Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Полив сельскохозяйственных культур животноводческими стоками по бороздам шлейфовыми машинами

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Полив сельскохозяйственных культур животноводческими стоками по бороздам шлейфовыми машинами"

Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени

научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации имени А. Н. Костикова

На правах рукописи

Рева Любовь Петровна

УДК 631.347.2 : 631.868

ПОЛИВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ЖИВОТНОВОДЧЕСКИМИ СТОКАМИ ПО БОРОЗДАМ ШЛЕЙФОВЫМИ МАШИНАМИ

I

*

Специальность 06.01.02 - мелиорация и орошаемое земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата- технических наук

Москва 1990

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Трудового Краевого Знамени научно-исследовательском институте гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова и Всесоюзном научно-исследова-> тельском институте механизации и техники полива ШЛО "Радута"

Научный руководитель - доктор сельскохозяйственных наук,

профессор В.А.Емельянов Официальные ошоненты: доктор технических наук

В.А.Сурин,

кандидат технических наук К.В.Губер

Ведущая организация - ВНПО "Прогресс"

Защита диссертации состоится " ¿Ь " 1990 г.

на заседании специализированного совета по. присуждению ученых степеней кандидата наук К.099.05.01. Всесоюзного ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательского института гидротехники и мелиорации имени А.Н.Костякова по адресу: 127550, Москва, Большая Академическая улица, 44.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ВНШГиМ

Автореферат разослан " " С/с/ля^Ья^ 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета

канд. техн. наук. В.П.Баякина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На животноводческих комплекса* и фермах, где удаление экскрементов из помещений осуществляется гидравлическими способами, накапливаются большие объемы навозных стоков. По стране их годовой выход приближается к 1,3 млрд. к3. Для использования стоков как ценного жидкого органического удобрения о учетом требований охраны окружающей среды необходима площадь сельскохозяйственных угодий не менее I млн. га.

Из-за возможности полной механизации и автоматизации работ широкое распространение получила технология внесения подготовленных стоков в смеси с водой дождеванием. Существенным недостатком этого способа является то, что он может приводить к загрязнению воздуха аэрозолями и не обеспечивает надежную работу оросительной сети из-за высоких напоров в ней. Поверхностный же полив менее энергоемок и более гигиеничен, но отсутствие машин для его проведения, большие затраты на планировку и применение оросительной сети из лотков и каналов затрудняют его распространение. Однако проводимые в последнее время разработки по созданию машин и установок, приближающих по уровню механизации поверхностный полив к доспеванию, позволяют применить поверхностный способ для внесения стоков с поливной водой. Наиболее предпочтительны для этой цели - шлей-фовне машины. Поэтому обоснование технических и технологических параметров шлейфовых машин при их использовании для полива подготовленными животноводческими стоками является актуальной научно-технической проблемой.

Работа по данной теме выполнялась в 1981 - 1988 гг. в райках проблемы 0.85.01.10.02 Государственного плана НИР гены 20.04 "Создать и освоить производство поливной установки ТКП-90 для орошения животноводческими стоками" и 154/04 "Создать и освоить производство унифицированного колесного трубопровода оо смэнншс оборудованием для полива дождеванием и по коротким бороздам чистой

1^827

водой и подготовленными животноводческими стоками (ТКУ-100)".

Цель и задачи исследований. Цель исследований - установление рациональных элементов техники и технологии бороздкового полива сельскохозяйственных культур животноводческими стоками при помощи пиейфовых машин с разработкой научных предпосылок для обоснования параметров этих машин, обеспечивающих равномерную раздачу стоков.

В задачи исследований входило: определение свойств стоков крупного рогатого скота (КРС); установление закономерностей впитывания стоков в почву, напорного движения их по трубопроводам и истечения из сопл-всдовыпусков; разработка метода расчета элементов техники полива стоками по бороздам; определение параметров шлейфовой машины и технологического процесса полива; оценка равномерности раздачи стоков пшейфовыми машинами.

Объект исследования. Животноводческие стоки КРС; черноземные почвы; стальные, алшиниевые, полиэтиленовые и стеклянные трубопроводы; сопла-водовыпуски и шлейф.

Научная новизна. Установлено влияние стоков на процесс впитывания их в почву при поливе по бороздам; получены экспериментальные зависимости, характеризующие процесс впитывания стоков в почву; установлены закономерности движения стоков по трубопроводам в турбулентном режиме при равномерной их раздаче из сопл-водовыпус-ков. На этой основе разработан метод определения рациональных элементов техники полива и обоснования параметров шлейфовых машин для поверхностного полива стоками по бороздам.

Практическая ценность и внедрение. Результаты исследований использованы при составлении пособия "Проектирование оросительной сети для дождевальной поливной унифицированной машины ТКУ-100", включенного в СНИП 2.06.03-65 "Мелиоративные системы и сооружения" и создании шлейфовой поливной машины ТКУ-100, которая рекомендована к внедрению (протокол государственных испытаний дождевальной

поливной унифицированной машины ТКУ-100 Л 29-93-88 (126Ш0) от 27.10.88г.). Шлейфовые машины внедрены на площади 200 га в совхозе "Чапаевский" Запорожской области.

Апробация работы. Результаты исследований и основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях молодых ученых и специалистов БНПО "Радуга", ШЛО "Прогресс", ВНИИГиМ им. А.Н.Костикова.

Публикации. По теме диссертации опубликованы I книга и 12 статей(в соавторстве).

Выносятся на защиту: зависимости дай определения параметров процесса впитывания стоков в почву; метод расчета элементов техники бороздкового полива нормой добегания; метод определения параметров шхейфовнх машин, обеспечивающих равномерную раздачу стоков и" качественное выполнение технологического процесса; пшейфовая машина па базе колесных трубопроводов и технологический процесс полива стоками с применением этих машин.

Объем и структуру работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов и предложений, списка литературы из 126 наименований и трех приложений. В диссертации 14б страниц, машинописного текста включая 16 таблиц и 51 рисунок.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В введении обоснована актуальность темы, оформулированн цель и задачи исследований, показана научная новизна и практическая ценность работы, приведены выносимые на защиту результаты разработки.

В первой главе "Современное состояние полива сельскохозяйственных культур стоками по бороздам" дан анализ конструктивных особенностей оросительных систем дай поверхностного полива водой в технических средств его реализации, которые не применимы для внесения стоков даже при их модернизации в связи о несоответствием

их технологическим и санитарным требованиям.

Перспективным направлением в создании машин для поверхностного полива стоками является переоборудование серийно вь1пускае-мой широкозахватной дождевальной техники, в которой вместо дождевальных аппаратов используются специальные шлейфы (рис. I).

Налрв$л1ни1 ?1цжсми»

1\

Напра1лШ1

мы!*

Рис. I. Схема широкозахватной фронтальной машины, для полива стоками по коротким бороздам: I - шлейф; 2 - муфта с диафра-. гмой (узел подсоединения шлейфа); 3 - ходовая опора; 4 - трубопровод; 5 - гидрант; 6 - расстояние между соплами (ширина мездурядай); /С - расстояние между шлейфами (длина короткой борозда); Ьг - расстояние между гидрантами закрытой оросительной сети Методические основы расчета оросительных систем с использованием стоков, изложенные в рекомендациях (ВСН 33-2.2.01-85; 0НТП-17-86), необходимо дополнить закономерностями по впитыванию стоков при бороадксвом поливе с применением шлейфовых машин и условиями, обеспечивающими равномерное распределение стоков по длине машины и из шлейфов в борозды.

Свойствам стоков, процессу их напорного гидротранспорта, способу внесения, параметрам их впитывания в почву посвящены работы Е.Г.Алехина, А.М.Буцыкина, Г.И.Личмана, И.И.Лукьяненкова,

С.И.Назарова, В.А.Никитина, А.Б.Юна М.МШМ, Н.ЫШ., Ъ. Кмт&С. и др,, но в этих работах не даются рекомендации по расчету элементов бороздкового полива стоками и параметров их впитывания.

Исследованием движения воды по трубопроводам с непрерывной раздачей вдоль пути, влиянием скорости движения на истечение из водовыпусков и др. занимались И.П.Агарков, А.Д.Альтшуль, В.П.Воронина, Н.О.Езерский, Г.А.Кащеева, И.М.Коновалов, А.Я.Милович, В.М.Маккавеев, Н.Г.Малишевский, Я.Т.Ненько, Н.И.Павлова, А.Н.Пат-рашев, Г.А.Петров, М.М.Скиба, Ю.А.Скобельцын, В.А.Сурин и др., однако эти результаты непосредственно к условиям, распределения стоков нельзя применить, т.к. стоки - это жидкость повышенной вязкости, содержащая твердые и длинноволокнистые частицы, что должно учитываться при расчетах и конструировании шлейфовых машин.

Следовательно, многие аспекты проблемы внесения стоков при бороэдковом поливе решены не полностью как в теоретическом, так и в практическом плане.

Во второй главе "Теоретические предпосылки использования шлейфовых машин для полива отоками" рассмотрены факторы, влиявдие на процесс впитывания стоков в почву, движения их в трубопроводах и истечении из сошг. Установлено, что скорость впитывания стоков зависит не только от типа и состояния почвы, но и от концентрации твердой фракции, образующей кодьматирувдую пленку, которая замедляет просачивание жидкости. Толщина кольиатирующей пленки определяется по зависимости

, ( I)

где Кп - коэффициент пропорциональности; ГО - норма подачи стоков, ш; С - содержание сухого вещества в стоках, %; Д - плотность стоков; - плотность взвесей.

Во время полива постоянно возрастает толщина кольыатирувдей

2-327

пленки и уменьшается фильтрационная способность почвы, т.е. не должна наблюдаться установившаяся фильтрация, как при впитывании воды. Нарастающая кольматация Почвы приводит к более быстрому затуханию скорости впитывания стоков, чем воды (>о63 ) и с увеличением С процесс происходит интенсивнее. Следовательно, скорость впитывания стоков Можно описать уравнением А.Н.Костякова с учетом поправочных коэффициентов ^

и^тщт^ ' {2)

При определенной толщине пленки впитывание будет зависеть не от типа почвы, а от толщины кольматирувдей пленки.

Согласно требованиям охраны природы, полив должен проводится без сброса, т.е. нормой добегания, поэтому балансовое уравнение для расчета элементов техники бороздкового полива с учетом значений ¡(¿с и и уравнения А.Н.Костякова по добеганию в сухой борозде будет иметь вид

Зср & К±с Л

щ

— ЪдоГ , ( 3 )

^ и • ,

Iде /7? - норма полива (должна включать и дозу удобрений), м3/га; д, - расход стоков в борозду, м3/Ч; периметр борозды, м; б - коэффициент, учитывающий накопление жидкости в борозде.

Равномерность подачи требуемого расхода стоков в борозды тлейфовыми машинами, когда составляющие уравнения (3)А и ё являются исходными данными для расчета их конструктивных и гидравлических параметров, можно установить, если есть зависимости по определению пьезометрического напора в местах установки сопл в.шлейфе и подсоединения его к основному трубопровода' машины, а также расходные характеристики устройств, обеспечивающих пропуск жидкости. С учетом конструктивных особенностей и эффекта восстановления напора при раздаче жидкости ив шлейфа и машины получены соответствующие уравнения для определения пьезометрических напоров и расходных характеристик.

Пьезометрический напор в точке установки сопла для шлейфа,

состоящего из труб двух диаметров определяется по уравнения

I -А (з -1Ш)

/7

пер +

. (*7

где ¡!км- свободный напор в конце шлейфа, м(X/) ;

Пс - число сопл на шлейфе; $ - уклон вдоль шлейфа; $ - площадь поперечного сечения проточной части шлейфа, м2; I - порядковый номер сопла, начиная с концевого; ]) - внутренний диаметр шлейфа, м; ^ - коэффициент местного сопротивления в точке отбора жидкости; ¿кпер - потери напора в переходнике между секциями, м; $ - коэффициент, равный

у __ ^(Ъ-^Шлг*) , (5)

П^ - число сопл на концевой секции шлейфа.

Индексы "I" относятся к концевой секции шлейфа, "2" - к начальной.

Пьезометрический напор.в местах крепления шлейфа к основному трубопроводу машины определяется по зависимости

^ЫЦФгНУА*],« • >

где к - необходимый напор на входе в шлейф, и; ¿к, - потери наго-ра в узле подсоединения шлейфа к трубопроводу, м; А^,- высота трубопровода над землей, м; к - порядковый номер шлейфа, начиная с концевого; 3 - уклон борозды.

Коэффициент расхода сопл зависит от многих факторов

п. —{/ и Ъ. А ШЛ1, V2 1 (7)

где ^ - коэффициент расхода при № = 0; % - глубина погружения сопла в поток жидкости; ^ и ]) диаметры, соответственно сопла и шлейфа; I - высота сопла; тГ- средняя скорость потока; \) -кинематическая вязкость стоков; и - число Рейнольдса, соответственно соша и шлейфа; № - число Фруда.

Та

Для уточнения вида полученных зависимостей и их практического применения необходимо исследовать свойства стоков и определить коэффициенты их впитывания в почву HiC я d-c , уточнить методы определения -коэффициента гидравлического трения Я. , местных сопротивлений % , коэффициентов расхода сопл и диафрагм fó .

В третьей главе "Условия и методика проведения экспериментальных исследований" указывается, что работа выполнена на лабораторной база ШЛО "Радуга" и оросительной системе с использованием отоков от комплекса на 12 тыс. голов молодняка КРС на откорме в совхозе "Чапаевский" Запорожской области.

Опыты включали: определение химического состава и физических свойств почвы и стоков (по общепринятым методикам); изучение лроцзсса впитывания стоков и воды в почву; гидравлические исследования при транспортировании стоков по трубопроводам и истечении из сопл; палевые испытания машны.

Рельеф местности в районе полевых-исследований выровненный, уклоны 0,006...О,02, грунтовые воды на глубине более 15 м, почва -черноземы тяжелосугликистые, малогумусные, маломощные типичные для данной области. Опыты по впитыванию проводили как на метровых отрезках борозд (глубина их наполнения 0,09 м, ширина междурядий 0,7 м, концентрация сухого вещества 0,2...2,0?), так и пробегами струи жидкости по длине борозды. До и после опыта определяли влажность почвы и размеры борозд.

Гидравлические исследования проводили на специальных лабораторных и лабораторно-полевых стендах, спроектированных и изготовленных согласно общепринятым методикам и рекомендациям. Уссановки позволяли получать режимы движения жидкости в пределах числа Рейнольд са до 2•КГ'. При исследованиях применяли стальные, полиэтиленовые. алшиниевые и стеклянные трубопроводы, а также алюминиевые, пластмассовые и стеклянные сопла. Расход жидкости измеряли мерны-

ми емкостями, индукционными и механически»^ счетчиками, а пьезометрический напор и потери напора - спемйалькым многотрудным дифференциальным пьезометром. Повторность опытов - трехкратная. Параметры установок выбраны так, что точность измерений (средняя квадратичная относительная погрешость грл «иределокии коэффициентов Д , % ,ji ) не превышала 1,5%, а<надежность результатов экспериментальных данных составляет 0,9...0,35.

Полевые исследования при ведомственных и государственных приемочных испытаниях экспериментального образца шеЛфогсй машкнн проведены соглеско ОС? IO.II.3m37.

Обработка экспериментальных данных проводилась не ЗВМ с использованием методов математической статистики.

В четвертой главе "Результаты экспэрииент&жьных всследоьа-ний" рассмотрены свойства стоков и почвы, впитывание стоков я п.очву} особенности движения стоков в трубопроводах щл оаздаче лх по дет-не и истечении из сопл, методика расчета алзменгов техники бсрозд-кового полива и гидравлических параметров влейфовых малага. Основными свойствами стоков, влаяшими на процесс полива, являлся: влажность, вязкость, фракционный состав твердых в длкнноволокнис-тых вклвчений, гидравлическая крупность частиц и другле.

После механического разделения бесподстилочного навоза на фракции его жидкая часть, накапливаемая для орошения, ямэет влажность IV не менее 97? и соответствует категории "животноводческие стоки", фи такой влажности стоков основное влияние на их вязкость оказывает дисперсная среда (наличие несвязанной asara), я значение динамической вязкости не превышает 0,01 Гщ-с. По фракционному составу твердые частицы диаметром до 5 мм составляет 97?, а длинноволокнистые частицы размером до 30 мм - 94?. Плотность стоков 1010 кг/м8. Гидравлическая крупность частиц при W = 99,8...97? составляет II...19 ш/с, маосовая их концентрация(0,3...3,0)• Ю-2. В

9-827

этом интервале влажности незавдшвавдая скорость стоков на концевых участках труб должна быт^ на менее 0,5...0,8 м/с.

Стоки являются ценным органическим удобрением С//„ - 1300мг/л

ООА.

Кр 4. 990,- Р20^ <= 8Э0 щ/л, органическое вещество до 2,2%), содержат микроэлементы и ингредиенты. В результате полива стоками обыкновенных черноземов в течение трех лет содержание питательных веществ в почве увеличилось : азота на Ш%, фосфора на 67,5$, калия на 22,7%, гутцуса на 5,4%, водопрочных агрегатов (частиц размером 0,25...5 мм) - в 1,5 раза. Плотность почвы при полива стоками на Ъ% меньше, чей при поливе водой.

Шштывение_стоиоь в почв^;. Анализ опытных данных показал, что скорость впитывания стоков меньше, чем воды (рис. 2).

Рис. 2. Охорсст* впитывания воды в стоков ъ черноземную почву: I - вода; 2, 3, 4 - стоки, соответственно С = 0,0; 1,1; 1,6*.

Пра сравнения увлажнения почвы стока&и л водой (рис. 3) установлено, '.то зе одинаковое время (5 ч) в верхнгх горизонтах почвы г. гткышивеется болыае при поливе стоками, ото обусловлено

Влажность почвы, % от массы 5 ю и го г5 ¡о зг м

0.1

г в.г

<П

•о аз 0.6

Рис. 3. Влажность почвы по глубине борозды: I - до полива; 2 -

после полива водой; 3, 4, 5 - после полива стоками, соответственно С = 0,6; 1,1; 1,65? образованием на поверхности почвы кольматирупцей пленки и увеличением водоудерживаицей способности почвенных агрегатов. Процесс впитывания стоков проходит две стадии: до и после образования ко-льматирунцей пленки. В первой стадии при толщине пленки менее критической Окр скорость впитывания зависит от типа, состояния почвы и свойств стоков; во второй стадии она зависит только от толщины кольматирупцей пленки.

Обработка экспериментальных данных показала, что значения скорости впитывания в первую единицу времени для воды Х^ и стоков К(С различны и каждая из них зависит от многих факторов, а

отношение этих величин с — -г~ зависит от концентрации сухого су-

мл

хого вещества в стоках С . Поэтому К1С аппроксимируется следующей зависимостью: ^

■ 4= 1+£МС-фа(Ы) ' (8)

где О. - коэффициент (при С £ 1% О. = О, С>1% О. = 15,8*).

Коэффициент затухания скорости впитывания стоков <Ье выше, чем вода «С^ , и определяется формулой

+ , ( 9 )

где V - ко,->ф£кш;ен:, зависящий от водопроницаемости почвы (для свяьноводопроющаемюс почв V = 0,25.. .0,20, средне-и слабоводопроницаемых Н = 0,'15...0,10).

С учетом зависимости А.Н.Костикова скорость впитывания стоков в почву до образования кольматирупцей пленки критической толщины определяется из уравнения

^ ~\dHjic-Ti) (с-*)]щДшн' (10 )

а после образования ду

Шс - 0,г -1,5- С Ь мэд/мин. ( II )

Время до образования устанавливается из зависимости

Ькр - 90(е,й-'С) -мин (12)

и должно уточняться с учетом продолжительности вадачи поливной нормы, при которой образуется ¿¡р .

При всех одинаковых условиях скорость пробега по бороздам и качество распределения стоков по длине, характеризуемое коэффициентом эффективного полива, (К^ - 0,93) выше , чем вода (К3ф = = 0,86). Сравнение опытных и расчетных пробегов (рис. £) покаЭывает приемлемость получедаых завксикостей (1)...(3), (8)...(12) для определен^! Элементов техники полива стоками.

По зависимостям (3), (Ь)..,(12) были рассчитаны значения элементов техники полива, на основании которых сделал вывод о том, что на почвах с еззхой вздопрогаодаеиостью полив стоками нецелесообразен, содержании сухого вгцестка э стоках должно быть С<1,0... 1,5", уклон участка не более 0,015, расход стоков в борозду, ее дамка и шгринп иэаурядий уточняются при проведении гидравлических лослодовааМ и расчетах мааганы.

(О (ч О) ХЭ

О &

Я

50 'НО 10 гО 10

1 Л * • - -

п /у

/Дй' 1 Иг 1 Г 1

СО

О 30 £0 90 О -С

Время добегания, мин

Рис. 4. Сравнение опытной и.расчетной длины пробега при С = 0,01, 0,25 л/с:

I, 2 - стоки с С = 0,7$, соответственно расчетная и опытная 0,021м/ч, = 0,6), 3, 4 - вода, соответственно расчетная и опытная ( К = 0,09 м/ч, = 0,5) длина пробега

^сэ^^дион^х^^алжчоското^'^ения X для полиэтиленовых и адклишевых трубопроводов при транспортировании стоков с С - 2,0% л числе Рейнольдса Яе £ 8-Ю4 можно определять по формуле Бпазиуса, а при /?е>8-104

. ( и ,

Ле**

На участках бее транзитного расхода эквивалентный коэффициент гидравлического трения

• < 14 >

с транзитным расходом

( 15)

где ¿{ - длина расчетного перфорированного участка.

Результаты по расчету потерь напора с учетом того, что Л переменна на участках между соплами и по зависимостям (14) и (15) дают наибольшие расхождения в середине участков и составляет не'Оодзе 5$,

Коэйфщиент местного сопротивления % сопл по форме, близкой к цилиндрической, при их погружении в поток жидкости определяется по формула

• <16)

где -I - глубина погружения сопла; ]} - внутренний диаметр трубопровода. Формула (16) применима при соотношении А°<0,5 (где - наружный диаметр сопла). Взаимного влияния сопл на -,сзффици5нт сопротивления при расстоянии между ними 6 = 0,45... 1,4 м не наблвдалось. Потери напора при обтекании сопл стоками меньше, чем вода из-за гашения турбулентных вихрей, но для расчетов их можно принять идентичными.

Козффидиент £асхода ^ сопл, часть которых дая самоочистки погружена в поток жидкости, зависит от многих факторов (см. уравнение (7]. Опыты, проведенные с применением стеклянных

трубопроводов, позволили 'установит*, оптимальные размеры сопл, обеспечиваниях режимы стабильной и надэжной работы: степень заглуб-

у

ления сопла в поток не должна превышать -=■ ^ 0,30, высота сопла #

¿. — 20...25 мм (условие его квобволачиваемлств), входной диаметр (1 ^ Ь мм. Соблюдая эти условия, .изготовили сопла, позволяющие осуществить отбор жидкости из шлейфа под различными углами: I) - ? « Э0°; 2) - 90°>^> 0°; 3) - Г80°> Э0°; 4) = 0°; 5) - V = 180°.

Установлено, что для сопл с типом отбора 1...3 касшвдаетея три режима изменения коэффициента расхода от числа Рсйюльдса. Для расчета гидравлических параметров наиболее применим режим ггр;: Яе>16-103, т.к., в этом диапазоне кйо'й.-ициен'г расхода - постоянная величина. Для сопл при ^ = 90°, примзксмых для работы на стоках с незначительной концентрацией длинноволокнистых частиц (например, свиностоки), получены эмпирические зависимости для определения коэффициента расхода.

Оптимальным для работы на стоках К?0 по расходным х ^акте-риотикам и надежности от заби&ания и заиливания частицаш,является сопло у которого У= 180°, а 0°...60° (рис. 5). Сопло имеет стабильный коэффициент расхода. Регулировать расход жидкости из сопла можно поворотом вокруг его вертикальной оси. При раздаче стоков вдоль пути коэффициент расхода сопл выше, чем при раздаче воды , и определяется по зависимости

+ . ( 17 )

Исследованиями установлено, что надежная рай -а сопл с принятыми размерами обеспечивается при расходе в бор зду не мене? С, 15 л/с, что,в свою очередьт определяет длину бо^зды более 45 м. При этом расход жидкости из концевого сопла долже! обеспечивать гезапливающую скорость, а размер твердых частиц.г; превышать 7 мм. Коэ@1Щиент, £££ хода самоустанавливащейоя муфты с

Рас. 5. Схема установка сопя в яиейфе:

а) У = 90°; <J) V = 180°; I - шлейф; 2 -сопло; 3 - стопор; 4 - гаситель

диафрагмой, предназначенной для гашения избыточного напора для расчетов можно принимать ориентировочно 0,70...О,75.

Экспериментальные исследования и теоретические предпосылки позволяют полностью проводить гидравлический расчет шлейфа и машины. Используя зависимости (3)...(17), являющиеся основой математической модели, разработан алгоритм по расчету элементов техники бороздкового полива и параметров шлейфовой машины. Разработанные вычислительные модели реализованы на ЭВМ СМ-4 в операционной системе РАФОС на языке Бейсик.

В пятой главе показаны "Реализация результатов исследований и экономический эффект внесения стоков шлейфовой машиной". Результаты исследований использованы ВНПО "Радуга" и ВЭЗОТ при создании на базе колесных трубопроводов шлейфовой машины (ТКУ-100), которая состоит из двух крыльев, подсоединяемых к гидрантам закрытой оросительной сети с помощью специальной ■колонки и телескопа. Полив по бороздам машиной проводится по-зиционно, а смена позиций - с помощью электропривода.

Машина испытывалась на оросительной системе при Чапаевском животноводческом комплексе в Запорожской области, где внедрена типовая система подготовки стоков для орошения. Испытания проходили на различных, агрофонах: при поливе кукурузы, многолетних травах и влагозарядковых поливах. Уклоны полей составляли О,008...0,015, специальная планировка участков не проводилась, поэтому полив осуществлялся по бороздам-щелям. Поливная норма составляла Я1 = 600 не3/га, в том числе стоков /7>с = 360 м /га. Расход машины составляет 108 л/с, напор на входе - 16,7 м, содержание сухого вещества в стоках - 0,4... 0,7%, размер твердых частиц - 0,25...10 мм, коэффициенты: технологической надежности - 1,0, использования времени смены -0,82, экепдуатационного времени - 0,81, готовности - 0,96,

эффективного распределения расхода - 0,78 (по агротребованиям 0,7), эффективного полива - 0,80. Санитарно-защитная зона машины составляет 100...150 м.

Результаты испытаний показали, что предложенные методы определения элементов техники полива, параметров шлейфовьгх машин и их расходно-напорных характеристик позволяют создавать машины, обеспечивающие качественное выполнение технологического процесса полива стоками.по бороздам.

Применение машины ТКУ-IÖO при поливе стоками по бороздам в сравнении с поливом водой машиной ППА-165У и жижеразбрасывате -лем ЕЖТ-16 дает годовой экономический эффект 54,4 руб/га.

ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Использование подготовленных животноводческих стоков

на оросительных системах способствует создании устойчивой кормовой базы, причем в отличие от дождевания при поливах по бороздам исключается попадание стоков на листья растений и значительно уменьшается загрязнение воздуха.

2. Накапливаемые для полива, стоки КРС являются сложной полидисперсной средой (содержание сухого вещества менее 3?, плотность 1010 кг/м3, динамическая вязкость 0,01 Па-с, твердых частиц до 5 мм - 97%, длинноволокнистых размером до 30 мм - 94?) и ценным органическим удобрением (^^ - 1300 мг/л, K¿0 ¿ 990,

«£ 890 мг/л, органическое вещество ~ 2,2?). Б основном перед подачей на полив стоки надо разбавлять водой. Полив стоками способствует увеличению количества питательных веществ, водопрочных агрегатов и улучшению структуры почвы, увеличению влаго-емкости ее верхних слоев (по сравнению с поливами водой) и уменьшению или исключению просачиваний жидкости на глубину более 0,6 м.

3. Для поливов по бороздам с использованием животноводческих стоков (стоков) перспективна шлейфовая машина. При опреде-

лении рациональных элементов техники полива стоками такой машиной следует одновременно выполнять и гидравлические расчеты с оценкой надежности технологического процесса , чтобы предотвратить от заиления трубопроводы, забивание сопл и обеспечить выдачу требуемой дозы удобрений, содержащихся в стоках. Для проведения расчетов по определению элементов техники полива и гидравлических характеристик шлейфовнх машин следует пользоваться зависимостями (3)...(6) и полученными экспериментально формулами (8)...(17).

4. Процесс впитывания при поливе стоками по бороздам можно описывать модернизированным уравнением А.Н.Костикова (12), в котором значение показателей впитывания - коэффициент водопроницаемости в первую единицу времени и коэффициент затухания скорости впитывания <L - определяются для воды,корректируя их по свойствам стоков (формулы (10), (II). При этом должны соблюдаться следующие условия: норма полива не должна превышать норму добе-гания более чем на 3...5%, расход стоков в борозду должен быть

не менее 0,15 л/с, длина борозд - более 45 м, а уклон борозд не более 0,015. Максимальное содержание сухого вещества в стоках, подащихся в борозду, не более 1,0... 1,5$.

5. Шлейф целесообразно выполнять двухсекционным и комплектовать его соплами с минимальным диаметром 9,0 и высотой 20... 25 мм, погруженными в поток жидкости не более чем jj-^0,-30. Наиболее надежным при поливе стоками является сопло, у которого отбор жидкости из основного потока происходит под углом = 180°. Коэффициент расхода сопл можно определять по зависимостям, приведенным в диссертации, а отклонение расходов от среднего расчетного должно быть не более ± 10%.

6. Коэффициент расхода диафрагм определяется экспериментально, совместно с узлом подсоединения шлейфа к машине. Для

ориентировочных расчетов его можно принимать равным 0,7...О,75.

7.Разработанная программа дня ЭВМ дает возможность комплексно проводить расчеты элементов техники полива, параметров шлейфа и машины, учитывая свойства стоков й почв, требуемую дозу удобрений и норму полива.

8. Оросительная система при использовании шлейфовых машин для внесения стоков с поливной водой может быть запроектирована согласно требованиям ОНТП-17-86 и BCH-2.2.0I-85 для. дождевания, но с учетом следующих особенностей:

обеспечение отделения частиц размером более 7 мм и обеззараживания стоков в процессе их подготовки для полива;

совладение расчетного соотношения разбавления стоков с водой в узле их смешивания (степень разбавления может колебаться от 1:1 до 1:10);

наличие надежного источника чистой воды;

применение закрытой оросительной сети;

проведение тщательной плакировки поливного участка:

соблюдение природоохранных мер. -

S. Государственные испытания шлейфовой машины ТКУ-100 подтвердили применимость предложенных в диссертации методов определения элементов техники полива, параметров шлейфа и машины, надежную работу ее на стоках, соответствие агротехническим требованиям и экономическую эффективность.

Основные положения диссертации опубликованы в следупцих работах.

1. Механизация поверхностного полива животноводческими стоками // Гидротехника и мелиорация. 1982. № 6. С. 45 - 48. (соавтор Буцыкин A.M.)

2. Некоторые вопросы механизации поверхностного полива животноводческими стоками по коротким бороздам // Тез. докл. семина-

pa совещания "Механизация и автоматизация поверхностного полива1' / ЦБНТИ Минводхоза СССР. М., 1982 (соавторы Буцыкин A.M., Митрюхин A.A., ТерпиГорев A.A.).

3. Расчет элементов техники полива при орошении животноводческими стоками // Гидротехника и мелиорация. 1983. Л 7. С. 38 -41. (соавторы Буцыкин A.M..Митрюхин A.A., Терпигорев A.A.).

4. Гидравлический и технико-экономический расчет трубопроводов оросительных систем с использованием животноводческих стоков // Основные направления технического прогресса в области механизации и техники полива / Сб. науч. тр. БНИИМиТП. - М.: БНШГиМ, 1983. С. 144 - 151. (соавторы Буцыкин A.M., Митрюхин A.A.)

5. Обоснование критических скоростей навозных стоков в трубопроводах // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 1984. й 6. С. 19 - 20. (соавторы Буцыкин A.M., Митрюхин A.A.).

6. Гидравлические исследования сопл-водовыпусков машины ТКС-90 //Широкозахватная техника и оптимизация ее параметров / Сб. науч. тр. .БНИИМиТП. - М.: БНШГиМ, 1984. С. 173 - 178. (соавтор Буцыкин A.M.).

7. Широкозахватная машина со шлейфами ТКС-90 для поверхностного полива животноводческими стоками по бороздам // Широкозахватная поливная техника и оптимизация ее параметров / Сб. науч. тр. БНИИМиТП. - М.: ВНШГиМ, 1984. С. 166 - 173. (соавтор Шле-нов С.Л.).

8. Поливное устройство для поверхностного полива животноводческими стоками // Информационный листок й 51-85, - Запорожье: Запорожский ЦНТИ, 1985, 4с, (соавторы Шленов С.Л., Фарнооов В.Г.).

9. Применение колесного трубопровода ТКС-90 для полива по бороздам многолетних трав // Современные методы разработки и оценки технологии и технических средств / Сб. науч. тр. БНИИМиТП, -М.: БНШГиМ, 1986. С. 101 - 106. (ооавторы Буцыкин A.M., Шленов С.)

10. Колесный трубопровод для полива по бороздам // Информационный листок № 084-86,-Запорожье: Запорожский ЦНТИ, 1986, - 4 с, (соавтор Фарносов Б.Г.).

11. Моделирование на ЭВМ шлейфовых машин для полива стоками по бороздам // Ресурсосберегающие технологии и техника орошения

/ Сб. науч. тр. БНИИМиТП, - М.: ВНИИГйМ, 198?. С. 142 - 151. (соавторы Буцыкйн A.M., Иванашю З.М., Попов Ю:М.).

12. Технология орошения животноводческими стоками / А.М.Бу-цыкин, В.Г.Луцкий, А.Г.Пономарев, Л.П.Рева. - М.: Агроцромиздат, 1987. - 160 с.

13. Перспективные направления механизации и автоматизации полива сточными водами и навозными стоками // Тез. докл.: Использование сточных вод в орошаемом земледелии - М.: ВНИИГйМ, 1983. С. 15 - 17. (соавторы Буцыкин A.M., Пономарев А.Г.).