Введение к работе
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность. В настоящее время в Краснодарском крае широко распространены оросительные системы с применением дождевальных машин (ДМ), которыми орошается 34 тыс. га. В то же время, имеющаяся водохозяйственная инфраструктура позволяет при минимальных затратах на её восстановление увеличить доступную для орошения площадь до 217 тыс. га (уровень 1990 г.) и создать предпосылки для быстрого роста в крае валового сбора овощных и кормовых культур. Только для современных фронтальных ДМ типа «Кубань» и «Valley», позволяющих решить эту задачу, в крае с 1981 года построено 24 тыс. га оросительных систем. Однако, с момента пуска в эксплуатацию первых систем, обнаружились проблемы рассогласования степени автоматизации ДМ и процесса водораспределения. Ручное управление процессом водоподачи и переходом ДМ через подпорные сооружения в открытом оросительном канале требует увеличения количества эксплуатационного персонала и вызывает повышенные потери водных ресурсов (10-20% от потребляемого объема). По данным исследований организационно-технологические простои ДМ «Кубань» составляют в среднем 41 % непроизводительных потерь времени. Сложившееся положение объясняется несогласованностью элементов технологии орошаемого земледелия и недостаточным вниманием к возможностям гидравлической автоматизации процесса водораспределения в каналах для дождевальных машин. Актуальность работы подтверждена проведением исследований в рамках госбюджетной тематики №01200113465, тема 9 «Геосистемный мониторинг, охрана вод и водных объектов, мелиорация земель бассейнов рек и ресурсосберегающие технологии воспроизводства плодородия почв».
Цель работы - совершенствование способов и технических средств распределения воды в каналах для дождевальных машин, как процессов и объектов технологии орошаемого земледелия, обеспечивающих рациональное использование водных ресурсов. Для ее достижения поставлены задачи исследований:
МСНЛЦЯОЯАЛММЯ] мииотсм І
разработать способы распределения воды в мало- и среднеуклонных (до 0,001) каналах для дождевальных машин;
разработать перспективные автоматизированные водовыпускное сооружение и подпорно-перегораживающее устройство (ППУ), реализующие способ распределения воды в каналах для дождевальных машин;
экспериментально определить влияние на пропускную способность водовыпускного сооружения с затвором клапанным противогидроударным (ЗКП) его геометрических параметров;
экспериментально определить влияние на пропускную способность ППУ его геометрических параметров, угла открытия щита и параметров поперечного сечения канала для дождевальных машин;
произвести испытание ППУ в натурных условиях;
разработать методику расчета параметров ППУ для типовых сечений каналов;
произвести расчет экономической эффективности применения способа распределения поддержанием дискретных уровней.
Объекты исследования - затвор клапанный противогидроударный (ЗКП) в составе водовыпускного сооружения и подпорно-перегораживающее устройство (ППУ), реализующие способ водораспределения в каналах для дождевальных машин.
Предмет исследования - экспериментальные и функциональные связи, определяющие зависимость пропускной способности ППУ и ЗКП от их геометрических параметров и поперечного сечения каналов для дождевальных машин.
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. В работе использованы эмпирические и теоретические методы исследования. Решения задач базируются на известных теоретических положениях гидравлики, экспериментальных данных, полученных на специальных лабораторных установках и моделях. Применены: теория планирования эксперимента, методы математической статистики, программное обес-
печение Mathcad 2000, MS Office. Достоверность и обоснованность полу
ченных результатов подтверждается адекватностью масштабных физиче
ских моделей и натурного образца, сходимостью полученных теоретиче
ских результатов сданными экспериментов и результатами производст
венных испытаний созданного ППУ, а также результатами исследований
других авторов.
Научную новизну результатов исследования представляют:
- зависимость коэффициента гидравлического сопротивления водовыпуска от
величины относительного открытия запорного клапана и отношения его
диаметра к диаметру водовыпускного отверстия;
зависимость пропускной способности подпорно-перегораживающего устройства от его геометрических параметров и угла открытия;
способ регулирования водораспределения в каналах распределителях и оросителях для дождевальных машин поддержанием дискретных уровней;
способ регулирования водораспределения по общему каналу гидравлической связи в каналах распределителях и оросителях для дождевальных машин.
Новизна разработок подтверждена 10 авторскими свидетельствами на изобретения.
Практическая ценность работы. Определенные взаимозависимости гидравлических и геометрических параметров новых конструкций представляют теоретическую основу для расчета подобных устройств, сокращают объем исследований. Разработанные способы водораспределения и средства для их реализации в каналах для ДМ, водовыпускное и подпорно-перегораживающее устройства (в т.ч. рабочие чертежи ППУ) снижают затраты материальных ресурсов на внедрение средств автоматизации в каналах для ДМ, а их использование сокращает на 10-15% непроизводительные и на 25-33% фильтрационные потери воды.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены: на фирме «Краснодарагромехполив», где использован способ водоподачи в канал для ДМ (а.с. №1500204); в управлении эксплуатации оросительных систем с использованием ДМ «Кубань» Крымского района на канале-оросителе 2-ЗК, где построен опытный образец ППУ (а.с. №1445638).
Апробация работы. Материалы исследований докладывались и получили положительную оценку на научно-практических конференциях: «Эффективность использования мелиорируемых земель и водных ресурсов в орошаемом земледелии» (ВСХИ, г. Волгоград, 1984 г. и 1990 г.); «Совершенствование гидротехнических сооружений» (МГМИ, г. Москва, 1985 г.); «Повышение эффективности использования водных ресурсов Северного Кавказа» (НИМИ, г. Новочеркасск, 1988 г.); КубГАУ, г. Краснодар, 1981-1992 гг., 2001-2004 гг. Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 15 научных работах и 10 авторских свидетельствах на изобретения. На защиту выносятся:
способ регулирования водораспределения в каналах оросителях для дождевальных машин поддержанием дискретных уровней (ПДУ);
способ регулирования водораспределения по общему каналу гидравлической связи (ОКГС) в каналах распределителях и оросителях для дождевальных машин;
зависимость коэффициента гидравлического сопротивления водовыпуска от величины относительного открытия запорного клапана и отношения его диаметра к диаметру водовыпускного отверстия;
зависимость пропускной способности подпорно-перегораживающего устройства от его геометрических параметров и угла открытия; Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов, библиографического списка, включающего 119 наименований, и приложения. Работа изложена на 165 листах машинописного текста, содержит 54 рисунка, 21 таблицу.
