Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Совершенствование систем водораспределения на уклонных оросителях для дождевальных машинфронтального действия (на примере ЭДМФ „Кубань")

ВАК РФ 06.01.02, Мелиорация, рекультивация и охрана земель

Автореферат диссертации по теме "Совершенствование систем водораспределения на уклонных оросителях для дождевальных машинфронтального действия (на примере ЭДМФ „Кубань")"

КЫРГЫЗСКИЙ ОРДЕНА. «ЗНАК ПОЧЕТА» СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ им. К. И. СКРЯБИНА

На правах рукописи

ПЛЕШЕВА ЕЛЕНА ЭДУАРДОВНА

УДК 627.845:621.646.3

Совершенствование систем водораспределения на уклонных оросителях для дождевальных машин фронтального действия (на примере ЭДМФ „Кубань")

Специальность 06.01.02 — мелиорация и орошаемое

земледелие

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кагдидата технических наук

Бишкек 1992

КаЕГЫЗСКИЛ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" СЕПЬСКОХОЗЯЙСТВЕНШЙ ИНСГИЗУТ им. С.И. СКРЯБИНА

На,правах рукописи

МЕЛЕВА ЕЛЕНА ЭДУАРДОВНА

УДК 627.345:621.645.8-

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ ВОДОРАСЦРЕДЕ£ЕНИЯ НА УКЛОННЫХ ОРОСИТЕЛЯХ ДИЗ ДСЩЕЗАЛЬЬЖ МАШИН ФРОНТАЛЬНОГО ДЕЙСТВИЯ ( НА ПРИМЕРЕ ЗДЙ' "КУБАНЬ")

.Специальность 06.01.02 - мелиорация и -орошаемое

земледелие

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание-ученой степени кандидата технических наук

Бишкек 1991

Работа выполнена в Кыргызском ордена "Знак Почета" сельскохозяйственном институте им.. К.И. Скрябина;

Научный руководитель . -

Официальные оппоненты

■Ведущее предприятие

член-корреспондент ВАСХШЛ, Лауреат Государственной премии, заслуженный изобретатель Кыргызстана, доктор технических наук,'профессор . Я.В.БОЧКАРЕВ

доктор технических наук, старший научный сотрудник В.А. РОЖКОВ

кандидат технических наук, старший научный сотрудник'А.Л. ШЬМЕР-

институт "Кыргызгипроводхоз"

Защита состоится " /-У . ." руеЗрсгля 1992 года в /3 часов на заседании Специализированного Совета К.120.77.07 при Кыргызском ордена "Знак Почета" сельскохозяйственном институте им. К. И. Скрябина. " •

Отзывы и замечания на автореферат-в двух экземплярах, заверенных.-печатью, просим .направлять ученому секретарю совета по адресу: 720053, ГСП, г.Бишкек, уд. Коммунистическая, 68, Кырг.СХИ..

С диссертацией.можно ознакомиться в библиотеке института. . .Автореферат разослан. " /0 " руЗася 199.2 г.

. Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат технических.наук, доцент

/у?

В.Ф. Талмаза

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАЩШ

Актуальность темы. В решении продовольственной проблемы страны особая роль отводится мелиорации. Широкое развитие мелиорации, рост'орошаемых площадей выцвйга'ет в число первостепенных проблемы ресурсо- и энергосбережения, интенсификации производства; развитие научно-технического прогресса. Это особенно■актуально в срязи .с переходом к рыночным отношениям» введением платы за воду. В этой связи как никогда остро поставлен.зоярос-.поиска путей эконо-. мии. воды, энергии, трудоресурсов,что.можно достичь.техническим совершенствованием оросительных систем, технологией -орошения, автоматизацией производственных процессов- Это особенно ватшодля таких республик, как республики Средней Азии, Казахстана, где ос--новной валовый продукт сельского хозяйства получают с ор'ошаекЕых земель, например, в Республике Кыргызстана орошаемых земель по. лучат более 90% валового выхода сельхозпродукции.

' - Основной частью оросительных систем является низовое звено. В настоящее время' широкое развитие получила широкозахватная дож-■.девальная техника фронтального действия тила''ЭД,<й "Кубань". Эффективность применения данной высокопроизводительной поливной техники обеспечивается за счет совершенст&ов&ния-. внутрихозяйственного водораспределения, направленного- на сокращение непроизво-

■ дительных потерь воды (по данным'УкрНШГиМ достигающих 46% подаваемого стока воды) .и затрат труда на полив.

Основным направлением Яри этом.является создание автоматизированных .систем водораспределения.. Эти задачи в основном решены . ■на системах с безуклонными оросителями- На оросителях же с большими уклонами известны лиса отдельные.решения преимущественнош созданию локальных регуляторов. Последние,как правило,'не отвечают'в полной мере технологическим требованиям работы-машин и главному из них - проходу машины через регуляторы-в обе стороны без нарушения работы дояцевальной машины (ДМ).

Имеющиеся разработки'системного "характера базируются на электрической энергии;, введением радиоканалов связи и др., что требует прокладки .линий связи энергоснабжения, что-повышает их

■ стоимость, осложняет эксплуатацию и др.

' Исходя из вышеизложенного, в число, наиболее актуальных . встает задача совершенствования* систем водораспределения на уклонных оросителях для ЭДиФ "Кубань" на базе возобновляемой энергии -

- г -

энергии потока воды.

Цель работы заключается в разработке и исследовании.системы водораспределения ка 'уклонных оросителях ЭДЙ "Кубань", обеспечивающей автоматический водозабор из старшего, канала и. водоподачу по потребности, позволяющей осуществлять непрерывный технологический процесс полива, практически .исключить • непроизводительные сбросы оросительной воды и работающей на базе гидравлической энергии потока, относящейся к возобновляемой.

Научная новизна. На-основании анализа существующих систем водораспределения и .особенностей оросительной сети для ЭД1Й "Кубань" доказана-необходимость совершенствования систем, водораспре- . деления на уклонных оросителях ЭД!,Э "Кубань" путем оснащения их гидравлическими затворами-автоматами уровня воды нижнего бьефа с ограничением верхнего,- прямого действия, с обеспечением прохода машшы через затвор-автомат в прямом'и обратном направлении без нарушения технологического режима работы машины.

Обоснована математическая .модель-' расчета основных параметров системы автоматизации водораспределения (CAB) на уклонных оросителях ЭДШ "Кубань". ""-"'■

Разработаны'конструкции автоматических устройств (а.с. № I3720II, № 1500729, № I6I883I, поя. реш, на. изобретение по заяв-• ке № 4812701/15.на подпорное устройство оросителя дождевальной машины), удовлетворяющие требованиям работы до яде в алъ ной' мгданы в непрерывном режиме с обратной-гидравлической связью по потоку.- -■ -Разработана система регулирования водоподачи в уклонный ороситель с управлением по нижнему бьефу с отнесенным датчиком.

Изучены основные гидравлические характеристики рекомендуемой конструкции регулятора и получены расчетные-зависимости-по определению гидравлических и конструктивных параметров. ■

Изучена скоростная структура. потока в зоне елиян:и затворов-автоматов и доказано,- что-затворы-автоматы обеспечивают промыз наносов и,следовательно, защиту канала-оросителя от - заглавия.

Разработана методика инженерного-расчета предлагаемой системы автоматизации водораспределения с использованием предлагаемых регуляторов». -

Практическая ценность. Использование результатов данной работы позволяет, практически-устранить непроизводительные сбросы,-обеспечить работу, системы по спросу передвижной машины, беспрепятственно пропускать ее через'затвор-автомат, применять устрой-.

ство в существующих оросителях без изменения их геометрических параметров, снизить эксплуатационные затраты. -

Результаты исследований могут быть использованы проектными и строительными организациями, производственно-эксплуатационными организациями, колхозами и совхозами, содержащими на балансе высокопроизводительную широкозахватную дождевальную технику.

Реализация работы,- Материалы разработок и исследований нашли применение"при автоматизации водораспределения в колхозе "Красный Октябрь" Московского района республики Кыргызстан, вошли ,в методические указания по курсовому проектированию "Вяутрихозяй-' ственная оросительная сеть". Разработаны рабочие чертежи предлагаемого регулятора- и переданы Минводхозу Республики Кыргызстан.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы догладывались и получили одобрение на Всесоюзной конференции "Повышение эффективности использования водных ресурсов в сельском хозяйстве".(Новочеркасск, 1969) на республиканской школе-семинаре на ВДНХ республики Кыргызстан "Повышение эффективности эксплуатации и автоматизации- мелиоративных- систем" (Фрунзе, 1989) ; на научных конференциях -профессорско-преподавательского состава Кырг. СХИ им. К.И. Скрябина (Фрунзе, 1989, IC90, 1991).

Публикация. По результатам работы оцубликовано 9 работ, в том числе 4 авторских свидетельства на изобретение.

Структура.и объем. Диссертационная работа изложена на 115 страницах машинописного текста, состоит из введения,, пяти глав и •основных выводов, иллюстрируется 79 рисунками, содержит 9 таблиц и 5 приложений. Список использованных источников включает 125 наименований отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОМ

3 первой главе освещается характеристика и особенности орошаемого земледелия и технологии орошения при поливе дождевальными машинами фронтального действия (ДМ ФД)■на примере ЭДМФ "Кубань", откуда следует, что рациональное использование воды при применении ЭД<0 "Кубань" требует одновременного решения вопроса автоматизации процесса зодоподачи и водораспределения.

'■'Рассматривая особенности оросительной сети для ДМ ФД, которые

необходимо учитывать при разработке системы регулирования водораспределения, а также исходя из особенностей технологии и эксплуатации уклонных оросителей ЭД,Й "Кубань" как объектов регулирования, сформулированы основные технические условия и требования к системе регулирования на них и к средствам автоматизации водо-подачи и водораспределения, на основании.чего сделан вывод, что на уклонных оросителях ДМ фронтального действия водораспределение между бьефами оросителя должно осуществляться по спросу с обеспечением необходимых объемов воды в оросителе, что может быть обеспечено автоматически действующей системой водораспределения с учетом требований, предъявляемых к ним. Важным при этом является■ также сокращение непроизводительных потерь воды и затрат труда на полив.

На сегодняшний день предложено большое количество различных способов и систем водорегулирования, содержащихся в работах Боч-карева Я.В., Коваленко П.И., Маковского Э.Э., Рожнова В.А. и др. Создан ряд автоматизированных систем и технических средств автоматизации для оросительной сети ЭДЛФ "Кубань": Бочкарев Я.В., Бойко С.Г., Горбунов A.A., Жарковский A.M.,' Ильыер А.И., Киенчук А.Ф., Луговой A.A., Ыарголин М.1Д., Мацелюк Е.М., Соболев A.B., У наев М.Х. и др. . - -

Как показал анализ рассмотренных способов, существующих систем регулирования и средств, обеспечивающих регулирование водораспределения в оросителях ЭД® "Кубань", они не в полной мэре отве,-чают техническим условиям и требованиям, предъявляемым к ним, что обуславливает необходимость их совершенствования, поиска новых, полное тыо отвечающих им систем водораспределения. Это и определило задачи разработок и исследований, в которые входит: ■

1. На основе обобщения литературных материалов, научно-исследовательских, проектных организаций и натурных обследований критически оценить современное состояние вопроса и на этой основе определить пути совершенствования систем автоматизации водораспределения (CAB) на.уклонных оросителях ЭДЧ5 "Кубань".'

2. Дать технологическое обоснование и разработать' схемы автоматизации. На этой основе определить требуемый объем и технику автоматизации.

3. С учетом требований, предъявляемых к САР водораспределения, разработать конструкцию CAB и дать ее обоснование. Разработать математическую модель процесса водораспределения и на основе ее. анализа определить рациональные параметры системы.

4. Провести гидравлические исследования элементов CAB и на этой основе определить расчетные зависимости и разработать методику расчета.

5. Изучить процесс и определить показатели качества регулирования системы.

6. Провести производственные исследования и дать им эксплуатационную оценку.

7. На основе экспериментальных модельных и производственных исследований дать производству практические рекомендации по проектированию, строительству и эксплуатации CAB и определить ее технико-экономические показатели.

Во второй главе дано технологическое обоснование и предложена схема автоматизации водораспределения на уклонных оросителях для ЭДМФ "Кубань". Рассматривая оросительный канал как объект регулирования, можно отметить, что регулируемым параметром здесь .является уровень.воды в створе ДИ, возмущаящим воздействием -расход воды, потребляемый ДМ, регулирующей величиной - расход, забираемый из распределительного канала. В процессе регулирования уровня воды в оросителе ДМ воздействует на объект регулирования изменением своего состояния - включена-отключена. Для этих условий наиболее рациональна локальная гидроавтоматика с прямой и обратной гидравлической связью по потоку, т.к. она не требует внешних линий связи и работает на гидравлической энергии потока.

Предложенная технологическая схема автоматизации водораспределения фи использовании Д!Л "Кубань" на уклонных оросителях, обеспечивающая непрерывный технологический цикл полива при сокращении до минимума непроизводительных сбросов с обеспечением стабильной, надежной работы насосной установки ДЛ, основана на регулировании по уровню нижнего бьефа с ограничением максимального.уровня верхнего бьефа. Согласно этой схеме ороситель разбивается на бьефы . подпорными сооружениями - затворами-автоматами регулирования уровня нижнего бьефа с ограничением максимального верхнего. Таким образом, длина бьефа зависит от уклона дна канала и принимается с учетом обеспечения обратной связи по потоку. Помимо этого, уровень воды нижнего бьефа ограничен . минимально допустимым для дождевальной машины ( flmin = 0,7 м), а уровень верхнего бьёфа принимается с учетом пропускной способности оросителя и обеспечения требуемого резерза эсды для бесперебойной работы ДМ.

В голове оросителя устраивается автоматизированное водозабор-

ное сооружение, а в конце - перемычка или щит для обеспечения сброса в-эцы'при прошве и аварийных ситуациях в оросителе (отказ затворов-автоматов)-.

Предлагаемая вододействующая система автоматизации водорас-пределения (CAB) представляет собой совокупность объекта автоматизации - уклонного оросителя и средств автоматизации- прямодей-ствующих затворов-автоматов уровня воды нижнего бьефа с ограничением максимального верхнего, автоматического регулятора головного водовыпуска и автоматического концевого сброса.

Уклонный ороситель, как объект автоматизации, можно разделить условно на три -вставляющих: головного водовыпуска, рабочей части и концевого сброса, подлежащих отдельному рассмотрению, синхронизированная работа которых позволит обеспечить репение поставленной задачи.

Рассмотрим функции, которые обязан выполнять каждый назван-' кый выше участок оросителя.

Водозабор обеспечивает забор из. распределительного канала, и подачу воды в ороситель ДМ. ■

При водозаборе из распределительного канала могут быть два варианта, в зависимости от уклона,, с. дистанционным или локальным (у регулятора) управлением..При этом в,створе водозабора на рас- • пределительноы канале устанавливается регулятор уровня воды.верхнего бьефа, обеспечивающий командный расчетный уровень при водозаборе в ороситель. Выбор применения того или иного варианта водозабора осуществляется согласно, технико-экономическим расчетам.

■ Рабочая часть оросителя - это участок оросителя, по которому осуществляет, свое движение дождевальная машина. На уклонных оро-сигелях эта часть оснащается затворами-автоматами, обеспечивающими поддержание рабочего наполнения в бьефах оросителя и свободный проход всасывающего устройства при движении. ДМ в любом направлении по оросителю при непрерывном поливе. Кроме того, затворы-автоматы являются регуляторами уровня нижнего бьефа с.ограничением максимального уровня верхнего бьефа, что позволяет осуществлять прямую и обратную гидравлическую связь по потоку,-а также практически исключить или снизить до минимума непроизводительные сбросы оросительной воды при остановке дождевальной машины.

■ Третий участок - сброс из оросителя. Это концевой участок с сооружением, выполняющий несколько функций. Во-первых, оно осуществляет поддержание в створе установки максимальный расчетный

уровень в последнем бьефе, рабочей части оросителя (считая вниз по течению), во-вторых, обеспечивает защиту от переполнения оросителя при отказе в работе затворов-автоматов или водозабора и, в-третьих, промывку оросителя и сброс воды в конце поливного периода.

Все предлагаемые средства автоматизации работают.на гидравлической энергии потока на принципе уравновешивания моментов сил давления воды на элементы затворов-автоматоЕ и' моментов силы тяжести подвижных частей последних.

.На основании поисковых исследований и конструктивных проработок, а также натурных испытаний образцов различных конструкций затвора-автомаТа предлагается конструкция крышевидного затворе-• автомата уровня воды нижнего бьефа с ограничением максимального уровня воды верхнего бьефа, удовлетворяющая, на наш взгляд, техническим условиям и требованиям, предъявляемым к средствам автоматизации CAB.

Затвор-автсмат уровня воды-нижнего бьефа с ограничением максимального уровня воды верхнего бьефа (рис. I) состоит из жест- -кой перемычки I, выполненной по форме поперечного сечения канала-оросителя с прямоугольным вырезом в центре 2, перекрываемым присланным клапаном 3 со скошенным краем 4 и шарнирами 5 -в верхней его части, вращающимся на оси б, прикрепленной к перемычке I, и рычага, состоящего из пластины 7 с поплавком 6 и двумя свободными концами 9, которые перемещаются в шарнирах 5. Рычаг закреплен со стороны низшего бьефа на оси 10, которая укреплена в стенках канала. ■

Как отмечалось выше, затворы-автоматы,, независимо от их конструктивных решений, в совокупности с оросителем, как объектом автоматизации, представляют собой .систему автоматизации водо-распределения (CAB). ' "

Система работает следующим образом (рис. 2). Пока воды в ■ канале нет, загвсры-автоматы под действием силы тяжести находятся .в открытом (опущенном положении). При поступлении воды, по мере наполнения бьефов (начиная с последнего), возникает выталкивающая сила (параметры поплавка принимается из условия обеспечения подъема затвора), под действием которой затворы-автоматы начинают подниматься, вращаясь вокруг оси.-По мере наполнения бьефа - достижения расчетного наполнения' в нижнем бьефе (принимается, на от-

-в -

Рис.2.Схема работы автоматизированной системы: I-ороситель ; ¿-затворы-автоматы ; 3-концевая перемычка; 4-всасызаюцее ■ устройство дся^езальной машины.

метке верхней кромки нижележащего затвора-автомата из условия нулевой полачи в-нижний бье<Ь, когда свободная поверхность волы в бьефе приближается к горизонтальной прямой) затвсры-автоматы занимают положение "закрыто", что обеспечивается уравновешиванием моментов сил давления волы со сторс-на верхнего и нижнего бьефов и силы тяжести (веса) затвора. Таким образом, по мере наполнения канала все затворы занимают положение"закрыто" и канал готов к работе (рис. 2,а).

Е процессе работы дождевальная машина, двигаясь вниз по течению, подходя к затвору, нажимает всасывают™ устройством на него. Затвор под действием механического усигля опускается в сторону нижнего бьеба, а всасывающее устройство машины свободно преходит в низший'бьеЗ). Поскольку насосная остановка работает, а зат-.вор регулирует уровень ведн по нижнему бьефу, то затвор откроется, полавая воду к машине. Учитывая регулирование по нижнему бьефу, все вышележащие (выше створа машины) затворы при рабстаклей ДМ будут находиться в положении "открыто", т.е. в опущенном состоя. нии (рис. 2,6). При движении ?/ашикы против течетм воды в оросительном канале, если остановки забора воды машиной из канала не было, последняя свободно проходит через затвор из нижнего бьефа подпорного сооружения в Еерхнкй, т.к. при этом затвор находится-в опущенном положении. Как только всасывавшее устройство машины прешло в верхний бьеф, затвор пол действием сил давления воды начнет ускоренно подниматься и по достижении расчетного уровня нижне^го бьефа перекроет подпорное сооружение. В результате происходит автоматическое стклгчение нижележащей части оросительного канала при сохранении-его готовности к работе, т.к. бьефы наполнены водой (рис. 2,в).

■ С точки зрения гидравлики в авторегуляторах нас интересовало влияние геометрических размеров затворов-автоматов на их пропускную способность, а- также возможность обеспечения регулируемого перепада уровней при условии устойчивой работы последних и обеспечении автоматизма работы.

Для этого было сделано "гидравлическое обоснование каждой конструкции предлагаемых средств' автоматизации тл СДЬ в целом.'

В тсетьей главе для- под бора раиибналыйК конструктивных параметров, разработки методики инженерного расчета затворов-автоматов и САБ в целом приведены результаты гидравлических исследований- и расчет средств автоматизации процессов на уклонных оросите-

лях ЭДМФ "Кубань"

К исследованиям были намечены следуюгае- вопросы:

1. Сравнительные испытания различных типов и модификаций затворов-автоматов, соотношение их основных размеров и выбор рациональной конструкции. .

2. Исследование явления истечения через затвор-автомат в условиях пространственной картины истечения и на.этой основе определение гидравлических параметров и расчетшх зависимостей, связывающих гидравлические и конструктивные параметры.

3. Исследование взаимовлияния- водозаборного устройства машины и затвора-автомата, а также локальной системы регулирования, и определение на этой основе гарантированных уровней для надежной работы-всасывающего устройства машины.

4. Исследование скоростной структуры в зоне влияния затвора-автомата и оценка на этой основе транспортирующей способности потока.

До результатам гидравлических исследований сравнительных ис- . пытаниЛ конструкций были сделаны следутацие выводы:

1) наиболее рациональным для. работа в .оросителе ЭД№Ф "Кубань", является крыше видный тип затвора-автомата;

2) предлагаемая конструкция 'затвора-автомата наиболее надежна в работе, позволяет практически' исключить аварийные ситуации при переходе всасывающего устройства Дм через затвор;

3) данная конструкция применима на каналах с любым поперечным профилем .оросителя» только для лотков рекомендуется применять в местах установки затворов прямоугольные вставки с целью исключения сужения поперечного сечения оросителя.

Как показали исследования пропускной способности затвора-автомата, истечение4 через затвор-аатомат имеет сложную картину. Оно может быть как . свободшм, так и затопленным. Так как мы имеем пространственную картину истечения, т:е. изменение пропускной способности затвора в зависимости от его угла.открытия (угла поворота) , то изучается истечение как сумма расходов:

а) через боковую щель, образованную перемычкой и боковой гранью затвора.;

б) через гребень затвора.'

Тогда расход, проходящий через затвор, можно рассматривать

как

. Оф, (I)

где. Оп - расход, проходящий через щель, образованную перемычкой и боковой гранью затвора (пазуху затвора) ; Ь/гр - расход, проходящий через' переливную гран^ затвора (гребень затвора). исследования проводились раздельно, т.з. изучалась пропускная способность через-гребень.и через боковые пазухи затвора. Пропускная способность оценивалась пропускаемым расходом через элементы затвора (гребень и пазухи) в функции угла поворота.

По гидравлическим условиям работы затвор-автомат работает каи качающаяся наклонная стенка, поэтому коэффициент расхода при истечении через гребень затвора определялся по формуле истечения через наклонный водослив с гонкой стенкой

Ощо= Т7гр , (2)

где - коэффициент расхода истечения через гребень затвора;

3 - ширина водослива (затвора)'; Но - напор, на водосливе с учетом скорости подхода

¿¿^(атох-а)*9^-, ( з )

здесь уровень воды в верхнем бьефе затвора-

автомата ;

2 - длина боковой грани затвора-автомата;

- максимальный угол открытия затвора-автомата от исходного- закрытого положения ^ 0(п7о*. = 50°;

- угол открытия затвора; скоростной напор.

Коэффициент расхода через боковые' пазухи определялся по фор муле истечения через подтопленный.треугольный водослив, образованный ортогонально расположенными стенками с углом С< , равным углу поворота затвора • _'

£/п= т/7- 5 /3£2о , (4)

где ГПп - -коэффициент расхода пазухи затвора;

3 - площадь живого сечения- боковой пазухи

О п . 0 л >

2 ' 2 2 > ( 5 )

вер?

и*

2а - перепад уровней нижнего, и верхнего бьефов £сг ~ Ьвв ~ЬнБ

¿9

(б)

^Нб ~ Уровень воды в нижнем бьефе затвора.

Проведя обработку опытных данных и сделав анализ полученных результатов, пришли к выводу, что гребень затвора-автомата работает в режиме свободного истечения с коэффициентом расхода /77гр = = 0,456...0,460. Сравнивая его с расчетными значениями коэффициента расхода, вычисленными по формуле неподтопленного водослива с тонкой стенкой, получили тоже значение коэффициента расхода ГПгр = 0,46. Следовательно, можно сделать вывод, что истечение через гребень затвора можно принять как свободное истечение через наклонный (по течению воды) водослив с тонкой стенкой.

Исследуя коэффициент расхода при истечении из пазух затвора-автомата, получили зависимость рис. 3), обработка

которой по методу выбранных, точек позволила получить расчетную зависимость коэффициента расхода от перепада уровней верхнего, и нижнего бьефов:

тп = 0,6-ю - 0,65а В0//?тт • (?)

Полученная зависимость имеет линейный вид и применима в рабочем диапазоне углов открытая-затвора- ОС = 15...25° и 0,2 ^ Зо/Лт^ 4 0,35. Коэффициент расхода /Т)п по полученным данным изменяется в пределах 0,42...О,50.

Также по полученным опытным данным была выявлена зависимость' ВоШтиг =/{о(/Хтш),

рис. 4). Обработка последней по методу выбранных точек позволила получить расчетную зависимость перепада уровней верхнего и нижнего бьефов от угла открытия затвора

1,<Ш ОС/ОСтох- 0,1Ы)/7мгп ■ ( в >

Зависимость по формуле ;6) в пределах рабочего диапазона углов открытия 0,27 ^ ОС/сСто* 4 0,оЗ тоже имеет линейный вид. С помощью этой зависимости мы можем определить наполнение в канале-оросителе при известном угле открытия затвора для любого створа по всей длине оросителя.

Ка основании построенных профилей свободной поверхности в исследованиях сопряжения бьефов был сделан вывод о достаточности полученных значений уровней 'в оросителе для - работы Д.'а1. Даже в критическом крайнем положении, когда всасывающее устройство находит- ■ ся в нижнем бьефе, наполнение в- зоне работы последнего равно 0,48 м, что достаточно для работы дождевальной машины.

Анализируя опытные данные по исследованию скоростной структуры потока в зоне влияния затвора-автомата (рис. 5), были сделаны следующие выводы:

Л1п

0.74

0.6" 0.5' 0.4' 0.3' 0.2' о.г о

тп = 0.643- 0.658 ¿у/?™» 0.2 < Ц//)т<.п 4 0.35

0.1 0.3

Рис. 3. График зависимости ГЛп

О -.значения, вычисленные по эмпирической Лормулэ ; Л - экспериментальные данные.

/7тип

0,157 /¡тт

= (1,036--Н_-• ОС/пагх.

0,27 < <ХМтож 4 0,69

0.5

1.0 (Х/Хтоя.

Рис. 4. График зависимости.-^(^/оСтах)'.

О -'значения, вычисленные по эмпирической формуле; А - 'экспериментальные' данные.

0 уклон ня С - 0,0075, угол открытия ззтзопп <Х = 35°

И о —Й.З "7

27М, J

223:

¿Ш-.

\ \ 015*

<3 аз У

5......... 7 1 Расстояние,, ,м ¿ —и-> 0

12 н дна 1 =0,007о,уго э т откеытия за 0 твор '75 о а ОС =50° •3*3 '' 0 (полное от крыти?)

/Г 1 1! 1

12 о 0,75

Рис. й. Эпюры скоростей в зоне влияния затвора-автомата

1) при углах открытия затвора О^ -г О (затвор закрывается) наблюдается резкое падение скоростей в верхнем бьефе затвора-автомата, скорости течения приближаются к\нулю, что влечет за собой оседание наносов; '

2) при углах открытия ОС ~ 35...50°.(полное открытие затвора) скорости в зоне влияния затвора-автомата больше незаиляющей (см.рис.5) и равны в пределах'0,35...0,49 м/с; Следовательно, при работе канала в режиме прошва обеспечивается прошв наносов из верхнего бьефа в нижний.

Гидравлический расчет затвора-автомата сводится к определе-" нию его пропускной способности при заданных конструктивных параметрах. Сначала, следуя методике расчета, рассчитывают конструктивные параметры затвора-автомата, проверяя их допустимость статическим расчетом. В соответствии с расчетной схемой (рис. 6):.

Рис.6.Схема для статического расчета затвора-автомата

для закрытого положения уравнение моментов сил,, действующих на систем прислонный клапан 3 - поплавок-усилитель 8, относительно оси вращения 6 (см.рис.I)* примет.вид:

ЕМзакр* ве<-рл-й* е6 > о, (9)

где Р1- сила гидростатического давления на верховую грань ■" затвора „

/¿соаос; £ , ( 10 )

здесь ^ - ширина затвора; Рр - то. же, на низовую- грань затвора

( 14 )

- 15 -

N

Рл V7/ И1/2солсх • ^, ( II )

Р& - сила гидросатического давления на основание затвора

здесь Г - толщина затвора;

^ - определяется геометрически, как

Ь^ - вес затвора. Плечи указанных сил будут соответственно равны :

& - сила реакции опоры, т.е. сила, с которой поплавок действует на клапан затвора, обеспечивая полное закрытие последнего ; - плечо силы /4? , разно Подставляя полученные значения сил и их плеч в уравнение моментов (9), получим иг

Решая уравнение (14) относительно Р , находим ее значение. Имея значение & , находим силу поплавка-усилителя В. Для чего составляем уравнение моментов сил, действующих на поплавок относительно оси (см.рис.6)

¿Мог Рйа»-?5пу- &У + Я С К )

где Р§п.и~ результирующая сил давления воды на поплавок-усилитель, для статического (закрытого) положения затвора-автомата равняется выталкивающей силе, т.е. ••

'Ркпу^р^у^ " (К),

здесь ^пу - объем поплавка-усилителя ; ■

£$п.и ~ плеч° силы Р^р» > определяется по формуле

- - (17 >

здесь Сп - длина поплавка-усилителя ; Спу - сила тяжести (вес) поплавка-усилителя ; ёпу - плечо силы ¿7/ту , равно ¿'¿п.^ ; ^ . - плечо силы Р , определяется геометрически. В уравнении (15) неизвестными являются Р^пм '¿¿.пу »

. Для определения их вначале находим плечо , для чего' задаем угол 0(f = 65°. Местоположение оси по высоте принимаем равной отметке оси 0. Расстояние между.этими осями определяем геометрически, согласно схеме на рис.6. Длина поплавка-усилителя

определится по формуле

В, ( 1В )

где и - просвет между-клапаном и поплавком-усилителем для

опущенного положения, принимается конструктивно, 5... 10 см.

Ширина поплавка-усилителя принимается равной ширине клапана, т.е.^ву« ¿у . Толщина поплавка-усилителя в первом приближении равна толщине клапана затвора. Тогда вес поплавка-усилителя опре- ' делится по формуле

' ¿>*ст , (19)

где 5"/?- площадь поверхности поплавка-усилителя, м^;

- толщина пластины 7, принимается равной 2...3 им;

^ст- удельный вес" стали, кг/м3.

Решая уравнение (15) относительно , находим ,

а по нему толщину поплавка-усилителя, последняя должна быть не больше толщины клапана затвора. Б противном случае меняется положение оси Ор а, следовательно, и длина поплавка-усилителя.

Затем рассчитывают пропускную способность затвора-автомага по формуле (I), которая в развернутом виде примет вид:

0~Щ((о,бчо-ашг0//?гыл) г'с/рх ( 20}

1- очб б(/?3£ - г ¿1/7(ОСтох -XX) +

По этой формуле и применяя полученные экспериментальные зависимости, задаваясь.наполнением в нижнем бьефе или углом открытия затвора-автомата, можем определить положение затвора-автомата в потоке и расход вода, проходящий через него в этом положении.

В четвертой главе разработана математическая модель и дан анализ процесса регулирования на системе' водораспределения в динамике.

Учитывая, что.ДО имеет малую скорость движения (максимальную 0,033 м/с), процесс в оросителе можно рассматривать как квазиус-тановившийся, а движение потока неравномерным. При этом в силу малой длины бьефов расчет можно вести по геометрическим формулам. С учетом этого, в основу математической модели положено уравнение баланса объемов воды

* М* * (21)

где - геометрический объем канала-оросителя - суммарный.

объем каскада бьефов, ограниченных затворами-автоматами,

V/* - ( 22 )

- геометрический объем бьейа л . л , а а

здесь и. - глубины потока в начале и в конце бьефа;

- заложение откоса;

- длина бьефа;

£ - ширина канала-оросителя по дну. Учитывая постоянство уклона оросителя, можно через средние точки свободной поверхности бьефов провести линию, параллельную линии дна, и тогда '

Щ » 2(6<-т/?ср)/7с/>1, ("24 )

здесь ^ - длина рабочей части оросителя ; \(/м - мертвый, неприкосновенный объем воды в оросителе, соответствующий минимально допустимой глубине наполнения в оросителе, при которой гарантируется работа всасывающего устройства Д!<1, определяется по формуле

Ш,* (6+т6^л)/?„(„ ¿; ( 25 ) У/рег- объём регулирования или резервный объем воды, в оросителе, определяется из формулы (21). Объем регулирования должен быть достаточен для работы ДМ а период переходного процесса» то есть этот объем должен быть не меньше объема воды, который откачает из оросителя ДМ за время добегаяия обратной - от створа машины до головы- и прямой - от головы оросителя до с^ора ДМ- волны. Тогда.можно записать •

\УРег 2 Ю ' ( 26 )

где - объем воды, необходимый для работы ДМ в течении времени добегания обратной волны в голову оросителя,

У/с » Ом ¿упр* ( 27 )

здесь Ом - расход ДМ, м3/с ;

"¿упр - зремя добегания обратной волны - управляющего воздействия,

¿/С,, ( 28 )

С* - скорость обратной волны

Со =-/#7?о . ( 29 )

знак указывает на направление прохождения волны - против потока;

flc - наполнение в канале-оросителе при пропуске расхода

г да;

Wi - объем воды, необходимый для работы ДМ в течении времени по доставке расхода ДМ С?лт к створу машины - прямая волна t

Щ * ( 30 )

здесь '¿доБ - время добегания прямой волны,

¿роб = I / Спр, ( 31 )

Спр - скорость прямой волны,

Сар= Vo t vffio, ( 32 )

Vo - скорость потока, соответствующая равномерному движению при наполнении /?0 .

Тогда можем-записать J~T~

B^f). <зз)

В приведенных зависимостях.не учитывается трансформация волны по пути (вкполаживание), что должно учитываться поправочным коэффициентом К . Тогда окончательно потребный объем регулирования равен . JqTT

к» ■ /г ^''«^т^'Щ*1 <34.

Коэффициент Л определяется экспериментально. J

Определив потребный объем Wpere « сравнивают его с объемом регулирования, определеннш по формуле (21). •

Для обеспечения бесперебойной.работы ДМ необходимо соблюдение неравенства , .

<35.

Если геометрический объем регулирования, определенный по формуле (21), будет меньше \tfpez > определенного по форэдэде (34), то неизбежна сработка мйвого объема Шм • Поэтому в расчете надо оценить достаточность возможного к сработке мертвого объема до створа ДМ,на отметке максимального подпертого уровня проводят горизонтальную линию до/пересечения с линией нормативной глубины ho » определяют длину бьефа, в котором недоцустимо по-' нижение уровня, £ . На длине оросителя определяют допус-

тимый объем сработки до критического, соответствующего нормативной глубине ha » то есть

- ( 36 )

где Щ)0~ объем воды, соответствующий равномерному движению, -

(&+/71-/?0)/% (¿~£). ( 37 )

Тогда

(6+ т/?ып) /7ггг,п1)-0 +ггт/тьЛб(1-£). С 33 )

Если окажется, что геометрический объем регулирования 'Же и ^р в сумме будут меньше потребного объема регулирования, определенного по формуле (34), то необходимо или увеличить объем резерва за счет изменения формы и размеров или только размеров поперечного сечения или уклона оросителя (что.предпочтительнее для вновь проектируемых оросителей), -или предусмотреть временной график включения малины (предпочтительнее на существующих оросителях) . Сущность временного график пуска Д1 а работу заключается в том, что включение ДМ дается дискретами (на время, пока не стабилизируется процесс регулирования): включают ДМ на время í (время сработки резерва), отключают на время (время дсбегания обратной волны) и потом вновь включают ДЛ. Временше интервалы £ ■и расчитываются ■ с учетом обеспечения бесперебойной-работы ДМ по условиямдобегания.воды. ■

Пример расчета математической модели для оросителя прямоугольного поперечного профиля с заданными параметрами: ¿7*- = I м-строятельная глубина; £ =" 1,5 м- ширина по .дну ; =1000 и - -длина.рабочей части оросителя, показал, что объема-регулирования достаточно для работы' Д11 по- предлагаемой 'схеме.- •

Была разработана компоновка автоматизированного водозаборного сооружения, включающая з. сёбя, йзвестные конструкции.стабилизатора расхода,- установленного на водовыпуске в ороситель, и за ним. двухпозиционного затвора-автомата уровня нижнего бьефа прислонног го типа с отнесенным датчиком.' в котором дистанционное- -управление осуществляется при помощи проточного трубопровода,'сообщающего • камеру противовеса-поплавка затзора-автомата с датчиком уровня, помещенного в верхнем бьефе первого крьшевидного затвора на рабочей части оросителя..На основании-проведенных исследований процесса регулирования на' водозаборном, сооружении были получены зависимости между конструктивными и гидравлическими парметрами камеры прртивовеса-поплавка, выраженные во'времени, определяющие быстродействие водозаборного сооружения в'целом.-.

В пятой главе приводятся результаты производственных' испытаний состемы автоматизации водораспределения и ее технико-экономические показатели. .

Были проведены монтаж и пусконаладка'затворов-азтоматов в

оросителе и проверена работа фрагмента CAB из 4-х.затворов-автоматов в-различных режимах работы (при отключенной ДМ, при передвижении работающей- ДЛ по .оросителю, в прямом и обратном направлении).

В процессе исследований■были сняты профили свободной поверхности, которые подтвердили- данные,' полученные в лабораторных ус- ■ ловиях.

. По-результатам натурных испытаний-был сделан вывод о целесообразности применения предлагаемого крышев'идного затьсра-автомата в уклонных оросителях ЭДа^ "Кубань".

Общий годовой экономический эффект оцределялся как экономия приведенных совокупных затрат базового и- предлагаемого вариантов.

Экономическая эффективность достигалась 'за счет:

- экономии оросительной вода при эксплуатации системы в те-, чении поливного периода ; •

- экономии фонДа•заработной платы в связи с сокращением обслуживающего, персонала- -на дождевальной машине, занятого на переноске. подцорных перегораживающих щитов.

Годовой экономический эффект в -расчете на одну дождевальную машину составил 5975,7 рублей.

ОСНОВШЕ ' ВьШОДс!

,1. На основе анализа - оросительных систем с применением ЭД® | "Кубань",' связанных с выявлением эксплуатационных и технических ' характеристик, существующих -и -предложенных способов и средств автоматизации вбдораспределеншг, обоснована необходимость и сформулированы пути совершенствования' систем автоматизации водорас-' пределения на уклонных оросителях ЭД:.{5 "Кубань".

2. Разработано технологическое' обоснование и предложена схема автоматизации водораспределения (CAB) на уклонных оросителях для ЭДМФ "Кубань",-в основу которой положено каскадное регулирование по уровню, воды нижнего -бьефа с ограничением цаксималь-4' ного уровня воды верхнего бьефа.

3. Разработана автоматизированная система водораспределения для оросительных систем с ЭД^З? "Кубань" с водозабором из открытого оросителя с учетом обеспечения.возможности прохода машины в прямом и обратной направлении без нарушения технологического режима работы последней.

4. Предложени и апробированы в производственных условиях конструкции затворов-автоматов (а.с.' № I3720II,' № 1500729, №

I6I883I и пол.реш. по заявке № 4812701/15 -на подпорное устройство оросителя дождевальной машины), позволяющие осуществлять беспрерывный технологический цикл полива с безбросовой технологией, .т.е. на основе ресурсог и энергосбережения, применительно к оросителям различных форм сечений и уклонов.

5. Разработана система регулирования-водоподачи в уклонный ороситель с управлением по нижнему бьефу с отнесенным датчиком, позволяющая обеспечить работу всей GAB по спросу в зависимости от потребности ЭДМЗ "Кубань".

6. Получены основные расчетные зависимости по определению гидравлических и конструктивных параметров средств автоматизации GAB и разработаны методы их расчета на 3BJ. Оценено влияние средств автоматизации на наносный режим в регулируемых бьефах оросителя с целью защиты последнего от.заиления.

7. Предложена математическая модель- процесса работы'системы с использованием уравнения, водного баланса, применение которой позволяет обоснованно выбирать.-параметры гидравлической; системы регулирования на оросителях ЭД1/13 "Кубань,'планировать работу дождевальной машины- согласно -режима орошения данного севооборота,

а также осуществлять управление процессом за счет гидравлических связей по потоку в случае отключения-включения машины при нахождении ее в- любом створе оросителя.

d. В результате- производственных исследований доказана возможность и целесообразность применения разработанной системы регулирования водоподачи -и водораспределения на. оросительных системах с широкозахватной техникой-и-водозабором из открытого канала, а также работоспособность предложенного крышевидного. затвора-автомата."

/9. Обоснована и подтверждена эффективность автоматизации внутрихозяйственного водораспределения,-обеспечивающая экономи-•ческую эффективность от внедрения ее в производство. Расчетный годовой экономический эффект составил 5975 рублей на одау ЭДгй "Кубань". ' '-".-.

■'■По теме Диссертации опубликованы, следующие работы: 7 I. Бочкарев Я.В., Плетнева. Е.Э. Вододействующие системы автоматизации водораспределения -на уклонных оросителях ЭД]Й "Кубань" //Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Повышение эффективности использования водных.ресурсов .в сельском хозяйстве", ч. П.- Но-

вочеркасск, 1989.- с. 183-165.

2. Плешева Е.Э. Технологическое обоснование и схемы автоматизации водораспределения на уклонных оросителях для дождевальных машин фронтального действия (на примере ЭДМ$ "Кубань")// Гидроавтоматика в орошешш.-(Сб.научН.тр./Кирг.СХИ им. К.И.Скрябина).-Зфунзе, 1939.- с. 40-51.

3. Плешева Е.Э. Методика, расчета системы автоматического водораспределения на уклонных оросителях дождевальных машин фронтального действия (на примере ЭД® "Кубань")//Гидравлическая автоматизация оросительных систем,-(Сб.научн.'тр./Кирг.СХИ им. К.И. . Скрябина).-Ерунзе,'1990.- с. 83-99.

4. Бочкарев. Я^В., Плешева Е.Э. Математическая.модель и анализ процесса регулирования водораспределения на уклонных оросителях ЭД1Й "Куб£нь"//Системы гидравлики оросительных' систем и совершенствование технологии регулирования водного режима орошаемых полей—(Сб.научн.тр./Кирг.СХй им. К.И.Скрябина).- Бишкек,I-99I. .

5. Плешева Е.Э. Гидравлические исследования и расчет крыне-видного затвора-автомата уровня'воды нижнего бьефа с ограничением уровня воды верхнего бьефа// Гидравлическая автоматизация оросительных систем й водосберегащие технологии орошения.-(Сб.науч. тр./Кирг.СХИ им.-К.И.Скрябина).-Бишкек, 1992.

6. A.C. 1372011 GCCP. ЫКИ Е 02. В 13/02. Гидротехнический затвор-автомат/ Я.В.Бочкарев, Е.Э. Плешева. Опубл. 07.02.88. Бол. № 5.

7. A.C. 1500729 СССР. ЫКй'Е 02 Б 13/00. Гидротехническое сооружение /Я.В.Бочкарев, В.А.Биленко, -Е.Э.Плешева/.-Опубл. .

ш.оз.еэ. Бол. *зо.

ö. A.C. I61683I СССР. -МКИ Е 02 Б 13/00. Гидротехнический затвор-автомат /Я.В.Бочкарев, В.А.Биленко, Е.Э.Плешева/.-Опубл. 07.01.91. Бел. № I. .

9. Положительное решение.на изобретение. СССР. ЫКИ 5Е02В7/48. Подпорное устройство оросителя дождевальной машины /Я.В.Бочкарев, В.А.Биленко, Е.Э.Плешева.-№48X2701/15 ; Заявлено 10.

~~ ——— .. ~~ ; ~/j cYr

Подписано в печать 2 OJ. &S Форма

Приять nrtv-gTuaa. Oimii п.и.3»». SW ..Тир ^OO

г: Бишкек, уп. Коммунистическая, ¿В. Типография КСХИ