Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Повышение надежности поливной сети системы капельного орошения

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Повышение надежности поливной сети системы капельного орошения"

УКРАИНСКИЙ ОРДЕНА ДОТБЫ НАРОДОВ ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРОВ ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА

На правах рукописи

ТУРЧЕНШ Николай Александрович

УДК 631.67:621.6

ПОВШЕШ-Е НДДЕНДОС'ГИ ПОЛИВКОЙ СЕТИ СИСТЕМ

капельного орошения

Специальность 06.01.02,- .'Мелиорация и орояаемоэ земледелие

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Ровно - 1990

Работа выполнена в Украинском ордена Дружбы народов институте инженеров водного хозяйства (УИИВХ)

Научный руководитель - кандидат технических наук, доцент

И.И.Науыенко

Официальные опоненты: - доктор технических наук, доцент Дмитриев А.Ф. - кандидат технических наук, старший научны? сотрудник Сидоренко A.M.

Вздушая организация - институт Укргипронодхоз

Зашита диссертации состоится 1990 года

в часов на заседании специализированного совета

К 068.45.01 Украинского ордена Дружбы народов института

инженеров водного хозяйства по адресу: 266000 г.Ровно, ул."Ленинская, II, ЖШХ.

С диссертацией можно" ознакомиться в библиотеке УИИВХ. Автореферат разослан " " 1990 г.

Учзный секретарь

споциалйзарованцого совета, _______

кандидат технических наук С.М.Гончаров

О Б ц А Я X А Р К ТЕР ИСТИНА РАБОТЫ

Актуальность работы. В основных 'направлениях4 социального развития СССР до 2000 года 07мечается, что рес.урсосОе^ежение следует считать решавшим источником удовлетворения возрастающих потребностей общества в материалах, топливе, электроэнергии.

.В области мелиорации усилия ученых и инженерно-технических работников долят« бить направлены на существенное улучшение качества проектов, скорейшее внедрзниа прогрессивных методов полива, в том числе капельного орошения, которое позволяет экономить оросительную воду, обеспечивать высокую степень автоматизации раздачи воды и получать запланированный урожай. •

Работоспособность систем капельного орошения в.значительной мере зависит от работоспособности капельниц, которая изменяется п зависимости от мутности и физико-механического состава воды в источнике орошения и после фильтров очистки вйды. С увеличением мутности воды происходит частичная закупорка водопроводяаих каналов капельниц, а с уменьшением - самопромывка.

До настоящего времени отсутствовали данные об изменения показателей качества и надежности капельниц в процессе их эксплуатации на воде с различной во времени мутностью воды.,Это не давало возможности разработать методику расчета систем капельного оропения с учетом показателей качества и надежности, прогнозировать работоспособность систем в процессе эксплуатации.

Решение вопросов работоспособности систем капельного орошения связано с работоспособносгькгкапельниц в различных условиях, эксплуатации, которые долгны учитывать следующее: мутность оросительной воды; физико-механический состав; количество и крупность пылеваткх и глинистых частиц взвешенных в воде; периодичность промывок трубопроводов и капельниц. Это и обуславливает актуальность научных исследований.

Диссертационная работа выполнена в рамках отраслевой научно-исследовательской программы 16 Т задание '0.02 Минводхоза СССР "Создать оросительные системы с использованием капель;.ого'и под-кронового орошения", а также программы 0.11 ¡.мнв-дхезь СССг "разработать научно-технические мероприятия по-повышенна надежности гидромелиоративных сооружений".

1рль работы. Целью работы является ловгаекио надежности систем капельного орошения путем порьшения работоспособности кап«яь-.нии в-различных условиях эксплуатация.

В соответствии с поставленной целью необходимо было решить следующие задачи: определить показатели качества и надежности капельниц при их эксплуатации на воде с постоянной и переменной во времени мутностью; выяснить влияние конструктивных и технологических особенностей капельниц на их работоспособность; исследовать влияние физико-механического состава взвешенных в воде частиц и их крупности на работоспособность капельниц; разработать рекомендации по оптимальному назначению размеров поливных модульных участков с учетом показателей качества к надежности.

Научная новизна. Разработана методика повышения надежности систем капельного орошения, включающая:

- опенки влияния конструкторских, проектных, технологических и эксплуатационных факторов на работоспособность капельниц;

- модели законов распределений безотказной работы капельниц, работающих на оросительной воде с различным физико-механическим составом и количеством взвешенных в воде частиц, с переменной и постоянной обшей мутностью оросительной воды в процессе эксплуатации; '

- алгоритм и обоснование по назначению оптимальных размеров поливных ыодульных участков с учетом показателей качества и надежности.

Практическая ценность. Полученные в диссертационной работе научные результаты позволяю?: обоснованно выбрать тип капельниц и средств очистки води в зависимости физико-цеханического состава и количества взвеиенных частиц в оросительной воде при переменно? н постоянной общей мутности воды в процессе эксплуатации; назначить сптиналы-ше сроки профилактических промывок трубопроводов с капелышцаки; выполнить проектирование модульных поливных участ-коь с оптиыальмими параметрами, обеспечивающими необходимые уровни надеиности а качества систем капельного ороаения.

Реализация результатов. Результаты исследований использованы институтом "Молдгипроводхоз" при разработке проекта "Реконструкция системы'капельного орошения в ШШ им.Памяти Ильичу Слобод-ззЯского района Молдавской ССР на площади 160 га. Экономическая оффективноеть получена 62 руб.на 1 га в год.

Полученные автором результаты используются в разрабатываемой ВНЯС УкрНШГиМ пособии кСНиП"Мелиоративные система и сооружения по проектировании, строительству^ монтажу, эксплуатации и техобс-ЛА«яеанив-систем миярооровекия различного уровня автоматизации с .учетом прирэдчохозяйгтвенйых зон страны".

Результаты исследований вопли а "{Методические рекомендации по проегетирояанию систем капельного орошения с учетом показателей на-деялоста". -Ровно; УИИВХ, 1989 г.

На зеяит" выносятся: рекомендация по повышении надежности и работоспособности капельниц при их эксплуатации с постоянной и переменной ыутностыо оросительной вода во времени,при различном физико-механическом составе взвешенных частиц в воде; рекомендации по оптимальному назначен)» размеров поливных модульных участков с учетои показателей качества и надежности.

Апробация работы. Основные положения разработанные в диссертационной работе, долокены и обсувдены: на всесоюзной научно-технической конференции "Довышение эффективности водных ресурсов в сельском хозяйстве". (г.Новочеркасск,• 1989 г.), на всесоюзном координационном совещании по капельному орошению (г.Севастополь, 1989 г.), на научных семинарах кафедры гидравлики УИИВХ (г.Ровно, 1988, 1989, 1990 г.). •

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 223 страницах иашинописного текста я состоят из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы, приложения.

В нее включены 27 таблиц, 44 рисунка. Список использованной литературы содержит 129 наименований, в том числе 37 на иностранном языке. •

СОДЕРЖАНИЕ РАБ ОТ Ы

3 первой главе диссертации рассмотрено состояние проблемы надежности систем.капельного ороиения. Приводится характеристика элемеьтов система капельного орошения (СКО), участвующих в подаче воды растениям,

Анализ работ отечественных и зарубежных авторов позволил сделать качественную оценку работоспособности систем капельного ороиения, установить объективные и субъективные факторы, влияющие на работоспособность СКО, указать основные причины их неудовлетворительной работы. Сделан вывод, что работоспособность СКО з&еиск-г от мутности воды в источнике орошения и в трубопроводах с капельницами, количества пыдеватых и глинистых частип, взЕешенных в воде.

Очевидно, что для повышения надежности СКС необходимо поручить научно обоснованные технические разработки, овеспечиоа-эдие заданную надежность и эффективность системы с учетам ггбквэагелей качества и надежности систем, за счет еивтемног® подхода к шссру типа капельниц и средств очистки води, правил эксплуатации,

которые учитывали бы величину и физико-механического состава мутности оросительной воды. С учетом этого сформулированы основные методы повышения надежности СКО, цели и задачи исследований.

Вторая глава диссертации посвящена методике исследований надежности и качества систем капельного орошения.

Автор принял следующие показатели качества и надежности капельниц в процессе эксплуатации: коэффициент изменения среднего расхода капельниц

(I)

где - средний расчетный расход капельниц на поливном трубопроводе при {: а О ч, средний эксплуатационный -расход.

Коэффициент равномерности распределения расходов капельниц н« поливном трубопроводе "

Кръ« АУ А'с , (2)

где Кг - коэффициент технологической равномерности расходов капельниц ■

( I - 1,64 Щ —*-)

I 1 I + 1,64 У^у

Кг - ~ I I - 1,64 Щ * г-г-т-.г- 1 ' (3)

где = О%/- коэффициент вариации расходов капельниц;

и - срэднеквадратическое отклонение расходов и средний расход капельниц, отвечающий расчетному напору^

/Се - коэффициент изменения расходов вдоль поливного трубопровода за счет изменения давления

„ \ ( и и\ ,Дч

2 ( р/

где и - расходы капельниц, отвечающие напору в конце и р начале поливного трубопровода, '

Исследования работоспособности капельниц проводили по методики изложенной в "Рекомендациях по исследованиям надежности и работоспособности элементов систем капельного орошения" НГД 33.03.008 ~ -Ш, утвержденной Минводхозом УССР»

Параметрическими отказами капельниц считали случаи уменьшение: расходов капельниц:

- при поливе культур,' не терпящих засухи - 0,7 ^с с

- при поливе культур,устойчивых к засухе - 0,3 ^е

ь °

При исследозаиии работоспособности капельниц, работающих совместно с конкретным фильтром очистки воды"использовали план

• который позволяет определить показатели качества и надежности отдельных элементов в процессе длительной эксплуатации.

В соответствии с планом испытаний установили объемы исследований расходно-изпорных характеристик капельниц, минимальные объемы испытаний элементов систеи капельного орозения в полевых и лабораторных условиях.

В третьей главе диссертации изложены результаты определения расходно-напорных характеристик капельниц.

На исследования были выбраны три типа капельниц "КР", "КГ", "Молдавия 4А-1.Г, которые отличаются между собой напорностью и различными принципами гаиения избыточного напора.

В среднекапорных капельницах "КР" гашения напора осуществляется в лабораторном двухярусном канале. В высоконапорных "КГ" использован дросселируюзий элемент в виде мягкой резиновой мембраны. В капельницах "Молдавия 4А-Ы" гапения напора осуществляется в полужесткой спиральном канале..

Для выяснения влияния температуры води на характеристики капельниц 0, = С Н ) исследования выполнили на технически чистой воде, которые проводили на гидравлическом стенде,' установленном в-лаборатории кафедры гидравлики УИКВХ. На протяжении каждого опыта температуру воды поддерживали постоянной 12, 25, 40° С. Выполненные исследования пропускной способности капельниц позволили определить средний расход 1с » коэффициент вариации, среднее квадрати-ческое отклонение расходов в зависимости от напора при постоянной температуре воды в поливном трубопроводе ■{; = 12, 2о, 40° С, и построить расходно-напорные характеристики => / ( Н, Ь ).

Анализ этих функций показал,"что с увеличением напора для исследуемых типов капельниц изменяется средний расход и коэффициент вариации. '

Для капельниц типа "КГ" в диапазоне напоров Ц - 0,08 ... ...0,36 мПа средний расход изменился незначительно (от 3,) л/ч до 3,8 л/ч). ' .

Более существенное изменение среднего 'расхода'в зависимости от напора наблюдается в капельницах типа "КР" и "Молдавия 4А-Ы". Так, при изменении напора от И = 0,08 до 0,36 мПа, средний расход (¡с . увеличился (от 3,6 до 6,8 л/ч) для капельниц "КР" и (от 6,2 до 9,8 л/ч) для капельниц "Молдавия 4А-Ы".

Увеличение сродного расхода капельниц за счет повкгзния текпо ратуры оставило менее 3 %. Таким образоьа, на основании исследований характеристик капельниц О, = / (уУ, ) установили, что изменение среднего расхода за счет изменения напора значительно больше, чем за счет изкзнения температуры воды. Поэтому при прое* тировании СКО, влиянием температуры воды на показатели качество капельниц можно пренебречь.

Выполненные исследования пропускной способности капельниц поз волили установить, что капельницы типа "КГ", "КР", "Молдавия 4А-1-имеют распределение расходов, подчиняющееся нормальному закону.

Характеристикой качества изготовления к"апзльн;ш служит технологический коэффициент равномерности расходов КГ, определяемый ш зависимости (о1! , . /

Технологический коэффициент равномерности расходов /\г учк-тывает варьирование расходов капельниц и закон их распределения.

Установлено, что капельницы типа "КГ" имеют больший техиолоп чзскиЯ разброс расходов чем капельницы типа "КР, "Молдавия 4А-1г Объясняется это тем, что у капельниц типа."КГ" для гашения напор, использована мягкая резиновая мзкбрана, которая из-за сил упруго! ти недостаточно илогио облапает водопроводеднй" канал, тем сакы_ увеличивает вариацию расходов и уменьшает технологический коэфф. циоит равноиарности раздач..

В четвертой оглаве приводятся результаты исследований работоспособности капельниц на, иэмзнящейся во времени, обйей ыутност!: оросительной воды при различном физико-ызханичёском составе и ко личестве взвешенных частиц в воде.

Исследования по определению показателей качества и надеяност капельниц проводили на опытных участках систем капельного орошен в совхоз-заводе "Алушта" Симферопольского района и совхозе им Де нина Красногвардейского района Крымской области.

Выбор места исследований обусловлен тем, что эти системы сна каются оросительной водой с различной по физико-механическому со таву иутностъю, подготовленной разными конструкциями фильтров.

Уточником орошения в совхозе-заводе "Алушта" служил пруд-накопитель, а на опытном участке в совхозе иы.Ленина Северо-Крынский какал. Очистку воды на опытной участке в совхоз-завод», "Алушта" проводили фильтрами _"Компакт-2", а в совхозе иы.Ленин :' фильтром ШМ .1,5 х 2,8, установленном в аванкамере НС к сет-аод. фильтром конструкции УкрНИИГиЫ. йильтр Ш1 имел сетку с разыера»

ячеек 40. мк. Основной объем исследований бил выполнен в 19881989 г. г.

С целью выяснения закономерностей изменения показателей качества и надежности капельниц в различных условиях их эксплуатац ш на исследования поставили по 300 капельниц "КР", "КГ", "Молдавия 4А-М". Поливные трубопроводы, на которых установили по 100 капельниц каждого типа, оборудовали промывными концевыми устройствами постоянного действия конструкции УИИВХ, периодического действия конструкции фирмы " Sain Bi&d, ", а также устройством типа "Заглушка", которые не обеспечивали постоянной промывки трубопроводов.

Для выяснения влияния на работоспособность капельниц мутности воды проводили ее измерения в источниках орошения и после фильтров очистки. Кроме того, для выяснения влияния на работоспособность капельниц количественного и качественного состава взвешенных частиц, содержащихся в оросительной воде, выполнили спектральный и химический анализ проб.

Средние значения мутности воды в источнике орошения и после фильтров очистки воды, а такяе химический состав приведены в табл.1. В таблицах 2 и 3 приведены процентное содержание и крупность взведенных частиц, содержащихся в оросительной воде.

Измерение давления в поливных трубопроводах с капельницами в начале и в конце трубопровода еыполняли образцовыми манометрами.

Расход капельниц измеряли объемным способом. В результате натурных исследований работоспособности капельниц были получены статистические ряды изменения расходов капельниц "КР", "ГС""' и "Молдавия 4А-М" во времени. Обработка этих рядов дала возможность получить показатели качества и надёгкности капельниц = / С i ), «Э= /(¿), /(¿V, /И), Ра7= /(г? ), кото-

рые приведены на рис.1, где Po.s(i) и Po.vi-t ) - статистические значения вероятности появления капельниц с расходами ^^O.i^c. и ^ ^t , определяемые по зависимости

PoWi)=f- ^ (6)

где fit - количество капельниц е расходами в

момент гремени t \

количество капелькиц с расходами £ ¿=0,7 фс. вменит времени i ; У - эбяее количество капельнио в начальный момент времени.

10 в.» о.г 07

too 0.95 0.90 СУ

/гоо

Po.it Pe.?

■Д. О

"lio лдавия 4 1-М"

гоо too . Крэ

eoo seo t, v

zoo 400

ñ>. i. Рол

600 гоо t, й

0.9.

ОЛ

0.7

»» "j Л

t».

{ 0® o o " > o ■ 0

03

о «ее too Шо t, ч.

Рис.1. Изменение показателей качества и надежности капельниц "Молдавия 4А-М", установленных на поливном трубопроводе, оборудованном промывным устройством постоянного действия конструкции УШБХ: cl - при очистке воды фильтрами "Компакт-2"; о - при очистке воды фильтрами МФМ и сетчатым конструкции" УкрНИИГиМ.

• Таблииа I

Химический состав и средние значения мутности води в источниках орошения и после фильтров очистки

Опытный участок в совкоз-заводе "Алушта"

\

• ч • 3

• ■ и я я ■ ч, к Д

• я ол а ч о а. ь. о з (0 . и Ф ш о ч О,» в с. лая Ч

ч - • сц о- ч о с.

и •0 н ч Я Е< Я >0<0 Я -ю » ■ 1 а -

. з с\г + «1 -* • к .С* се <ч - X 1ч =3 В' -■Оо а> о

■ •а О £ -О с

1988 36,1 0,27 306,1 197,8 32,5 0,26 2024,2 478.2

• 1989 39,1 ■ " 0,24 291,3 182,3 31,1 0,26 488,6 180.5

среднее

значение 37,6 0.25 29Ь,7. 190,0 31,8 0*26 1256,4 329,4

Опытный участок в совхозе им.Ленина

• • Таблица 2 Процентное содержание'и крупность взвешенных в воде частиц в источнике орошения в совхоз-заводе "Алушта"

с1, мм| 1,0-0,25; 0,25-0,05} 0,05-0,0^ 0,01-0,005 0,005-0,004! 0,001

р, % 3,0 ■32 43,'8 10,2 4,6 6,4

Таблица 3 •

Процентное содержание и -крупность взвешенных в воде частиц в источнике Орошения в совхозе им.-Ленина.

1,0-0,25' 0,25-0,05 0,03-0,'01 0-, 01-0,005 0,005-0,004 0,001

р, Й 13,2 19,8 23,7 И.О.' 19,7 . 12.6

■' . 10 Выполненные исследования показали, что для всех типов капельниц с увеличением времени эксплуатации происходит увеличение коэффициента вариации расходов. Большее увеличение коэффициента-вариации наблюдается у капельниц типа "КГ", чем у капельниц типа "КР" и "Молдавия 4А-Ы", при работе их с фильтрами "Компакт-2", а также ши и сетчатым конструкции УкрНИИГиМ. Увеличению коэффициента вариации расходов у капельниц "КГ" способствуют пылеватые и глинистые частицы, попадая в капельницы, после фильтров очистки водь, частично оседают, в каналах и -на мягкой резиновой мембране, не позволяя ей занять рабочее положение. Установлено, что при очистке воды фильтрами "Коыйакт-2", а также МФМ и сетчатым конструкции УкрНИИГиМ, увеличение коэффициента вариации расходов на 5-10 % больше для капельниц, установленных ра поливных трубопроводах, с" концевыми устройствами периодического действия фирмы " (¿ыШ . • В¿ъсС ." и с заглушками, чем у капельниц, установленных на поливных трубопроводах с- концевыми устройствами постоянного действия. '

Промывное устройство постоянного действия позволяет выносить транзитной струей часть взвешенных в воде частиц, тогда как промывное устройство периодического действия фирмы" Яаьп, &/1сС- " работает только при снижении давления в трубопроводах до 0,04 мПа, с в трубопроводах с заглушёнными- концами промывка не осуществлялась.

Исследования работоспособности капельниц КГ, КР, Молдавия 4А-М на изменяющейся во вымени мутности воды показали, что с увеличением времени эксплуатации уменьшается коэффициент изменения среднего расхода капельниц Ха и коэффициент равномерности распределе-^. ния воды капельницами ХрЭ. Уменьшение коэффициентов Хэ и Хрз ш исследуемых капельниц объясняется тем, что пылеватые и глинистые . частички, содержащиеся в воде, попадая в капельнийы кольматируют водопро^одящие каналы, уменьшая при этом расход кайельнип. *.

.' Нами установлено, что «один из главных факторов, оказывающий влияние на.изменение равномерности распределения воды капельницами, является мутность оросительной воды, пылеватые и глинистые-частицы, взвешенные в -воде.' ■

Так,-при продолжительности эксплуатация- £ = 0...210 ч, общей . средней мутности воды, л источнике орошения р = 2024 мг/л и мутности в трубопроводах после фильтров очистки вода 1Ш1 и сетчатого конструкции УкрНИИГиМ р = 480 мг/л количество капельниц "КР", . "Молдавия расход которых.стал 'меньше . ^ ^0,7-фс дос-

тигло более 10 %. ' ' .

. Количество капельниц "КГ", которые отказали по параметру

^^0,7составило около 60%.

Из вышеизложенного следует, что исследованные типы капельниц не рекомендуется эксплуатировать при мутности воды в трубопроводах Jp ->.480 мг/л и содержании глинистых частиц больше 12 % по весу.

Для повышения работоспособности системы необходимо проводить 'профилактические промывки трубопроводов с капельницами.

После проведения профилактической промывки трубопроводов с капельницами "КР" и "Молдавия 4А-М" по истечении времени эксплуата-. иии 'i = 210 часов, все капельницы увеличили свои расходы, при атом капельниц с расходами 0,7 не было, это подтверждает

эффективность промывки трубопроводов. •

Поливные трубопроводы с капельницами "КР", "Молдавия 4А-М", работающие совместно с фильтрами "Компакт^", при средней мутности воды • Р — 300 мг/л, содержании пылеватых и глинистых частиц менее оо % по весу, необходимо промывать через ~t = бОО часов работы, а^с капельницами "КГ" через i = 600 часов.

При очистке воды фильтрами и сетчатым конструкции УкрНИИГиК капельницы "КР" и "Молдавия 4A-U" можно эксплуатировать при средней мутности воды в трубопроводе* менее р 180 мг/л и содержании пылеватых и глинистых частиц менее 65 % по' весу. При этон профилактические промывки капельниц необходимо выполнять через i = 500 ч работы. Следует отметити, что полностью восстановить работоспособность капельниц, путем проведения профилактЛесках промывок не удается. Цикличность в работе капельниц способствует пылеватым и гли-. • нистым частицам затвердеть в водопроводяших каналах, что затрудня- ' ет их вынос из капельниц. i .

• Выполненные исследования позволили установить, что основным фактором, влияющим на работу капельниц является мутность воды и её физико-механический состав. '

В результате натурных исследований были получены статистические ' вероятности появления капельниц с нелопустишки отклонениями расходов у, & 0,3 фе и £ -б 0,7 у с- что позволило определить вероятность безотказной работы капельниц " Po.%(i) и Po.i (i) .

Вероятности Po.if&) и Р*т№) , представленные на рис Л ап-■ роксимировали законом Еейбулла-Гнеденко, т.е.

V • • ? ркнн-(ъу) • •

'. где CLи $ параметры, зависящие от конструктивных особенностей капельниц,- качества очистки воды и .условий эксплуатации, при-веденц в табл.4.

Таблица 4

Значения параметров СС и 8 в формуле (7) для определения вероятности безотказной работы капельниц с расходами . 0 & 0,"7 и £ ^ 0,3 фс, при очистке воды фильтрами "Компакт-2" и 90 % -ные наработки капельниц

I Средняя мутность ]> = ЗйО мг/л (Д =437&0

ниц а ё ■¿до, час ё ¿30 ,час

"КГ" 2,04 • Ю3 1,22 600 3,66 • ю3 0,63 1200

"КР" 7,62 • Ю3 1,46 1400 11,83 • Ю4 1,85 1400

"Молдавия 4А-.Ы ,8,70 . Ю3 • 1,07 1200 11,21 • Ю4 1,30 1400

. Таблица 5

Значения параметров Ц, и 8 в формуле (7) для определения вероятности безотказной работы капельниц с расходами £ ^ и 2*0,3 при очистке воды фильтрами

М2Ш и сетчатым конструкции УкрНИИГиМ

Тип ! Средняя мутность = 490 мг/л (/>4 =378 =602^")

. капель- Л £.#0,7 " £ ¿0,3

ниц ————— Л 8 ■¿90, час а. <? ¿Я?, час

"КР" 4,54 • Ю3 0,78 950 4,97 - Ю3 ■ 1,54 960

"Молдавия 4А-М ,2,20 • Ю3 ' 1,11 400 5,73 • Ю3 1,78 960

Примечание: где р( = р- "1 Границы 80 %-ного

и [ ~ доверительного Рл в ^ + ^ интервала мутности

Имея аналитические и графические зависимости Fo.i(i) и Р0.?М для капельниц, работающих совместно с различными фильтрами очистки воды, при разной средней мутности воды в источниках, можно установить время, после которого необходимо вести восстановление капельниц путем замены или принудительной промывки.

Выполненные исследования представляют количественную характеристику функционирования капельниц :,эи эксплуатации и дают возможность наметить своевременные профилактические мероприятия с целью повышения надежности системы.

В пятой главе приведены результаты лабораторных исследований работоспособности капельниц при эксплуатации, на воде с постоянной мутностью в источнике орошения и разном физико-механическом составе взвешенных в воде частиц.

Исследования выполнили на лабораторном стенде, который был запроектирован и установлен в лаборатории УИИВХ. На исследования были поставлены капельницы типа "КП", "КР","Молдавия 4А-М".

Очистку воды выполняли сетчатым фильтром конструкции УкрНИИГиИ с размерами ячеек 40 мк.

Выполнили две серии опытов. Первую серию опытов провели при следующих постоянных мутностях воды в источнике орошения: р = I30Ó мг/л, J5 = 300 мг/л, J5 = 100 ыг/л. Физико-механический состав взвешенных частиц приведен в табл.5. Вторую серию опытов выполнили р я 300 мг/л с процентным количеством и крупностью взвешенных частиц,», которые приведены в табл.б.

В каждой серии опытов в напорном резервуаре поддерживалась практически постоянная мутность воды, отклонение от которой на протяжении опыта не превышало 3...5

Таблица б

Процентное содержание и крупность взвешенных в воде . частиц для первой серии опытов при постоянных мутностях fi = 1300 от/л, J5 => 300 мг/л, J3 ■ 100 мг/л

d, , ым | 1,0-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,004 0,001

р * \ ' , & t 9,0 61,9 5,5 7,3 16,3,

Расход капельниц измеряли через каждые 30,. 60 часов работы объемным способом.

Анализ лабораторных исследований показал, что с увеличением Бремени наработки, коэффициент вариации расходов увеличивается.

Таблица 7

Процентное содержание и крупность взвешенных в воде частиц для второй серии опытов при постоянной мутности р = 300 мг/л

сС мм 1,0-0,25 0,25-0,05 0,05-0,01 0,01-0,005 0,005-0,004 0,001

Р. % 11,0 58 о 16,2 4,7 в,1 3,0

Установили, что при общей постоянной мутности воды р =1300 мг/л, и наработке £ = 240 ч по параметру % ^ 0,7 ^ отказывает около 26 % капельниц "Молдавия 4А-М" и 30 % капельниц "КР" по параметрам £ 0,7 0,с, и £-6 0,3^. . По истечении времени ^ = 45 часов 76 $ капельниц "КГ'" отказали. При этом около 70 % имели расход = 0.

Основной причиной, вызвавшей отказ капельниц является величина мутности воды, поступающая в капельницы после очистки и её физи-ко-ме5^анический состав. При общей мутности воды р = 1300 мг/л, количестве пылеватых и глинистых частиц в воде около 50 % в трубопроводы с капельницами, после сетчатого фильтра очистки воды с размером ячеек 40 мк, попадала вода мутностью р =770 мг/л.

Выполненные исследования работоспособности капельниц при постоянной мутности оросительной воды р = 1300 мг/л, подтвердили результаты натурных исследований и вывод о том, что эксплуатировать капельницы при мутностях воды в трубопроводах р & 4Ь0 мг/л не допустимо.

Исследования изменения показателей качества и надежности капельниц при постоянной мутности воды в источнике показали, что с уменьшением общей мутности увеличивается работоспособность капельниц. ;Если при обшей мутности р = 1300 мг/л 90 % наработка капельниц "'КР" и "Молдавия 4А-М" составила 240 часов, то при общей постоянной мутности р = 300 мг/л, 90 % наработки капельниц "КР" и "Молдавия 4А-Ы" составили 900 ч. Количество пылеватых и глинистых частиц в обеих опытах соответствовало физико-механическому составу табл.б.

Анализ работоспособности капельниц при общей постоянной мутности воды р =300 мг/л позволил установить время проведения профилактических промывок трубопроводов. При эксплуатации капельниц "КР" и "Молдавия 4А-Ы" совместно с сетчатым фильтром УкрНИИГиМ, ппи общей мутности оросительной воды р = 300 мг/л и содержании пылеватых и глинистых, частиц диаметром с1* ¿0 мк-около 90 % по весу

Таблица 8

Значения параметров (£ и о в формуле (7) для определения вероятности безотказной работы капельниц с расходами

^ ^0,7^; и ^ 0,3 при содержании пылеватых частиц & 50 мк 90 по' весу и 90 % -ньге наработки капельниц

Тип капельниц

Средняя мутность /) =■ 1300 мг/л

¿г.

£ &

сь

§ -¿во, час.

"КР"

0,59 • Ю3

1.08

100

1,22 • Ю4

0,(35

100

"Молдавия 4А-Г .

1,0 • Ю4

1,06

125

9,9 10'

,4

0,83

240

Таблица 9

б

Значения параметров СЬ> и £> в формуле (7) для определения вероятности безотказной работы-капельниц с расходами & и ^ 0,3 при содержании пылеватых частиц сС 6 50 мк 90 % по весу и 90 %-ные наработки капельниц

Тип капель-

Средчяя мутность /5 = 300 мг/л

£ ро.чфс Г • д. 2-0,3 0с

ниц О* в . 1 .......... У ас

"КР" ■ )0о' 1.04 900 1,11 • Ю4 1,02 1100

"Молдавия 4А-М" 4,74 • 10э 1,04 570 3,14 • Ю4 0,75 900

"КГ" • 0,бо • ю3 1,13 • 9о 0,91 • 103 1,17 200

Таблица 10

Значение параметров О, и £ в формуле (7) для определения вероятностей безотказной работы капельниц с расходами ^£0,7и ' £ .¿0,3 при содержании пылеватых

частиц 50 мк 90 % по весу и 90 %-ные наработки

капельниц

Средняя мутность уО = 100 мг/л

капельниц I £^0,7 ^ ! 5*0,3^

! <«• е г'м,* а- ё £оо. е

"КГ" 2,66 • Ю3 1,15 400 3,63 • ю3 1,45 1000

Таблица II

Значения параметров ¿2- и в формуле (7) для определения вероятностей безотказной работы капельниц с расходами капельниц с^расходами $ 2 и ^^0,3 при

содержании пылеватых .частиц £ 60 мк 30 % по весу и . 90 %-ше наработки капельниц'

Средняя мутность /> = 300 мг/л

капельниц 0,7 1 . I 0,3

а- в ¿¡О. С Л- в ¿Л? <£-

"КР" 8,54 • ю3 1,30 1000 2,44 • Ю4 1,05 1000 '

"Молдавия . 4А-М" 7,63 • 103 1,04 юоо 1,23 • ю4 1,16 1000

"КГ" 6,86 • 103 0,97 960 1,69 • ю4 0,82 1000

необходимо предусмотреть профилактические промывки трубопроводов:

- для капельниц "КР" по истечению времени эксплуатации f = 600...900 ч работы;

- для капельниц "Молдавия 4А-М" по истечении времени работы t= 600 ч и t = 900 ч.

Капельницы "КГ" можно эксплуатировать совместно с сетчатым фильтром конструкции УкрНИИГиМ при ^5щей постоянной мутности водн в источнике .J> 100 мг/л при содержании глинистых-частиц не более 10 % по весу. При этом необходимо проводить профилактические промывки трубопроводов с капельницами по истечении времени работы t = 400...500 ч.

Вторую серию опытов провели при общей мутности воды р » =• 300 мг/л и физико-механическом составе приведенном в табл.7. Б данной серии опытов по параметрам Рол90 я £ъ.? 90 капельники "КГ", "КР" и "Молдавия 4А-Н" были работоспособны на протяжении времени эксплуатации i =» 1000 ч. Хорошая работоспособность капельниц в данной серии опытов объясняется тем, что количество пы-леватых и глинистых частиц было незначительньм и составляло не больше 30 % по весу. Из этого следует, что на работоспособность капельниц значительное влияние оказывает количественный и качественный состав, содержащихся з поде взвесенных частиц.

В результате лабораторных исследований работоспособности капельниц на воде с постоянной цутностью определили параметры законов распределения времени безотказной .работк капельниц, которкз приведены в таблицах 7...10.

•. Основным фактором влияющим на работоспособность капельниц является:

- качество водоподготовки; ' . - -' - физико-яеханичегкий состав взвешенных частиц;

- условия эксплуатации;.

- конструктивные особенности капельниц.

В шестой главе изложены основные принципы проектирования систем капельного орошения с учетом показателей качества и надежности,

Системы капел.ьногр орошения относятся к мелиоративным системам, для которых этап проектирования имеет особо важную роль в обеспечении её работоспособности, •

Обусловлено это тем, что при капельном орошении каждое растение получает поливную норму индивидуально, одновременно с этшг количество водЫ, которое подается растению является случайной величиной.

расходов капельниц; гидравлические характеристики капельниц; качество водоподготовки; резины эксплуатации; регулярность промывок трубопроводов и капельниц.

Вышеизложенные факторы, влияющие на работоспособность систеш должны быть учтены при проектировании СКО.

Проектируя систему капельного орошения, необходимо исходить из свойств эффективности, надежности функционирования и качества системы.Эти свойства можно представить следующими целевыми функциями:

£н ■ К + И , е 5

РМ > Рдтл'п,.

пр * лра , (10)

где £н - нормативный коэффициент сравнительной экономической эффективности;

К - капиталовложения на строительство системы; // - приведенные годовые эксплуатационные издержки по рассматриваемому варианту системы;

Ре(Ь) - вероятность безотказной раздачи воды растениям в течении времени £ ;

Р^гльп.- допустимая вероятность безотказной работы системы, обеспечивающая окупаемость системы в течение нормативного срока; П? - комплексный показатель равномерности раздачи расходов; - допустимый показатель равномерности распределения воды по системе, при котором не будет капельниц с расходами, вызывающими ущерб урожая за счет недополива, переувлажнения.

Равномерность распределения воды по системе будем характеризовать комплексным показателем качества системы Пр , который можно определить по зависимости

Пр в Кт • /7* , ; (и)

• где Кт - технологический параметр равномерности расходов капельниц, определяемый по зависимости (3)

/7* - обобщенный параметр, характеризующий изменение расходов капельниц при1 изменении напора по системе

Пк = Кг, - Ка -КР , • (12).

где Кп , Ау » Кр ~ коэффициенты, учитывающие изменение расходов капельниц при изменении напора вдоль поливного, участкового и распределительного трубопроводов. . '

Равномерность распределения воды должна быть тем выше, чем более чувствительны к дефициту влаги выращиваемые культуры. Если запроектировать систему с показателем равномерности Пр 2*0,75,то в начальный момент-эксплуатации на системе не будет капельниц с недопустимыми отклонениями расходов.

Получить /7/» = 0,75 можно при рациональных значениях технологических коэффициентов вариации расх^юв, оптимальных длинах поливных трубопроводов и оптимальном числь капельниц, установленных для полива одного растения. Условие 43) будет выполнено при коэффициенте вариации Щ ¿0,15 и Пк > 0,90. Значение Пк > 90 можно получить при значениях, коэффициентов (<п , К* , Кр близкими к единице. Коэффициенты Кп , Ку , Кр будут близкими к единице при оптимальных значениях длин и диаметров поливных, участковых, распределительных трубопроводов.'

Одним из самых ответственных этапов проектирования ОКО является гидравлический расчет распределительной сети. От этого расчета зависят материалоемкость и энергоемкость системы.

О целью получения оптимальннх размеров поливной сети систем капельного орошения с учетом показателей качества и надежности нами разработан алгоритм и выполнен гидравлический расчет распределительных блоков, который, позволяет запроектировать систему на заданном уровне надежности и качества.

(ШШВ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВКВОДН

В диссертационной работе изучены вопросы пошлзешя надкзносги систем капельного ороивнчя за счет повыасния работоспособности капельниц в различных условиях эксплуатации и оптсиизацна размеров модульных участков. ' -

В результате натурных'исследований надегшостл систем капельного орошения и лабораторных исследования работоспособности капзль-ниц получены следующие основные результаты:

I. Основными факторами, влмдап;к1:к на работоспособность капзль-ниц являются: конструктивные особенности капельниц, качество водо-подготовки, физико-:.'.еханический состав и количество зэвзпенных частиц п оросительной воде, решьи эксплуатации. При этом во всех случаях капельницы, в которых поток сильно турбулизирован(тип "КР", "Молдавия 4А-Н") являяг , о'олсе работоспособными, чем капельняда типа "КГ", 0. которых гашение избыточного напора осуществляется ¡зя-лыыи дросрелирующет-га мембранами.

. 2. Капельницы "КР", "КГ", "йолдавигс 4а-ы" мокно использовать

, при средней мутности -воды в трубопроводах р 480 мг/л с содержанием глинистых и пылеватых частии не более 12 % по весу.

3. Наработка поливных трубопроводов С капельницами "КР", "¡¿ол-даьия 4А-Ы" на параметрический отказ при очистке воды фильтром "Компакт-2", при средней мутности воды р 300 мг/л, коэффициенте вариации мутности . ¿/^L 0,56", содержании пылеватых и. глинистых частиц менее 65 % по весу составляет не менее 1400 часов. Профилактические промывки трубопроводов с капельницами необходимо осуществлять через £ = 800 часов.

4. При очистке воды фильтрами ММ и сетчатым конструкции УкрНИИГиМ с размером -ячеек 40 мк к&пельницы "КР" и "Молдавия 4А-М" можно эксплуатировать при средаей мутности воды в трубопроводе

^180 мг/л с коэффициентом вариации мутности ^.¿О.И и содержании пылеватых и глинистых частиц менее 65 % по весу. Профилактическую промывку трубопровода с капельницами необходимо выполнить через ^ = 500 часов работы.

5. При постоянных мутностях оросительно{? воды в процессе эксплуатации работоспособность капельниц на 10-12 % ниже, чем при эксплуатации на воде с изменявшейся в процессе эксплуатации мутностью.

о. При эксплуатации капельниц "КР", "Молдавия 4А-Ц" совместно с сетчатым фильтром '¿'крНИИГиМ при общей постоянной мутности оросительной воды Р = 300 мг/л, содержании пылеватых и глинистых частиц диаметром 50 мк более 50 % по весу необходимо предусмотреть профилактические промывки трубопроводов:

- для капельниц "КР" по истечении времени эксплуатации -« 9С0 ч; •

- для капельниц "Молдавия 4А-М" по истечении времени эксплуатации ~Ь - 300 ч.

7. При очистге еодът сетчатым фильтром конструкции' УкрНШГий с диаметром ячеек сетки 40 мк капельницы "КГ" мокнс- эксплуатировать на воде с постоянной мутностью />^100 кг/л при содержании глинистых частиц не более 16 у> по весу.

Профилактические промывки трубопроводов с капельницами следует выполнять через 400...£>00 часов их работы.

3. При пбстояы-'оГ: мутности оросительной воды р = 300 ыг/л содержании гыловатых частии менее 30 % по весу и очистке воды сетчатым фильтром, конструкции УкрНЖГиМ с размером ячеек сетки 40 мк, 90 заработка капельниц "КР", "КГ", "Молдавия 4А.-М" состав-

ляет 1С00 часов. Профилактические промывки трубопроводов с капельницами необходимо предусматривать через 'Ь =ф00..4000 часов.

9. Время безотказной работы капельниц апроксимируется распределением Вейбулла-Гнэденко.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

I. Изменение показателей качества и надежности капельниц при эксплуатации. Депонирована о ЕНИИГЭИСХ » 380, 1989, 10 с. "

' 2. Гидравлические сопротивления распределительных трубопроводов. Депонирована в ВШИГЭВД, Я 400, 1986, 10 о.

3. Расчет гидравлического сопротивления распределительных трубопроводов капельного орошения, В сб.Гидравлика и гидротехника.

Р 45, К:, Техника, 1937, 63-62 с. (в соавторстве).

4. Проектирование средств капельного орошения с учетом показателей качзстга и надежности. Депонирована в ВНИИГИСХ, )? 462, 1988, II с. (в соавторстве).

Подписано к печати 15. Н. $0 Формат 60 х 84 01/16 Объем I л.л. Заказ //35 Тираж 100 экз

г.Ровно, УШВХ, Ленинская II