. Обоснование конструкции многоконусного распылителя.к самолету типа АН-2 (полидисперсное распыление без отделения из спектра мелких капель) 107
5.2.1. Влияние конструкции распыливаюшего конуса на качество распыления жидкости 107
5.2.2. Влияние равномерности распределения жидкости по длине многоконусного барабана на качество ее распыления Ill
5.2.3. Влияние инерционной коагуляции на процесс распыления жидкости авиационным вращающимся распылителем 116
5.2.4. Влияние привода распылителя на качество распыления жидкости 117
6. Разработка вращающихся распылителей для сельскохозяйственных опрыскивателей 121
6.1. Вращающиеся распылители с отделением из образующегося факела мелких капель для тракторного штангового УМО опрыскивателя 121
6.2. Вращающиеся распылители с отделением из образующегося факела мелких капель для установки на
мотодельтаплане . 129
6.3. Вращающиеся распылители авиаопрыскивателя ОМ-2 для установки на самолете типа АН-2 132
7. Разработка опрыскивателя и технологии умо внесения пестицидов 137
7.1. Конструкция опрыскивателя 137
7.2. Полигонные испытания опрыскивателя 142
7.3. Производственные испытания опрыскивателя
7.4. Экономическая эффективность УМО опрыскивателя 157
Основные выводы и рекомендации 160
Основные обозначения 163
Список литературы 164
Приложения 172
- Влияние размера капель на эффективность опрыскивания и снос пестицида за пределы обрабатываемого поля
- Методика проведения стендовых испытаний вращающихся распылителей для наземных и авиационных опрыскивателей
- Влияние поверхностно — активных веществ (ПАВ) на распыление воды вращающимся распылителем
- Исследование условий инерционного отделения мелких капель (d <"50 мкм) на первом монодисперсном режиме распыления
Введение к работе
В решении сложных проблем сельского хозяйства страны значительная роль отводится использованию новых высокорентабельных технологий выращивания сельскохозяйственных культур с учетом экологических и экономических требований.
Одной из наиболее трудных и практически не решенных проблем является техническое оснащение технологий применения пестицидов, без которых в ближайшем будущем не обойтись.
Пестициды не являются отходами производства, а вносятся в окружающую среду преднамеренно, поэтому их применение должно обеспечить не только надежную защиту растений от болезней, вредителей и сорняков, обусловленную высокой биологической (технической) и хозяйственной эффективностью препаратов, но и быть безопасными для окружающей среды, в том числе человека и животного мира в целом.
Возникшее несоответствие между потенциально возможной эффективностью нового поколения пестицидов и используемой технологией их применения привели к тому, что экологическая опасность защитных мероприятий исходит не столько от собственно пестицидных препаратов - природы их действующих веществ (д.в.), состава препаративных форм, сколько от несовершенства существующей технологии их нанесения на обрабатываемый объект, при которой потери активного начала составляют большую часть их расходных норм.
Анализ причин потерь препарата показывает, что основной управляемой характеристикой, позволяющей значительно их уменьшить, является фракционный состав капель при распылении рабочих жидкостей.
От размера капель зависит степень и равномерность их осаждения на обрабатываемые растения, удерживаемость, скорость испарения и проникновение препарата в ткани растений. Эффективность опрыскивания повышается с уменьшением размера капель, но мелкие капли неуправляемы и подвержены сносу.
Поэтому одним из основных резервов повышения эффективности и экологической безопасности опрыскивания является проведение обработок с узким спектром капель оптимального (с учетом максимальной эффективности и минимального сноса) размера.
Снос мелких капель пестицидов ветром - одна из актуальных проблем химической зашиты растений. Изучению сноса мелких капель посвящено много теоретических и
экспериментальных работ, где показано, что потери пестицида через снос при .'использовании наземных опрыскивателей достигают - 20%, а авиационных 30%.
Повреждения сельскохозяйственных культур при авиаопрыскивании гербицидами за счет сноса обнаруживались на расстоянии до 20 км, поэтому применение авиации в ряде стран строго ограничено.
В последние годы для уменьшения сноса изучены различные способы: введение в рабочую жидкость всевозможных добавок, грубодисперсное распыление. на капли d ~г. 300 мкм, установка на штанговых опрыскивателях ветрозащитных экранов, использование турбопенных и антисносных распылителей, а также разработка распылителей с отделением из образующегося факела мелких капель.
Однако препараты с дополнительными компонентами оказались весьма дорогостоящими, и в ряде случаев не дали положительного эффекта; ветрозащитные экраны полностью не устраняли снос мелких (d < 50 мкм) капель, антисносные распылители снижают эффективность опрыскивания, а производственных распылителей с отделением из образующегося факела мелких капель пока нет у нас и за рубежом.
Для решения проблемы сноса мелких капель и повышения эффективности опрыскивания первостепенное значение имеет разработка распылителей, которые дробили бы жидкость на однородные капли требуемого размера и были бы оснащены устройством для отделения мелких капель, наиболее подверженных сносу.
В этой связи большой интерес представляют вращающиеся распылители, которые при определенных условиях (малые расходы жидкости) позволяют распыливать жидкость на однородные капли регулируемого размера (монодисперсное распыление), а при больших расходах жидкости они обеспечивают более узкий спектр размеров капель, чем гидравлические.
Кроме этого, благодаря специфическим особенностям процесса распыления жидкости вращающимся распылителем, наиболее вероятно практически отделить из его факела распыла мелкие капли.
Однако процесс распыления жидкости вращающимся распылителем, работающим в обдувающем его воздушном потоке, и условия отделения из образующегося факела мелких (d < 50 мкм) капель изучен еще недостаточно.
Приведенные выше обстоятельства определили цель и задачи данной работы.
Цель - разработка и внедрение вращающихся распылителей,--обеспечивающих
высококачественное и экологически приемлемое внесение пестицидов. Задачи исследования:
Определить факторы, влияющие на образование, количество и размер мелких капель и условия их отделения из образующегося спектра распыла.
Обосновать выбор оптимальных параметров конструкции вращающихся распылителей для наземных и авиационных опрыскивателей с учетом качества распыления рабочей жидкости и условий эксплуатации.
Испытать экспериментальные образцы опрыскивателей, оснащенных рекомендованными распылителями, и дать экономическую и экологическую оценку эффективности их применения.
Научная новизна работы состоит в разработке математической модели для определения предельного размера инерционно отделяемых из образующегося спектра мелких капель в зависимости от параметров и режимов работы вращающихся распылителей
На основании полученных результатов:
разработаны две модели распылителей с полным отделением из образующегося факела распыла мелких (d 50 мкм) капель;
изготовлен и прошел многолетние производственные испытания штанговый тракторный УМО опрыскиватель, оснащенный такими распылителями;
разработана экономически эффективная и экологически более безопасная технология УМО опрыскивания посевов сельхозкультур пестицидами с нормой расхода рабочей жидкости 5-10 л/га, распыленной на однородные капли оптимального размера ( d = 150+40 мкм), которая рекомендована. .РАСХН для внедрения в АПК России.
Для мотодельтаплана разработана конструкция распылителя с неполным (90-95 %) отделением мелких капель (d < 50 мкм), норма расхода G й 5 л/га, капли d = 200' мкм.
ОКБ «Антонов» совместно с ВНИИФ разработан, испытан и по результатам конкурсных производственньк испытаний рекомендован к серийному производству многоконусный вращающийся распылитель (25 конусов с0= 120 мм) с приводом от ветряка для УМО опрыскивателя к самолету типа АН-2. В комплекте шесть распылителей.
Норма расхода рабочей-жидкости регулируется в пределах 1,0-5-35 л/га, а средний размер капель dm = 80-^300 мкм. На авиационном заводе изготовлено 15 комплектов такой аппаратуры. Распылители по основным показателям не уступают лучшим зарубежным, а по качеству распыления - превосходят. Однако отделить из образующегося факела распыла мелкие капли нам пока не удалось.
Влияние размера капель на эффективность опрыскивания и снос пестицида за пределы обрабатываемого поля
Центральным вопросом теории и практики применения пестицидов является проведение обработок с оптимальным спектром размеров капель, образующихся при распылении рабочей жидкости, выбор которого зависит от типа пестицида (инсектицид, фунгицид, гербицид) и характера его действия (системный, контактный).
Общеизвестно, что эффективность опрыскивания повышается .с уменьшением размера используемых капель [1-4, 94, 95], однако, наиболее эффективные мелкие капли (d 50 мкм) без принудительного осаждения неуправляемы и сносятся ветром за пределы обрабатываемого участка.
Снос пестицида ветром до настоящего времени остается одной из главных проблем химической защиты растений. Это относится не только к авиаметоду, но и к наземным средствам.
Наряду с основной проблемой - разработкой технологии, устраняющей снос, необходимо знать достоверное значение степени его опасности при использовании существующей техники.
В этом направлении проведено много экспериментальных работ. Получаемые в них результаты чрезвычайно разнообразны и зачастую противоречивы, в какой-то мере это связано с методической неоднородностью опытов. Однако и при унификации методик эксперимент, в котором снос определяется до расстояния 1-20 км, неизбежно становится весьма громоздким мероприятием, т.к. из-за вызванных турбулентностью флуктуации плотности осадка приходится просчитывать огромное число частиц. Необходима ориентация на расчетные методы.
Основой этих методов является современная теория конвективной диффузии тяжелой примеси в приземном слое атмосферы.
Вопросу распространения и осаждения аэрозолей, ввиду его важности и многогранности, посвящено много монографий и специальных обзоров [4-7]. В идеализированном виде наша задача формулируется так: непрерывный точечный источник примеси (летящий самолет или движущийся по земле опрыскиватель) перемещается на высоте Нр с постоянной скоростью С/п перпендикулярно ветру и проходит за время г путь L. Ищется решение уравнения нестационарной диффузии при соответствующих начальных и краевых условиях. При такой постановке задачи ее решение является очень сложным. Так как нас интересуют плотности отложений примеси, т.е. накопленные, а не мгновенные значения концентрации, то нестационарная задача об оседании примеси от мгновенного непрерывно движущегося источника может быть сведена к стационарной задаче об оседании примеси от эквивалентного (в смысле создаваемых отложений) непрерывного неподвижного источника [б]. ад (1.1)
В результате принятых упрощений задача сводится к решению известного уравнения стационарной диффузии применительно к оседанию грубодисперсного аэрозоля на растительный покров земли, где ось Ох - совпадает с направлением ветра U(z); Oz - вертикальная ось; С(х; z) - концентрация примеси; K(z) - коэффициент турбулентной диффузии; W - скорость оседания капель.
Решение этого уравнения с учетом только гравитационного оседания, полученное Раундсом, подтверждается экспериментально для сравнительно крупных частиц ( / 20мкм).
По формуле (1.2) определяется величина ga для каждой из нескольких фракций капель, образуемых опрыскивателем. Zg0 — есть полная плотность отложений жидкости на полосе А, образующаяся в результате сноса на нее капель ветром при опрыскивании поля.
Эта методика применима на равнинной местности в условиях, близких к изотермии, и при расстояниях от обрабатываемого поля не менее \60 Нру м.
Расчеты по формуле (1.2) были сопоставлены с экспериментальными данными, полученными в США [40], согласие удовлетворительное.
Более строгая оценка величины сноса капель пестицидов при авиаопрыскивании с использованием ЭВМ приведена в работах Краснодарского института применения авиации в народном хозяйстве [8].
В крупномасштабном опыте сравнивали расчетные (по формуле (1.1) с учетом и без учета диффузионного механизма оседания) и измеренные значения убывания числа капель в сносимом облаке в зависимости от скорости их оседания. Размеры и число капель слабо испаряющейся жидкости определяли на расстояниях хс равном 40 и 1000 м от линии полета самолета (Нр = 5 м) с помощью вертикальных цепочек цилиндрических коллекторов диаметром б и длиной 150 мм, установленных на мачтах высотой 25 м (хс = 40 м) и 250 м (хс = 1000 м) с интервалом 2 м.
На графике рис.1.2 видно, что экспериментальные точки, полученные с учетом диффузионного механизма (/? = со) оседания, располагаются ближе к теоретической кривой.
Имеется большое число экспериментальных работ по определению величины сноса пестицида при авиационном и наземном опрыскивании, однако в большинстве случаев опыты проводились с испаряющейся жидкостью (водные растворы) и неизвестном спектре размеров капель, образуемом опрыскивателем.
Как показали наши опыты [9], испарение каждой капли водного раствора при распределении в атмосфере происходит в соответствии с формулой Средневского-Максвелла: г = г0 (1.3) г ж. о и что в этой формуле можно принять т=хе/й, где г0, г - начальный и конечный радиусы капли; хс — расстояние от распылителя по ветру; U — средняя скорость ветра.
Нас в большей степени интересуют результаты опытов по оценке величины сноса при использовании штанговых тракторных опрыскивателей, т.к. для них известные расчетные методы неприемлемы.
Описана оригинальная методика определения оседания тяжелой примеси в приземном слое атмосферы с использованием набора монодисперсных фракций частиц [10]. Окрашенные в разные цвета четыре фракции частиц (dj = 233±30 мкм; f& = 131±20мкм; ds = 58+10; d = 26+5 мкм) хорошо перемешивались и подавались в трубу равномерно движущегося перпендикулярно направлению ветра опыливателя ОПС-ЗОБ с боковым дутьем. Оседающие частицы улавливали на расположенные на земле планшеты, покрытые тонким слоем смазки. Результаты опыта приведены на рис.1.3.
Максимум плотности осадка удаляется от точки выпуска с уменьшением среднего размера частиц. Частицы с d = 131 мкм при скорости ветра 2 м/с и высоте выброса Ир = 2 м сносились на расстояние хс 45 м.
Для оценки сноса капель распыленной жидкости при авиационном и наземном опрыскиваниях на рекомендуемых рабочих режимах был поставлен специальный опыт с наземными вентиляторным (ОГТ-450) и штанговым (ОН-400) опрыскивателями в сравнении с авиационным [11, 12].
Методика проведения стендовых испытаний вращающихся распылителей для наземных и авиационных опрыскивателей
Диаметр капель d, образуемых вращающимся распылителем на монодисперсных режимах, уменьшается с уменьшением поверхностного натяжения жидкости тж (на первом режиме d и Стдс0 5, на втором d сгж ).
При опрыскивании сельскохозяйственных культур для улучшения смачивания поверхности листьев каплями водных пестицидных препаратов снижают поверхностное натяжение рабочей жидкости. Известно, что поверхностное натяжение воды аж можно существенно уменьшить (от 73-10" до 30-10 Н/м) растворением в ней небольших количеств ПАВ. Это происходит благодаря диффузии молекул ПАВ из раствора к его поверхности, на которой они накапливаются, образуя поверхностный слой. Равновесная концентрация ПАВ на поверхности раствора, осуществляющаяся за счет диффузии молекул ПАВ в воде, требует времени. При распылении жидкости образование новой поверхности (образование капель) происходит чрезвычайно быстро, за тысячные доли секунды, и может завершиться до того, как на новой поверхности успеет образоваться слой ПАВ, т.е. добавление ПАВ может не оказывать влияния на размер капель, образующихся при распылении раствора ПАВ в воде.
Так в опытах при распылении растворов ПАВ струей воздуха движущегося с большой скоростью, размер образующихся капель и характер распыления не зависели от присутствия ПАВ [68]. Однако в случае распыления воды вращающимся диском на его поверхности образуется тончайшая пленка, движущаяся сравнительно медленно. Поэтому удобным аппаратом для изучения кинетики образования слоя ПАВ представляется распылитель жидкости типа вращающегося диска. Рабочий процесс этого распылителя достаточно хорошо изучен. Жидкость под действием центробежных сил растекается по его горизонтальной поверхности в виде тонкой пленки.
Время пребывания пленки на диске можно определять расчетом и регулировать в широких пределах (изменением расхода жидкости Q, радиуса диска R и частоты его вращения со). На кромке диска жидкость непрерывно дробится на одинаковые капли. Диаметр капель d также определяется расчетом и является функцией фактической величины поверхностного натяжения а(т), где г - время существования пленки. Зная d, можно вычислить а(т). В свою очередь, поверхностное натяжение о(т) зависит от степени формирования поверхностного слоя ПАВ: в начале формирования слоя оно близко к значению а для растворителя ( т= стр), в конце - к стационарному значению а для раствора (сг= а„).
Таким образом, при помощи вращающегося диска можно определять зависимость между временем г существования пленки раствора ПАВ данной концентрации С и достигнутой величиной поверхностного натяжения о(т), характеризующей степень формирования поверхностного слоя ПАВ (концентрацию молекул ПАВ в поверхностном слое). При этом величина ст(т) удовлетворяет неравенству ар а(х) а„.
Для того чтобы определить время пребывания пленки раствора на поверхности вращающегося диска, рассмотрим движение жидкости в этой пленке [46]. Оно описывается системой дифференциальных уравнений Навье-Стокса, но ввиду малой толщины пленки и медленного движения эта система может быть упрощена и сведена к одному обыкновенному дифференциальному уравнению:
Расчеты по формуле (3.4) представленные графически на рис.3.1 показывают, что длительность пребывания элемента жидкости на поверхности пленки от момента подачи ее к центру диска до момента сбрасывания ее с кромки диска может составлять несколько секунд. Удельная поверхность образующихся капель может сравнительно мало отличаться от удельной поверхности пленки на диске. По этим причинам можно было предположить, что при распылении раствора ПАВ в воде вращающимся диском в отличии от других видов механического распыления, поверхностно-активный слой успеет образоваться на новой поверхности до образования капель, и при этом размер капель окажется существенно меньше, чем при распылении чистой воды.
При экспериментальном исследовании скорости образования слоя ПАВ на поверхности жидкости с помощью вращающегося дискового распылителя использовали растворы поверхностно-активного вещества ОП-7 в дистиллированной воде. Предварительно на приборе П.А. Ребиндера [69] измеряли зависимость между статическим значением сг„ и концентрацией С. Опыты проводили с чистой водой ( тр = 73 10 Н/м), и с растворами при концентрации ОП-7, равной 4%, 0,1% и 0,01% (соответственно ст„ = 33,4-10; 35,5-10; 39,9-10 Н/м).
В центр гладкого диска, приводимого во вращение синхронным электродвигателем, шланговым насосом подавалась жидкость. Для получения малых расходов (Q 3,0-10 л/мин монодисперсный режим) жидкость из насадки подводилась к рабочей поверхности диска так, чтобы зазор между ними составлял 0,2 мм. При этом жидкость, вытекающая из насадки, не накапливается в виде крупных капель на ее торце, а непрерывно растекается по поверхности диска.
Для обеспечения смачиваемости, рабочая поверхность диска была изготовлена из гидрофильного стекла. Обязательное условие растекания жидкости по диску равномерной пленкой контролировалось строботахометром.
Влияние поверхностно — активных веществ (ПАВ) на распыление воды вращающимся распылителем
Для определения размеров капель в пределах кольцевого следа, образуемого осевшими однородными каплями, помещалась кювета с иммерсионной средой, которая во время опыта экспонировалась несколько минут. Иммерсионной средой служило касторовое масло, а сверху слой дизельного топлива. Обмер и счет капель проводился под микроскопом МБС-1х56. В опыте с двойной повторностью обмеряли не менее 40 капель и определяли их средний размер.
Опыты проводили при частоте вращения диска 695, 1500, 3000, 5000 и 13000 мин 1; радиусе диска 5,25 и 75 мм; расходе жидкости 2,4-10 -1,2 10 л/мин. На всех режимах проводили опыты с водой и с растворами, определяя диаметры капель воды d в и раствора dn. Для каждого режима подсчитывали время пребывания жидкой пленки на диске г.
Толщина пленки на поверхности диска у его кромки варьировала в опытах от 5 до 20 мкм, т.е. пленка была очень тонкой; она двигалась по поверхности диска со скоростью (на поверхности пленки, у кромки, гх = її), равной U = 6-Ю"3-0,3 м/с, т.е. медленно. Движение пленки на поверхности диска было ламинарное {Re = 0,06-1,6). Время пребывания пленки на диске т„ составляло от 0,013 до 2,0 с.
Результаты опытов приведены на рис.3.2 в виде графиков - djdn - f(r). При концентрации ОП - 7, равной 4%, с увеличением времени т отношение (djd„) увеличивается от 1,0 (ОП-7 не влияет на диаметр капель) до 1,45-1,55 при г = 0,10 с (размер капель раствора меньше размера капель воды в отношении, приблизительно равном
При концентрации раствора 0,1% наблюдается аналогичный результат, но требуемые значения т при этом больше (- 3 с вместо 0,10 с), что соответствует теории, т.к. при пониженной концентрации ПАВ требуется больше времени на диффузионное образование поверхностного слоя. При концентрации раствора 0,01% поверхностный слой образуется очень медленно, и даже при г = 15-20 с значение (d /dп) достигает значений не выше 1,13-1,25.
Таким образом, результаты опытов позволили оценить длительность формирования поверхностного слоя у растворов ОП-7 в воде при различных концентрациях. Они свидетельствуют также о возможности сравнительно просто изучать кинетику образования поверхностного слоя у растворов ПАВ предложенным методом вращающегося диска. Добавку ПАВ к водным растворам пестицидных препаратов можно рекомендовать как средство существенного (на 30%) уменьшения диаметра капель при распылении этих препаратов, вращающимися распылителями в условиях, принятых в практике (г порядка 0,3 с).
Проведенные нами исследования этого режима показали, что при диаметре основных капель d 250 мкм в образующемся спектре встречаются только единичные капли d 50 мкм, которые даже по числу составляют 1%. На рис.3.5 приведены условия проведения и результаты одного из опытов.
Однако реализация этого режима требует высокой квалификации обслуживающего персонала, т.к. он реализуется (при прочих стабильных значениях параметров) только при определенном и стабильном расходе жидкости (табл. 1.7).
Заключение по третьей главе
1. Изучена кинетика образования поверхностного слоя у растворов ПАВ предложенным методом вращающегося диска.
2. Показано, что добавкой ПАВ к водным растворам пестицидных препаратов можно существенно уменьшить диаметр капель (« 30%) при распылении этих препаратов вращающимися распылителями.
3. У вращающихся распылителей экспериментально исследованы режимы, когда образуется только два размера равных по числу однородных капель, причем difdi - 3 и отсутствуют мелкие капли d 50 мкм. Однако эти режимы возможно получить только при очень малых расходах жидкости (Q 3-10" л/мин) и больших значений диаметров образующихся капель (d 500 мкм).
4. Режимы грубодисперсного распыления на капли d 500 мкм (первый монодисперсный режим) без наличия в образующемся факеле капель d й 50 мкм распыла представляют интерес только при внесении почвенных гербицидов, где как показали наши исследования [96], не требуется большая плотность оседания капель на единицу обрабатываемой поверхности (N, шт/см ), а их размер может быть 500 мкм.
Исследование условий инерционного отделения мелких капель (d <"50 мкм) на первом монодисперсном режиме распыления
Для обоснования оптимальной конструкции конуса (угол наклона и длина образующей, наличие защитного экрана вокруг распиливающей кромки, материал) были проведены стендовые опыты (методика см.гл.2) по оценке качества распыления жидкости [71]. Схема распылителя показана на рис.5.1.
Исследуемая конструкция конуса устанавливалась на барабане I с приводом от четырехлопастного ветряка диаметром 397 мм, установленного в воздушном потоке Уоб-45 м/с.
Испытывали конуса с углом наклона образующей р = 15 и 45, внутренний диаметр конуса Dm = 49 и 90 мм, наружный D„ap = 120 и 140 мм, изготовленные из капролана (плохо смачиваемого водой) и дюралюминия, обеспечивающего после специальной обработки хорошую смачиваемость. Частота вращения п = 9000 мин 1, расход воды 1,0 и 2,0 л/мин.
Условия проведения и результаты опытов приведены на графиках рис.5.6-5.8, из которых следует, что изменения параметров в исследованном диапазоне (угол наклона и длина образующей поверхности конуса, наличие защитного экрана, смачиваемость рабочей поверхности конуса распыливаемой жидкостью) не влияло на качество распыления (различие в пределах точности опытов). По согласованию с технологами ОКБ «Антонов» приняли следующие параметры много конусного распылителя (рис.5.1), Конус (рнар= 120 мм, De„ = 42 мм, 5? = 30) отливается из капролана. Число конусов-25 шт.
Известно, что при полидисперсных режимах распыления с увеличением расхода жидкости (при прочих равных условиях) увеличивается и средний диаметр капель.
Для авиационного многоконусного распылителя сложно обеспечить равномерное распределение жидкости по длине барабана при обязательном условии обеспечения мгновенного прекращения ее подачи. Эта проблема пока не решена и во всех известных нам конструкциях — распределение жидкости по длине барабана неравномерное [4].
На стенде (методика описана в гл. 2) было испытано несколько схем подачи и дозирования жидкости.
На рис.5.9 приведена схема многоконусного (25 конусов) барабана (жидкость поступает на распыление через дозатор, состоящий из отсечного клапана 1 с отверстиями 2 для ее выхода на отражатель 3, расположенный в зоне первых конусов) и характер распределения жидкости по его длине в зависимости от расхода.
Как видно из графика, с увеличением расхода жидкости Q л/мин равномерность ее распределения по длине барабана улучшается.
На рис,5.10 приведены результаты стендовых опытов по оценке влияния расхода жидкости на качество распыления (один коїгус с приводом от ветряка); показано, что с увеличением расхода в 8 раз (при прочих равных условиях) средний размер капель увеличивается в - 1,5 раза.
Проведено сравнение качества распыления жидкости при равномерном (рис.5.1) и неравномерном ее распределении по длине барабана. Эталон — распыление одним конусом. Расход жидкости 0,5 л/мин на один конус и соответственно 12,5 л/мин на 25 конусов.
Условия проведения и результаты опытов представлены графически на рис.5.11-5.12, из которых следует, что при равномерном распределении жидкости на каждый конус качество распыления не зависит от числа конусов и близко к качеству распыления одним конусом.
При неравномерном распределении средний размер капель и степень полидисперсности увеличивается.
Разработаны и испытаны схемы с равномерным распределением жидкости по длине барабана, но для производственного образца выбирались наиболее технологичные и надежные в эксплуатации.
Анализ проведенных нами многолетних опытов по определению спектра размеров капель стендовым методом показал, что в исследованном диапазоне расходов (на один диск или конус Q й 4 л/мин) и частоты вращения (п = 3000-И2000 мин 1) для одноконусного распылителя (или многоконусного с равномерной подачей жидкости на каждый конус) средний (по массе) диаметр капель dm 300 мкм можно определять по известной (с уточненным нами коэффициентом К) эмпирической зависимости [107]:
По результатам обработки экспериментальных данных, полученных при испытаниях многоконусного распылителя значения К в формуле (5.1) равно 0,55 для одно-и многоконусного распылителя с равномерной подачей жидкости на каждый конус; К = 0,75 для многоконусного распылителя с неравномерным распределением жидкости между конусами при QmaJQmm Ю, т.е. за счет разницы Q на каждый конус, d увеличивается в 1,4 раза. Для определения &т по формуле (5.1) значение Q берется на один конус.
