Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования 8
1.1 Дождевание и его воздействие на почву 8
1.2 Анализ обеспеченности дождевальной техникой 19
1.2.1 Современное состояние и перспективы развития орошаемых земель Ростовской области
1.2.2 Обеспеченность дождевальной техникой Ростовской области и прогноз изменения ее количества 24
1.3 Цель и задачи исследований 34
2. Теоретическое обоснование конструктивно- технологической схемы дождевальной машины ДКДФ-1 36
2.1 Технологические и конструктивные элементы дождевальной машины ДКДФ-1 36
2.2 Обоснование экономически целесообразного начального диаметра трубопровода с переменным сечением 41
2.3 Определение оптимальных диаметров труб секций консоли дождевальной машины ДКДФ-1 46
2.4 Обоснование параметров насадок дождевальной машины ДКДФ-1 49
2.5 Расчет структуры дождя концевого дальнеструйного насадка 57
3. Программа и методика экспериментальных исследований 59
3.1 Программа исследований 59
3.2 Методика лабораторно-полевых исследований гидравлических параметров водопроводящих элементов, дальнеструйного ап парата и дождевальной насадки 59
3.3 Методика полевых исследований ДМ «ДКДФ-1» 63
3.4 Обработка экспериментальных данных 69
4. Результаты и анализ экспериментальных данных... 70
4.1 Гидравлические исследования водопроводящих элементов дождевальной машины ДКДФ-1 70
4.2 Определение фактического диаметра капли 78
4.3 Обоснование параметров концевого дальнеструйного насадка . 79
4.4 Расходно-напорная характеристика дефлекторной насадки сек- торного действия 88
4.5 Определение агротехнических показателей ДКДФ-1 90
5. Технико-экономическая оценка использования дождевальной машины фронтального действия ДКДФ -1 97
Общие выводы 105
Список использованных источников 107
Приложения 116
- Обеспеченность дождевальной техникой Ростовской области и прогноз изменения ее количества
- Обоснование экономически целесообразного начального диаметра трубопровода с переменным сечением
- Методика лабораторно-полевых исследований гидравлических параметров водопроводящих элементов, дальнеструйного ап парата и дождевальной насадки
- Определение фактического диаметра капли
Введение к работе
Достаточное и стабильное производство продукции сельского хозяйства считается одним из основных показателей эффективности функционирования агропромышленного комплекса. В свою очередь, обеспечение поливной техникой АПК России имеет особое значение, поскольку поливная техника является одним их основных средств производства сельхозпродукции в агропромышленном секторе, функционирование которой в технологиях производства определяет:
-конкурентоспособность сельскохозяйственной продукции;
-качество сельскохозяйственной продукции;
-уровень производительности труда и затрат энергетических ресурсов на ее производство;
-социально-экономический уровень сельского населения.
Начиная с 1995 г. в РФ так и в Ростовской области произошло значительное падение продуктивности и производства продукции на орошаемых землях. Воспроизводство плодородия земель в последующие годы не обеспечивается, в том числе из-за некачественного полива, вызванного недостатком дождевальной техники. Значительно ухудшается техническое состояние оросительных систем. Многократно сокращаются инвестиции в финансирование ремонтно-эксплуатационных работ.
Одновременно с уменьшением общего количества орошаемых земель наблюдается сокращение поливной техники. В настоящее время осталось около 25 тыс. дождевальных машин, в том числе более 20 тыс. уже отслуживших свой нормативный срок. Так в Ростовской области анализ наличия дождевальной техники показывает следующее: в 2000 году - 1396 шт. (ДДА-100МА - 538 шт.); в 2001 году - 1247 шт. (ДЦА-100МА - 512 шт.); в 2002 году - 1063 шт. (ДЦА-100МА - 448 шт.). Более 60% закрытой сети, обеспечивающих работу ДМ, требуют замены, на которой морально и физически устарела запорно-регулирующая арматура, более 95% протяженности откры-
5 тых межхозяйственных каналов утратили свои противофильтрационные свойства.
Как показывают результаты ежегодного мониторинга, большинство работающих в настоящее время дождевальных машин из-за низкого технического уровня, значительного срока эксплуатации, малой надежности и предельной изношенности узлов не удовлетворяют современным требованиям и в большинстве не обеспечивают своевременный полив сельскохозяйственных культур.
Разработка, производство и внедрение в хозяйственный оборот АПК дождевальной техники нового поколения с более высокими технико-эксплуатационными показателями является одной из возможностей вывода орошаемого земледелия на необходимые объемы производства отечественного продовольствия и его конкурентоспособность.
В Ростовской области был проведен анализ технического состояния парка дождевальных машин и тенденции его восстановления, на основании которого был сделан вывод, что наиболее быстро восстанавливаемыми являются орошаемые участки с поливной техникой работающей из открытых оросителей и автономными энергоносителями. К таким дождевальным машинам можно отнести ДДА-100МА и ДДА - 100ВХ. Имея относительно хорошие показатели по мобильности, структуре дождя и работающие с забором воды из открытых оросителей, металлоемкость этих ДМ еще довольно высока. Дальнейшее развитие данного вида дождевальных машин следует вести в направлении уменьшения энергозатрат и материалоемкости.
Эти недостатки исключаются с разработкой принципиально новой дождевальной машины фронтального действия (ДКДФ-1), созданной ФГНУ «РосНИИПМ» с непосредственным участием автора. Этой машине присущи все положительные стороны ДДА-100МА и ДДА-100ВХ, но в отличие от этих машин она имеет вес более чем в два раза меньше.
Создание дождевальной машины принципиально новой конструкции требует исследования и обоснования параметров работы, технических и тех-
нологических показателей, что и предопределило выбор темы настоящей работы.
Таким образом, целью работы является повышение эффективности полива путем совершенствования конструктивных параметров дождевателя консольного дальнеструйного фронтального.
Для выполнения поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
-провести анализ и дать прогноз изменения количества дождевальной техники;
-теоретически обосновать экономически целесообразный начальный диаметр трубопровода с переменным сечением, оптимальные диаметры труб секций консоли и параметры насадок дождевальной машины ДКДФ-1;
-провести гидравлические исследования водопроводящих элементов дождевальной машины ДКДФ-1;
-исследовать основные агротехнические показатели полива концевого дальнеструйного насадка, определить оптимальное отношение диаметров основного и дополнительного сопел;
-определить агротехнические показатели дождевальной машины ДКДФ-1 и получить расходно-напорную характеристику дефлекторной насадки секторного действия;
-дать технико-экономическую оценку дождевателя консольного дальнеструйного фронтального (ДКДФ-1).
Объект исследований. Технологический процесс каплеобразования обеспечивающий качество дождя дождевателем консольным дальнеструйным фронтальным (ДКДФ-1).
Методика исследований предусматривает разработку теоретических предпосылок, их экспериментальную проверку в лабораторных полевых условиях. Теоретические исследования проводились на основе известных законов и методов математического анализа. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с действующими ГОСТами, ОСТами и частны-
7 ми методиками. Обработка результатов экспериментов осуществлялась методами математической статистики с применением ЭВМ.
Научная новизна. Выведены и уточнены математические зависимости расчета: эксплуатационных расходов по трубопроводу и стоимости затраченной энергии на трение в элементе труб при выборе экономически оптимального диаметра труб; потерь напора от расхода в водопроводящих элементах дождевальной машины; соотношения диаметра капли и диаметра сопла от критерия Рейнольдса дальнеструйного насадка, получена расходно - напорная характеристика дефлекторной насадки секторного действия. Разработана новая конструктивная схема дождевальной машины ДКДФ-1, обеспечивающая достаточную равномерность полива при соблюдении агротехнических требований к структуре дождя (патент РФ № 2223637).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 7 научных работах, в том числе 4 изобретениях. Общий объем с учетом долевого участия в коллективных публикациях составляет 2,21 п.л., из них лично принадлежат автору 1,63 п.л.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и были одобрены на научно-практических конференциях ФГНУ «РосНИИПМ» (2002-2003 гг.) и Всероссийской конференции молодых ученых в ФГНУ ВНИИ «Радуга» (2004г.).
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 196 страницах машинописного текста, состоит из 5 глав, выводов, списка использованных источников из 103 наименований, в том числе 6 иностранных, содержит 16 таблиц, 27 рисунков и 10 приложений.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь и содействие в выполнении работы академику, доктору техн. наук В.Н. Щедрину, ст. науч. сотруднику, канд. техн. наук Н.П. Бредихину, науч. сотруднику А.С. Штань-ко, науч. сотруднику П.М. Недорезову, вед. инженеру С.Л. Жук, инженеру А.Г. Грибовой.
Обеспеченность дождевальной техникой Ростовской области и прогноз изменения ее количества
Дождевальная техника занимает концевую часть в цепочке водозабор -транспортирование - распределение воды на орошаемых полях. Поэтому эффективность орошения, в конечном счете, наряду с другими факторами, определяется техническим состоянием поливной техники, уровнем ее совершенства и надежности.
В начальный период развития орошения на Дону (1952 г.), в связи с отсутствием средств механизации полива, преимущественно развивались поверхностные способы полива: по бороздам, по полосам, затоплением по чекам и т.д. [64].
В дальнейшем, с освоением промышленностью выпуска новой высокопроизводительной, высокомеханизированной и автоматизированной дождевальной техники, она начала приобретать все более широкое применение в орошаемом земледелии Дона.
Анализируя таблицу 1.3, рисунок 1.1 и 1.2 мы видим, что пик развития орошения в Ростовской области приходится на 1985 год. В этот год общее количество единиц поливной техники достигло 3967, что близко к нормативной обеспеченности.
Такая ситуация сохранялась до 1990 года. С 1990 года начался спад в обеспеченности дождевальной техникой орошаемых площадей. К 1996 году по сравнению с 1990 годом количество единиц дождевальной техники снизилось с 3850 до 2414. Обеспеченность по сравнению с нормативной снизилась с 82,7 % до 60,1 %. Процент дождевальной техники с истекшим сроком эксплуатации к общей численности в 1996 году составил 17,4 % и в абсолютных значениях составил 419 единиц.
К 2002 году общее количество единиц дождевальной техники в области снизилось с 2414 до 1063 единиц, из которых 614 единиц с истекшим сроком эксплуатации, что составляет 57,8 % от общей численности.
Ежегодная фактическая поливная площадь тесно связана с техническим состоянием дождевальной техники. Так в 1985 году при нормативной обеспеченности техникой 92,8 %, политая площадь, от всей площади орошаемой дождеванием, составила 92,2 %. В 2002 году количество исправных машин резко уменьшилось, а показатели уже имели значения 36,8 и 35,6 % соответственно.
Наличие и состояние дождевальной техники по её типам выглядит таким образом. Беря за точку отсчета 1985 год, как наиболее благоприятный по обеспеченности дождевальной техникой и соответствующий пику развития оросительных мелиорации в области. Наличие дождевальной техники по её типам можно представить в убывающем порядке: ДДА-ЮОМА (ВХ) - 2268 шт., ДДН-70(100) - 868 шт., ДМ "Фрегат" - 606 шт., ДМ "Волжанка" - 132 шт., ДМ "Кубань" - 28 шт. Из них с истекшим нормативным сроком эксплуатации: ДДА-ЮОМА - 83 шт., ДДН-70(100) - 89 шт., ДМ "Фрегат" -32 шт., ДМ "Волжанка" - 5 шт., ДМ "Кубань" - нет. За 10 лет ситуация кардинально изменилась, и к 1996 году (табл.1), наличие дождевальной техники по её видам составляло: ДДА-ЮОМА (ВХ) - 890 шт., ДДН-70(100) -224 шт., ДМ "Фрегат" - 1022 шт., ДМ "Волжанка" - 22 шт., ДМ " Кубань" -74 шт. Из них с истекшим нормативным сроком эксплуатации: ДДА-ЮОМА(ВХ) - 101 шт., ДДН-70(Ю0) - 127 шт., ДМ "Фрегат" - 128 шт., ДМ "Волжанка" - 9 шт., ДМ "Кубань" - 8 шт.
К 2002 году ситуация еще более усугубилась (табл. 1). Продолжался резкий спад количества дождевальной техники с одновременным ростом количества неисправной техники и с истекшим сроком эксплуатации. Общее количество техники к этому периоду составляло: ДДА-100МА(ВХ) - 448 шт., ДДН-70(100) - 123 шт., ДМ "Фрегат" - 394 шт., ДМ "Волжанка" - 6 шт., ДМ "Кубань" - 35 шт. В том числе с истекшим сроком эксплуатации: ДДА-ЮОМА - 217 шт., ДДН-70(100) - 67 шт., ДМ "Фрегат" - 122 шт., ДМ "Волжанка" - 1 шт., ДМ "Кубань" - 6 шт.
Таким образом, явно прослеживается тенденция катастрофического снижения количества дождевальной техники и в настоящее время из 254,9 тыс. га орошаемых площадей при самом высоком уровне организации поливов, фактически политая площадь не превысит 90 тыс. га.
Для достижения такой обеспеченности дождевальной техникой необходимо к наличной технике приобрести 1887 единиц новой, в том числе по типам: ДМ "Фрегат" - 180 шт., ДМ "Волжанка" - 123 шт., ДМ "Днепр" - 33 шт., ДМ "Кубань" - 7 шт., ДЦА-100МА (ВХ) - 1532 шт., ДДН-70(100) - 12 шт.
В случае если сложившиеся тенденции в оросительных мелиорациях останутся неизменными, то исходя из наличия дождевальной техники и её нормативного срока службы, через 4-5 лет орошаемое земледелие в области прекратит свое существование.
Анализируя наличие дождевальных машин и установок по годам, сопоставляя эти данные с нормативной сезонной нагрузкой на дождевальную машину и нормативного срока службы техники, дан прогноз изменения количества дождевальной техники с нормативным сроком службы (табл. 1.6).
Прогнозные расчеты показывают, что уже к 2006 году в области будет поливаться лишь 5 % от всей орошаемой площади. Таким образом из массового орошение в области перейдет в мелкоочаговое, что потребует закрытия или консервации всей крупной магистральной и межхозяйственной сети как невостребованной.
Обоснование экономически целесообразного начального диаметра трубопровода с переменным сечением
Проблема экономической целесообразности при установлении размеров трубопроводов с уменьшающимся сечением труб при равномерно распределенном по длине и транзитном расходе остается актуальной. Очевидно, что путем увеличения диаметра труб можно произвольно снизить потери напора, следовательно, и мощность, затрачиваемую на эти потери. Однако стоимость труб при этом возрастает. Уменьшая же диаметры труб, можно снизить их стоимость, но при этом возрастут потери и, следовательно, мощность. Поэтому интересно найти минимум стоимости теряемой мощности и эксплуатационных расходов по трубопроводу, зависящих от его стоимости.
Так как по всей длине захвата дождем должно идти равномерное распределение расхода. Где длина захвата (Ьд) определится как ширина полива концевыми насадками плюс конструктивная длина без этой части фермы, которая проходит над каналом и дорогой, как полоса отчуждения.
Одним из важнейших факторов, влияющих на эффективность орошения дождеванием, является равномерность распределения слоя осадков по площади полива. Потери урожая от неравномерного полива прямо пропорциональны коэффициенту неравномерности [5, 45]. При создании новой техники приходится иметь в виду, что, с одной стороны, достижение идеальной равномерности сопряжено с дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами, а с другой - ограничено агротехническими требованиями, технологическими особенностями процесса полива конкретным видом техники и природно-хозяйственными условиями.
Сложность выбора оптимальной расстановки дождевальных аппаратов заключается в одновременном учете большого числа факторов, влияющих на равномерность. К их числу относятся конструктивные (тип аппаратов, расстояние между гидрантами, давление на входе в машину и т.д.) и природные (неуправляемые) - скорость и направление ветра относительно оси трубопровода. Агротехническими требованиями на дождевальные машины устанавливаются нижние границы равномерности полива: коэффициент эффективного полива Кэп 0,7, коэффициент недостаточного полива Кнп 0,15 [81]. Указанные параметры должны обеспечиваться при всех режимах работы и скоростях ветра, при условии, что средняя интенсивность дождя не должна превышать 0,35 мм/мин, т.е. р 0,35 мм/мин.
При решении задачи оптимальной расстановки следует также учитывать в случае применения одинаковых по рабочим параметрам аппаратов по всей длине консоли дождевальной машины, что они работают с различными напорами из-за потерь по длине трубопровода.
Таким образом, задача нахождения оптимальных расстояний между аппаратами и гидрантами состоит в нахождении такой области, в которой соблюдаются агротехнические требования к интенсивности и равномерности распределения дождя при всех сочетаниях факторов, неблагоприятно влияющих на распределение дождя. Насадки на поливном крыле фронтальной машины могут расставляться по четырем возможным случаям [8]: 1. На всю длину поливного крыла расход насадки, расстояние между ними и диаметры сопел постоянны. Такой случай может представиться для водопроводящего трубопровода имеющего очень малые путевые потери и работающего на безуклонной местности. 2. Диаметр сопла насадок постоянный, а требуемый расход и расстояние между насадками переменные. 3. Диаметр сопла насадок различный с постоянным расходом и расстоянием между ними. 4. на всей длине поливного крыла переменными являются расход, диаметр сопла и расстояние между ними. В нашем случае при расстановке насадок по крылу дождевальной машины ДКДФ-1 был принят третий случай, то есть диаметр сопла насадок различный с постоянным расходом и расстоянием между ними. Направленность факела дождя одна из особенностей, влияющая на выбор насадки. Дождевой поток насадки секторного действия, разработанной в «РосНИИПМ» (рисунок 2.6), ориентирован к земле, что дает более стабильное дождевое облако под дождевальной машиной при воздействии ветра. При этом создание насадкой мелкоструктурного дождя не приводит к разрушению структуры, кольматации пор и снижению порозности поверхности почвы. Следовательно, оснащение данными насадками является вполне обоснованным решением (рисунок 2.7). При выборе насадки возможны различные варианты их установки на трубопроводе. Важным параметром здесь является степень перекрытия (К„) дождя насадок на машине. Чем больше дождь насадки дифференцирован по интенсивности и структуре капель, тем выше должна быть степень перекрытия.
Методика лабораторно-полевых исследований гидравлических параметров водопроводящих элементов, дальнеструйного ап парата и дождевальной насадки
Лабораторные исследования проводились в соответствии с требованиями РД 10.11.1-89 [66]. Гидравлические исследования водопроводящих узлов проводились в лабораторных и полевых условиях. В лаборатории устанавливался трактор с центральной частью агрегата. Забор воды производился из трапециевидного канала длиной 8 м, шириной по дну 0,45 м, с заложением откосов 1:1, с возможной глубиной наполнения до 0,6 м. Вода забиралась из канала при помощи всасывающей линии. Проходя через центробежный насос, она попадала в напорную линию, потом в мерный лоток и через водослив опять в канал, то есть агрегат работал на оборотной воде.
Для определения гидравлических потерь напора во всасывающей линии к ней приваривались штуцера, к которым крепились резиновые шланги. Измерение величин вакуума производилось при помощи вакуумметров. Развиваемый напор насосом измерялся манометром.
Для определения гидравлических потерь напора на участках от насоса до начала консольной фермы были проведены дополнительные работы. Впереди трактора устанавливался второй лоток с водосливом. К фланцам центрального трубопровода присоединялись задвижки. К задвижкам присоединялись напорные резино-тканевые рукава с внутренним диаметром 125 мм, концы которых входили в водомерные лотки.
На напорной линии в характерных точках приваривались штуцера, которые соединялись резиновыми шлангами со специальным двухкамерным устройством. Каждая камера соединялась при помощи шлангов с ртутными дифференциальным манометром.
Потери напора в водопроводящем поясе консоли фермы определялись в полевых условиях при позиционной работе. Для определения параметров дождевальной насадки и дальнеструйного аппарата был использован стенд с трубопроводом, оборудованный манометрами, который при помощи крана и напорного шланга соединялся с насосом. Расход воды в лабораторных и полевых условиях определялся объемным методом. Краном устанавливалось необходимое полное давление на выходе струи, которое замерялось путем ввода трубки Пито на расстоянии 3 5 мм от края насадки.
Так как коэффициент С остается постоянным для данного сорта бумаги. Его можно определить исходя из диаметра ее отпечатка по последней формуле. В дальнейшем по данной формуле строим тарировочную кривую. 3.3 Методика полевых исследований ДМ «ДКДФ-1»
Полевые исследования проводились в ОПХ Ростовской областной опытно-мелиоративной станции (РООМС) Багаевского района Ростовской области. Почвы представлены тяжелосуглинистыми слабовыщелоченными обыкновенными черноземами. Почвы сформированы на карбонатных тяжелых суглинках. Опытный участок выровнен по микрорельефу и почвенному составу с общим уклоном 0,002 в направлении с северо-востока на юго-запад. С севера участок окаймлен оросительным каналом 2-V-4 в железобетонном лотке от распределительного канала БГР-7.
При проведении полевых исследований использовались основные требования и положения, изложенные в РД 10.11.1-89 "Машины и установки дождевальные. Программа и методика испытаний" [66], а также рекомендации и положения по отдельным вопросам, имеющиеся в научно-технической литературе. Существующие общегосударственные методические положения и рекомендации по определению и оценки технических характеристик дождевальных аппаратов и машин, в том числе и по качеству дождя и его структуре позволяют получить достаточно объективные и достоверные данные; однако отсутствие некоторых серийных, общепринятых и удобных технических средств (приборов, приспособлений и т. д.) вынуждает применять самодельные устройства, повышающие качество лабораторно-полевых исследований, облегчающие и ускоряющие получение тех или иных данных.
Кроме того, коническая форма бачков и малая их масса 54,9 г. позволяет вставлять их один в один, что значительно уменьшает объем тары необходимой для упаковки бачков перед транспортировкой и дает легкость и удобство при переноске и расстановке их в точках принятой схемы. Выполнение дождемерных бачков из полиэтилена исключает возможность их коррозии и увеличивает срок службы. Площадь приемного отверстия стакана (бачка) имеет стабильный и удобный при подсчетах размер - 20 см2, что повышает точность опыта и ускоряло обработку полученных данных. После окончания опытов проводилась камеральная обработка материалов, составлялась карта дождя, строились изогиеты, частотные графики, определялись средняя интенсивности и коэффициенты эффективного полива и т.д., в соответствии с действующими методическими указаниями.
Определение фактического диаметра капли
Для определения фактического диаметра капель использовалась методика предложенная В.Д. Ворковым [39]. Согласно данной методике капли тарируют на бумаге с помощью капельницы, в комплект которой входит медицинский шприц с набором игл, закрепленных в штативе проволочкой для съема капель и микроскоп с делениями через 0,1 мм.
Измерение диаметра капель образованного искусственным дождем проводилось на уровне 1 - 15 см от поверхности почвы, так как капли в дождевом облаке имеют разные диаметры и разные скорости падения. В потоке дождя происходит слияние отдельных капель в более крупные и наоборот, более крупные капли под действием встречного потока воздуха, превысившего поверхностное натяжение, распадаются на более мелкие. Интерес в данной работе представляют капли непосредственно достигшие поверхности почвы. Размер капель по радиусу полива также различается: чем дольше от дождевальной насадки, тем количество крупных капель больше. Измерение одного опыта проводились на одном листе фильтровальной бумаги. Улавливание на один лист капель в различных местах дождевого облака позволило определить процентное соотношение капель различного диаметра, отсюда -средний диаметр и сравнить эти данные с теоретическими расчетами.
Диаметр отпечатка капли на фильтре измерялся микроскопом по вертикали и горизонтали с точностью измерений 0,1 мм. Повторные замеры диаметра отпечатка капли проводились не более чем через 15-20 мин, т.к. к этому времени капли большого диаметра высыхали.
Качество искусственного дождя, средняя интенсивность зависят также от диаметра основного (сменного) сопла и напора, создаваемого на входе в аппарат. Исследованиями установлено, что для обеспечения оптимального отношения Hid, то есть качественного дождя, давление на входе в аппарат величиной 0,15 МПа явно не достаточно, так как при таком давлении необходимо устанавливать сменное сопло диаметром не более 20 мм, в противном случае образуется дождь со средним диаметром капли более 1,5 мм.
Отпечатки капель концевого дальнеструйного аппарата Необходимо отметить, что применения сопла диаметром 24 мм также вызывает сомнение по двум причинам: во-первых, использование сопла такого диаметра требует создания давления более 0,30 МПа, в противном случае качество создаваемого искусственного дождя снижается из-за уменьшения отношения Hid и увеличения крупности капель; во-вторых, расход для обеспечения качественного искусственного дождя должен составлять более 23 л/с (при давлении на входе, равное 0,35-0,40 МПа), при подаче такого расхода по консоли дождевателя с переменным внутренним диаметром и распределением расхода по длине на расстояние 27 м потери давления достигают в реальных условиях, как показали опыты, 0,10-0,15 МПа. Тогда давление на выходе из насоса должно составлять 0,45 - 0,55 МПа, что не приемлемо, так как вызовет резкое увеличение энергетических затрат на оросительной сети участка. Поэтому, для обеспечения качественной работы дождевателя следует устанавливать сменные сопла диаметром 22 мм и в отдельных случаях, например, при поливе трав, диаметром 24 мм. При этом давление воды на выходе из насоса должно составлять не менее 0,35 - 0,40 МПа. Качество искусственного дождя, его структура и распределение по орошаемой площади улучшается при увеличении напора. При этом, как показали последующие опыты, повышение давления приводит к увеличению дальности полета струи до определенных пределов, что соответственно, вызывает увеличение средней интенсивности дождя, при одновременном улучшении его структуры (дождь становиться мелкокапельным) (таблица 4.2).
Исследованиями определено, что среднеструйное малое сопло диаметром менее 9 мм, установленное на концевом аппарате, снижает качество орошения. Так как дальность полета струи, создаваемой этим соплом, равна длине ствола, в результате окружность полива этим соплом «накладывается» на окружность полива, обеспечиваемую дефлекторной насадкой. При этом получается избыточное увлажнение в центральной части орошаемой площади. Кроме того, опыты показали, что дополнительное короткоструйное сопло диаметром 5-6 мм, установленное на дефлекторной насадке, не обеспечивает улучшения распределения дождя по орошаемой площади. Это объясняется тем, что при существующей конструкции дополнительного сопла (рисунок 4.7), диаметр 5-6 мм дефлекторной насадки обеспечивает дальность полета струи практически в зоне действия дополнительного сопла. При этом между окружностями полива основного сопла и дополнительного образуется кольцевидной формы площадь недостаточного увлажнения (шириной кольца 10 - 15 м).
В связи с вышесказанным нами проведены опыты по определению диаметра дополнительного сопла, устанавливаемого у дефлекторнои насадки. Необходимо было достичь такого положения, при котором капли дождя из данного сопла будут падать между окружностями полива от дефлекторнои насадки и большого сопла.
В результате полевых опытов (приложение В) были построены карты распределения дождя по площади полива (рисунок 4.9) и определено, что равномерность полива (по Кристиансену) выше при соотношении диаметров основного и дополнительного сопел 2 - 2,5 (таблица 4.4).
Анализируя данные опытов, приведенные в таблице 4.4, можно сделать вывод, что повышение напора способствует: увеличению дальности полета струи только до определенного размера, в частности, при диаметре основного сопла, равном 20 мм, радиус захвата дождевателя при напоре 0,26 МПа был практически таким же, как и при 0,25 МПа; улучшению качество распыла струи и средний диаметр капель уменьшается с 1,3 до 1,0 мм; увеличению равномерности распределения осадков по площади полива, а центр максимальной интенсивности смещается в сторону дождевального аппарата.
Кроме того, можно сделать вывод, что отношение диаметра основного сопла к диаметру дополнительного должно повышаться при увеличении первого. Можно принять, что отношение должно быть равно 2,0 - 2,5. При диаметре основного сопла равном 20 мм, диаметр дополнительного должен составлять 9,0 - 10,0 мм; при диаметре основного сопла 24 мм, диаметр дополнительного должен находиться в пределах 9,5 - 10,5 мм. В этом случае не наблюдается кольцевидных площадей с недостаточным увлажнением между окружностями полива основного, дополнительного сопел и дефлекторнои насадки, то есть эти окружности полива перекрывают друг друга (таблица 4.4).
